Предмет и задачи курса строительная физика.

Строительная физика

Методические указания для проведения практических занятий у студентов очной и заочной форм обучения

по дисциплине «Строительная физика»

Направления: 250700.62 "Ландшафтная архитектура" – бакалавриат,

250700 "Ландшафтная архитектура"

Екатеринбург

Печатается по рекомендации методической комиссии ЛХФ.

Протокол № от

Рецензент, к. с-х. н. доцент кафедры

Редактор

Компьютерная верстка

Подписано в печать 000000 Формат 60х84 1/16 Поз. №

Плоская печать Печ. л. 000 Тираж 000 экз.

Заказ № 000 Цена 0 руб. 00 коп.

Редакционно-издательский отдел УГЛТУ

Отдел оперативной полиграфии УГЛТУ

С О Д Е Р Ж А Н И Е

	Введение
1.	Общие положения……………………………………………..
2.	Примеры расчета заданий
3.	Задания для самостоятельной работы…
	Библиографический список

Введение

Курс "Строительная физика» излагает методы и примеры теплотехнического, звукоизоляционного, акустического и светотехнического расчетов ограждающих конструкций зданий с учетом нормативных требований СНиП 23-02-03 “Тепловая защита зданий”, СНиП 23-03-03 «Защита от шума» и СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение».

Данные методические указания разработаны для студентов очной и заочной форм обучения по направлениям: 250700.62 "Ландшафтная архитектура" – бакалавриат, 250700 "Ландшафтная архитектура".

Цель работы: закрепление знаний студентов полученных в процессе лекционных занятий по дисциплине «Строительная физика» путем выполнения соответствующих теплотехнических, звукоизоляционных и светотехнических расчетов ограждающих конструкций согласно приведенным в методических указаниях заданиям.

Задача работы - позволить подготовиться учащимся УГЛТУ как к внутренним (промежуточным и итоговым аттестациям учащихся, приему экзаменов и зачетов), так и к внешним процедурам контроля качества знаний (ФЭПО, аккредитационному тестированию в рамках комплексной оценки деятельности образовательного учреждения, внеплановым контрольно-надзорным процедурам).

Данные методические указания разработаны наоснове методических указаний разных авторов (см. список учебной литературы) и составлены в соответствии с программой обучения специальностей изучающих дисциплину «Строительная физика».

Структура методических указаний состоит из общих теоретических положений, где изложены задачи и предмет изучения дисциплины, примеров теплотехнического расчета ограждающих конструкций и заданий для выполнения самостоятельной работы студентов.

Номер варианта для выбора заданий должен соответствовать сумме трех последних цифр шифра зачетной книжки.

Работа с методическими указаниями подразумевает самостоятельное ознакомление студентов с теоретической частью, выполнение соответствующей расчетной работы и защиту данного материала путем ответа на контрольные вопросы преподавателя.

Общие положения

Предмет и задачи курса строительная физика.

Строительная физика – прикладная область физики, рассматривающая физические явления и процессы в конструкциях зданий, связанные с переносом тепла, звука и света, а также явления и процессы в помещениях здания, связанные с распространением звука и света.

Основная задача строительной физики – обоснование применения в строительстве материалов и конструкций, выбора размеров и формы помещений, которые обеспечили бы оптимальные температурно-влажностные, акустические и светотехнические условия в помещениях соответственно их функциональному назначению.

Предмет изучения «Строительной физики» – вопросы теплопередачи, воздухопроницаемости и влажностного состояния конструкций, вопросы звукоизоляции, акустики и светотехники, рассматриваемые соответственно в разделах строительная теплотехника, строительная и архитектурная акустика, строительная светотехника.

Для решения практических задач строительная физика разрабатывает соответствующие нормативы и методы расчета и проектирования ограждающих конструкций, благодаря которым обеспечивается выполнение ограждающими конструкциями нормируемых требований по тепловой защите зданий, звукоизоляции и освещенности помещений.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ЗАДАНИЙ

Основная задача строительной теплотехники – обоснование рационального выбора ограждающих конструкций, удовлетворяющих требованиям обеспечения в помещениях благоприятного микроклимата для деятельности или отдыха человека.

Строительная теплотехника изучает процессы теплопередачи, воздухопроницаемости и влажностного режима ограждающих конструкций, разделяющих воздушные среды с отличающимися температурой, влажностью и скоростью перемещения воздуха.

Исходные данные

Место строительства – г. Воронеж;

Группа зданий – жилые;

Продолжительность отопительного периода z_ht = 196 суток;

Средняя расчетная температура отопительного периода t_ht = -3,1 ^оС;

Температура холодной пятидневки t_ext= -26 ^оС;

Температура внутреннего воздуха t_int=+20 ^оС;

Влажность воздуха: = 55 %;

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения а_int = 8,7 Вт/м² °С;

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения a_ext = 23 Вт/м² °С;

Задание1.

Определить достаточность сопротивления теплопередаче наружной кирпичной стены слоистой кладки с внутренним утепляющем слоем из пенополистирольных плит с объемной массой 100 кг/м ³. Необходимые данные о конструктивных слоях стены для теплотехнического расчёта приведены в таблице 1.

Таблица 1

Данные о конструктивных слоях стены для

теплотехнического расчёта.

№	Наименование материала	, кг/м3	δ, м	,Вт/(м·°С)
	Известково-песчаный раствор		0,015	0,70
	Кирпичная кладка из пустотного кирпича		0,120	0,47
	Плиты пенополистирольные		0,050	0,041
	Кирпичная кладка из пустотного кирпича (облицовочного)		0,640	0,47

Порядок расчета:

1. Определение градусо-суток отопительного периода (СНиП 23-02–2003):

D_d = (t_int – t_ht)·z_ht = (20–(–3,1))·196 = 4527,6^о С сут.

где t_int - температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20-22 °С)

t_ht - средняя температура наружного воздуха, °С,

z_ht - продолжительность, отопительного периода, сут, принимаемые по СНиП 23-01

2. Определение нормируемого значения сопротивления теплопередаче наружных стен (СНиП 23-02–2003):

R_req = aD_d + b =0,00035·4527,6 + 1,4 =2,98 м²·°С/Вт.

a, b- коэффициенты, значения которых следует принимать по СНиП 23-02–2003 для соответствующих групп зданий. Для стен жилых зданий a=0,00035, b=1,4

3. Условие тепловой защиты здания R₀ > R_req

Где R₀ – Общее термическое сопротивление теплопередаче, м ·°С/Вт,

Для многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями формула принимает вид

R₀ = R_si + R_k + R_se

где R_si =1/ а_int ,

а_int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения Вт/м²·°С .

R_se = 1/a_ext,

a_ext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности

ограждения Вт/м²·°С .

R_k – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м² С/Вт, с последовательно расположенным однородными слоями, определяемое по формуле R_k= R₁ + R₂ +….. + R_n

где R₁ + R₂ +….. + R_n – термические сопротивления отдельных слоев ограждающий конструкции, определяемое по формуле:

R_n=δ_n/λ_n

R₀ = 1/8,7+0,022+0,255+1,219+1,362+1/23 = 3,01

Условие R₀ = 3,01 > = 2,98 м²·°С/Вт выполняется.

Вывод. Ограждающая конструкция удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания

Задание №2.

Определить толщину утеплителя чердачного перекрытия, состоящего из ж/б панели δ=100 мм, пароизоляция – 1слой рубитекса; цементно-песчаной стяжки δ=30 мм и утеплителя. Чердачное перекрытие состоит из конструктивных слоев, приведенных в таблице 2:

Таблица 2

Конструктивные слои чердачного перекрытия

№	Наименование материала (конструкции)	, кг/м3	δ, м	,Вт/(м·°С)
	Плиты URSA		Х	0,043
	Пароизоляция – 1 слой (ГОСТ 30547)		0,005	0,17
	Цементно-песчаная стяжка		0,030	0,76
	Железобетонные пустотные плиты ПК ( ГОСТ 9561-91)		0,100	1,92

Порядок расчета:

1. Определение градусо-суток отопительного периода (СНиП 23-02–2003):

D_d = (t_int – t_ht)·z_ht = (20 + 3,1)·196 = 4527,6^о ºС·сут.

2. Определение нормируемого значения сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия (СНиП 23-02–2003):

R_req = aD_d + b = 0,00045·4527,6 + 1,9 = 3,94 м²·°С/Вт.

a, b- коэффициенты, значения которых следует принимать по СНиП 23-02–2003 для соответствующих групп зданий. Для чердачного перекрытия жилых зданий a=0,00045, b=1,9.

3. Из условия равенства общего термического сопротивления R₀ нормируемому R_req, т.е R₀ = R_req, определяем (СП 23-100–2004) термическое сопротивление чердачного перекрытия R_к:

R_к = R_req – (R_si + R_se) = 3,94 – (1/8,7 + 1/12) =

= 3,94 – 0,198 = 3,742 м²·°С/Вт,

которое может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев

R_к = R₁ + R₂ + R_ут,

где R₁ – термическое сопротивление железобетонной плиты перекрытия, величина которого составляет:

R₁= δ / = 0,052 м²·°С/Вт

R₂ – термическое сопротивление слоя пароизоляции;

R_ут – термическое сопротивление утепляющего слоя определяемое из выражения:

R_ут = R_к -( R₁ + R₂) = 3,742 –(0,052 + 0,029) =3,661 м²·°С/Вт.

3. Определяем толщину утепляющего слоя:

= 3,661·0,043 = 0,153 м.

Принимаем толщину утепляющего слоя равной 200 мм.

4. Определяем фактическое сопротивление теплопередаче:

= R_si+ R₁ + R₂ + R₃ +R_ут+ R_se

= 1/8,7 + (0,052 + 0,029 + 0,039 + 0,200/0,043) + 1/12 = 4,92 м²·°С/Вт.

5. Проверка по условию тепловой защиты здания R₀ > R_req :

Условие = 4,92 м²·°С/Вт > R_req = 3,94 м²·°С/Вт выполняется.

Вывод. В чердачном перекрытие толщина утепляющего слоя должна составлять 200 мм, что удовлетворяет всем нормативным требованиям тепловой защиты здания.

Задание №3.

Расчетным путем определить удовлетворяет ли условиям паропроницания чердачное перекрытие состоящее из конструктивных слоев, приведенных в таблице 3.

Таблица 3

№ п/п	Наименование материала (конструкции)	, кг/м3	δ, м	,Вт/(м·°С)	, мг/ (м·ч·Па)
	4 слоя руберойда		1,5	0,17	1,36
	Цементная стяжка		0,020	0,76	0,09
	Плиты URSA		0,200	0,043	0,53
	Пароизоляция – 1 слой (ГОСТ 30547)		1,5	0,17	1,36
	Железобетонные пустотные плиты ПК ( ГОСТ 9561 - 91)		0,120	1,92	0,03

Порядок расчета:

1. Для чердачного перекрытия или части конструкции вентилируемого совмещенного покрытия, расположенной между внутренней поверхностью покрытия и воздушной прослойкой, в зданиях со скатами кровли шириной до 24м, нормируемое сопротивление паропроницанию определяется по формуле:

= ,

где е_int - парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и относительной влажности этого воздуха, определяемое по формуле:

,

где - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па.

При температуре =20⁰С согласно СНиП 23-01 =2338 Па.

Тогда при j_int =55%:

е_int =(55/100) 2238 = 1286 Па

Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха , Па, за годовой период определяют по СНиП 23-01:

= (290+310+430+700+940+1270+1500+1380+1030+730+540+400)/12=793 Па

Определяем нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги за годовой период эксплуатации согласно СНиП 23-02 :

=0,0012(1286-793)=0,56 м² ч Па/мг.

2. Сопротивление паропроницанию отдельного слоя ограждающей конструкции , м² ч Па/мг, определяется по

= ,

где – толщина слоя материала ограждения, м;

– коэффициент паропроницаемости, мг/(м ч Па), (принимаемый по приложению Д свода правил СП 23-101-04).

3. Общее сопротивление паропроницанию многослойной ограждающей конструкции рассчитывается по формуле

R_{о vp}= R _vp1 + R _vp2 + R _vp3+.... +R _{vp n}

R_{о vp}= 1,5/1,36+0,02/0,09+0,2/0,53+1,5/1,36+0,12/0,03 = 6,80 м² ч Па/мг.

где R _vp1 + R _vp2 R _{vp n} –сопротивление паропроницанию отдельных слоев ограждающей конструкции, м² ч Па/мг.

При сравнении полученного значения с нормируемым устанавливаем, что >

Вывод. Конструкция покрытия удовлетворяет всем условиям паропроницания.