автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Создание строительными методами комфортных условий внутренней среды в гражданских зданиях Ближнего Востока

На правах рукописи

и

ДЖАМУС ЯСЕР МАХМУД

СОЗДАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ КОМФОРТНЫХ УСЛОВИЙ ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ В ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЯХ БЛИЖНЕГО ВОСТОКА

Специальность 05.23.01. - Строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-2000

Работа выполнена в Московском Государственном строительном университете.

Научный руководитель : Официальные оппоненты:

Ведущая организация

кандидат технических наук, доцент Герасимов Анатолий Иванович

доктор технических наук, профессор Румянцев Борис Михайлович кандидат технических наук, доцент Покотило Михаил Григорьевич.

Научно-исследовательский институт строительной физики (НИИСФ)

Защита диссертации состоится 2000 г. в «¿¿>> час.

на заседании диссертационного совета К 053.11.01 в Московском Государственном строительном университете по адресу: 113114, г.Москва, Шлюзовая наб., 8, ауд. № 9

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «//» Ёп^яЯ 20001

Ученый секретарь диссертационного Совета

MW)

Филимонов Э.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Период экономического расцвета стран Персидского залива (Кувейт, Бахрейн, ОАЭ и др.) совпадает с началом производства нефти в 1950 году. Период подъема строительства жилых и общественных зданий характерен с начала 60 годов. Большинство зданий построено в 60+80-х годах. Первостепенную роль традиционно играет сборно-монолитное строительство, характерное для всего региона Ближнего Востока. При проектировании ограждающих конструкций гражданских зданий в условиях жаркого климата местные условия окружающей среды как правило, не принимались во внимание. Область применения теплоизоляционных материалов бала весьма ограничена. Обеспечение необходимой температуры внутри помещений достигалось в основном за счет дорогостоящей системы центрального кондиционирования воздуха. В результате этого строительство стало крупным потребителем электроэнергии.

Отсутствие, стыков между несущими элементами в зданиях с монолитным каркасом способствует передачи шума и создает неблагоприятный акустический режим в помещениях.

Традиционные ограждающие конструкции в основном не удовлетворяют изоляции воздушного и ударного шума. Поэтому, создание комфортного теплового и акустического климата в помещениях гражданских зданий строительными методами в данном регионе важная и своевременная задача.

Цель работы. Основные задачи. Целью работы является разработка комплекса рекомендаций по проектированию ограждающих конструкций гражданских зданий в условиях жаркого сухого климата Ближнего Востока (на примере Кувейта) и созданию комфортного теплового и акустического климата внутри помещений. Полученные результаты будут являться основой для создания региональных документов по проектированию ограждающих конструкций зданий с необходимыми тепло- и звукоизоляционными свойствами. :

Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи:

1. Из серии типичных решений ограждающих конструкций выбрать наиболее рациональные по их энергоэффективности, технологичности и экологическим качествам. При этом необходимо оценить эти конструкции не только с точки зрения требуемого сопротивления теплопередаче, но также и с точки зрения их теплоустойчивости.

2. Выбрать расположения слоев в многослойных ограждающих конструкциях таким образом, чтобы обеспечить максимальную температуру внутренней поверхности конструкции в то время, когда на улице температура воздуха будет минимальной. Это позволит дополнительно охлаждать помещения днем и нагревать ночью, что актуально для Кувейта в зимние, весенние и осенние месяцы.

3. Определить оптимальные размеры окон и их конструкцию исходя из минимума затрат электроэнергии на охлаждение воздуха, отопление и освещение.

4. Провести : анализ: шумового климата окружающей среды; звукоизоляционных свойств ограждающих конструкций в существующих гражданских зданиях и рекомендуемых Кодексом для Кувейта; акустического климата внутри помещений.

5. Предложить конструктивные решения ограждающих конструкций (наружных и внутренних стен, перегородок и междуэтажных перекрытий) на основе существующих, с использованием материалов применяемых в практике строительства и провести расчеты их звукоизоляционных качеств.

6. Определить требуемую звукоизоляцию окон, исходя из их размеров:

7. Провести комплексный анализ: тепло-, звукоизоляционных свойств наружных стен; окон с учетом требований акустики, светотехники и инсоляции; внутренних стен, перегородок и перекрытий с учетом требований звукоизоляции и выбрать наиболее эффективные конструкции, обеспечивающие создание комфортных условий в помещениях гражданских зданий.

Методы исследований. В ходе работы использовались экспериментальные методы исследований и новейший теоретический материал, полученный исследователями разных стран.

Все практические исследования проводились с учетом рекомендаций и положений Строительного Кодекса MEW/R-6 (Кувейт), Британского стандарта RS 4142, международного стандарта ISO-717, немецкого стандарта DIN 18005 и ГОСТов России.

Численные расчеты, статистический анализ данных осуществлялись на персональном компьютере в диалоговом режиме.

Научная новизна работы.

1. Впервые для условий Кувейта проанализированы разрозненные данные о климате, проведена их систематизация и установлены основные

параметры для наружных ограждающих конструкций на теплоустойчивость.

2. Для условий жаркого сухого климата стран Ближнего Востока проведен анализ используемых в практике строительства зданий наружных ограждающих конструкций на запаздывание амплитуды температурных колебаний на внутренней поверхности ограждения.

3. Установлены основные параметры, влияющие на формирование акустического климата внутри помещений.

4. Осуществлен комплексный подход к проектированию ограждающих конструкций с учетом теплофизики и акустики.

Практическая ценность работы. В результате комплексного подхода полученные в работе рекомендации по проектированию ограждающих конструкций гражданских зданий, с целью создания комфортного теплового и акустического микроклимата внутри помещений, могут быть использованы в практике строительства и реконструкции зданий стран Ближнего Востока.

Достоверность результатов. Расчеты теплоустойчивости наружных стен, изоляции воздушного и ударного шума ограждающими конструкциями выполнепы на основе существующих методов.

На защиту выносятся: Анализ климата Кувейта и результаты исследования теплоустойчивости конструкции наружных стен, рекомендуемых кодексом MEW/R6,

Анализ и результаты исследования акустического климата в помещениях гражданских зданий Ближнего Востока.

Практический метод расчета изоляции ударного шума междуэтажными перекрытиями с полом из упругих материалов и покрытием из рулонных материалов (линолеум, ковры).

Рекомендации по выбору конструктивных решений ограждающих конструкций, обеспечивающих комфортных теплой и акустический режим в помещениях гражданских зданий Ближнего Востока.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по диссертации, списка используемых литературных источников, включающего 41 наименований работ.

Работа содержит 141 страницу машинописного текста, включая 29 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации проведен анализ строительства гражданских зданий в условиях жаркого и сухого климата в странах Ближнего Востока. Создание в помещениях тепловой Среды, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям возможно при использовании

соответствующих средств регулирования микроклимата помещений. В основном это пассивные и активные (кондиционирование и др.) средства.

В отличие от средств активного создания микроклимата, средства пассивного регулирования (строительными методами) не вызывают отрицательных физиологических реакций и, в то же время, органически сочетаясь с общими планировочными и конструктивными решениями зданий, требуют относительно небольших единовременных затрат на их осуществление при строительстве и последующую эксплуатацию.

Задачи при проектировании, строительства и эксплуатации гражданских зданий - максимально снизить возможность движения внешнего горячего, сухого воздуха через ограждающие конструкции и тем самым сохранить температуру изолированного, затененного помещения.

Микроклимат помещений в значительной мере определяется качествами ограждающих конструкций.

В жарком, сухом климате, где суточные перепады температур могут быть значительными, а внутренние пространства зданий предпочтительней замкнутые, ограждающие конструкции целесообразно выполнять из материалов обладающих малой теплопроводностью и высокой теплоустойчивостью: медленно нагреваются и медленно осдавают, что смягчает воздействие резких температурных перепадов.

Ощущение комфортности в помещении можно ожидать только в том случае, если ни один из стимулов раздражения (тепло, свет, звук) органов чувств (все тело, глаз, ухо) не доминирует и не превышает порога толерантности. Огромная роль в процессе пассивного ре1улирования факторов, оказывающих влияние на формирование внутреннего пространства здания и комфортного режима в помещении принадлежит ограждающим конструкциям. Поэтому необходим комплексный подход к оценке и выбору наиболее эффективных конструкций, для которых характерно совмещение необходимых функций.

В главе рассмотрено состояние вопроса проектирования ограждающих конструкций в Кувейте.

Здания в Кувейте обычно имели стены из плотных цемеитно-песчаных блоков, заполняющих железобетонный каркас, и облицованных силикатным кирпичом, камнем или мрамором. Теплоизоляции в стенах как правило не было. Крыша состояла из железобетонной плиты, гидроизоляции, пенобетона по уклону и терраццо или цсментно-песчаной плитки.

Здесь пенобетон использовался : не для теплоизоляции, а для обеспечения уклона около 1% для отвода дождевой воды.

Окна, как правило раздвижного типа с алюминиевыми рамами, остеклялись одинарным полированным стеклом толщиной 6 мм. Проемы

делались большими. При этом не учитывался тот факт, что через такие большие проемы в помещение проникает много тепла. Комфортная температура достигалась за счет мощных центральных систем воздушного кондиционирования. В результате подобной строительной практики, связанной с подъемом в строительстве и низкой ценой на электроэнергию, строительный сектор стал крупнейшим потребителем энергии.

Опубликованный в 1983 году строительный кодекс Кувейта MEW/R-6 рекомендует использование теплоизоляционных материалов в наружных ограждающих конструкциях зданий. Это в основном жесткие минераловатные плиты, перлитобетон и вермикулитобетон.

Сравнительный анализ теплотехнических данных, идентичных материалов по MEW/R-6 и СНиП (Россия) показал, что данные по СНиП идут в основном "взапас", а данные о теплоустойчивости материалов в MEW/R-6 отсутствуют. Поэтому, в дальнейшем, в работе сочли возможным и целесообразным использование Российских норм.

В практике строительства гражданских зданий Кувейта широкое применение нашли однослойные и двухслойные перекрытия. Однослойные в виде сплошной монолитной или сборной железобетонной плиты толщиной 120-200 мм, плотностью от 1500 до 2200 кг/м3 с опиранием ее в основном по 4-м сторонам или пустотной плиты толщиной 200 мм с опиранием по двум сторонам. Эти конструкции, как правило, используются в монолитном, сборно-монолитном и сборном строительстве многоэтажных зданий.

Примером двухслойных конструкций являются часторебристые монолитные перекрытия с заполнением из легкобетонных или керамических камней - вкладышей. Это несущие конструкции типа STALHTON, FIORIO, SOPREL, DCS и др. Вкладыши в перекрытиях могут принимать участие в работе конструкции или быть лишь заполнением межреберного пространства. Использование вкладышей позволяет получить ровную и гладкую поверхность потолка.

При строительстве общественных зданий, помимо рассмотренных решений, используются ребристые монолитные и сборные плиты с высотой ребра в продольном направлении 330 мм и полкой 60 мм. Снизу несущей конструкции устраивается подвесной потолок. Пространство между подвесным потолком и несущей плитой используется для пропуска инженерных коммуникаций и световой арматуры.

Традиционной основной конструкцией пола в гражданских зданиях в странах с жарким климатом являются сборные покрытия из плит размером 200x200; 300x300; 400x400, 500x500 мм и толщиной от 10 до 45 мм. Плиты

обычно выполнены из натурального или искусственнохо мрамора. Используются также наливные полы с заполнением из мраморной крошки.

В современном строительстве гражданских зданий широкое применение находят полы с покрытием из линолеумов и ковровых Материалов.

Во второй главе представлены результаты исследований теплотехнических качеств ограждающих конструкций и их влияние на комфортность внутренней тепловой среды.

Рекомендуемые конструкции ^П^/Я-б для несущих стен одно-, двухэтажных зданий и для несущих стен, заполняющие каркас многоэтажных зданий многослойные и имеют в своем составе плотные материалы с высокой теплопроводностью (наружная и внутренняя облицовка), несущее ядро (или два ядра) из материалов достаточно массивных, но обладающих определенным сопротивлением теплопередаче, а также слой эффективного утеплителя с малой массивностью и очень низким коэффициентом теплопроводности.

Для восьми конструкций по данным из Кувейтских норм о теплопроводности материалов подсчитаны значения термического сопротивления для каждого слоя. Подобные расчеты проведены по данным СНиП 11-3-79* (1995).

Анализируя стеновые конструкции, предлагаемые Кувейтским Строительным Кодексом можно отметить следующее:

, Практически для всех конструкций и конструктивных слоев величины сопротивления теплопередаче, подсчитанные по СНиП Н-3-79* (1995) ниже, чем по МЕЛУЖ-б, 1983, вследствие того, что данные о теплопроводности по российским Нормам взяты с некоторым запасом.

Наиболее высокое общее сопротивление теплопередаче имеет конструкция стены, где в качестве утеплителя применен пенополиуретан толщиной 0.05 м, а в качестве наружной отделки применен силикатный кирпич (Кк=2.29 и 11р.ф= 1.82).

Несколько ниже сопротивление теплопередаче у конструкций, имеющих в качестве утеплителя экструдированный пенополистирол толщиной 0.04 м (1*к=1.82 и Кр.ф=1.58) и формованный пенопилисгирол толщиной 0.05 м (Кк= 1.84 и Ир.ф= 1.72).

Мраморная облицовка уменьшает сопротивление теплопередаче по сравнению с силикатным кирпичом и с природным камнем.

Однако только по величине общего сопротивления теплопередаче судить об эффективности конструкции в условиях Кувейта очевидно нельзя.

Резкие колебания температуры в зимний и весенне-осенниЙ период в дневное и ночное время требует обязательного расчета этих конструкций на теплоустойчивость, т.е. на ограничение амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности конструкции.

Кроме того, рекомендуемые конструкции имеют утеплитель, расположенный ближе к наружной поверхности стены. В условиях Кувейта, когда диффузия водяного пара через конструкцию не имеет практически никакого значения, расположение утеплителя по толщине конструкции стены может влиять на смещение фазы колебания температуры внутренней поверхности. Т.е. когда на улице имеет место максимальный нагрев наружной поверхности стены, внутренняя ее поверхность должна иметь минимальную температуру. И наоборот, при минимальной температуре наружной поверхности должна иметь место максимальная температура внутри поверхности стены.

Период колебаний или смещение амплитуды по фазе должны определяться из анализа колебаний температуры наружного воздуха в различные периоды года с учетом ориентации поверхности, солнечного нагрева и повышения теплоотдачи за счет ветра.

В главе рассмотрены типичные конструкции плоских совмещенных невентилируемых покрытий, предложенных Кодексом МЕ\У/11-6. В случае устройства плоских совмещенных крыш, особенно невентилируемых, теплотехнические качества конструкции в значительной мере влияют на комфортность условий жизни на последнем этаже, где в случае неправильного решения конструкции крыши из-за перегрева либо нельзя будетосуществлять эксплуатацию помещения, либо надо гратить большое количество энергии на кондиционирование воздуха. Для пяти характерных конструкций покрытия проведены расчеты теплопередачи. Анализ расчетов показал, что обшее сопротивление теплопередаче каждой из конструкций примерно одинаково. Максимальная разница составляет 2.01 и 1.84 (по данным СНиП) и 2.47 и 2.18 (по данным МЕ\У/11-6, 1983), т.е. 8.5-11.7%. Однако различное расположение слоев и, в частности, расположение утеплителя, позволяет говорить о том, что эти конструкции могут иметь различное время запаздывания амплитуды колебаний на своих поверхностях и разную теплоустойчивость, проверка которых необходима.

Рассчитав амплитуду колебаний на внутренней поверхности конструкции и время запаздывания амплитуды колебаний для этих конструкций можно спрогнозировать оптимальную конструкцию стены и перекрытия с учетом минимальных энергозатрат, необходимого время запаздывания колебаний, технологичности возведения и других факторов.

Расчет конструкций наружных стен и покрытий на теплоустойчивость и определения времени задержки амплитуды колебаний температуры е проводился согласно п.З СНиП 11-3-79* (1995) и графоаналитическим методом, применяемым в странах Британского содружества.

В работе впервые для условий Кувейта проанализированы разрозненные данные о климате, проведена их систематизация и установлены основные параметры для расчета наружных ограждающих конструкций на теплоустойчивость и определения времени задержки амплитуды колебаний температуры на внутренней поверхности ограждения.

Проведенные исследования показ адн, чт.о конструкции стен, используемых в практике строительства гражданских зданий на основе строительных Норм Кувейта MEW/R-6, являются достаточно теплоустойчивыми. Однако сдвиг фаз температурных колебаний на наружных поверхностях недостаточен. Максимальная температура на внутренней поверхности в большинстве случаев имеет место раньше 5 часов утра, когда наблюдается минимальная температура наружного воздуха.

В главе представлен анализ уравнений для определения времени задержки амплитуды колебаний, который показал, что основное значение для обеспечения необходимой задержки имеет показатель тепловой инерции или степень массивности конструкции О. Для обеспечения требуемой задержки, равной 14 часам, величина О должна быть не менее 5.

В результате исследования рекомендуемых для практики строительства Кувейтскими нормами конструкций плоских совмещенных невентилируемых покрытий, было установлено, что все предлагаемые конструкции удовлетворяют требованиям по теплоустойчивости, однако время время задержки е амплитуды колебаний составляет во всех случаях 8+ 9.5 часов, что явно недостаточно (требуемое значение 8=14 час.). Это условие может быть удовлетворено только при массивности конструкции покрытия 0>5.

Третья глава посвящена звукоизоляционным свойствам ограждающих конструкций и их влиянию на комфортность внутренней акустической среды помещений. Рассмотрен шумовой климат окружающей среды в районе Эль-Кувейта. При проектировании гражданских зданий учитывают шумовую нагрузку на отдельные объекты, а также на весь строительный комплекс. Решающую роль в городе играет транспортный шум. Поскольку законодательство в области строительства в Кувейте ориентировано главным образом на Великобританию, согласно норм ИБ 4142, 1967, необходимо, чтобы в любом жилом помещении 18-ти часовые значения

уровня звукового давления при закрытых окнах не превышали 50 дБА, а желательно были ниже 40 дБ А. Для этого требуется, чтобы 18-ти час. значения Ью уровня шума непосредственно с внешней стороны окна не превышало 68 дБА.

Проведен анализ акустического климата внутри помещений гражданских зданий. Рассмотрены составные элементы акустического климата. Предполагая, что градостроительные, функциональные проблемы здания и его инженерное оборудование решены правильно, а качество строительства достаточно высоко, можно ограничиться рассмотрением лишь звукоизоляции наружных и внутренних ограждающих конструкций, а параметры акустического климата помещения формировать путем выбора соответствующих конструктивных решений и материалов с надлежащими звукоизоляционными свойствами. Наибольшее влияние на формирование акустического климата помещения оказывают перекрытия, а также наружные и внутренние стены и окна.

Для описания изоляции воздушного шума ограждающих конструкций одним числом, а не частотной характеристикой, используется индекс изоляции воздушного шума Rw, дБ.

Теории изоляции воздушного шума ограждающих конструкций посвящены работы Л.Кремера, В.Н.Заборова, М.С.Седова.

Передача звука через акустически неоднородные ограждения исследована теоретически Р.Жоссом, В.И.Заборовым, А.Лондоном, М.Хеклем и др. Большой вклад в практику изоляции воздушного шума ограждающими конструкциями внесли работы К.Гёзсдя, А.В.Захарова, В.Г.Крейтана. Полученные ими формулы позволяют осуществлять практические расчеты акустически однородных и неоднородных конструкций.

Как показывает практика, индекс изоляции воздушного шума стен, перегородок и несущей части перекрытий может быть определена по формулам:

Rfy = 13lgm + 15 дБ при 50sw<200 кг/м2 (1)

Rw = 23lgm~8 дБ при 200<т< 1000 кг/м2 (2)

где

щ - поверхностная плотность ограждения, кг/м2;

к3 - коэффициент звукоизоляционной эффективности материала

конструкции.

Звукоизоляционные качества междуэтажного перекрытия характеризуются изоляцией воздушного шума R и изоляцией ударного

шума - приведенным уровнем ударного шума. При этом характеристики конструкции оцениваются

Я = Д° + ЛК,дБ (3)

£„=£;-Д£„,дБ (4)

Где Л(Х„) - частотная характеристика изоляции воздушного шума

(приведенного уровня ударного шума) перекрытия;

ДЛ(Д£„) - частотная, характеристика улучшения изоляции воздушного

(ударного) шума конструкцией пола.

Для описания звукоизоляционных свойств одним числом, а не частотной характеристикой используются индексы звукоизоляции, которые вычисляются в результате сравнения частотной характеристики конструкции с нормативной кривой

ДЯ^.дБ (5)

(6)

Теория изоляции воздушного шума несущей части перекрытия разработана Л.Кремером и В.И.Заборовым.

Большой вклад в практическую звукоизоляцию ограждающих конструкций внесли экспериментальные исследования С.Д.Ковригина, Э.М.Лалаева, К.Гёзеле.

К. Гёзеле показал, что индекс приведенного уровня ударного шума междуэтажного перекрытия без пола и без учета косвенной передачи звука можно вычислить по формуле:

= 165-35^— дБ (7)

«о

где т - поверхностная плотность плиты (несущей части) перекрытия, кг/м2;

п\> = 1 кг/м2 (опорная величина).

Анализ теоретических » экспериментальных исследований убедительно показывает, что устройство эффективного покрытия пола из линолеума или коврового материала, полов по упругим прокладкам в значительной степени помогает решать проблему звукоизоляции междуэтажного перекрытия. Если несущая конструкция перекрытия обладает достаточной массивностью, то изоляция воздушного шума, как правило, отвечает нормативным требованиям. В этом случае ддя изоляции ударного шума можно предусмотреть устройство рулонного покрытия пола.

Существующая теория изоляции ударного шума междуэтажных перекрытий с рулонными покрытиями основана на работах Л.Кремера, В.И.Заборова, С.Д.Ковригина, А.П.Тюменцевой, С.А.Костарева

Большой вклад в разработку теории звукоизоляции междуэтажных перекрытий с конструкцией плавающего пола по упругим прокладкам внесли работы В.И.Заборова и Л.Кремера. Эффективность плавающего пола в значительной степени зависит от физико-механических характеристик материалов упругих прокладок. Методам определения и исследованию этих характеристик посвящены работы К.Костадони, Г.С.Росина, И.И.Клюкина, Т.Притца, А.И.Герасимова и А.П.Шолохова.

Поскольку наружные ограждения, состоят из.недкояьких.эдемеш'ов -наружной стены, окон, балконных дверей - звукоизоляционные свойства которых значительно различаются, их общая изоляция почти полностью определяется наиболее звукопроницаемыми элементами, т.е. окнами и балконными дверями. Звукоизоляция окон оценивается индексом дБ.

Поскольку расчеты ожидаемых уровней транспортного шума, эффективности экранов и других средств снижения шума проводится по уровню звука в дБА, представляется целесообразным оценку звукоизоляции наружных ограждающих конструкций проводить в дБА.

К экспериментальным исследованиям конструкций окон относятся работы В.Фазольда, Х.Венде, Я.Садовских, А.А.Климухина. Полученные В.Фазольдом и Х.Венде эмперические формулы требуемой звукоизоляции окон используются в данной работе.

Проведенный в работе анализ результатов расчетов звукоизоляции ограждающих конструкций показал, что большинство конструкций наружных стен, применяемых в практике строительства Кувейта до 1983 г. и рекомендуемых кодексом MEW/R-6 отвечают требованиям международного стандарта по звукоизоляции ISO-717. Внутренние стены и перегородки в зданиях не обладают достаточной изоляцией шума и требуют улучшения.

Предварительные расчеты показали, что конструкции междуэтажных перекрытий с традиционным полом из искусственного мрамора или террацевой плитки по слою цементно-песчаного раствора обладают достаточной изоляцией воздушного шума, в тоже время имеют низкую изоляцию ударного шума.

Акустический климат внутри помещения можно характеризовать значением уровня звукового давления в нем, а степень комфортности внутренней среды с позиции ее звукоизоляции возможно оценить в

результате сравнения данного уровня с допустимым в дневное и ночное время.

Уровень шума внутри помещения может быть определен по формуле (8), в предположении, что уровень шума в изолируемом помещении определяется только воздушным шумом, проникающим из смешанных помещений, и что звуковое поле на границах шумных помещений, а также в изолируемом (мало шумном) помещении, является диффузным:

- /-»„ = 101^.-10"'^ ^^ (.V,-К)"''-1 *-!]-10!ЁЛ (8). ,

где - уровень звукового давления внутри изолируемого помещения, дБ; Ц, - уровни звукового давления за конструкциями, ограждающими

изолируемое помещение, дБ; Л,, - звукоизоляция конструкциями, дБ;

5,, - площадь ограждающих конструкций, м2;

А - эквивалентная площадь звукопоглощения в помещении, м2.

I

где ас} - средний коэффициент звукопоглощения материала конструкции

(на частоте 500 Гц).

Поскольку уровень шума в помещении определяется только воздушным шумом.,, проникающим из соседних помещений и снаружи, возцикает.проблема оценки влияния ударного шума. Если характеризовать акустический климат только величиной уровня звукового давления, без учета влияния звукоизоляции перекрытия в результате воздействия ударного шума, то может оказаться, что он соответствует требуемому значению, однако конструкция перекрытия не обладает достаточной изоляцией ударного шума и в целом акустический климат в помещении будет неудовлетворительным. Поэтому целесообразно проводить анализ акустического климата с учетом влияния на его формирование ударного шума. Для этой цели целесообразно использовать значение приведенного уровня ударного шума под перекрытием (в изолируемом помещении) в дБА. Ю-Царманен, проведя теоретический и экспериментальный анализ методов измерения, изоляции ударного шума перекрытий, установил, 'что индекс приведенного уровня ударного шума ¿„„ соответствует индексу приведенного уровня ударного шума Ц^.

В качестве примера в работе проведен анализ акустического климата внутри помещения существующего жилого дома. В результате чего было установлено, что он не соответствует комфортным условиям.

В результате исследований состояния проектирования ограждающих конструкций и акустического климата в помещениях выбраны методы повышения звукоизоляции существующих конструкций за счет применения эффективных звукоизоляционных материалов в конструкциях стен, перегородок и перекрытий. Для повышения изоляции воздушного шума вертикальных ограждений целесообразно использованиемногослойных конструкций: в виде одинаковых двойных стенок (оболочек) с воздушным промежутком между ними, заполненным звукопоглощающим материалом или гибких, легких плит на относе. Для улучшения изоляции ударного шума целесообразно использование покрытия пола из ковровых материалов и эффективных типов линолеума,. Для обеспечения более высоких требований изоляции в ряде случаев необходимо применение конструкций плавающего пола ¿то упругим прокладкам. На основе существующей теории и методов проведены расчеты предложенных вариантов ограждающих конструкций, В главе разрабтана и представлена практическая методика расчета изоляции ударного шума междуэтажным перекрытием с конструкцией плавающего пола и перекрытием из рулонных материалов.

В главе представлены расчеты требуемой звукоизоляции окон с учетом необходимой естественной освещенности помещения.

В четветой главе в результате комплексного подхода к проектированию ограждающих конструкций с учетом требований строительной физики позволило впервые осуществить обоснованный выбор материалов и их конструктивных решений, применение которых в практике строительства как в Кувейте, так и во многих других странах Ближнего Востока позволит создать необходимый тепловой и акустический комфорт в гражданских зданиях различного назначения.

В главе представлены: рекомендуемые варианты конструкций наружных стен, обладающие необходимой теплоустойчивостью, временем запаздывания амплитуды колебаний температуры на внутренней поверхности и изоляцией воздушного шума; конструкции окон с необходимой изоляцией воздушного шума с учетом сопротивления теплопередачи и освещенности; конструкции междуэтажных перекрытий с необходимой величиной изоляции ударного и воздушного шума; конструкции совмещенных невентюшруемых покрытий с требуемой теплоустойчивостью, временем запаздывания амплитуды колебаний температуры и изоляцией воздушного шума. Применение в практике предложенных ограждающих конструкций будет способствовать созданию

строительными методами комфортных условий внутренней среды в гражданских зданиях Ближнего Востока.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Обеспечение теплового и акустического комфорта в помещениях гражданских зданий, за , счет выбора эффективных конструктивных решений ограждающих конструкций требует комплексного подхода к их проектированию.

2.По нормам MEW Кувейта оценка ограждающих конструкций только по сопротивлению их теплопередаче недостаточна. Необходим их анализ по теплоустойчивости и времени запаздывания температурных колебаний (о) в условиях этой страны.

3. Анализ темпсрагурно-влажностпого, радиационного и ветрового климата Кувейта позволил установить основные параметры (среднюю температуру июля; суточную амплитуду колебаний температуры воздуха, средние и максимальные значения солнечной радиации в июле на различно ориентированных поверхностях) необходимые для расчета

, теплоустойчивости и времени запаздывания температурных колебаний на внутренней поверхности наружной стены и покрытия.

4. Проведенные расчеты на теплоустойчивость и запаздывания температурных колебаний ддя ограждающих конструкций, предложенных Нормами MEW, показали, что они, обладая достаточной теплоустойчивостью, не обеспечивают необходимую величину времени запаздывания. Для обеспечения требуемой задержки, равной 14 часам, степень массивности конструкции D должна быть не менее 5.

5. Проведены исследования звукоизоляции ограждающих конструкций, рекомендуемых Нормами MEW для Кувейта. Индекс изоляции воздушного шума внутренними стенами и перегородками до 10 дБ., а индекс приведенного уровня ударного шума междуэтажными перекрытиями до 20 дБ. ниже нормативных величин согласно стандарту ISO- 717, поэтому необходимо повышение звукоизоляции ограждающих конструкций.. .

6. Оценку акустического климата помещений следует осуществлять по величине эквивалентного уровня звукового давления L, дБА ,с учетом приведенного уровня ударного шума под перекрытием.. . <..

7. Разработан комплексный подход к проектированию ограждающих конструкций с учетом акустического и теплового режима помещений, который позволил рекомендовать типы конструкций наружных и внутренних степ, покрытий и междуэтажных перекрытий, обеспечивающих создание комфортных условий в помещениях гражданских зданий Кувейта.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СТРОИТЕЛЬСТВО ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ В ЖАРКОМ И СУХОМ

КЛИМАТЕ .,,.,.

1.1 Особенности проектирования ограждающих конструкций в условиях жаркого и сухого климата.

1.2 Комплексный подход к проектированию ограждающих конструкций и созданию микроклимата в помещениях, отвечающего требованиям комфортности.

1.3 Состояние вопроса проектирования ограждающих конструкций в Кувейте .;.:.

1.3.1 Требования кодекса MEW Кувейта к зданиям, к ограждающим конструкциям и материалам.

1.3.2 Применение теплоизоляционных материалов в стенах.

1.3.3 Применение теплоизоляции в крышах

1.3.4 Окна.

1.3.5 Внутренние стены, перегородки и перекрытия.

1.4 Цель и задачилсследований.

ГЛАВА 2. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КОМФОРТНОСТЬ ВНУТРЕННЕЙ ТЕПЛОВОЙ СРЕДЫ И НА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ЗДАНИЙ.

2.1 Выбор типичных конструкций, используемых в Кувейте для стен

2.2 Выбор типичных конструкций плоских совмещенных невентилируемых крыш.

2.3 Метод расчета конструкций на теплоустойчивость и определение задержки амплитуды колебаний температуры в конструкции.

2.4 Климатические параметры Кувейта, используемые в теплотехнических расчетах

2.5 Расчет теплоустойчивости рекомендуемых конструкций стен и запаздывания амплитуды колебания температуры внутренней поверхности.

2.6 Анализ теплоустойчивости и запаздывания амплитуды колебаний температуры на внутренней поверхности конструкций плоских совмещенных невентилируемых крыш, используемых в практике строительства Кувейта (на основе кодекса MEW/R-6).

2.7 Улучшение теплоизоляционных свойств конструкций плоских совмещенных невентилируемых покрытий.

2.8 Выводы по ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КОМФОРТНОСТЬ ВНУТРЕННЕЙ АКУСТИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПОМЕЩЕНИЙ.

3.1 Шумовой климат окружающей среды.

3.2 Акустический климат внутри помещений гражданских зданий.

3.3 Состояние вопроса проектирования звукоизоляции ограждающих конструкций

3.3.1 Звукоизоляция стен и перегородок

3.3.2 Звукоизоляция междуэтажного перекрытия.

3.4 Нормирование звукоизоляции ограждающих конструкций.

3.4.1 Нормирование звукоизоляции междуэтажных перекрытий.

3.4.2 Нормирование звукоизоляции стен и перегородок.

3.5 Оценка звукоизоляционных свойств ограждающих конструкций традиционно применяемых в строительной практике стран Ближнего Востока .;.

3.6 Оценка акустического климата внутри помещений зданий с традиционными ограждающими конструкциями.

3.7 Улучшение звукоизоляции ограждающих конструкций.

3.7.1 Звукоизоляция . междуэтажных перекрытий с полами плавающего типа.

3.7.2 Приближенный метод расчета снижения уровня ударного шума AL' плавающим полом с учетом изменения S' от частоты.

3.7.3 Звукоизоляция междуэтажных акустически однородных перекрытий с рулонными и ковровыми покрытиями пола.

3.7.4 Связь тепло- и звукоизоляционных свойств покрытий пола из линолеумов

3.7.5 Звукоизоляция внутренних стен и перегородок.

3.7.6 Звукоизоляция окон. Ц

3.7.7 'Определение требуемой звукоизоляции окна с учетом необходимой естественной освещенности помещения.

3.8 Выводы по ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ КУВЕЙТА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ СОЗДАНИЕ ТЕПЛОВОГО И АКУСТИЧЕСКОГО КОМФОРТА ВНУТРИ ПОМЕЩЕНИЙ.

4.1 Рекомендации и указания по проектированию наружных стен.

4.2 Рекомендации и указания по проектированию окон и солнцезащитных устройств.

4.2.1 Выбор конструкции окон

4.2.2 Мероприятия по защите от солнца

4.3 Рекомендации и указания по проектированию конструкций перегородок.

4.4 Рекомендации и указания по проектированию конструкций междуэтажных перекрытий.

4.5 Рекомендации и указания по проектированию конструкций покрытий.

4.6 Выводы по ГЛАВЕ 4.I

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ.

выводы по диссертационной работе

1. Проведенный в работе анализ строительства в жарком сухом климате на примере Кувейта показал, что от выбора конструктивного решения наружных стен и покрытия здания во многом зависит экономия энергии на охлаждение, а также тепловой комфорт помещений.

2. Анализ шумового режима окружающей Среды и внутри помещений показал, что комфортность акустического микроклимата в помещениях также связана с решением ограждающих конструкций. Обеспечение теплового и акустического комфорта помещений требует комплексного подхода к их проектированию.

3. Оценка принятых по нормам MEW Кувейта ограждающих конструкций по их сопротивлению теплопередаче недостаточна. Необходим их анализ по теплоустойчивости с учетом запаздывания амплитуды колебаний температуры на внутренней поверхности стены.

4. Анализ температурно-влажностного, радиационного и ветрового климата Кувейта позволил установить основные ^параметры для расчета теплоустойчивости и времени запаздывания температурных колебаний в условиях этой страны.

5. Проведенные расчеты на теплоустойчивость и запаздывания температурных колебаний для ограждающих конструкций, предложенных Нормами MEW, показали, что они, обладая достаточной; теплоустойчивостью, не обеспечивают необходимую величину времени запаздывания.

6. Проведены исследования звукоизоляции ограждающих конструкций, рекомендуемых Нормами MEW для Кувейта. В большинстве случаев они не удовлетворяют требованиям международного стандарта ISO-717, п. 1,2.

7. Оценку акустического климата помещений следует осуществлять по величине эквивалентного уровня звукового давления L, дБА с учетом приведенного уровня ударного шума под перекрытием. ; ; 138

8. Разработан комплексный подход к проектированию ограждающих конструкций с учетом акустического и теплового режима помещений, который позволил рекомендовать типы конструкций наружных и внутренних стен, покрытий и междуэтажных перекрытий, обеспечивающих создание комфортных условий в помещениях гражданских зданий Кувейта.

9. На формирование комфортных условий акустического и теплового режима помещений может оказать влияние выбор размеров и типа остекления, инсоляция и солнцезащита, а также аккумуляция тепла внутренними ограждающими конструкциями. Эти вопросы требуют дальнейшей глубокой проработки.

1. Шевцов. Проектирование зданий для районов с особыми природно-климатическими условиями. Учебное пособие для вузов. -М.: Высш. школа, 1986.

2. Ministry of Electricity and water. Energy conservation Program. Appendix №1. Properties and Application of Insulating Materials for Building in Kuwait. For Code of Practice №MEW/R-6. First Edition 1983.

3. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника. -M.: Минстрой России, 1995.4. 3околей С.В. Архитектурное проектирование, эксплуатация объектов, их связь с окружающей средой. М.: Стройиздат, 1984, с.670.

4. Ильинский В.М. Строительная теплофизика. -М.: Высш. школа, 1974, с.319.

5. Елагин Б.Т. Основы теплофизики ограждающих конструкций и зданий. Киев-Донецк: "Вища школа", 1977, с.93.

6. Nash, G.D., Comrie, I. and Broughton, H.F. The thermal insulation of buildings. HMSO, 1955.

7. Olgyay V. Design with climate. Princeton University Press, 1963.

8. Богословский B.H. Строительная теплофизика (Теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). -М.: Высш. школа, 1970.

9. Якубов Н.Х. Теплотехнические расчеты ограждающих конструкций на теплоустойчивость. Душанбе, 1989.

10. ICO/DIS 1996/3. Part 3: Application to noise limits.

11. Британский стандарт BS 4142: 1967.

12. ISO 1996. Acoustics-Description and measurement of environmental noise. Part 1: Basic quantities and procedures (Layout 1981).

13. DIN 18005. Schallschutz im Stadtebau, Berechnungs und Bewertungsgrundlagen.

14. Снижение шума в зданиях и жилых районах / под ред. д.т.н. Осипова Г.А. -М.: Стройиздат, 1987.

15. ISO-717.1,2. Acoustics Rating of sound insulation in buildings and of building elements, 1982.

16. Cremer H. und L. Theorie der Entstehung des Klopfschalls, Frequenz, 2,3, 1948.

17. Заборов В.И. Теориязвукоизоляции ограждающих .конструкций. -М.: Госстройиздат, 1969.

18. Седов М.С., Боблыев В.Н. Расчет звукоизоляции однослойных ограждений на низких частотах. Горький, 1976.

19. Heckl М. Abstrahlung von ebenen Schallquellen, Acustica 37 (1977). S. 155-166.

20. Захаров A.B. Метод расчета прохождения звука через границы сред. В сборнике "Борьба с шумами и вибрациями". Стройиздат, 1966.

21. Gosele К. Der Trittschallschutz von Decken, Dammstoffen und Gehbelagen. Die Veröffentlichungen aus dem Institut für Technische Physik. - H. 18, 1952.

22. Крейтан В.Г. Защита от внутренних шумов в жилых домах. М.: Стройиздат, 1990.- 260 с.

23. Sadowski J. Podstawy Akustyki urbanistycznej. Warszawa, Arcady, 1982.

24. Климухин A.A., Коробков В.E., Осипов Г.Л. Нормирование звукоизоляции наружных ограждений жилых зданий, подвергающихся воздействию шума транспортных потоков: Тр. ин-та НИИСФ Госстроя СССР. 1978. - Вып. 18 (XXXII). Строительная акустика.

25. Ковригин С.Д., Захаров A.B., Герасимов А.И. Борьба с шумами в гражданских зданиях. М.: Стройиздат, 1969.

26. Заборов В.И., Лалаев Э.М., Никольский В.Н. Звукоизоляция в жилых и общественных зданиях. -М.: Стройиздат, 1979.

27. Тюменцева Л.П. Звукоизоляция от ударного шума перекрытий с рулонными полами. Дисс. . канд. техн. наук, 1965.

28. Костарев С.А. Исследования по звукоизоляции акустически однородными междуэтажными перекрытиями с рулонными полами. Дисс. . канд. техн. наук. -М.: НИИСФ, 1977.

29. Costadoni С. Ein elektrodynamisches Gerat zur Messung mechanischer Scheinwiederstande von Korperschalldammstoffen iiisbesondere bei Belastung. Z. techn. Phys. 17, 1934, 4.

30. Росин Г.С. Измерение динамических свойств акустических материалов. -М.: Стройиздат, 1972.

31. Клюкин И.И. Экспериментальные исследования звукоизолирующих прокладок. Журнал техн. физики, 1950, Т.20, вып. 5.141

32. Притц Т. Метод передаточной функции для исследований динамических свойств звукоизоляции вибрационных материалов. Дисс. . канд. техн. наук, МНИТ, М., 1982.

33. Gerasimov A.I., Sholochov A. Research of the physical-mechanical characteristics of porous-fibrous materials. Technical Report, A.AHLSTROM, Helsinki, 1992.

34. Шолохов А.П. Изоляция ударного шума полами на упругих прокладках с учетом изменения их динамических характеристик в процессе эксплуатации. -Дисс. . канд. техн. наук, НИИСФ, М., 1991.

35. СНиП II-12-77. Защита от шума.

36. Клюкин И.И. Борьба с шумом и звуковой вибрацией на судах. Судпромиздат, 1961.

37. Захаров А.В. Архитектура гражданских и промышленных зданий: гражданские здания.-М.: Стройиздат, 1993.

38. Parmanen J. A short test method for sound insulation riieasurements between dwellings. Technical Research centre of Finland. Espoo 1986.

39. Illuminating Engineering Society, "Code for interior lighting", The I.E. Society (London), 1977.