Архитектурный анализ климатических условий погоды позволяет целенаправленно принимать архитектурные решения в проекте. С характером погодных условий связаны категории архитектурной композиции, ориентация помещений и зданий по сторонам горизонта, устройство солнцезащитных экранов, озеленение, снегозадержание, направление городских магистралей и т.п.
Анализ ведется «от общего к частному» — от оценки наиболее общих климатических закономерностей, характерных для крупных территорий (климат района и климат подрайона по СНиП, климат города и др.), к оценке микроклимата конкретно выбранного для строительства участка (рельеф, растительность, характер застройки и т.п.).
Таким образом, используя готовые климатические характеристики, приведенные в соответствующих нормативных источниках для конкретного места строительства (например, условия широтного пояса, карту районирования территории страны и др.), можно установить сезоны года, определяющие типологию застройки в данном месте; выявить и оценить роль каждого климатического фактора и выявить наиболее благоприятные и неблагоприятные стороны горизонта для решения вопроса о раскрытии архитектурного пространства или его защиты.
Закону тут не место (Фильм 2017) Комедия
При анализе микроклимата изучается ландшафт и рельеф строительной площадки, оценивается микроклимат склонов разной ориентации, условия обдувания объекта ветром, рассчитывается инсоляция и решается вопрос солнцезащиты объекта, оцениваются и другие факторы, типичные для конкретного места строительства.
Анализу подвергаются следующие климатические факторы:
Влияние климатического районирования на обоснование архитектурных решений показано в предыдущем разделе и поэтому в этом разделе не рассматривается. Связь остальных природно — климатических факторов от типов погоды, подлежащих анализу, приведена в табл. 1.5.
Анализ табл. 1.5 позволяет отметить, что такие факторы, как солнечная радиация, поступающая на стены зданий разной ориентации, и комплекс температуры с солнечной радиацией, а также температурно-ветровой режим должны учитываться при любых типах погоды.
Ветро- и снегозаносы следует учитывать только при суровой и холодной типах погоды, а такие сочетания, как ветер с дождем и ветер с пылью, не характерные для этих типов погоды, не подлежат учету.
Влияние подстилающей поверхности на такие климатические факторы, как ветер и солнце, рельеф и ветер необходимо учитывать при любых типах погоды, а озеленение и акватории — кроме суровой и холодной типах погоды.
Учет солнечной радиации регламентирует ориентацию помещений и зданий по сторонам горизонта, устройство светопрозрачных ограждений и солнцезащитных конструкций, озеленение, малые архитектурные формы и др. Таблица 1.5
Природно-климатические факторы, подлежащие анализу
при различных типах погоды
| Природно-климатические факторы | Тип погоды | ||||||
| суро вая | холод ная | про хлад ная | ком форт ная | теп лая | жар кая сухая | жар кая | |
| Солнечная радиация, поступающая на стены разной ориентации | + | + | + | + | + | + | + |
| Комплекс температуры с солнечной радиацией | + | + | + | + | + | + | + |
| Комплекс температуры с влажностью | + | + | + | + | + | ||
| Ветер: — температурно-ветровой режим — ветроснегозаносы — ветер с дождем — ветер с пылью | + + | + + | + + + | + + + | + + + | + + | + + + |
| Влияние подстилающей поверхности на климатические элементы: — ветер и солнце — рельеф и ветер -застройка — озеленение — акватории | + + + | + + + | + + + + + | + + + + + | + + + + + | + + + + + | + + + + + |
ТОЧКА РОСЫ. ПОЧЕМУ ВЫПАДАЕТ КОНДЕНСАТ
Примечание. + — факторы, подлежащие учету; 0 — факторы, не подлежащие учету.
Численные значения солнечной радиации в июле на горизонтальную и вертикальную поверхности при безоблачном небе приведены в СНиП 23-01-99* (табл.4 и 5).
Для оценки солнечной радиации принята бальная система, в которой число баллов для разных ориентаций изменяется в зависимости от географического района, что обусловлено разным тепловым фоном и ходом облачности в течение суток.
Оценка круга горизонта по условиям теплового облучения и солнечной радиации в летний период (май-август) приведена в табл. 1.6.
Рекомендуется учитывать влияние прямой солнечной радиации по шкале, цена деления которой равна 1500 ккал/(м 2 ·сут), что соответствует дополнительному нагреву помещений за счет прямых солнечных лучей на 4 о С. Воздействия солнечной радиации можно считать:
— малыми при поступлении менее 1500 ккал/(м 2 ·сут) — соответственно 6300 кДж//(м 2 ·сут);
— средними при поступлении от 1500 до 3000 ккал/(м 2 ·сут) — соответственно 6300 -12500 кДж//(м 2 ·сут);
— большими при поступлении от 3000 до 4500 ккал/(м 2 ·сут) — соответственно 12500 — 18800 кДж//(м 2 ·сут).
Оценка круга горизонта по условиям теплового облучения и солнечной радиации
в летний период (май-август)
| Территория | Оценка в баллах | |||
| От побережий Северного Ледовитого океана До 65-63 0 с.ш., включая север Дальнего Востока | СЗ — СВ — запретные секторы для квартир односторонней ориентации во всех зонах | В | З, ЮВ | ЮЗ, Ю |
| От 65-63 0 с.ш. до 52 0 с.ш. | З | В, ЮЗ | ЮВ, Ю | |
| К югу от 52 0 с.ш. | ЮЗ | З, ЮВ | Ю, В | |
| Юг Средней Азии | З | В, ЮЗ | Ю, ЮВ | |
| Юг Дальнего Востока | В | З, ЮЗ | ЮВ, Ю |
Примечание. Число баллов пропорционально количеству получаемой солнечной энергии и общему тепловому фону.
Для наглядности воздействия солнечной радиации строится круг горизонта, на котором в зависимости от баллов теплового облучения приводятся допустимые, благоприятные, неблагоприятны и недопустимые сектора ориентации жилых зданий (рис.1.2). Оценка круга горизонта для широты Москвы в баллах по условиям теплового облучения (см. рис.
1.2) показывает, что наиболее благоприятным сектором ориентации жилых помещения является южный, а наиболее неблагоприятным — северный. Благоприятным сектором с учетом ветрозащиты помещений в зимний период является юго-восточный. К неблагоприятным секторам ориентации помещений относятся северо-западный и северо-восточный. Малоблагоприятным сектором ориентации является западный, средней благоприятности — юго-западный и восточный.
Рис. 1.2. Оценка круга горизонта Москвы в баллах по условиям теплового
облучения и с учетом ограничения ориентации жилых помещений на север
При анализе температурного режима следует определить начало перегрева помещений и необходимость установки различных солнцезащитных средств на оконных проемах и площадках отдыха. Температурный режим характеризуется данными годового и суточного хода температуры воздуха. С этой целью строится график годового хода среднемесячных температур (рис. 1.3), на который наносятся линии, отмечающие продолжительность температур, которые подвергаются анализу. Необходимо выделить продолжительность температуры 21 о С и более, так как это связано с началом перегрева помещений и необходимостью устройства солнцезащитных средств на оконных проемах и площадках отдыха.
При продолжительности перегрева менее 20 дней рекомендуется установка внутренних солнцезащитных устройств (жалюзи, плотные шторы и т.п.); от 20 до 40 дней — межстекольные или наружные солнцезащитные средства и при продолжительности перегрева от 61 до 100 дней — наружные или межстекольные устройства в сочетании с теплозащитным стеклом и искусственным охлаждением.
На график годового хода температуры может быть нанесен влажностный режим воздуха
с целью установления условий проветривания помещений. Линии 30 и 70% относительной влажности на графике (рис. 1.3) ограничивают зоны с низкой и высокой влажностью.
Анализ суточного изменения температуры в летние месяцы позволяет выявить условия эксплуатации открытых помещений:
— при температуре 16 о С и выше необходимо устройство солнцезащиты;
— при температуре от 12 до 16 о С достаточно наличие инсоляции.
Рис.1.3. Годовой ход температуры и влажности воздуха
(на примере Москвы)
Для уточнения типов проветривания помещений (ночное, дневное, круглосуточное) при комфортной, теплой и двух типах жаркой погоды (18-30 о С) строится рабочий график оценки температурно-влажностного состояния воздух (рис. 1.4). Для его построения используют климатические данные для конкретного места строительства: среднемесячные значения температуры, 0 С, и относительной влажности, %, воздуха в 7 и 13 ч.
Рис. 1.4. Рабочий график оценки температурно-влажностных условий для г. Харьков:
1,2 — зоны оптимальной влажности соответственно в 7 и 13 ч; линия АБ — среднемесячная
влажность воздуха в апреле-ноябре в 13 ч; линия ВГ — то же, в 7 ч.
При средней температуре в 13 ч для каждого месяца определяют критические верхние и нижние значения относительной влажности, которые затем наносят на рабочий график, что дает зону оптимальной влажности в 13 ч.
Сравнивая линию влажности АБ с линией зоны оптимальной влажности (2), устанавливают, что в апреле-мае находится период с состоянием «сухо», в котором фактическая влажность меньше оптимальной. Если бы линия АБ находилась выше зоны оптимальной влажности, то период характеризовался оценкой «влажно» в 13 ч и для этого периода потребовалось бы дневное проветривание помещений.
При сравнении линии ВГ, характеризующей среднемесячную влажность в 7 ч, с оптимальной зоной влажности (1), определяем повышение влажности в период с мая по ноябрь. Однако, для этого периода не требуется сквозного проветривания, так как температура в эти часы невысока.
Ветер играет значительную роль для решения планировочных задач, связанных с ветрозащитой или аэрацией застройки, а также воздухопроницаемостью ограждающих конструкций. Он учитывается при выборе ориентации и взаимного расположения селитебных и промышленных зон. Для анализа ветрового режима используется роза ветров, по которой устанавливаются направления и скорости ветра по месяцам (рис. 1.5).
При построении розы ветров следует обращать внимание на конкретный румб с минимальной повторяемостью 20%, а при пыле- и снегозаносах — 10%.
Для защиты селитебной территории от вредного воздействия со стороны промышленного предприятие следует размещать последнее в направлении с наименьшей повторяемостью ветра.
Из-за невозможности такого размещения необходимо устанавливать минимальное расстояние от жилого района до промышленной зоны по формуле
где ло — допустимое расстояние от жилого района до промышленной зоны при отсутствии ветра, равное 1000 м;
ро — средняя повторяемость ветра по любому направлению, принимаемое равным
ро = 100% / 8 = 12.5%; (1.2)
р — повторяемость ветра в данном направлении (р > ро).
Данные ветрового режима необходимо учитывать для определения направления городских магистралей. Установлено, что при совпадении направления ветра с прямой магистралью, застроенной фронтально, возникает эффект усиления скорости ветра до 20%. Если этот эффект нежелателен, здания (особенно длинные) необходимо размещать под углом 45-90 0 к направлению магистрали.
Рис. 1.5. Вероятности направлений и скоростей ветра за январь и июль в Москве
Воздействия ветра и температуры воздуха на жилую среду представлено на рис.1.6, анализ которого позволяет отметить, что при любой температуре скорость ветра более 4 м/с неблагоприятна для пешехода; при скорости ветра более 6 м/с начинается перенос снега и песка, а при скорости ветра 12 м/с и более возникают механические разрушения элементов здания.
Особенно скорость ветра вредна зимой, так как при среднемесячной скорости ветра 5 м/с и более здания подвергаются заметному охлаждению, поэтому необходима дополнительная защита зданий и пешеходов от ветра. Кроме того, в районах с метелями необходимо предусматривать мероприятия по задерживанию снега. Так, непродуваемая полоса леса шириной более 20-25 м задерживает до 600 м 3 снега на 1 м полосы, а продуваемая шириной 7-10 м — от 100 до 150 м 3 снега на 1 м полосы. Система из трех продуваемых полос шириной 12, 12 и 15 м с межполосными разрывами 30-40 м может задержать до 400 м 3 снега на 1 м полосы.
Чем холоднее температура воздуха, тем сильнее охлаждающее действие ветра: при температуре — 30 о С даже слабый ветер (2-3 м/с) делает прогулку на воздухе недопустимой. При температуре воздуха от +5 до +20 о С охлаждающее влияние такого ветра значительно, а при температуре +25 о С предпочтительна скорость ветра 1-3 м/с, так как она создает комфорт и снижает перегрев здания.
При температуре более 20 о С большую роль играет влажность воздуха. В сухом воздухе влага, выделяемая потовыми железами человека, легко испаряется и человек, отдавая с потом много тепла, чувствует себя нормально (лето в Крыму, осень в Средней Азии). Во влажном воздухе испарение затруднено и только подвижность воздуха в помещении способствует охлаждению организма (лето в Западной Грузии).
Установлено, что при повышении температуры с 19 до 29 о С относительная влажность воздуха должна снижаться с 50-70% до 30-50%. Только в этом случае сохраняется ощущение, близкое к комфортному, и подвижность воздуха не играет заметной роли. В тех случаях, когда влажность в помещении не снижается, то необходимо организовывать проветривание и аэрацию пространства.
Рис. 1.6. График воздействия ветра и температуры воздуха на жилую среду
Для районов, где ветры сочетаются с ливнями или запыленностью воздуха, следует определять наиболее неблагоприятные направления (стороны горизонта) и предусматривать средства экранирования ограждений, уплотнение стыков, направления планировки пространств, лесопосадки и др.
Большая запыленность возникает при скорости ветра 1-2 м/с на песчаных и рыхлых почвах; при скорости 3-4 м/с — на песчаных и супесчаных почвах; при скорости 5 м/с — на легких суглинках и при скорости 5,5 — 7 м/с — на тяжелых суглинках.
Критическая концентрация пыли в воздухе возникает при ее количестве от 1,5 мг/м 3 и более. Если критическая концентрация пыли в воздухе превышает 30 дней в году и более или повторяемость пыльных бурь составляет не менее 3 в месяц, то необходимо предусматривать защиту зданий от пыли.
Здания, встречающие ветровой поток, создают позади себя ветровую тень (затишье) в пределах 3 — 8 высот здания (Н). В связи с этим, для защиты территории от ветрового воздействия здания должны размещаться на расстоянии не дальше 5Н друг от друга, а для аэрации — на большем расстоянии.
Помимо отдельных климатических факторов необходимо проводить оценку комплекса климатических факторов, которые позволяют определить стороны горизонта для «закрытия» или «открытия» архитектурного пространства. С этой целью разработана бальная система для оценки круга горизонта (табл. 1.7).
Для составления таблицы выявляют климатические показатели, наиболее существенные для района строительства (например, тепловой фон, солнечная радиация, ветер и др.), а нехарактерные климатические факторы (снегозаносы, пыльные бури и др.) опускают.
Для каждого отобранного показателя устанавливают бальную шкалу, отражающую важность каждого климатического фактора для рассматриваемого места строительства, и присваивают наиболее важному фактору наибольшую сумму баллов. Таблица 1.7
Вспомогательная таблица подсчета баллов для оценки круга горизонта
(на примере Москвы)
| Сторона горизонта | Тепловой фон | Солнечная радиация | Ветер | Абсолютная сумма баллов | Приведенная сумма баллов для построения розы |
| С | |||||
| СВ | |||||
| В | |||||
| ЮВ | |||||
| Ю | |||||
| ЮЗ | |||||
| З | |||||
| СЗ |
Так, для Москвы наиболее важным фактором является солнечная радиация, которая оценивается по 5-бальной системе. Тепловой фон и ветер относятся к менее значимым, поэтому они оцениваются по 3-х бальной системе. После установки бальной оценки отдельных факторов производится их дифференциация по сторонам горизонта. Абсолютная сумма баллов определяет «место» каждого румба, а приведенная сумма используется для построения круга горизонта (рис. 1.7).
Анализ приведенной суммы баллов (табл. 1.7) и круга горизонта (рис. 1.7) позволяют отметить, что раскрытие пространства жилых групп предпочтительно на Ю, и ЮВ при условии защиты от ветров посадками зелени, а также на ЮЗ при условии сквозной аэрации и хорошего озеленения.
Рис.1.7. Комплексная оценка секторов горизонта по ряду наиболее
существенных климатических факторов для Москвы
Оптимальной ориентацией для жилых помещений следует считать — Ю и ЮЗ, а наихудшей — С. При ориентации помещений на З и ЮЗ необходима защита их от солнечной радиации.
На следующем этапе проводится анализ рельефа местности, так как сложный рельеф оказывает влияние практически на все аспекты архитектуры и строительства. К архитектурно- художественным качествам жилой застройки на рельефе предъявляются повышенные требования, обусловленные присущими ей особенностями зрительного восприятия. Застройка на крутых склонах обозревается из разных точек в виде панорамы, а из домов и внутренних пространств открываются перспективы и виды на окружающий ландшафт.
При оценке ландшафта используют подоснову (рельеф) и методы количественной оценки. На подоснове выделяют ориентацию склонов С, Ю, В, З и др.) и углы наклона местности. Оценка территории по уклонам проводится с учетом следующих градаций: до 3, 3-10, 10-20 и более 20%.
Это связано с тем, что влияние некоторых климатических факторов может усиливаться или ослабляться в зависимости от ориентации и крутизны склонов, формы и степени расчлененности рельефа. Скорость ветра, например, на различных участках холмистого рельефа может изменяться от 60 до 180 % по сравнению с равнинной местностью, что требует большей степени защищенности жилища от ветра. Критерии оценки территории по ветровому воздействию на формы рельефа приведены в табл. 1.8.
Оценка территории по ветровому режиму
| Общая оценка ветрового режима | Степень благоприятности форм рельефа | |||
| вершины и возвышения с плоскими вершинами и пологими склонами | наветрен ные склоны | склоны, параллель- ные ветру | подветрен- ные склоны | долины, лощины, овраги |
| продувае- мые | непродуваемые | |||
| Районы с большими скоростями ветра (повторяемость скорости более 5 м/с свыше 20%) | Неблаго-приятные | Благоприятные | Неблаго-приятные | Благо- приятные |
| То же, с умеренными скоростями (повторяемость скорости ветра 3- 5 м/с свыше 50%, более 5 м/с — менее 20%) | Неблаго- приятные | Умеренно благоприятные | Благо- приятные | Умеренно благоприятные |
Примечание. Цифрами 1,2,3 обозначены соответственно верхняя, средняя и нижняя части склонов.
Анализ данных, приведенных в табл. 1.8, позволяет отметить, что вершины и возвышения с плоскими вершинами и пологими склонами, верхние и средние части наветренных склонов, а также продуваемые долины, лощины и овраги являются неблагоприятными для строительства в районах с большими скоростями ветра (повторяемость скорости 5 м/с свыше 20%). Для этих климатических районов благоприятными считаются склоны параллельные ветру и подветренные склоны, а также не продуваемые долины, лощины и овраги.
Для климатических районов с умеренными скоростями ветра (повторяемость скорости ветра 3-5 м/с свыше 50%, более 5 м/с — менее 20%) к благоприятным формам рельефа относятся подветренные склоны; к умеренно благоприятным — склоны параллельные ветру и продуваемые и не продуваемые долины, лощины и овраги, а к неблагоприятным — вершины и возвышения с плоскими вершинами и пологими склонами.
Уровень солнечной радиации, поступающей на поверхность склона, также существенно отличается в зависимости от ориентации и крутизны склона, влияя на планировочную структуру застройки. Ориентация склона влияет на величину тени, отбрасываемой расположенным на нем зданием. На южных склонах она укорачивается, на северных — удлиняется. Этот фактор определяет выбор типов зданий и способов их группировки, а также величину инсоляционных разрывов между ними.
Наиболее общими композиционными принципами застройки на сложном рельефе являются: максимальное сохранение естественного строения поверхности и растительности на склонах, масштабное соответствие с формами рельефа, колористическое единство с окружающим ландшафтом, обеспечение визуальной связи с окружающим ландшафтом.
Существуют следующие приемы выявления пластики рельефа: застройка склонов ленточными домами одной этажности; ярусами, поднимающимися от подножия к вершине; использование специальных типов зданий, повторяющих собой конфигурацию рельефа; акцентирование характерных точек рельефа; сохранение и включение в архитектурную композицию особо ценных в художественном отношении участков природного ландшафта в естественном виде; чередование застроенных и открытых участков территории. Усиление формы рельефа может достигаться нарастанием этажности зданий от подножия к вершине или размещение на вершине точечных зданий.
Критерии оценки территории по тепловому воздействию солнечной радиации приведены в табл. 1.9.
Оценка территории по тепловому воздействию солнечной радиации показывает, что для холодного и умеренного климата благоприятной ориентацией является В-З, находящейся в секторе от 90 до 270 0 , а неблагоприятной — (СЗ — СВ) от 315 до 45 0 . Для очень теплой и жаркой погоды благоприятной ориентацией является СЗ-СВ, находящейся в секторе от 315 до 45 0 , а неблагоприятной — (В — З) от 90 до 270 0 . Остальные сектора горизонта относятся к умеренно благоприятной ориентации для выше перечисленных климатических зон.
Оценка территории по тепловому воздействию солнечной радиации
| Климатическая зона | Степень благоприятности ориентации | ||
| благоприятная | неблагоприятная | умеренно благоприятная | |
| Холодный и умеренный климат | От 90 до 270 0 (В — З) | От 315 до 45 0 (СЗ — СВ) | От 45 до 90 0 (СВ — В) От 270 до 315 0 (З — СЗ) |
| Очень теплый и жаркий климат | От 315 до 45 0 (СЗ — СВ) | От 90 до 270 0 (В -З) | От 45 до 90 0 (СВ — В) От 270 до 315 0 (З — СЗ) |
Такой тщательный учет местных климатических характеристик способствует совершенствованию планировочных решений зданий и разнообразию архитектурно-композиционных решений с целью обеспечения в них комфортных условий проживания и жизнедеятельности людей.
Кроме того, учет местных климатических характеристик снижает затраты на строительство зданий и сооружений за счет применения более легких и эффективных конструкций и использования местных строительных материалов, а также экономии затрат на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха.
Источник: studopedia.ru
Определяем зону влажности района
Влажностный режим помещений зданий в холодный период года в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха следует устанавливать по СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий (табл. 1).
Влажностный режим помещения – нормальный.
Определяем зону влажности района .
Зоны влажности территории России следует принимать по СНиП 23-02-2003 (прил. В).
Зона влажности – 1-влажная.
3.Определяем условия эксплуатации. Условия эксплуатации ограждающих конструкций А или Б в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности района строительства для выбора теплотехнических показателей материалов наружных ограждений следует устанавливать по СНиП 23-02-2003 (табл. 2).
Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б.
4.Определяем величину градусо-суток отопительного периода по СНиП 23-02-2003, форм.2.:
средняя температуранаружного воздуха (tht=6,4°С), продолжительность отопительного периода(zht =79сут.), температуру холодной пятидневки обеспеченностью 0.92 ( = –2ºС), температура внутреннего воздуха ( = 21ºС).
=(21-6,4)х79=1153(ºС . сут.)
5. Определяем нормируемое сопротивление теплопередаче наружных стенпо СНиП 23-02-2003, форм.1 при значениях коэффициентов = 0,00035 и = 1,4 (СНиП 23-02-2003, табл.4).
=0,00035·1153 + 1,4 =1,8 м 2 °С/Вт.
6. Для наружных стен из кирпича с утеплителем следует принимать приведенное сопротивление теплопередаче с учетом коэффициента теплотехнической однородности (СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий, табл. 6, п.8, 17), который равен 0,74 т.е.,
= ,
где – общее сопротивление теплопередаче ограждения, м 2 ·°С/Вт.
Расчет ведется из условия равенства = , следовательно,
= = 1,8/0,74= 2,43 м 2 · °С /Вт.
7.Нормируемые теплотехнические показатели материалов стены определяем по . СП 23-101-2004, табл.Д1 и сводим их в таблицу.
| № п/п | Наименование материала | ρо , кг/м 3 |  , м |
 ,Вт/(м·°С) |
 , м 2 ·°С/Вт |
| Известково-песчаный раствор | 0,02 | 0,81 | 0,02 | ||
| Кирпичная кладка из обыкновенного глиняного кирп. | 0,25 | 0,52 | 0,48 | ||
| Минераловатные полужесткие плиты ГОСТ 10140 | — | 0,065 | — | ||
| Кирпичная кладка из пустотного кирпича | 0,12 | 0,58 | 0,2 |
8. Общее термическое сопротивление стены без учета утеплителя составляет:
=
коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения =8,7 Вт/м 2 °С, который принимаем по СНиП 23-02-2003, табл.7.
Источник: mydocx.ru
В зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности.
Методические указания предназначены для выполнения теплотехнического расчета ограждающих конструкций при выполнении курсового проектирования по дисциплинам «Основы архитектуры и строительных конструкций», «Архитектура зданий» и выпускных квалификационных работ заочной и очной формы обучения. Основной задачей расчета тепловой защиты зданий является проектирование ограждающей конструкции с учетом требований предъявляемых СНиП 23-02-2003(СП 50.13330.2012) «Тепловая защита зданий», СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».
Данные методические указания касаются лишь вопроса теплопередачи в ограждениях и содержат основы теплотехнического расчета, а также примеры этого расчета и необходимые для него нормативные данные.
При проектировании наружных ограждающих конструкций зданий наряду с условиями статической работы и архитектурной формы этих конструкций, важное значение уделяется их теплотехническим характеристикам. Они должны удовлетворять следующим теплотехническим требованиям:
· обладать достаточными теплозащитными свойствами, предохраняя помещения от холодов в зимнее время и осенью, и защищать их от перегрева солнцем в летнее время;
· сохранять нормальный влажностный режим, учитывая, что увлажнение ограждения ухудшает его теплозащитные свойства и уменьшает долговечность;
· не иметь при эксплуатации на внутренней поверхности слишком низкой температуры во избежание образования на ней конденсата;
· обладать воздухопроницаемостью, не превосходящей допустимого предела, выше которого воздухообмен будет охлаждать помещение.
Нормами установлены три показателя тепловой защиты здания:
а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания должны быть не меньше нормируемых значений (поэлементное требование);
б) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя (комплексное требование);
в) температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений (санитарно-гигиеническое требование).
Требования тепловой защиты здания будут выполнены при одновременном выполнении вышеуказанных требований.
ОСНОВЫ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА
Теплотехнический расчет заключается в определении толщины искомого слоя ограждения, при котором будет выполняться теплотехническое требование: Rо пр. ≥Rо тр.(норм.) .
В учебных целях приходится решать одну из двух задач:
— первая определить толщину ограждения или его слоя;
— вторая проверить возможность использования ограждения в заданных
Расчет выполняется в соответствии с СП 50.13330.2012 и СП 23-101-2004 в следующей последовательности (первая задача).
Поэлементные требования:
1) выбирают требуемые наружные климатические параметры;
2) выбирают параметры воздуха из условий комфортности внутри здания в зависимости от назначения здания;
3) разрабатывают или выбирают конструктивные решения наружных ограждений и определяют их теплотехнические характеристики;
4) определяют требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче Rо тр.(норм.) наружных стен, покрытий (чердачных перекрытий), цокольных перекрытий, в зависимости от градусо-суток отопительного периода климатического района строительства;
5) определение минимальной толщины слоя утеплителя;
6) определение приведенного сопротивления теплопередаче Rо пр. ограждающей конструкции;
7) проверка выполнения условия: приведенное сопротивление теплопередаче должно быть больше требуемого (нормируемого).
Комплексное требование: определение нормируемого значения удельной теплозащитной характеристики здания (для жилых и общественных зданий). В курсовом проектировании согласно учебной программе это требование не ставиться перед учащимися.
Санитарно-гигиеническое требование: ограничение температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающей конструкции.
При выполнении второй задачи рекомендуется следующая последовательность:
Поэлементные требования:
1) определяют требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче Rо тр.(норм.) наружных стен, покрытий (чердачных перекрытий), цокольных перекрытий, в зависимости от градусо-суток отопительного периода климатического района строительства;
2) определить приведенное сопротивление теплопередаче Rо пр. заданной конструкции;
3) сравнить требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче заданной конструкции с наибольшим по величине значением приведенного сопротивления теплопередаче;
4) делают заключение о соответствии данной конструкции условиям эксплуатации.
Теплотехническому расчету в учебных целях в курсовом проектировании по дисциплинам «Основы архитектуры и строительных конструкций», «Архитектура зданий» и выпускных квалификационных работ подлежат наружные стены, чердачные перекрытия, покрытия.
1. 1 Поэлементные требования:
1.1Параметры наружных климатических условий.
Согласно заданию на проектирование и района строительства по приложению А или СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» принимается температура наружного воздуха tн°С со средней температурой наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 согласно СНиП 23-01. Продолжительность отопительного периода zот., сут, и среднюю температуру наружного воздуха, tот.°С , со средней суточной температурой воздуха воздуха не более 8°С.
1.2Параметры внутренней среды.
1.2.1 Параметры воздуха внутри жилых и общественных зданий из условия комфортности следует определять согласно таблице 1 — для холодного периода года, зданий производственного назначения следует принимать для курсового проектирования температуру внутреннего воздуха — 16°-23°С, относительную влажность — 30%-75% в зависимости от технологического процесса здания и количества работающих мест в смену. Параметры внутреннего воздуха и относительной влажности производственных зданий следует принимать согласно ГОСТ 12.1. 005 и норм проектирования соответствующих зданий.
Таблица 1 — Оптимальная температура и допустимая относительная влажность воздуха внутри здания для холодного времени года
1 Для зданий, не указанных в таблице, температуру воздуха tв, относительную влажность φотн воздуха внутри зданий и соответствующую им температуру точки росы следует принимать согласно #M12291 1200003003ГОСТ 30494#S и нормам проектирования соответствующих зданий.
2 Параметры микроклимата специальных общеобразовательных школ-интернатов, детских дошкольных и оздоровительных учреждений следует принимать в соответствии с действующими санитарными правилами и нормами Министерства здравоохранения.
1.2.2 Обеспеченность условий эксплуатации ограждающих конструкций следует устанавливать в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности следующим образом:
— определяют по карте зону влажности (влажная, нормальная, сухая) согласно приложению Б#M12291 1200035109#S; при этом в случае попадания пункта на границу зон влажности следует выбирать более влажную зону;
— определяют влажностный режим помещений (сухой, нормальный, влажный или мокрый) в зависимости от расчетной относительной влажности и температуры внутреннего воздуха в соответствии с таблицей 2#M12#S.
Таблица 2 — Влажностный режим помещений зданий
Влажность внутреннего воздуха, %,
1.3Разрабатывают или выбирают конструктивные решения наружных
ограждений и определяют их теплотехнические характеристики.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций А или Б в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности района строительства для выбора теплотехнических показателей материалов наружных ограждений следует устанавливать по таблице 3. Зоны влажности территории России следует принимать по приложению Г.
Таблица 3 — Условия эксплуатации ограждающих конструкций
в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности.
Условия эксплуатации А и Б
в зонах влажности (по приложению Б)
Расчетные теплотехнические характеристики, наиболее часто применяемых строительных материалов и конструкций, приведены в приложении В и таблицах СП 23-101-2004. К ним относятся:
— плотность r кг/м ;
— коэффициент теплопроводности λ, Вт/ (м 2 ∙ о С);
— термическое сопротивление воздушных прослоек Rв.п., (м 2 · о С)/Вт;
— требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче, Rо тр.(норм.) , (м 2 · о С)/Вт.
Допускается расчетные теплотехнические показатели эффективных теплоизоляционныхматериалов (минераловатных, стекловолокнистых и полимерных), а также материалов, не приведенных в СП 23-101-2004, принимать по результатам теплотехнических испытаний, проведенными аккредитованными испытательными лабораториями.
1.4 Определение требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче
R о тр. (норм.) наружных стен, покрытий (чердачных перекрытий), цокольных
Требуемое (нормируемое) значениесопротивления теплопередаче ограждающих конструкций R тр . (м 2 °С/Вт), следует принимать в зависимости от градусо-суток отопительного периода, (ГСОП), °С сут./ год и определять по таблице 4.
Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) следует определять по формуле:
где t В – расчетная температура воздуха внутри зданий для холодного периода года, приведенных в таблице 1 методических указаний;
t ОТ. ПЕР., z ОТ. ПЕР. – средняя температура, °С, и продолжительность, сут, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по приложению А или СП 50-13330.2012.
Таблица 4- Требуемое (нормируемое) значение сопротивления теплопередаче
ограждающих конструкций, (м 2 ∙ °С/Вт)
Градусо сутки отопительного периода,°С·сут
Нормируемое сопротивление теплопередаче
ограждающих конструкций R ТР о, м 2 ×°С/Вт
Значения R ТР для величин ГСОП, отличающихся от табличных, следует определять по формуле:
Rо тр =а*ГСОП+в
, — коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий, за исключением графы 6 для группы зданий в поз.1, где для интервала до 6000 °С·сут: , ; для интервала 6000-8000 °С·сут: , ; для интервала 8000 °С·сут и более: , .
1.5 Для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже, приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) R0 пр. , м ·°С/Вт, следует принимать не менее значений, определяемых по формуле:
где п – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной
поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по
таблице 5 [таблица 6 СП 50-13330.2012 «Тепловая защита зданий»];
t В – расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно
таблице 1, ГОСТ 12.1.005-88 или нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений;
t Н – расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней
температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по
приложению А или СП 131-13330.2012;
D t Н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего
воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции,
принимаемых по таблице 6 [таблица 5 СП 50-13330.2012];
a В – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих
конструкций, принимаемый по таблице 7 [таблица 7 СП 50-13330.2012].
Таблица 5- Коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху
Примечание — Для чердачных перекрытий теплых чердаков и цокольных перекрытий над подвалами с температурой воздуха в них большей tн, но меньшей t в коэффициент следует определять по формуле:
Таблица 6- Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции.
Здания и помещения
Нормируемый температурный перепад
D t Н , °С, для
Обозначения, принятые в таблице 6:
t В — то же, что в формуле (1) и (2);
t Р — температуры точки росы, °С, при расчетной температуре и относительной влажности внутреннего воздуха принимаемым по приложению В или СанПин2.1.2.2645 ГОСТ 12.1.005-88 и СанПин 2.2.548, СП 60.13330 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений.
Примечание – Для зданий картофеле- и овощехранилищ нормируемый температурный перепад D t Н, °С для наружных стен, покрытий и чердачных перекрытий следует принимать по СП 109.13330
Таблица 7- Коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции.
Внутренняя поверхность ограждающих конструкций
Примечание – Коэффициент теплоотдачи a В внутренней поверхности ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих зданий следует принимать в соответствии с СП 106.13330.2012.Животноводческие, птицеводческие и звероводческие здания и помещения.
Таблица 8- Коэффициенты теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции.
| Наружная поверхность ограждающих конструкций | Коэффициент теплоотдачи для зимних условий a н, Вт/(м 2 ×°С) |
| 1 Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне | 23 |
| 2 Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом, перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне | 17 |
| 3 Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах, а также наружных стен с воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом | 12 |
| 4 Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими, подпольями, расположенными ниже уровня земли | 6 |
1.6 Приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания (или любой выделенной ограждающей конструкции),Rо пр. (м 2 ·°С)/Вт, рассчитывается в соответствии с пунктами методических указаний.
При расчете приведенного сопротивления теплопередаче, коэффициенты теплоотдачи внутренних поверхностей ограждающих конструкций следует принимать в соответствии с таблицей 7, а коэффициенты теплоотдачи наружных поверхностей — в соответствии с таблицей 8.
1.6.1 Термическое сопротивление R, м 2 ×°С/Вт, слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции следует определять по формуле:
где d – толщина слоя (м);
l – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м ×°С), принимаемый по приложению В.
1.6.2 Термическое сопротивление R К, м°·С/Вт, ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев по формуле:
где R 1 , R 2 , . Rn – термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м 2 ·°С/Вт, определяемые по формуле (3);
R В.П. – термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаемое по приложению Д.
1.6.3 Приведенное сопротивление теплопередаче R0 пр фрагмента теплозащитной оболочки здания рассчитывается по формуле:
где aВ – то же, что в формуле (2);
RК – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м ·°С/Вт, с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев по формуле (4)
aН – коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности
ограждающей конструкции, Вт/(м 2 ·°С), принимаемый по таблице 8.
При наличии в ограждающих конструкциях замкнутых воздушных прослоек рекомендуется руководствоваться следующими положениями:
– размер прослойки по высоте не должен превышать высоту этажа и быть не более 6 м; размер по толщине – не менее 60 мм и не более 100 мм;
– воздушную прослойку необходимо располагать ближе к холодной стороне ограждения.
Когда в ограждающих конструкциях имеются вентилируемые наружным воздухом прослойки, слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью ограждающей конструкции, при определении термического сопротивления ограждающей конструкции не учитываются. Величина коэффициента теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции (αн) в этом случае принимается равной 10,8 Вт/(м 2 ∙°С).
1.6.4 Для ограждающих конструкций (отдельных её слоёв), в которых материал неоднороден как в направлении параллельном, так и в направлении перпендикулярном тепловому потоку (пустотные плиты перекрытий и покрытий, облегчённая кирпичная кладка колодцевого типа с теплоизоляционным слоем и т. д.) определяют приведенное термическое сопротивление R следующим образом:
а) плоскостями, параллельными направлению теплового потока, ограждающая конструкция (или часть ее) условно разрезается на участки, из которых одни участки могут быть однородными (однослойными) – из одного материала, а другие неоднородными – из слоев различных материалов, и термическое сопротивление ограждающей конструкции Ra, м 2 ·°С/Вт, определяется по формуле:
где F 1 , F 2 , . Fn – площади отдельных участков конструкции (или части ее), м 2 ;
R 1 , R 2 , . Rn – термические сопротивления указанных отдельных участков
конструкции, определяемые по формуле (3) для однородных участков и по
формуле (5) для неоднородных участков;
б) плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, ограждающая конструкция (или часть ее, принятая для определения Ra) условно разрезается на слои, из которых одни слои могут быть однородными – из одного материала, а другие неоднородными – из однослойных участков разных материалов. Термическое сопротивление однородных слоев определяется по формуле (3), неоднородных слоев – по формуле (6) и термическое сопротивление ограждающей конструкции R б – как сумма термических сопротивлений отдельных однородных и неоднородных слоев – по формуле (4). Приведенное термическое сопротивление ограждающей конструкции следует определять по формуле:
Если величина Ra превышает величину R б более чем на 25 % или ограждающая конструкция не является плоской (имеет выступы на поверхности), то приведенное термическое сопротивление R такой конструкции следует определять на основании расчета температурного поля согласно приложения М (СП 23.101-2004).
1.6.5Для плоских стеновых панелей заводского изготовления и кирпичных стен приведенное сопротивление теплопередаче определяют по формуле:
где R о усл – сопротивление теплопередаче, условно определяемое по формулам (4)
и (5) без учета теплопроводных включений, м 2 ·°С/Вт;
r –коэффициент теплотехнической однородности -го участка ограждающей конструкции, учитывающий влияние стыков, откосов проемов, обрамляющих ребер, гибких связей и других теплопроводных включений, определяемый по 9.1.5, 9.1.6 [СП50.13330.2012] или по приложению Ж.
Коэффициент теплотехнической однородности r ограждающих конструкций должен быть не менее значений, приведенных в таблице 9.
Для кирпичных стен жилых зданий коэффициент теплотехнической однородности принимается не менее:
Источник: studopedia.net