методички / Валов Введение в специальность

где n3 и n2 – соответственно количество «лучей» по графику III и по графику II. В случае нескольких световых проемов n3 и n2 определяются отдельно для каждогопроема, затемпроизведения n3 и n2 суммируются.

Среднее значение геометрического к.е.о. εср при верхнем освещении на

линии пересечения условной рабочей поверхности и плоскости характерного вертикальногоразрезапомещенияопределяетсяизсоотношения

εср

= (εв1 +εв2 +εв3

+... +εвN )/

1

,

(2.27)

N

где N – количество расчетных точек;

εв1 , εв2 , εв3 , …,εвN – геометрические

к.е.о. врасчетныхточках.

Среднее

значение к.е.о. εср

при верхнем и боковом

освещении оп-

ределяют поформуле

1

ε

= (e +e

+e +... +e

+e

)/

.

(2.28)

ср

N −1

N / 2

(N −1)

1 2

3

Рис. 2.26. Определение числа проходящих лучей: а – n1 и n1/ – через световой проем в стене при боковом освещении; б – n2 и n2/ – через световой проем в перекрытии при верхнем освещении

Расчет геометрического к.е.о. при боковом естественном освещении помещений εδ пографикам А. М. Данилюкаимеетсвоюпоследовательность:

- график I накладывается на чертеж поперечного разреза помещения (рис. 2.26, а), центр О графика I совмещается с расчетной точкой A, а нижняя линия графика– суровнемрабочейповерхности;

- подсчитывается количество «лучей» n1 по графику I, проходящих через поперечныйразрезсветовогопроема;

-отмечается номер полуокружности на графике I, которая проходит через точку C1 – серединусветопроема;

-график II накладывается на план помещения таким образом, чтобы его вертикальная ось и горизонталь, номер которой соответствует номеру концен-

трическойполуокружности, проходиличерезточку C1 (рис. 2.26, б);

- подсчитывается количество «лучей» n2 по графику II, проходящих че-

50

резсветовойпроемнапланепомещенияврасчетнуюточкуA;

- определяется геометрический к. е. о. поформуле εδ = 0,01n1 n2 . При верхнем освещении порядок определения геометрического к.е.о. εВ

остается тем же, но на чертеж поперечного разреза помещения накладывается график III и берется отсчет n3 , а на чертеж продольного разреза помещения

накладывается график II и берется отсчет n2 . Геометрический к. е. о. определяетсяпоформуле εВ = 0,01n3 n2 .

Инсоляция. Организация естественного освещения помещений неизбежно связана с организацией и регулированием воздействий солнечных лучей на человеческий организм и функционально-технический процесс. Инсоляция (облучение помещений солнечными лучами) и естественное освещение – важные компоненты микроклимата квартиры. Лучистая энергия солнца имеет огромное биологическое, биохимическое, физиологическое, бактерицидное, тепловое, психологическое и общесанитарное значение. Поэтому совершенно необходимо, чтобы лучи солнца проникали через световые проемы в жилые комнатыиоблучали их.

Обмен веществ, дыхание, кровообращение, синтез витаминов, работа эндокринных желез и кроветворных органов теснейшим образом связаны с действием света. Режим освещения служит важнейшим фактором в образовании суточного режима закономерного чередования периодов покоя и активности. Вместе с тем установлено, что при длительной недостаточности солнечного освещения ослабляются защитные силы организма, нарушается обмен, развиваются явления солнечного голодания (авитаминоз, рахит и др.). Особое гигиеническое значение имеют антирахитное и бактерицидное действия ультрафиолетовойчастиспектра.

Длительность инсоляции жилых помещений (и территорий жилых комплексов) регламентирована нормами в зависимости от климатических условий района строительства (табл. 2.2). Помимо требований к продолжительности инсоляции вводятся нормы ориентации квартир, которые используются для правильнойкомпоновкиплановтиповыхжилыхдомов.

			Таблица2.2
Характеристика инсоляции жилых помещений [33]
Зона территории	Географическая	Контрольный пери-	Продолжительность
страны	широта	од продолжитель-	инсоляции, ч
		ности инсоляции
Северная	Севернее 58˚ с.ш.	С 22 апреля по 22	3
		августа
Умеренная	58”-48˚	С 22 марта по 22	2,5
		сентября
Южная	Южнее 48˚	С 22 февраля по22	2
		октября

51

Условия инсоляции зависят от ориентации окон квартир по сторонам горизонта, планировки дома, его положения и ориентации. По отношению к сторонам света здания могут занимать три основные ориентации: меридиональная, при которой здание своей продольной осью параллельно направлению север – юг; широтная, при которой эта ось параллельна направлению запад– восток; диагональная, при которой продольная ось направлена под углом к основным направлениям. На рис. 2.27 показаны секторы неблагоприятной ориентации квартир. Ориентация окон жилых комнат на северную часть горизонта в пределах от СВ до СЗ признана недопустимой для односторонних квартир. В двухсторонних квартирах на указанную часть горизонта допускается ориентировать часть комнат. На западную часть горизонта в пределах от ЮЗ до ЗСЗ окна жилых комнат в южных районах можно ориентировать только при обязательном применении эффективной наружной солнцезащиты. При этом оговаривается, что солнцезащита жилых комнат и кухонь желательна также и при ориентации их на другие стороны горизонта, за исключением северной.

Инсолироваться должно не менее одной жилой комнаты в одно-, двух- и трехкомнатных квартирах, не менее двух комнат – в квартирах из четырех и более комнат. Предпочтительность южной ориентации объясняется хорошей инсоляцией комнат зимой и в прохладные сезоны, а в южных районах простотой защиты в жаркий летний так называемый перегревный сезон, так как почти отвесные лучи легко задерживаются выступающими элементами дома (козырьками, балконами, лоджиями и др.).

а)

б)

в)

г)

Рис. 2.27. Секторы неблагоприятной ориентации жилых помещений А – севернее 58// с.ш.; Б – в диапазоне 48-58° с.ш.; В и Г – южнее 48// с.ш.; а, б и в – недопустимые секторы для меридиональных домов, для условий реконструкции и сложных градостроительных ситуаций

Инсоляция может оказывать и отрицательное влияние на жизнедеятельность людей. В летнее время в южных районах инсоляция может вызвать перегрев помещения, что в сочетании с повышенной влажностью ухудшает самочувствие людей. Особенно это вредно в производственных помещениях с большими тепловыделениями (горячие цехи, котельные, варочный зал кухни и др.). Перегрев помещений при воздействии инсоляции

52

объясняется проявлением «парникового эффекта»: солнечная радиация, поступающая на поверхность оконного стекла – коротковолновая. Эта радиация хорошо проникает внутрь здания. Она поглощается поверхностями внутри здания, и они становятся низкотемпературными теплоисточниками. Радиация этих источников – длинноволновая, для которой стекло непрозрачно, в результате это тепло остается внутри здания, вызывая повышение температуры.

Рис. 2.28. Суточный ход инсоляции животноводческого здания с двухсторонним остеклением: а, б, в – 21 – 22 июня; г, д, е – 21 – 22 декабря; 1 – неинсолируемая площадь; 2 – суточная (разовая) площадь инсоляции от всех окон; 3 – суточная (двойная) площадь инсоляции от всех окон; 4 – суточная площадь инсоляции окна

Методы учета экранирования пространства при расчетах инсоляции классифицируются по геометрическому признаку на методы центрального, ортогонального и косоугольного проектирования [23]. Все эти методы геометрического и графического типов (таблицы, графики и диаграммы) разработаны для геометрического расчета азимутов и относительных длин теней и солнечных пятен при построении их конвертов (рис. 2.28) [9];

53

весьма «многодельны», но достаточно точны, наглядны и при использовании компьютерной техники их теоретическая и практическая значимость может быть заметно повышена.

Мероприятия по регулированию инсоляции и солнцезащите делятся на четыре группы: градостроительные, архитектурно-планировочные, конструктивные солнцезащитные устройства, технические:

-первая группа объединяет мероприятия и средства, относящиеся к особенностям планировки и застройки населенных мест, т.е. формированию инсоляционной среды на генеральном плане с четким функциональным и санитарно-гигиеническим зонированием территории;

-вторая группа включает архитектурные возможности по организации инсоляционного режима внутренней среды зданий и сооружений при эффективном использовании предоставленных возможностей от внедрения градостроительных мероприятий первой группы;

-третья группа включает использование средств регулирования солнечной инсоляции и защиты архитектурно-конструктивного характера: затеняющие и экранирующие элементы архитектурных объектов, солнцезащитные устройства в оболочке зданий, солнцезащитные элементы для территории, ограждающие светопрозрачные конструкции с избирательной светопроницаемостью;

-четвертая группа объединяет средства технического характера по обеспечению искусственного микроклимата.

2.7.Элементы звукоизоляции и архитектурной акустики

При колебании тела, находящегося в воздушной среде, прилегающие к нему частицы воздуха также приходят в колебательное состояние. Звуковые волны представляют собой чередующиеся одна за другой области уплотнения и разряжения. В воздухе и жидкостях образуются только продольные волны. Пространство, в котором распространяются волны, называется звуковым полем. Отношение скорости звука υс к частоте колебаний

f определяет длину звуковой волны λс =υс / f [3].

В твердых средах возникают продольные и поперечные волны, в которых колебания частиц среды происходят перпендикулярно к направлению распространения волны. В тонких конструкциях, когда толщина конструкции меньше 1/6 длины волны, образуются так называемые изгибные волны. Скорость распространения этих волн зависит от частоты колебаний. Они оказывают большое влияние на передачу звука по конструкциям. Избыточное давление в звуковой волне по отношению к атмосферному давлению называется звуковым давлением Р, оно измеряется в Па.

Частота колебаний, при которой колебательный процесс вызывает ощущение звука, находится в пределах от 20 до 20000 Гц (рис. 2.29). Коле-

54

бания с частотой менее 20 Гц называются

инфразвуком, а с час-

тотой выше 20000 Гц

–	ультразвуком				и
ухом человека не вос-
принимаются.
	Интенсивность
или сила звука I оп-
ределяет			количество
звуковой энергии, по-
ступающей в				1с	на
1м2 площади, перпен-
дикулярной к направ-
лению		распростране-
ния звука. За единицу
силы		звука		принят
Вт/м2. Ухо человека в
состоянии			оценивать
не абсолютные, а от-
носительные				измене-
ния	звукового давле-
ния или силы звука. В
акустических				расче-
тах	обычно			исполь-
зуются			относитель-
ные единицы – деци-						Рис. 2.29. Распределение источников шума по
белы (дБ). Величина						уровням звукового давления и частотам [4]
силы звука I,				отнесенная к пороговой силе звука J 0 =10−12 Вт/м2 (наи-

меньшее значение, при котором звук начинает восприниматься ухом), называется уровнем силы звукаL =10 lg I / I0 .

В плоскости или сферической волне уровень силы звука L пропорционален квадрату звукового давления Р (Па), т.е.

L =10 lg P 2 / P02 = 20 lg P / P0 , где P0 – пороговое звуковое давление, рав-

ное 2 10−5 Па.

Шум – это всякий нежелательный для человека звук. Причины шума в здании: внутренние – инженерное и сантехническое оборудование; внешние – транспорт, промышленное предприятие и др. Различают шумы воздушные, распространяющиеся в воздушной среде, и ударные, которые распространяются в твердых телах вследствие механического воздействия на них (рис. 2.30).

55

Рис. 2.30. Распространение в здании воздушного (а) и ударного (б) шума: 1 и 3 – прямым; 2 и 4 – косвенным путем

Для борьбы с шумом используются следующие методы: а) борьба в источнике возникновения шума; б) звукопоглощение; в) звукоизоляция. Наиболее радикальный метод борьбы с шумом – борьба в источнике. Однако это не всегда возможно и, кроме того, часто выходит за пределы компетенции инженеров-строителей.

Борьба с шумом путем звукопоглощения основывается на следующем. Звуковые волны, излучаемые источником, достигают ограждающих поверхностей и, отражаясь от них, снова распространяются в воздухе помещения. Энергия отраженных звуковых волн Ео будет меньше энергии падающих звуковых волн Еп, так как часть энергии поглощается при распространении звука в воздухе и в материале ограждающих конструкций, а также передается через них. Отношение поглощенной звуковой энергии к падающей называется коэффициентом звукопоглощения:

α = (Еп − Е0 )/ Еп .

		8	Рис. 2.31. Схема передачи звуковой энер-
			гии через конструкцию: 1 – звуковая
1		7	энергия, падающая на конструкцию; 2 –
			отраженная звуковая энергия; 3,5 – энер-
			гия, излучаемая колеблющейся конструк-
	2		цией в смежные помещения; 4 – энергия
		6	структурного шума; 6 –энергия, транс-
			формирующаяся в тепловую; 7 – звуко-
	3	5	вая энергия, прошедшая через поры и не-
		4	плотности; 8 – суммарная звуковая энер-

гия, прошедшая через конструкцию

При многократных отражениях звуковых волн в помещении устанавливается звуковое поле с определенными уровнями звукового давления, обусловленными энергией прямых и отраженных звуковых волн. Чем

56

больше α , т.е. чем больше будет звукопоглощение в помещении, тем меньше будет уровень звукового давления. Однако за счет звукопоглощения уровень звукового давления удается уменьшить всего на 6–8 дБ. Значительно большие результаты достигаются с помощью звукоизоляции.

Характер передачи звуковой энергии и ее виды представлены на рис. 2.31. Изоляция от воздушного шума без учета косвенной передачи звука, а также передачи звука через поры и неплотности равна R =10 lg(1/τ) . При

τ = 0,01 величина R = 20 дБ. Такую незначительную звукоизоляцию име-

ют двери между комнатами. Для обеспечения достаточно высокой звукоизоляции (например, R = 50 дБ, которую должны иметь межквартирные стены и межэтажные перекрытия) необходимо, чтобы через конструкцию проходило не более 0,00001 части энергии. Поэтому звукоизолирующие конструкции должны быть возможно более плотными, чтобы уменьшить передачу звука через поры, неплотности, щели. Изоляция от воздушного шума определяется в диапазоне частот 100–3200 Гц экспериментальным или расчетным путем. Этот диапазон разделяется на октавные полосы со средними частотами 100, 200, 400, 800, 1600, 3200 Гц. Каждая октава в свою очередь разбивается на 1/3 октавы.

Ограждающие конструкции разделяют на акустически однородные (состоят из одного материала) и неоднородные (многослойные). Доказано, что ограждения не в одинаковой степени ослабляют звуки разных частот. Звуки одних частот проникают через преграду в большей степени, других частот – в меньшей. Ограждающая конструкция с допустимой средней звукоизолирующей способностью не обеспечивает необходимую звукоизоляцию в пределах всего диапазона частот. Нормами установлено требование определять так называемые частотные характеристики звукоизолирующей способности конструкций в диапазоне частот 100–3200 Гц.

Проверка звукоизолирующих свойств ограждения производится, как правило, на натурных или лабораторных испытаниях по каждой полосе частот в отдельности. Для каждой частоты установлены нормативные значения в виде нормативной кривой. С этой кривой сравнивают фактические значения звукоизоляции ограждающей конструкции [4].

Мероприятия по борьбе с воздушным шумом в городской застройке включают:

-градостроительные (внешняя задача) – зонирование участков в застройке генплана по уровню шума и размещению зданий, инженернотехническая шумозащитная планировка и благоустройство территорий с устройством зеленных насаждений и экранирования;

-объемно-планировочные (внутренняя задача) – удаление и размещение жилых и рабочих помещений и изолированное размещение инженерных и сантехнических систем в объеме зданий;

-конструктивные в структуре зданий – повышение шумозащитных

57

качеств конструктивных элементов, устройство упругих прокладок, применение слоистых конструкций с различными модулями упругости, виброизоляции и т.п.

Некоторые инженерные мероприятия по снижению шума: груп-

пировка помещений с шумным сантехническим оборудованием и удаление их от жилых и рабочих помещений; виброизоляция фундаментов – установка между фундаментом и полом амортизаторов (резина, стальные пружины); виброизоляция трубопроводов и устройство в них мягких вставок длиной 70 – 90 см из резины или брезента; изоляция мест прохода трубопроводов через стены и перекрытия (войлоком, асбестовым волокном, минеральной ватой и т. д.); опирание трубопроводов через упругие прокладки; трубопроводы в пределах котельной не должны жестко соприкасаться со стенами; виброизоляция лифтовых установок (мотор и лебедка устанавливаются на железобетонный фундамент, опирающийся на перекрытие через амортизаторы); примыкание лифтовых шахт к жилым и рабочим помещениям недопустимо; устройство в воздуховодах глушителей в виде облицовки их внутри звукопоглощающим материалом.

Особенности архитектурной акустики. Акустические качества лю-

бого зала или крупного помещения предопределяются их архитектурными параметрами, структурой, размерами, очертаниями и отделкой поверхности. В результате многократных отражений в помещении образуется сложное звуковое поле. Одна из характеристик звукового поля – степень его диффузности, т.е. равномерность распределения потоков звуковой энергии по различным направлениям. Чем больше отражений звуковых волн, тем более однородным становится звуковое поле, тем больше будет у слу-

шателя впечатление, что звуковые волны при-

	ходят к нему равномерно со всех направлений.
	Это качество важно в залах слушания музыки.
	Данное явление не следует смешивать с явле-
	нием образования эха, которое наблюдается
	при отражении звуковых волн от одной по-
	верхности.
	Акустические качества помещений харак-
	теризуются временем реверберации. Ревербе-
	рацией называется процесс затухания звука
	после прекращения звучания источника, про-
Рис. 2.32. Кривые нарастания	исходящий вследствие многократных отраже-
	ний звуковых волн от ограждающих поверх-
(1) и спадания (2) звуковой	ностей, с падением плотности звуковой энер-
энергии в помещении
	гии в помещении до нуля (рис. 2.32).

Время, в течение которого плотность звуковой энергии убывает в 106 раз (или уменьшение уровня звукового давления на 60 дБ) после прекра-

58

щения звучания источника, называется временем стандартной реверберации. Формула для определения времени реверберации Т, с, имеет вид

T = 0,163 V / Aобщ ,

(2.29)

Рис. 2.33. Рекомендуемое время ревербе-

рации в диапазоне частот 500–2000Гц: 1

– лекционные залы, залы вокзалов; 2 – залы многоцелевого назначения средней вместимости, кинотеатры, оперы и балета; 3 – залы многоцелевого назначения, залы музыкально-драматических театров; 4 – залы для использования камерной музыки, залы оперных театров; 5 – концертные залы; 6 – концертные залы с

искусственной реверберацией

здесь V – объем помещения, м3, а величина Aобщ может быть представлена в виде Aобщ = ∑αсрSобщ , м2, где αср – средний коэффициент звукопоглощения; Sобщ – суммарная площадь ограждающих поверхностей, м2. Формула достаточна точна при значениях αср ≤ 0,2 . При больших значениях

αср	расчеты	целесообразнее	производить	по	формуле
T = 0,163 V /[− Sобщ ln(1 −αср )]. Здесь			можно привести	рекомендуемые

значения времени реверберации в залах различного назначения в зависимости от их объема для диапазона частот 500–2000 Гц (рис. 2.33). Оценка формы и размеров помещений с акустической точки зрения состоит в ана-

лизе звукового поля на основе принципов геометрической акустики, т.е.

в рассмотрении распространения прямых и отраженных звуковых волн и построении так называемого лучевого эскиза. Для этого от источника звука проводится луч до встречи с поверхностью и, учитывая, что угол паде-

ния равен углу отражения, строится от-
раженный звуковой луч (рис. 2.34). Для
построения лучевого эскиза находится
мнимый источник звука, расположенный
на перпендикуляре к исследуемой по-
верхности и на таком же расстоянии от
нее, что и действительный источник зву-	Рис. 2.34. Построение отраженных
ка. Использование подобного метода до-	звуковых лучей: И – источник зву-
пустимо, если наименьшая сторона от-	ка; ИМ – мнимый источник звука;
ражателя не менее чем в 1,5 раза превы-	1 – прямые лучи; 2 – отраженные
шает длину волны. В этом случае отра-	лучи

59