Термічний опір повітряних прошарків

	Rв.п, м^2К/Вт
Товщина прошарків, см	для вертикально і горизонтально розташованих при потоці тепла від низу до верху	для горизонтально розташованих при потоці тепла зверху вниз
1 2 3 5 10 15 і більше	0,14 0,17 0,18 0,19 0,19 0,19	0,17 0,19 0,2 0,21 0,23 0;24

 

З таблиці. видно нераціональність застосування (з теплотехнічної точки зору) повітряних прошарків завтовшки більше 5·см

Економічне рішення задачі формування внутрішнього теплового середовища в будівлях може бути досягнуте сукупністю наступних заходів:

· вибором розмірів світлопрорізів, а отже, і площі скління у строгій відповідності з нормами природного освітлення (ДБН П-А.8-72);

· вибором конструкції скління, що забезпечує найкращий тепловий захист зимою і літом;

· застосуванням засобів захисту скління від інсоляції.

Опір теплопередачі вибраної конструкції скління підбирається, виходячи із зимових умов експлуатації будівель. Для літніх умов потрібні додаткові засоби у вигляді жалюзі, сонцезахисного і теплопоглинального скла, штор. Значення опору теплопередачі різних конструкцій скління обладнаними сонцезахисними засобами (у вигляді жалюзі або штори) приведені в табл. 7.7.

Таблиця 7.7

Опір теплопередачі вікон з різними сонцезахисними засобами при швидкості вітру до 5 м/с (за американськими даними)

Скління	Опір теплопередачі, м^2 К/Вт	Примітка
Одинарне без сонцезахисних засобів	0,2	Будь-якого типу
Одинарне при жалюзі (шторі) з внутрішньої сторони	0,25	Те ж
Подвійне з жалюзі між стеклами	0,0,22-0,35	Стандартні палітурки
Подвійне; між стеклами штора	0,0,33-0,48	Те ж
Поєднання зовнішнього теплопоглинального скла із звичайним, при товщині повітряного прошарку між ними: 5…6·мм	0,0,32-0,38	»
13 "	0,0,37-0,43	»

 

Коефіцієнтом затінювання оцінюється ефект зменшення інтенсивності сонячної радіації при застосуванні сонцезахисних засобів різного виду, в тому числі і стекол.

Поглинальною покрівлею влітку теплова радіація сонця передається всередину покриття; сюди ж приходить тепло внутрішнього повітря. В результаті в різних шарах поєднаного покриття і в гідроізоляційному килимі виникає велика температурна напруга, яка веде до розладу сполучень покрівлі із стінами і до розриву гідроізоляційного килима. Щоб попередити подібні явища, необхідно влаштовувати температурні шви. Відстані між швами при застосуванні гумоподібних рулонних матеріалів зазвичай співпадають з інтервалами, що використовуються при обладнанні температурних швів у залізобетонних покриттях.

 

Лекція № 8. Характеристика архітектурної акустики

 

Навчальна мета: ознайомитися із звуковими коливаннями та хвилями, основними величинами, які їх характеризують; дією звуку на людину.

Час: 70 хвилин.

Метод: лекція.

Місце: навчальна аудиторія.

Навчальні питання:

1. 20 хв.

2. 20 хв.

3. 20 хв.

4. Заключна частина – 10 хв. (підсумок лекції, відповіді на запитання).

Матеріально-технічне забезпечення: схеми, рисунки, збірники задач та матеріалів.

Джерела та література: 2, 3, 6.

План

8.1. Звукові коливання і хвилі.

8.2. Основні визначення, величини та одиниці.

8.3. Фізіологічні характеристики звуку.

 

Мета лекції – повідомити студентам знання з архітектурної акустики та звукоізоляції, які дозволять освоїти теоретичні основи акустичних процесів.

8.1. Звукові коливання і хвилі

У житті ми повсякденно зустрічаємося з різними видами коливальних і хвилевих рухів: рух хвиль на поверхні води, коливання струни в музичному інструменті, поширення радіохвиль і т.д. Звук – це різновид коливальних рухів (хвиль) повітря, води, твердих тіл. Повітря має властивість об'ємної пружності. Про це свідчить повсякденний досвід: повітря чинить опір стискуванню; стиснуте повітря – своєрідна "пружина"; на властивості об'ємної пружності працюють автомобільні та велосипедні шини, пом'якшувальні удари при русі. Подібно до всякого тіла, повітря має масу та інерцію. Поєднання властивостей пружності та інерції повітря призводить до утворення пружних хвиль, які виникають при раптовій зміні щільності повітря.

На відміну від електромагнітних коливань, у повітряній пружній хвилі частки коливаються у напрямі поширення хвилі. Такі коливання називають подовжніми.

 

 

 

Рисунок  8.1 – Основні характеристики хвилевого руху: довжина та амплітуда хвилі

Рис. 8.2 – Згущування і розрідження у звукових хвилях

 

У природі та техніці не існує ізольованих коливань одного тіла. Коливне тіло, що оточує середовище (повітря, вода, матеріал), має свої пружні властивості. Тому в кожному середовищі внаслідок взаємодії між частками (які як би пов'язані між собою мініатюрними пружинками) коливання, що виникають у будь-якій точці простору, передаються прилеглим зонам середовища. Цей процес передачі коливань у середовищі називається хвилевим.

Звукові хвилі, подібно до всякого хвилевого руху, характеризуються довжиною хвилі, частотою коливання і швидкістю їх поширення. Частота звукових хвиль, що сприймаються нормальним вухом людини, лежить в межах від 20 до 20000 Гц. Це відповідає довжинам хвиль у повітрі відповідно від 17·м до 1,7·см. Звукові коливання з частотою менше 20·Гц називають інфразвуком, більше 20000 Гц – ультразвуком.

Звукові хвилі поширюються з певною швидкістю. Швидкість звуку в повітрі визначається за формулою:

,

де 1,41 – відношення теплоємкостей повітря при постійному тиску с_р і постійному об'ємі c_v; р – атмосферний тиск, Па; ρ – щільність повітря, кг/м³. Відношення p / ρ залежить від температури повітря. Користуючись значеннями р і ρ для повітря, можна отримати залежність швидкості звуку від температури повітря:

,

де Т – абсолютна температура (при температурі 0°C Т =273°К). Користуючись цією формулою, можна визначити, що при температурі 0°C швидкість звуку дорівнює 331,5 м/c, а при 18°С – 342 м/с. Хвилі рухаються вперед з певною швидкістю. Потрібно пам'ятати, що швидкість руху окремих часток з хвилі та швидкість руху самої хвилі – поняття різні, їх змішувати не слід. Для звукового хвилевого руху існує залежність:

,

де λ – довжина хвилі, м; с – швидкість звуку, м/с; f – частота коливань, Гц; Т – період коливань, с. Дуже важливі властивості хвилевого руху – інтерференція та дифракція хвиль.

За наявності в середовищі декількох джерел звуку результуюче коливання в будь-якій його точці рівне простій сумі коливань, які доходять до цієї точки (принцип суперпозиції). При накладенні звукових хвиль у цій точці можуть бути два випадки:

1) хвилі (приходять у точку в одній фазі; при цьому різниця ходу хвиль дорівнює цілому числу довжин хвиль; у цьому випадку амплітуда коливання збільшується;

2) різниця ходу хвиль дорівнює непарному числу півхвиль; у цьому випадку хвилі знищують одна одну.

8.2. Основні визначення, величини та одиниці

Звук оцінюється фізично (приладами) та фізіологічно (відчуттям). Фізично звук є хвилевим коливанням пружного середовища; фізіологічно він визначається відчуттям, що виникає при дії звукових хвиль на орган слуху.

Порушення стаціонарного стану суцільного, твердого, рідкого або газоподібного середовища в будь-якій точці простору призводить до виникнення збурень (хвиль), які поширюються у всіх напрямах від цієї точки. Область простору, в якому ці хвилі поширюються, називають звуковим полем.

Звуковий тиск – це різниця між миттєвим значенням повного тиску і середнім тиском, спостережуваним у середовищі за відсутності звукового поля. Одиниця виміру звукового тиску – Паскаль (Па). У фазі стискування тиск додатний, у фазі розрідження – від'ємний.

Коливальна швидкість часток середовища – це миттєве середньоквадратичне значення швидкості руху часток середовища при поширенні в ній звукових хвиль. Одиниця виміру – м/с. Коливальну швидкість вважають позитивною, якщо частка, що коливається, рухається у напрямі поширення звукової хвилі і негативною – в зворотному випадку.

Швидкість звуку з пов'язана з частотою коливання частки f рівнянням:

,

де λ – довжина хвилі, м.

При поширенні звукових хвиль у вільному звуковому полі (за відсутності відбитих звукових хвиль) залежність між швидкістю поширення хвиль і коливальною швидкістю v виражається формулою:

,

де р – середньоквадратичне значення звукового тиску, Па; ρ – щільність середовища, кг/м³.

Величину р_с називають питомим акустичним опором середовища, через яке поширюється звук. Ця величина визначається фізичним станом середовища і рівна 420·10⁵Па·с/м³.

Інтенсивністю звуку називають потужність на одиницю площі, що передається у напрямі поширення звукових хвиль. У загальному випадку інтенсивність звуку І у вільному звуковому полі в напрямі поширення звукових хвиль визначається за формулою:

,

де р – середньоквадратичне значення звукового тиску, Па; ρ· c – питомий акустичний опір середовища. Середньоквадратичний звуковий тиск у будь-якій точці змінюється в часі, при цьому набувають позитивних і негативних значень. Тому в розрахунки вводиться усереднений у часі середньоквадратичний звуковий тиск р_ср. Для чистого тону

.

Дифузність звукового поля. Звукові хвилі, багаторазово відбиваючись від поверхонь приміщення, утворюють складне звукове поле. Дифузне звукове поле – основна передумова для хорошої акустики приміщення. Таке приміщення характеризується тим, що в усіх точках поля усереднені в часі рівень звукового тиску і потік звукової енергії, що приходить до слухача в будь-якому напрямі, є постійними. Подібне звукове поле є ідеальним випадком. Міра наближення до ідеального дифузного поля в закритих приміщеннях є одним з критеріїв позитивної оцінки їх акустичної якості.

Звукові хвилі несуть з собою механічну енергію, що отримується ними від джерела звуку. При зустрічі з поверхнею звукові хвилі частково від неї відбиваються, втрачаючи при цьому частину несучої енергії. Цей процес, що характеризується поглинанням поверхнею звукової енергії, називають звукопоглинанням. Здатність поверхні поглинати різну кількість звукової енергії залежить від структури матеріалу і від конструкції обробного шару і оцінюється коефіцієнтом поглинання.

Коефіцієнт звукопоглинання α – відношення енергії, поглиненої поверхнею, до енергії, що падає на поверхню, тобто

.

В загальному випадку коефіцієнт поглинання деякої поверхні залежить від частоти коливання звуку і від кута падіння на поверхню звукових хвиль. При акустичних розрахунках застосовується звичайне середнє значення дифузного коефіцієнта поглинання при падінні звукової енергії під будь-яким кутом. Чисельне значення середнього коефіцієнта поглинання визначається з виразу

,

де – площі поверхонь у приміщенні (стелі, стін, підлоги та ін.);  - відповідно коефіцієнти їх поглинання; Σ S – сума усіх площ поверхонь у приміщенні.

8.3. Фізіологічні характеристики звуку

Основними фізіологічними критеріями оцінки звуку служать висота звуку і його гучність. Висота звуку – якість слухового відчуття, яке визначає положення звуку в музичному ряду. Для кількісної оцінки гучності застосовується метод суб'єктивного порівняння вимірюваного звуку з еталонним звуком певної частоти. Змінюючи рівень еталонного звуку, можна добитися того, що еталонний і вимірюваний звуки будуть вухом сприйматися рівногучними. Вимірювана таким чином величина називається рівнем гучності. Одиниця рівня гучності – фон. Число фонів, що оцінює рівень гучності будь-якого звуку, однаково з числом децибел, яке вимірює рівень звукового тиску рівногучного еталонного тону, тобто

,

де p _ет – звуковий тиск, що створюється в точці виміру джерелом еталонного тону, досягши однакової гучності.

В результаті численних вимірів рівнів гучності чистих тонів різної частоти залежно від рівнів звукового тиску Д. Робінсоном і Р. Дадсоном були побудовані криві рівної гучності (ізофони). Кожна з цих кривих є геометричним місцем точок, які зображають тони різних частот, але з однаковим рівнем гучності.