Физико-технические основы архитектурного проектирования

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский  государственный университет»

(национально  исследовательский университет)

Факультет «Архитектурный»

 

 

 

 

 

Расчетно-графическая  работа

по дисциплине «Архитектурная физика»

«Физико-технические  основы архитектурного проектирования»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Челябинск, 2012. 

Кафедра «Архитектура»

Дисциплина  «Архитектурная физика» 

ЗАДАНИЕ ПО РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ  РАБОТЕ

.

 

1. Тема расчетно-графической  работы: физико-технические основы архитектурного проектирования (архитектурная климатология).

2. Дата сдачи расчетно-графической работы:    .12.2012 г.

3. Исходные данные  к расчетно-графической работе:

Вариант задания  № 23

Место строительства  объекта: г.Нижний Новгород

Состав квартир 3-3-2-1

Характеристика  конструкций: панельные;

Этажность: 5 этажей;

Конструктивный  шаг поперечных стен и перегородок 270 и 330 м.

4. Содержание  расчетно-пояснительной записки  (перечень надлежащих разработке  вопросов):

Титульный лист;

Задание;

Аннотация;

Оглавление;

Введение;

Задача 1: архитектурный  анализ климата;

Задача 2: расчет толщины утеплителя;

Задача 3: расчет воздухопроницания стены и окна;

Задача 4: оценка проветривания квартир;

Заключение;

Литература;

5. Перечень графического материала:

генплан 1:2000;

план этажа 1:100;

поперечный  разрез 1:100;

деталь стены 1:10;

деталь окна 1:10;

расчетные схемы  каждой задачи.

6.Консультант  Иванов М.Г.

7.Дата выдачи  задания: «13» сентября  2012г.

 

 

Руководитель  Иванов М.Г.

Задание принято  к исполнению

13.09.2011

Подпись

 

 

АННОТАЦИЯ.

 

 

                Объектом исследования являются  физико-технические основы архитектурного  проектирования. Цель работы –  произвести основные физико-технические  расчеты для пятиэтажного здания в заданной местности. В работе приведен архитектурный анализ климата, заданного региона России. Произведен расчет толщины утеплителя, расчет влажностного режима, расчет воздухопроницания, а также произведена оценка проветривания выбранных квартир здания. Расчеты производились на примере пятиэтажного двухсекционного дома в городе Нижний Новгород.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление.

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………….6 Задача №1: архитектурный анализ климата……………………………………….7 Задача №2: расчет толщины утеплителя……………………………………….11 Задача 3: расчет воздухопроницания стены и окна ………………………………14 Задача 4: оценка проветривания квартир …………………………………………18 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………21 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………….……………………………………………..22

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Генплан………………………………………………………..23 ПРИЛОЖЕНИЕ Б. План этажа…………………………………………………….24 ПРИЛОЖЕНИЕ В. Поперечный разрез…………………………………………. . 25 ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Деталь стены…………………………………………………..26 ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Деталь окна……………………………………………………27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

Актуальность темы. В современном мире строительство играет важную роль в жизни людей. Существует множество строительных материалов и очень важно правильно подобрать материалы и конструкции для здания в соответствии с его назначением и местом строительства. Этой важной теме и посвящена работа. 

Цель работы – произвести расчеты для пятиэтажного жилого дома, расположенного в заданном климатическом поясе.

Задачи работы: - произвести архитектурный анализ климата выбранного региона;

- рассчитать толщину  утеплителя и наружной стены  здания; - определить влажностный  режим наружной стены; 

- рассчитать воздухопроницание  наружной стены;

- произвести оценку  проветривания выбранных квартир  здания.

Объект работы – расчеты основных физико-технических показателей здания.

Результаты работы можно использовать в практической деятельности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача  №1 «Архитектурный анализ климата».

Тип погоды, режим  эксплуатации жилища, особенности композиционных, планировочных, конструктивных и инженерно-технических решений определяются в зависимости от среднемесячной относительной влажности воздуха и среднемесячной скорости ветра.

I)Определение типа погоды

 

Х- холодная, П- прохладная , К- комфортная

мес	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
t0 C	-12	-11,6	-5,6	3,4	11,2	16,3	18,1	16,3	10,7	3,2	-3,6	-9,2
e, Па	260	250	340	290	260	1220	1500	1400	1010	670	440	330
E, Па	217	225	381	780	1331	1853	2077	1853	1287	769	452	279
φ %	100	100	89	37	20	66	72	76	78	87	97	100
υм/с	4,37	3,8	3,8	3,8	3,8	3,8	3,3	3,8	3,8	3,8	3,8	3,8
Тип погоды	х	х	х	х	п	к	к	к	п	х	х	х

 

e-абсолютная влажность воздуха

E- максимальная абсолютная влажность воздуха

- относительная влажность

υ –скорость  ветра

 

1) Среднемесячная температура  воздуха определяется по таблице 3 СНиПа 21-01-99.

2) абсолютная влажность воздуха  определяется из таблицы 1

«Методических указаний к расчетно-графической работе».

3) максимальная абсолютная  влажность воздуха из СП 23-101-2004, табл.С1-С2.

4) Отнсительная влажность воздуха определяется по формуле:

 

f=(p/P)100%.                                                                                                              (1)

 

5) Скорость ветра определяется  для января и июля по табл.2,3 «Методических указаний к расчетно-графической работе»

Январь.

Направл.	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
ρ  %	6	6	8	12	18	27	14	9
υ м/с	4,0	3,4	4,0	3,9	4,2	5,1	4,0	3,9

 

ρ-повторяемость

υ-скорость

υ_ср=4,04

Июль.

Направл.	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
ρ  %	13	10	16	8	8	11	17	17
υ м/с	4,1	3,3	3,5	2,6	2,5	2,3	3,1	4,0

 

 

 

 

6) Тип погоды определяется по табл. 2.8 «Классификация типов погоды и режимы эксплуатации жилища», учебника « Архитектурная физика», в соответствии со среднемесячной температурой, среднемесячной скоростью ветра и относительной влажностью.

 

Тип погоды: Холодный, Комфортный, Прохладный.

 

Холодный- компактное объемно-планировочное решение здания; высокие теплозащитные качества конструкции; центральное отопление средней мощности;

Защита от ветра; ориентация на солнце; закрытые лестницы; шкафы для верхней одежды; вытяжная канальная вентиляция.

 

Комфортный- климазащитная функция архитектуры не требуется; типичны лоджии и веранды; не обязательно отопительное оборудование; не обязательно изоляция конструкции.

 

II)Определение  климатического подрайона.

Определяется  по схематической карте климатического районирования для строительства.

Климатический подрайон- II Б

 

III)Определение показателя  компактности

 

 

H=

 

K= =0,357

A– общая площадь внутренних  поверхностей наружных ограждающих конструкций, включая покрытие верхнего этажа и перекрытие пола нижнего отапливаемого помещения [м²].

V– отапливаемый объем  здания равный объему, ограниченному  внутренними поверхностями наружных  ограждающих конструкций [м³].

A= м²

V= м³

0,36≥0,35

K=0,36- нормативный коэффициент.

Условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача  №2 «Расчет толщины утеплителя ограждающей  конструкции».

Определение толщины утеплителя наружной стены производиться следующим образом:

-определяем условие эксплуатации здания;

-определяем  термическое сопротивление ограждающей  конструкции R₀;

-проверяем условие R^тр R₀;

- проверяем  условие Δt₀ t_н

 

Панель.

t_в=20⁰C

φ=55 %

t_н=-31⁰С-температура воздуха наиболее холодной пятидневки ⁰С,обеспеченностью 0,92.

 

1)Определим  условие эксплуатации (зависят от  зон влажности и от влажностного  режима помещения, определяются  по СНиПу 23-02-2003, табл.2):

-сухая-зона  влажности(определяется по прил.В  СНиПа 23-02-2003.)

-нормальный влажностный режим помещения

 

 

 

 

 

2)

№слоя	материал	δ(м)	g (кг/м3)	λ (Вт/м0С)
1	ж/б	0,10	2500	1,92
2	Полиуретан	0,25	80	0,05
3	ж/б	0,05	2500	1,92

 δ-толщина  слоя

λ-коэффициент  теплопроводности

g-плотность

 

3)Определим  термическое сопротивление ограждающей конструкции

R₀^усл=R_в+R₁+R₂+R₃+R_н

R_в=1/£_в=1/8,7

R_н=1/£_н=1/23

£_в=8,7 Вт/м^{2 0}C

£_н=23Вт/м^{2 0}C

R₀^усл=1/8,7+0,1/1,92+0,25/0,05+0,05/1,92+1/23=5,23

R₀= R₀^усл r=3,66

r-коэффициент однородности

r=0,7

 

4)Определим  требуемое термическое сопротивление  ограждающей конструкции

D=(t_в-t_от) z_от = (20-(-4,1)) 215=5181,5

z_от- продолжительность отопительного сезона в сутках

z_от=215 суток

t_от- средняя температура воздуха ⁰С периода со средней суточной температурой воздуха  ≤ 8⁰С

t_от=-4,1⁰С

R^тр=a =0,00035*5181,5*4=3,21

a, b-коэффициент

D- градусо-сутки отопительного сезона (по СНиПу 23-02-2003, табл. 4)

 

5)Проверяем  условие

R^тр R₀

3,21≤3,66 -условие выполнилось

6) Проверяем  второе условие

Δt₀ t_н

t_н-нормативное значение

Δt_н=4⁰С-жилые здания для наружных стен (табл.2 СНиП 11-3-79)

Δt₀= =1,6

n=1- коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху

(табл.3^* СНиП 11-3-79)

£_в=8,7Вт/м^{2 0}C- коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции

1,6≤4 –условие выполняется

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача  №3 «Расчет влажностного режима наружной стены».

Определить  сопротивление ограждающей конструкции Rп ( внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации) .

-рассчитать - требуемого сопротивления паропроницанию , м²·ч·Па/мг (из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации).

-рассчитать  - требуемого сопротивления паропроницанию , м²·ч·Па/мг (из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха)

-определяем  сопротивление ограждающей конструкции  Rп

-Проверяют условия  R_п , R_п

Если условия  не выполняется то необходимо увеличить  сопротивление пароограждающей конструкции . Увеличить можно добавив новый слой пароизоляции .

 

Расчетная схема:

 

 

 

 

 

№слоя	материал	δ(м)	g (кг/м3)	μ (мг/м*г*Па)
1	ж/б	0,10	2500	0,03
2	пенопласт	0,27	125	0,23
3	ж/б	0,05	2500	0,03

 

μ - коэффициент паропроницаемой (СП 23-101-2004)

1)требуемое  сопротивление паропроницаемости  ограждающей конструкции назначается  из условия недопустимости накопления  влаги в конструкции за годовой  период эксплуатации

=

мес	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
e, Па	260	250	340	290	260	1220	1500	1400	1010	670	440	330
E, Па	217	225	381	780	1331	1853	2077	1853	1287	769	452	279

 

e_н=(260+250+340+290+260+1220+1500+1400+1010+670+440+330):12=

=664,166 Па

e_в=φ ₂₀=0,55 2338=1286 Па

R_пн= = =1,7 м²·ч·Па/мг

 

 

 

 

E=1/12(E₁ z₁+E₂ z₂+E₃ z₃)

z₁=4 – кол-во месяцев с t<-5⁰C

z₂=3 - кол-во месяцев с -5⁰C<t<5⁰C

z₃=5 - кол-во месяцев с t>5⁰C

t_н1=(-12-11,6-5,6-9,2):4=-9,6⁰C

t_н2=(3,4+3,2-3,6):3=1 ⁰C

t_н3=(11,2+16,3+18,1+16,3+10,7):5=14,52⁰C

t₁=20-

t₂=20-

t₃=20-

Из прил. С  СП 23-101-2004 определим парциальное давление водяного пара в плоскости возможной конденсации:

	ti, 0C	E, Па
1.	-11,4	229
2.	-0,2	601
3.	14	1599

 

 

E₁=229

E₂=601

E₃=1599

E=1/12(229*4+601*3+1599*5)=892,83 Па

t_х=t_в-

=5,23 – без учета коэффициента однородности

= + + =5,567 м^{2 0}С/Вт

=

=

2) = + = + = 4,41

3)R_п

4,41 2,329 – условие выполняется

4)Требуемое сопротивление паропроницаемости назначается из условия ограничения накопления влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными температурами

=

r_w- плотность материала увлажняемого слоя, r_w= 80 кг/м³ (для полиуретана);

d_w- ширина увлажняемого слоя (утеплителя), d_w=0,25 м;

_сp-разрешенное увлажнение утеплителя, _сp=25%.

e_в=1286 Па

№ месяца	t 0C	e,Па	Кол-во дней в месяце
1	-12	260	31
2	-11,6	250	29
3	-5,6	340	30
11	-3,6	440	30
12	-9,2	330	31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z₀=31+29+30+30+31=151

e_н0=(250+260+340+440+330):5=324 Па

R_пн=1,7 м²·ч·Па/мг

t_н0=-8,4⁰C

t_х= t_в- =20-

E₀=229

= =0,79

5)R_п

4,41 0,79 – условие выполняется 

 

 

Задача №4 «Расчет  воздухопроницаемости стены и окна».

Определение сопротивления  воздухопроницанию ограждающей  конструкции

R_u - производиться следующим образом:

-рассчитывается  разность давлений воздуха  на наружной и внутренней поверхности ограждающей конструкции;

-определяют  нормативное значение воздухопроницаемости  наружной ограждающей конструкции  Gисходя из условия ограничения  теплопотерь за инфильтрации  наружного воздуха; 

- рассчитывают  требуемое сопротивлениевоздухопроницанию ограждающей конструкции ;

-определяют  сопротивление воздухопроницанию  ограждающей конструкции :

R_u> ;

- проверяют  условие :R_u> ;

I) стена

№ слоя	Материал	δ(м)	Ruм2Па/кг
1	ж/б	0,10	19620
2	Полиуретан	0,25	80
3	ж/б	0,05	19620
4	расшивка	-	20

 

1)R_u=19620+80+19620+20=39340

2)

кг/м²г

g_н, g_в – удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха:

 g_н = 3463 / (273+t_ext);

g_в = 3463 / (273+t_int);

t_ext – расчетная температура наружного воздуха, принимаемая согласно табл. 5.1 СНиПа 23-02-2003;

t_int – расчетная температура внутреннего воздуха,принимаемая согласно табл. 5.2

СНиПа 23-02-2003;

q – максимальная из скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которой составляет 16% и более, определяется по табл. 1* СНиПа 23-01-99;

 

 (м2*ч*Па / кг)

3)проверяем  условие

R_u>

39340> – условие выполняется

II) окно

1)Выберем окно  подходящее для г. Нижний Новгород с точки зрения теплопередачи.

 ≤ 

D=(t_в-t_от) z_от = (20-(-4,1)) 215=5181,5

 

В СНиПе II-3-79* Таблице 1б*(К) смотрим  приведенное сопротивление теплопередачи  ограждающей конструкции.

4000 – 0,45

6000 – 0,6

= ·(5181,5 – 4000) + 0,45 = 0,538

Из таблицы  «приведенных сопротивлений теплопередач окон, балконных дверей и фонарей» выбираем подходящее окно:

двухкамерный  стеклопакет из обычного стекла с межстёкольным расстоянием 12 мм.

  = 5,23 .

= 0,58 ≤

2) расчет воздухопроницания

=

= 5 – для пластиковых окон

=10 Па

= = 0,5244

3) =

Пусть = 3,94 , а =0,55 – значения производителя, полученные опытным путем.

Тогда = = 0,56

4) =0,52 ≤ = 0,56 – условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате проведенной  работы сделан архитектурный анализ климата выбранной территории. Произведен расчет толщины наружной стены и  утеплителя. Определен влажностный  режим наружной стены и рассчитано её воздухопроницание. Подобрано окно по требуемым характеристикам теплопередачи и рассчитано его воздухопроницание. Результаты работы имеют практическую ценность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.

 

1. Архитектурная  физика: учебник / под ред. Н.В. Оболенского, - М.: Стройиздат, 1997. – 441 с.

 

2. СНиП 23-01-99*. Строительная  климатология. – М.: Госстрой России, 2000. – 57с.

 

3. СП 23-101-2004. Проектирование  тепловой защиты зданий. - М.: Госстрой  России, 2004. – 244с. 

 

4. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. - М.: Госстрой России, 2003. -35с.

 

5. Архитектурное  проектирование: учебник / под ред.  М.И. Тосуновой, - М.: Высшая школа, 1988. – 288с. 

 

6. Иванов М.Г.  Алгоритмические методы проектирования  планировочной схемы секции жилого  дома: учебное пособие / М.Г. Иванов. – Челябинск: ЧПИ, 1988. – 47с.

 

7. Иванов М.Г.  Автоматизированная оценка проветривания  квартир жилых зданий: учебное  пособие / М.Г. Иванов. – Челябинск:  ЧГТУ, 1991. – 29с. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ  А

Генплан

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Поперечный  разрез

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ  Г

Деталь стены

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ  Д

Деталь окна