Вопросы строительной физики.
Эксплуатационные качества зданий тесно связаны с качеством ограждающих конструкций, которые защищают помещения от холода, солнечной радиации, ветра, атмосферных осадков, шума и других воздействий. Изучением воздействий на ограждающие конструкции, а также физических процессов, происходящих в них, занимается строительная физика. Методы строительной физики основаны на анализе физических процессов, происходящих в ограждениях и в окружающей их среде.
Главными разделами строительной физики являются: строительная теплотехника; строительная климатология; строительная светотехника; строительная акустика.
Элементы строительной теплотехники
На основе учета климатических данных выбирают наиболее целесообразные наружные ограждающие конструкции отапливаемых зданий, которые должны удовлетворять ряду теплотехнических требований:
обладать достаточными теплозащитными свойствами, чтобы не допускать излишних потерь тепла в холодное время года и перегрева помещений летом в условиях жаркого климата;
температура внутренней поверхности ограждения не должна опускаться ниже определенного уровня, чтобы исключить конденсацию пара на ней и одностороннее охлаждение тела человека от излучения тепла на эту поверхность;
обладать воздухопроницаемостью, не превосходящей допускаемого предела, выше которого чрезмерный воздухообмен снижает теплозащитные свойства ограждений, приводит к дискомфорту помещений и излишним теплопотерям;
сохранять нормальный влажностный режим в процессе эксплуатации здания, что особенно важно, поскольку увлажнение ограждения снижает его теплозащитные свойства и долговечность.
Элементы строительной климатологии
Науку, изучающую условия формирования климата и климатический режим различных стран и районов, называют климатологией. Отрасль климатологии, изучающая климатологические факторы, влияющие на здания, называют строительной климатологией.
С учетом физико-климатических воздействий в северных районах здания следует располагать так, чтобы обеспечить максимальное облучение их солнцем, в южных, наоборот, требуется защищать здания от излишнего облучения.
С помощью определенных планировочных приемов, соответствующих местным условиям, обеспечивают наиболее благоприятный климатический режим для жизни населения (микроклимат).
Средствами обеспечения инсоляции служат ориентация зданий и их форма – конфигурация планов, разрывы между зданиями и их высота.
При проектировании застройки (группы зданий), необходимо предусматривать наилучшее проветривание территории, а в необходимых случаях – обеспечить ветровую защиту.
Элементы светотехники
Необходимый уровень естественного и искусственного освещения помещений устанавливают в зависимости от их назначения, особенностей технологических и функциональных процессов, характера и степени точности различения объектов зрительной работы.
Все помещения по задачам зрительной работы разделены на четыре группы:
производственные помещения, различные служебные кабинеты конструкторов, врачей и операционные, групповые комнаты дошкольных учреждений, классы, аудитории, лаборатории, читальные залы и т. п.;
торговые залы магазинов, залы столовых, выставочные залы, картинные галереи, помещения длительного пребывания детей (кроме групповых в яслях-садах), производственные помещения, в которых осуществляется надзор за работой технологического оборудования, и т. п.;
концертные залы, зрительные залы и их фойе, актовые залы, вестибюли, гардеробы и т. п.;
проходы, коридоры, гардеробные производственных зданий, санузлы, закрытые стоянки автомобилей и т. п.
Проектирование естественного освещения помещений заключается в целесообразном выборе размеров, форм, расположения световых проемов, создающих необходимые благоприятные условия освещенности помещений. Естественное освещение в той или иной точке помещения характеризуется коэффициентом естественной освещенности (КЕО).
КЕО – отношение естественной освещенности, создаваемое в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражений) ЕВ, к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода Ен; выражается в процентах:
Элементы строительной акустики
Прикладная акустика состоит из двух частей – строительной, которая рассматривает вопросы звукоизоляции и защиты от шума, и архитектурной, исследующей акустические свойства помещений.
Одной из важнейших гигиенических проблем в зданиях и помещениях является проблема звукоизоляции. При решении вопросов звукоизоляции ограждающих конструкций всякий звук, проникающий в помещения извне, называют шумом. Ухо человека воспринимает звук в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц. Чем больше частота, тем меньше длина волны и выше тон. Избыточное давление в воздушной среде, возникающее при возбуждении звуковых колебаний, называется звуковым давлением. Восприятие звука ограниченно в пределах между значением порога слышимости (ρ0 = 2·10–5 Па) и болевого порога (ρ = 20 Па). Шумовое воздействие на человека характеризуется уровнем силы звука:
чем больше уровень силы звука, тем громче звук, и, следовательно, шум. Так как сила звука пропорциональна квадрату амплитуды звукового давления, то, исходя из значения звукового давления, уровень силы звука
где ρ0 – соответствует пороговому давлению слышимости, равному 2⋅10–5 Па; ρ – звуковое давление (болевой порог), 20 Па.
По условиям возникновения и распространения шум различают воздушный и ударный. Воздушный шум возникает и передается по воздушной среде, ударный возникает и распространяется по конструктивным элементам здания.
Борьба с шумом – одна из необходимых задач при проектировании и строительстве зданий. Можно предположить следующие меры по ограничение внутренних шумов:
применение мало- и бесшумного оборудования, усовершенствование существующих машин и механизмов;
максимальная локализация шума непосредственно у источников;
поглощение возникающего шума звукопоглощающей отделкой или перегородкой;
группировка помещений по их шумности.
Внешний шум может быть ограничен:
планировочными решениями, задерживающими его распространение по территории;
учетом господствующих ветров в борьбе с формированием шумового поля на застраиваемых территориях;
устройством шумоизоляционных экранов путем использования зеленых насаждений, рельефа местности, инженерных сооружений (насыпей, выемок);
применением усовершенствованных покрытий дорог и вынесением магистралей в шумобезопасные зоны;
борьбой за снижение интенсивности источников внешних шумов.
Архитектурная акустика
Звук, возникший в помещении, частью поглощается, а частью отражается ограждающими конструкциями, оборудованием, зрителями. Уровнями процессов отражения и поглощения звука определяются акустические свойства помещения. Для хорошей акустики необходимо обеспечить по возможности равномерное распределение звука в объеме помещения и особенно в зоне зрителей. Процесс затухания отраженных звуков должен идти так, чтобы не искажался прямой звук от источника, а усиливался при восприятии слушающими.
Одним из важнейших показателей акустических свойств помещений является реверберация. Реверберацией называют наличие остаточного звучания в помещении после прекращения основного звука вследствие многократных отражений звуковых волн от поверхностей стен, потолка и др. Продолжительность реверберации, или время затухания отраженного звука до порога слышимости, зависит как от акустических свойств помещения, так и от мощности источника звука. При продолжительной реверберации помещение становится гулким, при весьма короткой – глухим. Время реверберации зависит от объема и общего звукопоглощения помещения и объектов, находящихся в нем, а также от частоты звука. Опытным путем установлен оптимум стандартной реверберации Топт – такая длительность ее, при которой создаются наилучшие условия слышимости в данном помещении.
Оптимальное время реверберации Топт для частоты 500 Гц можно приближенно определить по формуле:
где V – объем помещения; К – коэффициент, принимаемый 0,41 для оперных театров и концертных залов, 0,36 – для драматических театров, 0,29 – для кинотеатров и аудиторий.
Для обеспечения требуемой акустики в помещении используют материалы, хорошо поглощающие звук. Поглощение звука характеризуется коэффициентом звукопоглощения α, выражающим отношение звуковой энергии, поглощенной поверхностью ограждения, к звуковой энергии, падающей на него. Он является безразмерной величиной, которая используется для характеристики звукопоглощающих свойств материала. Его значения колеблются в соответствии с определением между нулем (полное отражение) и единицей (полное поглощение).