O livro examina os fundamentos teóricos para a formação de um ambiente confortável de cor clara, térmico e acústico em cidades e edifícios. São delineados métodos de normalização, cálculo e projeto de estruturas de envolvente, iluminação, insolação, proteção solar, esquemas de cores, acústica, isolamento acústico de edifícios e combate ao ruído urbano e industrial. Para estudantes de universidades e faculdades de arquitetura.
Prefácio.5
Introdução. O tema e o lugar da física arquitetônica no método criativo do arquiteto... 7
Parte I. Climatologia arquitetônica. . 12
Capítulo 1. Clima e arquitetura...12
Capítulo 2. Análise climática.15
Parte II. Lightologia arquitetônica..46
Capítulo 3. O ambiente de cores claras é a base para a percepção da arquitetura.46
3.1. Luz, visão e arquitetura..46
3.2. Quantidades básicas, unidades e leis...63
Capítulo 4. Iluminação arquitetônica..71
4.1. Sistemas de iluminação natural para ambientes..73
4.2. Clima leve. 87
4.3. Características quantitativas e qualitativas da iluminação.96
4.4. Padronização da iluminação natural nas instalações.99
4.5. Cálculo da iluminação natural das instalações.110
4.6. Teoria óptica do campo de luz natural..121
4.7. Fontes de luz artificial e dispositivos de iluminação...129
4.8. Padronização e projeto de iluminação artificial.158
4.9. Iluminação combinada da sala.173
4.10. Padronização e projeto de iluminação urbana..177
4.11. Modelagem de iluminação arquitetônica. 196
Capítulo 5. Insolação e proteção solar na arquitetura.205
5.1. Conceitos básicos...205
5.2. Padronização e projeto de isolamento de edifícios.209
5.3. Proteção solar e regulação da luz em cidades e edifícios..219
5.4. Modelagem de insolação. 238
5.5. Eficiência económica da regulação da insolação
E proteção solar.242
Capítulo 6. Ciência arquitetônica das cores. . 244
6.1. Conceitos básicos...244
6.2. Sistematização de cores. Sistema colorimétrico MKO... 254
6.3. Reprodução de cores...258
6.4. Padronização e design de cores.. 266
Parte III. Acústica arquitetônica 286
Capítulo 7. Ambiente sonoro em publicações urbanas.286
7.1. Conceitos básicos...286
7.2. Som e audição.292
7.3. Leis básicas de propagação de som e ruído. 297
Capítulo 8. Proteção acústica e isolamento acústico em cidades e edifícios..304
8.1. Fontes de ruído e suas características.304
8.2. Padronização de ruído e isolamento acústico de cercas..313
8.3. Projeto de proteção acústica e isolamento acústico.321
8.4. Modelagem de proteção acústica e isolamento acústico.364
8.5. Eficiência técnica e económica das medidas de proteção e isolamento acústico. . . 366
Capítulo 9. Acústica de salas..368
9.1. Principais características acústicas das salas.371
9.2. Avaliação da qualidade acústica de salas.378
9.3. Princípios gerais de projeto acústico de salas.384
9.4. Salas para programas de fala. 398
9.5. Salas para programas musicais..404
9.6. Salas com uma combinação de programas de fala e música..411
9.7. Modelagem da acústica de salas. . 418
9.8. Sistemas de som de hall..425
Aplicações..430
Índice de assunto.438
PREFÁCIO
O livro didático de física arquitetônica é publicado pela primeira vez com este título e é um desenvolvimento do livro “Fundamentos de Física Estrutural”, publicado em 1975 pelo prof. N. M. Gusev, fundador do Departamento de Física da Construção do Instituto de Arquitetura de Moscou.
O novo nome do livro didático e do departamento não é acidental. A relevância do problema da ecologização da arquitectura moderna é hoje reconhecida em todo o mundo, e uma vez que a luz, a cor, o clima e o som são os principais factores que moldam o conforto do ambiente artificial (arquitectura), que se enquadra no ambiente natural (natureza) , este problema é de grande importância para o desenvolvimento de uma etapa qualitativamente nova na construção de capital e na urbanização em massa.
Portanto, a necessidade de tornar o ensino superior de arquitetura mais ecológico é natural. Essencialmente, a física arquitetônica é a segunda parte de uma nova disciplina que um arquiteto moderno deve estudar - Ecologia Arquitetônica. A primeira parte desta disciplina - “Gestão Ambiental Arquitetônica” (“Proteção Ambiental”) inclui os fundamentos da proteção da natureza viva e inanimada do impacto da atividade humana urbana, que agora se tornou global por natureza, o que é de grande preocupação em todo o mundo. mundo.
A física arquitetônica estuda os fundamentos teóricos e métodos práticos de moldar a arquitetura sob a influência da luz solar e da luz artificial, cor, calor, movimento do ar e som, bem como a natureza de sua percepção pelo homem com uma avaliação de fatores sociológicos, higiênicos e econômicos .
Além disso, esta ciência é a base sobre a qual se baseiam as disposições mais importantes dos principais documentos de construção - SNiPs, que regulam o conforto, a densidade e a eficiência do desenvolvimento.
A física arquitetônica como parte da ecologia arquitetônica (e agora uma das partes mais importantes e obrigatórias do projeto é sua seção ambiental) ajuda diretamente a determinar a qualidade do projeto em todas as etapas (e, portanto, a qualidade da arquitetura) de acordo com vários principais grupos de critérios¹: 1) conforto dos espaços urbanos e interiores dos edifícios e sua funcionalidade; 2) confiabilidade (durabilidade) das estruturas; 3) expressividade (composição, imagem em cores claras, escala, plasticidade, etc.); 4) eficiência económica (especialmente na construção industrial).
Todos esses critérios são amplamente predeterminados durante o projeto, levando-se em consideração profissionalmente os parâmetros luminosos, climáticos e acústicos do ambiente e dos elementos do edifício.
Consequentemente, a física arquitectónica tem as ligações mais directas com as disciplinas nucleares - “Projecto Arquitectónico”, “Teoria, História e Crítica da Arquitectura” e “Estruturas Arquitectónicas”, bem como com o sistema de exame estadual de projectos. A física arquitetônica está na intersecção de ciências como astronomia, meteorologia e climatologia, e como a arquitetura serve para garantir a vida humana e representa os principais recursos materiais e culturais de qualquer país, esta ciência está intimamente relacionada à higiene, estética, psicologia, sociologia e economia.
O conteúdo do livro corresponde ao atual nível de desenvolvimento desta ciência e leva em consideração muitos anos de experiência em seu ensino no Instituto de Arquitetura de Moscou, discussões realizadas nos últimos anos em publicações científicas em nosso país e no exterior, regulamentações governamentais sobre meio ambiente e questões de planejamento urbano e programas da Academia Russa de Ciências sobre biosfera e questões ambientais.
Cada uma das partes principais do livro fornece exemplos de como projetar um ambiente confortável a partir da prática arquitetônica e de planejamento urbano nacional e estrangeira.
O estudo do curso é acompanhado por alunos que realizam trabalhos de pesquisa educacional relacionados ao projeto arquitetônico de cidades e edifícios. Para adaptar o trabalho de cálculo às condições reais do trabalho criativo de um arquiteto, o livro didático disponibiliza materiais gráficos, tabulares e de referência.
As seções principais do livro terminam com listas de referências, com a ajuda das quais alunos de graduação e pós-graduação podem ampliar seus conhecimentos e dominar métodos de pesquisa em física arquitetônica.
O livro utiliza documentos regulatórios atuais e os resultados das pesquisas mais recentes de cientistas nacionais e estrangeiros nas áreas de arquitetura, planejamento urbano, física arquitetônica e ecologia.
O prefácio, introdução e capítulos 3 e 5 foram escritos por N.V. Obolensky, capítulos 1 e 2 - V.K. Litskevich, capítulo 4 - N.V. Obolensky e N.I. Shchepetkov, capítulo 6 - I.V. Migalina, capítulos 7 e 8 - A.G. Osipov, capítulo 9 -L. I. Makrinenko.
¹ Por analogia com os critérios de Vitrúvio “utilidade, resistência, beleza” (observe que mesmo Vitrúvio fala da beleza de um edifício somente após uso e resistência).
Baixe um livro. O livro é publicado para fins científicos e educacionais.
A ciência arquitetônica não pode ser entendida apenas como a beleza e graça das formas, proporções e linhas, a pesquisa histórica da arte sobre os padrões de relações composicionais, as disputas sobre a essência tectônica das formas e a história da criação de obras-primas arquitetônicas, que se tornaram assim precisamente porque seus criadores compreenderam: a expressividade da arquitetura depende de parâmetros ambientais naturais.
Ph.D., arquiteto N.V. Obolensky
As qualidades de desempenho dos edifícios e instalações individuais são determinadas não apenas pelo seu tamanho, qualidade de acabamento, etc. Um fator importante é o grau de proteção contra influências externas, como frio ou calor excessivo, precipitação, ruído. As instalações devem estar expostas (ou não expostas) durante um certo tempo à luz solar direta, ter iluminação suficiente e um clima acústico favorável. A consideração correta desses fatores garante um estado do ambiente artificial de vida que é percebido pela pessoa como confortável.
Essas questões são consideradas pela física da construção, que inclui diversas áreas. Os principais são engenharia de aquecimento de construção(transferência de calor em estruturas envolventes, sua permeabilidade ao vapor e ao ar, condições de temperatura e umidade das instalações), equipamento de iluminação de construção(iluminação natural e artificial das instalações, insolação e radiação solar), acústica de edifícios(isolamento acústico e acústica da sala). O conhecimento destas questões permite ao arquitecto seleccionar correctamente o tipo de estrutura de encerramento, o número e dimensão das aberturas, a orientação do edifício para os pontos cardeais, a forma do auditório, prever medidas de protecção acústica, etc.
O território da Rússia é caracterizado por uma variedade de condições naturais e climáticas. Todo o território da ex-URSS para construção está dividido em 4 regiões climáticas (I – IV), cada uma das quais possui vários subdistritos. As suas características gerais são apresentadas no SNiP 2.01.01‑82 “Climatologia e geofísica de edifícios”, bem como no SNiP 2.01.07‑85 “Cargas e impactos”.
As condições climáticas mais severas ocorrem na região I (70% do território da URSS - norte e nordeste da Sibéria e parte europeia do país, Urais, territórios continentais e partes costeiras do Oceano Ártico e mares do norte). É caracterizada por um longo período frio (7-9 meses por ano) com baixas temperaturas (até –50, –60°C), ventos fortes nas sub-regiões costeiras, tempestades de neve, longa noite polar (ao norte do Círculo Polar Ártico), e permafrost. Isto determina o estilo de vida “fechado” da população com uma permanência mais prolongada no interior do que em outras áreas, e um maior grau de isolamento dos edifícios das influências do ambiente externo.
As regiões climáticas II e III (zona média) são caracterizadas por um clima temperado com períodos frios e quentes aproximadamente iguais, com temperaturas positivas e negativas moderadas e outros indicadores climáticos. Estas são as áreas da parte mais populosa do país. O estilo de vida aqui é mais “aberto”. Adultos e crianças podem permanecer fora dos edifícios por longos períodos de tempo em todas as épocas do ano.
As regiões do sul (IV e parcialmente III) são caracterizadas por um longo período quente (até 9 meses por ano), altas temperaturas positivas no verão e várias características dos microclimas das sub-regiões: áreas costeiras, estepes quentes e semidesérticas com tempestades de areia , subtropicais úmidos e quentes, montanhosos, etc. d. Aqui a população utiliza amplamente vários espaços de verão e pátios. Para os edifícios, é essencial a proteção contra o sobreaquecimento por radiação solar, mudanças repentinas de temperatura diárias, humidade excessiva, etc.
Os componentes mais importantes do clima que você precisa saber antes de iniciar o projeto são dados sobre os seguintes fatores naturais e climáticos:
Radiação solar direta e difusa– os principais fatores são os efeitos bactericidas e de temperatura. Esses dados são levados em consideração:
Radiação ultravioleta– o principal fator é o efeito bactericida. Levado em consideração:
Luz natural ao ar livre– levado em consideração:
Temperatura e umidade do ar externo. São utilizados dados sobre sua dinâmica anual:
Direção, velocidade e pressão predominantes do vento levado em consideração:
A velocidade do vento é definida como o componente horizontal da velocidade média do fluxo de ar a uma altura de 10-15 m do solo. Ao projetar estruturas altas, o aumento da velocidade do vento com a altura deve ser levado em consideração.
A direção do vento é determinada pela parte do horizonte de onde o fluxo de ar se move.
A velocidade média do vento ao longo do horizonte e a frequência das direções do vento em (%) são as principais características do vento na área de desenvolvimento. No processo de projeto, uma representação gráfica das características do vento é frequentemente usada na forma de um diagrama especial - uma “rosa dos ventos”, que fornece dados sobre a frequência e velocidade do vento em uma determinada área durante um determinado período.
Quantidade de precipitação no verão e no inverno. Esses dados são obrigatórios:
Os dados sobre os principais fatores climáticos são determinados pelo processamento de medições de longo prazo de estações meteorológicas com base em métodos de estatística matemática.
O estado óptimo do ar ambiente interior em termos de temperatura, humidade e limpeza é garantido por um conjunto de medidas: a localização do edifício no edifício, a conformidade da sua solução de ordenamento do espaço com as condições naturais e climáticas, aquecimento, ventilação e sistemas de ar condicionado e a escolha do desenho de vedações externas que proporcionem a necessária protecção térmica das instalações. Este último é realizado usando métodos de engenharia de aquecimento de construção.
A engenharia de aquecimento de construção é baseada na teoria geral dos processos de transferência de calor e massa. As estruturas envolventes externas são consideradas nestes processos como sistemas abertos que trocam energia térmica (troca de calor) e matéria (troca de umidade e ar) com o ambiente externo.
Ao projetar edifícios, os seguintes problemas de engenharia térmica são resolvidos:
Uma condição necessária para a transferência de calor em qualquer meio é a diferença de temperatura em diferentes pontos do meio. A energia térmica se espalha de pontos com temperatura mais alta para pontos com temperatura mais baixa. Estruturas externas de fechamento separam ambientes com diferentes temperaturas, o que causa neles processos de transferência de calor.
Existem três tipos de transferência de calor: condução, convecção e radiação. Como a maioria dos materiais de construção são corpos porosos capilares, todos os tipos de transferência de calor são possíveis neles. Contudo, em cálculos práticos é geralmente assumido que a transferência de calor dentro dos materiais de construção ocorre de acordo com as leis da condutividade térmica. A transferência de calor por convecção e radiação ocorre nas camadas de ar e próximo às superfícies das estruturas nas fronteiras com o ar externo e interno.
Nos cálculos de engenharia térmica, costuma-se distinguir entre estruturas envolventes homogêneas (camada única) e em camadas (multicamadas), consistindo respectivamente de uma ou mais camadas planas homogêneas localizadas perpendicularmente à direção do fluxo de calor (geralmente paralelas ao externo e interno superfícies da estrutura), bem como estruturas heterogêneas que possuem diferentes características de condutividade térmica na área do recinto.
Condutividade térmica de materiais
Através de uma estrutura plana e suficientemente extensa (de modo que os efeitos de borda possam ser desprezados), o fluxo de calor passa perpendicularmente à sua superfície na direção de uma temperatura mais alta para uma mais baixa.
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Material |
eu, C/(m× ° COM) |
Material |
eu, C/(m× ° COM) |
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Alumínio |
Poliestireno expandido |
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Concreto reforçado |
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Alvenaria |
Ar (em poros fechados de até 1 mm de tamanho) |
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Tapetes de lã mineral |
Ar (em cavidades medindo 15 cm) |
Os materiais de construção consistem em uma fase sólida, bem como poros e capilares preenchidos com ar, vapor de água ou líquido. A proporção e a natureza desses elementos determinam a condutividade térmica do material.
Os metais possuem alta condutividade térmica, pois é determinada pelo fluxo de elétrons. Quanto maior a condutividade elétrica, maior a condutividade térmica.
A condutividade térmica dos materiais pétreos é devida às vibrações térmicas da estrutura. Quanto mais pesados são os átomos dessa estrutura e mais fracamente eles estão conectados entre si, menor é a condutividade térmica. Pedras com estrutura cristalina são mais condutoras térmicas do que as vítreas.
O coeficiente de condutividade térmica de materiais porosos capilares depende de sua densidade média (porosidade) e do estado de umidade. Neste caso, o tamanho médio dos poros e a sua natureza (aberto, conectado ou fechado) também desempenham um papel. Materiais porosos com poros fechados de tamanho pequeno (1 mm) apresentam menor condutividade térmica. À medida que o teor de umidade de um material aumenta, sua condutividade térmica aumenta. Isto é especialmente perceptível no inverno, quando a água contida nos poros congela.
As alterações nos coeficientes de condutividade térmica dos materiais de construção com alterações no teor de umidade são tão significativas que seus valores são definidos em função das características de umidade do clima e das condições de umidade das instalações. SNiP distingue 3 zonas de umidade (úmida, normal e seca) e 4 condições de umidade interna:
Com base na combinação da zona de umidade e do regime de umidade das instalações, são atribuídas as condições de funcionamento das estruturas envolventes (A ou B), dependendo da seleção dos coeficientes de condutividade térmica.
Os materiais utilizados para camadas de isolamento térmico de estruturas envolventes devem, em regra, ter um coeficiente de condutividade térmica a seco não superior a 0,3 W/m×°C.
Estruturas de fechamento reais são geralmente heterogêneas em termos de engenharia térmica, pois possuem aberturas, cantos, juntas e inclusões condutoras de calor.
Por exemplo, a temperatura no canto exterior da parede é significativamente (4-7 °C) inferior à temperatura da superfície interna da secção da parede distante do canto. Isto é explicado pelo fato de que a área de absorção de calor é significativamente menor que a área de transferência de calor, por um lado, e uma diminuição no coeficiente de absorção de calor (devido a uma diminuição na transferência de calor radiante e enfraquecimento das correntes de ar de convecção) no outro. Essa queda de temperatura pode causar umidade nos cantos. Para evitar isso, é necessário isolamento adicional ou colocação de risers de aquecimento nos cantos.
A temperatura nessas áreas varia não apenas ao longo da espessura da estrutura, mas também ao longo do seu comprimento ou altura, ou seja, a mudança não é unidimensional. Com um fluxo de calor constante, a distribuição de temperatura em tais locais é determinada resolvendo a equação diferencial da condutividade térmica (equação de Laplace)
Os cálculos descritos anteriormente baseiam-se na constância das temperaturas nos lados externo e interno da cerca, como resultado da qual um fluxo de calor constante passa por ela. Em condições reais isto raramente é observado. A temperatura do ar exterior flutua constantemente, a temperatura interior muda (especialmente em edifícios com aquecimento intermitente) e no verão a superfície exterior também é aquecida devido à radiação solar. Tudo isso introduz erros nos cálculos termofísicos sob condições de estado estacionário. Portanto, em alguns casos é necessário realizar cálculos sob condições instáveis de transferência de calor.
As qualidades de isolamento térmico das estruturas de fechamento utilizadas em áreas quentes (com temperaturas médias mensais) são avaliadas pela resistência térmica. Esta é a propriedade da estrutura de manter uma temperatura relativamente constante na superfície voltada para a sala durante flutuações no fluxo de calor. Esta é uma das condições para o conforto da estadia de uma pessoa no quarto.
Uma avaliação quantitativa da estabilidade térmica é realizada atenuando as flutuações de temperatura na estrutura. O valor de atenuação é calculado como a razão entre a amplitude das flutuações de temperatura na superfície que percebe diretamente o efeito da temperatura e a amplitude na superfície oposta.
Outra propriedade que caracteriza as propriedades térmicas de uma estrutura é a sua permeabilidade ao ar. A penetração (filtração) do ar através da cerca ocorre devido à diferença de pressão entre o ar quente e o frio (pressão térmica), bem como como resultado da pressão do vento.
A permeabilidade ao ar dos materiais é caracterizada coeficiente de permeabilidade ao ar, que determina a quantidade de ar em kg que passa por 1 m2 de material com 1 m de espessura durante uma unidade de tempo a uma diferença de pressão de 1 Pa - i [kg/m×h×Pa].
À medida que a umidade dos materiais aumenta, sua condutividade térmica aumenta. Isto leva a uma diminuição na resistência à transferência de calor das estruturas envolventes. Para preservar suas propriedades de proteção térmica, devem ser tomadas medidas para evitar possível umidade.
Em geral, aumentar a umidade das estruturas é indesejável por vários motivos. Do ponto de vista higiênico estruturas úmidas são uma fonte de aumento de umidade nos ambientes, o que afeta negativamente o bem-estar das pessoas. Os materiais úmidos proporcionam um ambiente favorável ao desenvolvimento de microrganismos, que causam diversas doenças. Do ponto de vista técnico Em vista disso, os materiais úmidos são rapidamente destruídos devido à expansão da umidade durante o congelamento nos poros e capilares, corrosão (oxidação de metais, lixiviação de cal das soluções) e processos biológicos.
Umidade de construçãoé causada por processos úmidos na produção de estruturas de edifícios (assentamento de tijolos com argamassas, tratamento térmico e úmido de produtos de concreto armado). Em estruturas adequadamente projetadas, esta umidade é estabelecida dentro de limites aceitáveis durante os primeiros anos de vida do edifício.
Umidade do solo penetra na estrutura por sucção capilar quando a impermeabilização é danificada. Dependendo da estrutura do material, a umidade capilar pode atingir uma altura de 2,5 a 10 m.
Umidade atmosférica na forma de chuva oblíqua ao vento ou geada caindo na superfície externa, umedece a estrutura até uma profundidade de vários centímetros.
Umidade operacional hidrata partes das paredes adjacentes ao piso ao lavar pisos ou derramar líquidos de processo.
Os últimos três tipos de umidade nas estruturas podem ser eliminados ou reduzidos drasticamente por meio de medidas construtivas.
Umidade higroscópica– uma consequência da propriedade de sorção dos materiais porosos capilares de absorver a umidade do ar (higroscopicidade). O grau de umidificação higroscópica é predeterminado pelas condições de temperatura e umidade do ambiente. Para estruturas de fechamento operadas em ambientes agressivos, a higroscopicidade dos materiais aumenta 4-5 vezes devido ao aumento no teor de compostos solúveis em água.
Umidade de condensaçãoé causada por desvios nos parâmetros de temperatura e umidade do ar interno e é na maioria das vezes a causa do alagamento da estrutura. A condensação da umidade pode ocorrer tanto na superfície da estrutura quanto em sua espessura durante a difusão do vapor d'água.
A umidificação higroscópica e de condensação pode ser estabilizada pelo projeto racional da cerca com base em cálculos de engenharia térmica.
O ar atmosférico sempre contém alguma umidade na forma de vapor. A quantidade de umidade em gramas contida em 1 m3 de ar é chamada umidade absoluta f [g/m3]. Para cálculos, é mais conveniente estimar a quantidade de vapor d'água em unidades de pressão. Para tanto, utiliza-se a pressão parcial de vapor d'água e [Pa] ou [mm]. Rt. Art.], chamado pressão real do vapor de água.
A elasticidade real aumenta com o aumento da umidade absoluta do ar, mas não pode aumentar indefinidamente. A uma certa temperatura e pressão barométrica do ar, há valor limite de umidade absoluta ar F [g/m3], correspondendo à saturação completa do ar com vapor d’água. A umidade adicional não pode aumentar nas mesmas condições. Este valor corresponde a pressão máxima de vapor de água E [Pa] ou [mm. Rt. Art.], também chamada de pressão de saturação do vapor d'água.
Com o aumento da temperatura do ar, os valores limites de umidade (E e F) aumentam; portanto, a umidade absoluta f e a pressão parcial e não dão uma ideia do grau de saturação do ar com umidade, a menos que sua temperatura é indicado.
A umidade relativa determina:
Quando a temperatura do ar com um determinado teor de umidade (e=const) aumenta, a umidade relativa diminui, à medida que aumenta o valor da pressão máxima de vapor d'água E. À medida que a temperatura diminui, a umidade relativa aumenta, à medida que E diminui. À medida que a temperatura diminui, a um determinado valor, a elasticidade máxima torna-se igual à pressão real do vapor de água e. Neste caso, j=100% e ocorre o estado de completa saturação do ar com vapor d'água. A temperatura correspondente a este momento é chamada temperatura do ponto de orvalho tr para uma determinada umidade do ar. Quando a temperatura cai abaixo do ponto de orvalho, a elasticidade máxima e real diminuirá, permanecendo igual, e o excesso de umidade se condensará, ou seja, passará para o estado líquido-gotas.
No inverno, uma fina camada de ar diretamente adjacente à superfície interna da estrutura envolvente é resfriada até sua temperatura, que pode atingir o ponto de orvalho. Portanto, é necessário garantir uma temperatura na superfície interna que tв>tр.
A temperatura nos cantos externos das instalações, na superfície das inclusões condutoras de calor, é geralmente mais baixa do que em outras áreas da cerca. Portanto, para Tula, a temperatura perto do canto externo é 4-6 °C mais baixa do que longe dele. Portanto, deve-se, em primeiro lugar, verificar a possibilidade de formação de condensação nestes locais, prevendo, se necessário, medidas para aumentar a sua temperatura (isolamento adicional, colocação de risers de aquecimento...).
Na estação fria, a estrutura externa de um edifício aquecido separa dois ambientes de ar com a mesma pressão barométrica, mas com temperaturas e pressões de vapor de água diferentes. Mesmo com uma humidade relativa mais elevada, o ar exterior frio contém menos vapor de água do que o ar interior quente. Ou seja, a pressão parcial do vapor d'água dentro da sala será significativamente maior que a pressão externa. Sua diferença para edifícios residenciais atinge valores significativos: 1,2-1,3 kPa, e para edifícios com temperatura e umidade elevadas pode ser significativamente maior.
Sob a influência da diferença de pressões parciais, surge um fluxo de vapor d'água, direcionado da superfície interna para a externa - difusão de vapor de água.
O coeficiente de permeabilidade ao vapor m reflete a capacidade do material de transmitir vapor de água em difusão. É numericamente igual à quantidade de umidade em mg que se difunde por unidade de tempo através de uma camada de material de 1 m de espessura com área de 1 m2 com uma diferença de pressão parcial na superfície da camada de 1 Pa [mg/( m×h×Pa)].
Dos materiais de construção, as lajes de lã mineral têm o maior coeficiente de permeabilidade ao vapor (até 0,6 mg/(m×h×Pa)), e os mais baixos são o feltro (0,0014), o linóleo (0,002), os materiais de cobertura betuminosos (0,008 mg). /(m×h×Pa)).
Se o ar interno tiver alta umidade ou a estrutura do gabinete não for projetada corretamente, a difusão do vapor de água poderá condensar dentro da estrutura do gabinete. Acredita-se que o plano de possível condensação esteja localizado a uma distância igual a 2/3 da espessura de uma estrutura homogênea e coincida com a superfície externa do isolamento em uma estrutura multicamadas. Para prevenir este fenômeno:
Vamos resumir brevemente os requisitos gerais para estruturas de fechamento do ponto de vista da física térmica da construção e formular algumas recomendações decorrentes desses requisitos.
Corbusier colocou o sol em primeiro lugar entre os materiais e meios com que o arquiteto lida.
A luz desempenha um papel vital na vida humana. Participa na garantia do estado psicofisiológico normal de uma pessoa; cria iluminação do local de trabalho, possibilitando a realização de qualquer trabalho; a luz natural tem propriedades curativas e bactericidas. O ritmo da luz natural dita a forma como as pessoas vivem. A iluminação natural e artificial também afeta as qualidades arquitetônicas e artísticas dos edifícios.
Paralelamente, a iluminação exige custos significativos: o elevado custo dos vidros (e das fontes de luz artificial), o custo da limpeza e reparação das aberturas de luz e a perda de calor através deles levaram ao facto de por vezes os edifícios industriais (e em alguns países até escolas ) foram construídos sem luz natural.
A respeito disso a principal tarefa de construir tecnologia de iluminaçãoé o estudo das condições que determinam a criação de um regime luminoso óptimo nas divisões e o desenvolvimento de medidas arquitectónicas e construtivas que garantam esse regime.
A iluminação da sala pode ser
As condições ideais de iluminação nas instalações são alcançadas
O conceito de condições ideais de iluminação para uma sala inclui:
As tarefas de projeto de iluminação interna são resolvidas em conjunto por arquitetos, engenheiros civis e engenheiros de iluminação.
Via de regra, os ambientes com ocupação constante devem ter iluminação natural. Sem luz natural, é permitida a concepção de locais aprovados pelos respectivos documentos regulamentares, bem como locais cuja colocação seja permitida na cave e rés-do-chão.
A iluminação natural é dividida em lateral, superior e combinada. A iluminação lateral pode ser unilateral ou bilateral.
A iluminação em uma sala pode ser obtida devido à luz direta espalhada (difusa) do céu e à luz refletida nas superfícies internas da sala, nos edifícios opostos e na superfície adjacente ao edifício. A iluminação também pode ser fornecida apenas pela luz refletida.
Para padronizar a iluminação natural dos ambientes, não é aconselhável utilizar valores absolutos de iluminação. A iluminação externa e, consequentemente, interna, está em constante mudança. Além disso, uma pessoa avalia a iluminação não tanto pelo seu valor absoluto, mas pelos níveis comparativos de brilho de objetos e superfícies. Assim, para avaliar a iluminação natural, é típico comparar o brilho das superfícies internas com o brilho do espaço externo visível através da abertura de luz.
A insolação – exposição à luz solar direta – traz grandes benefícios à saúde. A irradiação luminosa e ultravioleta tem um efeito fortalecedor nos seres humanos e um efeito bactericida nos microrganismos. Portanto, os padrões de projeto regulam a duração mínima da insolação de instalações e territórios. Os cálculos de insolação são uma seção obrigatória da documentação de pré-projeto e projeto.
Padronização de insolação de instalações
A duração da insolação é regulamentada em: edifícios residenciais; instituições pré-escolares infantis; instituições de ensino de ensino geral, ensino primário, secundário, complementar e profissional, internatos, orfanatos, etc.; instituições médicas e preventivas, sanatórios e balneários; instituições de segurança social (pensões para deficientes e idosos, hospícios, etc.).
A duração normalizada da insolação contínua para instalações de edifícios residenciais e públicos é definida de forma diferenciada dependendo do tipo de apartamentos, da finalidade funcional das instalações, das zonas de planejamento da cidade, da latitude geográfica - para as zonas:
norte (ao norte de 58° N) - pelo menos 2,5 horas por dia de 22 de abril a 22 de agosto;
central (58° N - 48° N) - pelo menos 2 horas por dia de 22 de março a 22 de setembro;
sul (ao sul de 48° N) - pelo menos 1,5 horas por dia de 22 de fevereiro a 22 de outubro.
Prédios residenciais:
Nos edifícios residenciais, deve ser garantida a duração padrão da insolação: em apartamentos de um, dois e três quartos - em pelo menos um quarto, em apartamentos de quatro quartos e mais - em pelo menos dois quartos. Em dormitórios - em pelo menos 60% das salas residenciais.
A insolação intermitente é permitida, mas a duração de um dos períodos deve ser de no mínimo 1 hora, e a duração total deve ultrapassar o padrão em 0,5 horas.
As normas permitem uma redução da duração da insolação em 0,5 horas para as zonas norte e centro em apartamentos de dois e três quartos, onde pelo menos dois quartos são insolados; em quartos de quatro ou mais quartos, onde pelo menos três quartos são isolados; bem como durante a reconstrução de edifícios residenciais localizados nas zonas centrais e históricas das cidades, definidas pelos seus planos diretores de desenvolvimento.
Edifícios públicos:
A duração normalizada da insolação é estabelecida nas principais instalações funcionais dos edifícios públicos acima mencionados. Essas instalações incluem:
em instituições pré-escolares - enfermarias de grupo, lúdicas, de isolamento e enfermarias;
em edifícios educacionais - salas de aula e salas de aula;
em instituições médicas - enfermarias (pelo menos 60% do total);
em instituições de segurança social - enfermarias, enfermarias de isolamento.
Em edifícios de uso misto (orfanatos, orfanatos, internatos, escolas florestais, escolas-sanatórios, etc.), a insolação é padronizada em instalações funcionais semelhantes às listadas acima.
A insolação não é necessária nos departamentos de patologia; salas de cirurgia, salas de terapia intensiva de hospitais, viveiros, hospitais veterinários; laboratórios químicos; salas de exposição de museus; depositários de livros e arquivos.
A ausência de insolação é permitida nas salas de aula de informática, física, química, desenho e desenho.
Padronização da insolação dos territórios
Nos territórios de parques infantis, recintos desportivos de edifícios residenciais; sites de grupo de instituições pré-escolares; zona desportiva, área de lazer de escolas secundárias e internatos; áreas de lazer de estabelecimentos estacionários de saúde, a duração da insolação deve ser de no mínimo 3 horas em 50% da área do local, independente da latitude geográfica.
A duração da insolação de uma área aberta para cada área é determinada pelo tempo de movimento aparente do sol no céu. A trajetória do sol e o período de insolação diária para cada latitude geográfica e cada estação são diferentes: nas latitudes norte a trajetória é mais plana e longa, nas latitudes sul é mais íngreme e curta.
Os dias que caracterizam a insolação para diferentes períodos do ano são considerados os dias do solstício de verão (22 de junho, trajetória mais alta do sol em cada latitude geográfica), solstício de inverno (22 de dezembro, trajetória mais baixa), primavera (março 22) e equinócio de outono (22 de setembro). Nos dias de equinócio, a duração da insolação em área aberta é de 12 horas.
No início da manhã e no final da noite, os raios solares atravessam uma camada maior da atmosfera e seu efeito curativo enfraquece. Portanto, os cálculos de insolação geralmente não levam em consideração as primeiras e últimas horas do nascer e do pôr do sol. Para áreas ao norte da latitude 60° N. A primeira e a última 1,5 horas não são levadas em consideração.
O ângulo horizontal da posição do sol é determinado pelo azimute AQ, ou seja, o ângulo entre o plano meridiano e a direção do sol. O azimute é medido a partir da direção norte no sentido horário 1 em graus. A elevação do sol acima do horizonte é medida pelo ângulo vertical hQ.
Nesse sentido, não há unidade na literatura. Às vezes, o azimute é medido a partir da direção sul no sentido horário (oeste) de 0 a 360° ou em duas direções - oeste e leste de 0 a 180° com a designação “sudoeste” e “sudeste”.
A duração da insolação diária é frequentemente determinada usando mapas solares construídos para diferentes latitudes (gráficos de B.A. Dunaev). Eles são marcados com coordenadas em anel, representando a elevação do sol, e coordenadas radiais, caracterizando os azimutes do sol. Os mapas mostram trajetórias do sol para períodos característicos do ano, divididos por horas do dia. Além dos gráficos de Dunaev, o gráfico de insolação (régua) e a plaina leve D.S. Maslennikova e outros.
A duração padrão da insolação é determinada pela colocação e orientação dos edifícios nas laterais do horizonte, suas soluções de planejamento espacial, presença de elementos salientes, etc.
O método de determinação da duração da insolação é apresentado nas aulas práticas.
A insolação pode ser acompanhada de superaquecimento das instalações devido ao excesso de radiação térmica e ao efeito cansativo da luz solar devido ao brilho das estruturas e equipamentos envolventes. Portanto, em alguns casos, a insolação não é permitida (depósitos de livros, hotshops, salas de preparo e armazenamento de alimentos) ou deve ser limitada. O SNiP “Edifícios Públicos” estabelece, por exemplo, que a orientação das janelas das salas de cirurgia e salas de cuidados intensivos deve ser orientada para norte, nordeste e noroeste, o que facilita a criação de um microclima ideal nestas salas.
Os meios mais importantes de combate ao excesso de insolação são:
As normas de projeto para edifícios residenciais determinam que em áreas com temperatura média de julho igual ou superior a 21 ° C, as aberturas de luz nas salas e cozinhas, orientadas no setor horizonte de 200-290 °, devem ser equipadas com proteção solar externa ajustável.
Para edifícios públicos situados nas mesmas áreas, em salas com ocupação constante de pessoas e em salas onde, por exigências tecnológicas ou higiénicas, não seja permitida a penetração de luz solar ou o sobreaquecimento da sala, aberturas orientadas no sector 130-315° estão equipados com proteção solar.
Os principais requisitos para dispositivos de proteção solar são:
Os dispositivos de proteção solar são divididos em estacionários e ajustáveis.
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Posição |
Ação |
Efeito protetor de luz |
Area de aplicação |
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Viseiras contínuas horizontais ou inclinadas |
Acima das janelas do lado de fora |
No alto solstício |
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O mesmo acontece com a grade veneziana. |
O mesmo, + boa lavagem de ar |
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Costelas verticais - telas normais ou em ângulo com o plano da parede |
Ao lado das aberturas das janelas de um lado |
No baixo solstício |
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Telas de parede remotas |
Acima das aberturas das janelas e nas laterais |
O mesmo, + proteção contra superaquecimento da própria parede |
Ilimitado |
Ilimitado |
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Grades Louvre com ripas verticais, inclinadas ou horizontais |
Na frente de aberturas de luz ou dentro delas |
Limitar ou eliminar a insolação |
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Difusores de luz |
Ao longo de todo o plano da fachada |
A mesma coisa, mas pior troca de ar |
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Tipos especiais de vidros: |
Preenchendo aberturas de luz |
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dispersão de luz |
Dispersão de luz |
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reflexivo |
Reflexão dos raios infravermelhos |
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absorvente de luz |
Absorção de raios infravermelhos |
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Persianas móveis, toldos, coberturas |
Aberturas de luz externas ou internas |
Limitar ou eliminar a insolação |
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Grades espaciais estampadas |
Dentro do vidro |
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Cortinas penduradas |
Dentro de casa |
Os dispositivos de proteção solar afetam significativamente a iluminação geral: em tempo ensolarado, a dispersão da luz pelas superfícies pode aumentar significativamente o CEC e, em tempo nublado, pode reduzi-lo significativamente. Esta influência deve ser levada em consideração no cálculo da iluminação da sala.
A ciência arquitetônica não pode ser entendida apenas como a beleza e graça das formas, proporções e linhas, a pesquisa histórica da arte sobre os padrões de relações composicionais, as disputas sobre a essência tectônica das formas e a história da criação de obras-primas arquitetônicas, que se tornaram assim precisamente porque seus criadores compreenderam: a expressividade da arquitetura depende de parâmetros ambientais naturais.
Ph.D., arquiteto N.V. Obolensky
As qualidades de desempenho dos edifícios e instalações individuais são determinadas não apenas pelo seu tamanho, qualidade de acabamento, etc. Um fator importante é o grau de proteção contra influências externas, como frio ou calor excessivo, precipitação, ruído. As instalações devem estar expostas (ou não expostas) durante um certo tempo à luz solar direta, ter iluminação suficiente e um clima acústico favorável. A consideração correta desses fatores garante um estado do ambiente artificial de vida que é percebido pela pessoa como confortável.
Essas questões são consideradas pela física da construção, que inclui diversas áreas. Os principais são engenharia de aquecimento de construção(transferência de calor em estruturas envolventes, sua permeabilidade ao vapor e ao ar, condições de temperatura e umidade das instalações), equipamento de iluminação de construção(iluminação natural e artificial das instalações, insolação e radiação solar), acústica de edifícios(isolamento acústico e acústica da sala). O conhecimento destas questões permite ao arquitecto seleccionar correctamente o tipo de estrutura de encerramento, o número e dimensão das aberturas, a orientação do edifício para os pontos cardeais, a forma do auditório, prever medidas de protecção acústica, etc.
O território da Rússia é caracterizado por uma variedade de condições naturais e climáticas. Todo o território da ex-URSS para construção está dividido em 4 regiões climáticas (I – IV), cada uma das quais possui vários subdistritos. As suas características gerais são apresentadas no SNiP 2.01.01‑82 “Climatologia e geofísica de edifícios”, bem como no SNiP 2.01.07‑85 “Cargas e impactos”.
As condições climáticas mais severas ocorrem na região I (70% do território da URSS - norte e nordeste da Sibéria e parte europeia do país, Urais, territórios continentais e partes costeiras do Oceano Ártico e mares do norte). É caracterizada por um longo período frio (7-9 meses por ano) com baixas temperaturas (até –50, –60°C), ventos fortes nas sub-regiões costeiras, tempestades de neve, longa noite polar (ao norte do Círculo Polar Ártico), e permafrost. Isto determina o estilo de vida “fechado” da população com uma permanência mais prolongada no interior do que em outras áreas, e um maior grau de isolamento dos edifícios das influências do ambiente externo.
As regiões climáticas II e III (zona média) são caracterizadas por um clima temperado com períodos frios e quentes aproximadamente iguais, com temperaturas positivas e negativas moderadas e outros indicadores climáticos. Estas são as áreas da parte mais populosa do país. O estilo de vida aqui é mais “aberto”. Adultos e crianças podem permanecer fora dos edifícios por longos períodos de tempo em todas as épocas do ano.
As regiões do sul (IV e parcialmente III) são caracterizadas por um longo período quente (até 9 meses por ano), altas temperaturas positivas no verão e várias características dos microclimas das sub-regiões: áreas costeiras, estepes quentes e semidesérticas com tempestades de areia , subtropicais úmidos e quentes, montanhosos, etc. d. Aqui a população utiliza amplamente vários espaços de verão e pátios. Para os edifícios, é essencial a proteção contra o sobreaquecimento por radiação solar, mudanças repentinas de temperatura diárias, humidade excessiva, etc.
Os componentes mais importantes do clima que você precisa saber antes de iniciar o projeto são dados sobre os seguintes fatores naturais e climáticos:
Radiação solar direta e difusa– os principais fatores são os efeitos bactericidas e de temperatura. Esses dados são levados em consideração:
Radiação ultravioleta– o principal fator é o efeito bactericida. Levado em consideração:
Luz natural ao ar livre– levado em consideração:
Temperatura e umidade do ar externo. São utilizados dados sobre sua dinâmica anual:
Direção, velocidade e pressão predominantes do vento levado em consideração:
A velocidade do vento é definida como o componente horizontal da velocidade média do fluxo de ar a uma altura de 10-15 m do solo. Ao projetar estruturas altas, o aumento da velocidade do vento com a altura deve ser levado em consideração.
A direção do vento é determinada pela parte do horizonte de onde o fluxo de ar se move.
A velocidade média do vento ao longo do horizonte e a frequência das direções do vento em (%) são as principais características do vento na área de desenvolvimento. No processo de projeto, uma representação gráfica das características do vento é frequentemente usada na forma de um diagrama especial - uma “rosa dos ventos”, que fornece dados sobre a frequência e velocidade do vento em uma determinada área durante um determinado período.
Quantidade de precipitação no verão e no inverno. Esses dados são obrigatórios:
Os dados sobre os principais fatores climáticos são determinados pelo processamento de medições de longo prazo de estações meteorológicas com base em métodos de estatística matemática.
O estado óptimo do ar ambiente interior em termos de temperatura, humidade e limpeza é garantido por um conjunto de medidas: a localização do edifício no edifício, a conformidade da sua solução de ordenamento do espaço com as condições naturais e climáticas, aquecimento, ventilação e sistemas de ar condicionado e a escolha do desenho de vedações externas que proporcionem a necessária protecção térmica das instalações. Este último é realizado usando métodos de engenharia de aquecimento de construção.
A engenharia de aquecimento de construção é baseada na teoria geral dos processos de transferência de calor e massa. As estruturas envolventes externas são consideradas nestes processos como sistemas abertos que trocam energia térmica (troca de calor) e matéria (troca de umidade e ar) com o ambiente externo.
Ao projetar edifícios, os seguintes problemas de engenharia térmica são resolvidos:
Uma condição necessária para a transferência de calor em qualquer meio é a diferença de temperatura em diferentes pontos do meio. A energia térmica se espalha de pontos com temperatura mais alta para pontos com temperatura mais baixa. Estruturas externas de fechamento separam ambientes com diferentes temperaturas, o que causa neles processos de transferência de calor.
Existem três tipos de transferência de calor: condução, convecção e radiação. Como a maioria dos materiais de construção são corpos porosos capilares, todos os tipos de transferência de calor são possíveis neles. Contudo, em cálculos práticos é geralmente assumido que a transferência de calor dentro dos materiais de construção ocorre de acordo com as leis da condutividade térmica. A transferência de calor por convecção e radiação ocorre nas camadas de ar e próximo às superfícies das estruturas nas fronteiras com o ar externo e interno.
Nos cálculos de engenharia térmica, costuma-se distinguir entre estruturas envolventes homogêneas (camada única) e em camadas (multicamadas), consistindo respectivamente de uma ou mais camadas planas homogêneas localizadas perpendicularmente à direção do fluxo de calor (geralmente paralelas ao externo e interno superfícies da estrutura), bem como estruturas heterogêneas que possuem diferentes características de condutividade térmica na área do recinto.
Condutividade térmica de materiais
Através de uma estrutura plana e suficientemente extensa (de modo que os efeitos de borda possam ser desprezados), o fluxo de calor passa perpendicularmente à sua superfície na direção de uma temperatura mais alta para uma mais baixa.
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Material |
eu, C/(m× ° COM) |
Material |
eu, C/(m× ° COM) |
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Alumínio |
Poliestireno expandido |
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Concreto reforçado |
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Alvenaria |
Ar (em poros fechados de até 1 mm de tamanho) |
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Tapetes de lã mineral |
Ar (em cavidades medindo 15 cm) |
Os materiais de construção consistem em uma fase sólida, bem como poros e capilares preenchidos com ar, vapor de água ou líquido. A proporção e a natureza desses elementos determinam a condutividade térmica do material.
Os metais possuem alta condutividade térmica, pois é determinada pelo fluxo de elétrons. Quanto maior a condutividade elétrica, maior a condutividade térmica.
A condutividade térmica dos materiais pétreos é devida às vibrações térmicas da estrutura. Quanto mais pesados são os átomos dessa estrutura e mais fracamente eles estão conectados entre si, menor é a condutividade térmica. Pedras com estrutura cristalina são mais condutoras térmicas do que as vítreas.
O coeficiente de condutividade térmica de materiais porosos capilares depende de sua densidade média (porosidade) e do estado de umidade. Neste caso, o tamanho médio dos poros e a sua natureza (aberto, conectado ou fechado) também desempenham um papel. Materiais porosos com poros fechados de tamanho pequeno (1 mm) apresentam menor condutividade térmica. À medida que o teor de umidade de um material aumenta, sua condutividade térmica aumenta. Isto é especialmente perceptível no inverno, quando a água contida nos poros congela.
As alterações nos coeficientes de condutividade térmica dos materiais de construção com alterações no teor de umidade são tão significativas que seus valores são definidos em função das características de umidade do clima e das condições de umidade das instalações. SNiP distingue 3 zonas de umidade (úmida, normal e seca) e 4 condições de umidade interna:
Com base na combinação da zona de umidade e do regime de umidade das instalações, são atribuídas as condições de funcionamento das estruturas envolventes (A ou B), dependendo da seleção dos coeficientes de condutividade térmica.
Os materiais utilizados para camadas de isolamento térmico de estruturas envolventes devem, em regra, ter um coeficiente de condutividade térmica a seco não superior a 0,3 W/m×°C.
Estruturas de fechamento reais são geralmente heterogêneas em termos de engenharia térmica, pois possuem aberturas, cantos, juntas e inclusões condutoras de calor.
Por exemplo, a temperatura no canto exterior da parede é significativamente (4-7 °C) inferior à temperatura da superfície interna da secção da parede distante do canto. Isto é explicado pelo fato de que a área de absorção de calor é significativamente menor que a área de transferência de calor, por um lado, e uma diminuição no coeficiente de absorção de calor (devido a uma diminuição na transferência de calor radiante e enfraquecimento das correntes de ar de convecção) no outro. Essa queda de temperatura pode causar umidade nos cantos. Para evitar isso, é necessário isolamento adicional ou colocação de risers de aquecimento nos cantos.
A temperatura nessas áreas varia não apenas ao longo da espessura da estrutura, mas também ao longo do seu comprimento ou altura, ou seja, a mudança não é unidimensional. Com um fluxo de calor constante, a distribuição de temperatura em tais locais é determinada resolvendo a equação diferencial da condutividade térmica (equação de Laplace)
Os cálculos descritos anteriormente baseiam-se na constância das temperaturas nos lados externo e interno da cerca, como resultado da qual um fluxo de calor constante passa por ela. Em condições reais isto raramente é observado. A temperatura do ar exterior flutua constantemente, a temperatura interior muda (especialmente em edifícios com aquecimento intermitente) e no verão a superfície exterior também é aquecida devido à radiação solar. Tudo isso introduz erros nos cálculos termofísicos sob condições de estado estacionário. Portanto, em alguns casos é necessário realizar cálculos sob condições instáveis de transferência de calor.
As qualidades de isolamento térmico das estruturas de fechamento utilizadas em áreas quentes (com temperaturas médias mensais) são avaliadas pela resistência térmica. Esta é a propriedade da estrutura de manter uma temperatura relativamente constante na superfície voltada para a sala durante flutuações no fluxo de calor. Esta é uma das condições para o conforto da estadia de uma pessoa no quarto.
Uma avaliação quantitativa da estabilidade térmica é realizada atenuando as flutuações de temperatura na estrutura. O valor de atenuação é calculado como a razão entre a amplitude das flutuações de temperatura na superfície que percebe diretamente o efeito da temperatura e a amplitude na superfície oposta.
Outra propriedade que caracteriza as propriedades térmicas de uma estrutura é a sua permeabilidade ao ar. A penetração (filtração) do ar através da cerca ocorre devido à diferença de pressão entre o ar quente e o frio (pressão térmica), bem como como resultado da pressão do vento.
A permeabilidade ao ar dos materiais é caracterizada coeficiente de permeabilidade ao ar, que determina a quantidade de ar em kg que passa por 1 m2 de material com 1 m de espessura durante uma unidade de tempo a uma diferença de pressão de 1 Pa - i [kg/m×h×Pa].
À medida que a umidade dos materiais aumenta, sua condutividade térmica aumenta. Isto leva a uma diminuição na resistência à transferência de calor das estruturas envolventes. Para preservar suas propriedades de proteção térmica, devem ser tomadas medidas para evitar possível umidade.
Em geral, aumentar a umidade das estruturas é indesejável por vários motivos. Do ponto de vista higiênico estruturas úmidas são uma fonte de aumento de umidade nos ambientes, o que afeta negativamente o bem-estar das pessoas. Os materiais úmidos proporcionam um ambiente favorável ao desenvolvimento de microrganismos, que causam diversas doenças. Do ponto de vista técnico Em vista disso, os materiais úmidos são rapidamente destruídos devido à expansão da umidade durante o congelamento nos poros e capilares, corrosão (oxidação de metais, lixiviação de cal das soluções) e processos biológicos.
Umidade de construçãoé causada por processos úmidos na produção de estruturas de edifícios (assentamento de tijolos com argamassas, tratamento térmico e úmido de produtos de concreto armado). Em estruturas adequadamente projetadas, esta umidade é estabelecida dentro de limites aceitáveis durante os primeiros anos de vida do edifício.
Umidade do solo penetra na estrutura por sucção capilar quando a impermeabilização é danificada. Dependendo da estrutura do material, a umidade capilar pode atingir uma altura de 2,5 a 10 m.
Umidade atmosférica na forma de chuva oblíqua ao vento ou geada caindo na superfície externa, umedece a estrutura até uma profundidade de vários centímetros.
Umidade operacional hidrata partes das paredes adjacentes ao piso ao lavar pisos ou derramar líquidos de processo.
Os últimos três tipos de umidade nas estruturas podem ser eliminados ou reduzidos drasticamente por meio de medidas construtivas.
Umidade higroscópica– uma consequência da propriedade de sorção dos materiais porosos capilares de absorver a umidade do ar (higroscopicidade). O grau de umidificação higroscópica é predeterminado pelas condições de temperatura e umidade do ambiente. Para estruturas de fechamento operadas em ambientes agressivos, a higroscopicidade dos materiais aumenta 4-5 vezes devido ao aumento no teor de compostos solúveis em água.
Umidade de condensaçãoé causada por desvios nos parâmetros de temperatura e umidade do ar interno e é na maioria das vezes a causa do alagamento da estrutura. A condensação da umidade pode ocorrer tanto na superfície da estrutura quanto em sua espessura durante a difusão do vapor d'água.
A umidificação higroscópica e de condensação pode ser estabilizada pelo projeto racional da cerca com base em cálculos de engenharia térmica.
O ar atmosférico sempre contém alguma umidade na forma de vapor. A quantidade de umidade em gramas contida em 1 m3 de ar é chamada umidade absoluta f [g/m3]. Para cálculos, é mais conveniente estimar a quantidade de vapor d'água em unidades de pressão. Para tanto, utiliza-se a pressão parcial de vapor d'água e [Pa] ou [mm]. Rt. Art.], chamado pressão real do vapor de água.
A elasticidade real aumenta com o aumento da umidade absoluta do ar, mas não pode aumentar indefinidamente. A uma certa temperatura e pressão barométrica do ar, há valor limite de umidade absoluta ar F [g/m3], correspondendo à saturação completa do ar com vapor d’água. A umidade adicional não pode aumentar nas mesmas condições. Este valor corresponde a pressão máxima de vapor de água E [Pa] ou [mm. Rt. Art.], também chamada de pressão de saturação do vapor d'água.
Com o aumento da temperatura do ar, os valores limites de umidade (E e F) aumentam; portanto, a umidade absoluta f e a pressão parcial e não dão uma ideia do grau de saturação do ar com umidade, a menos que sua temperatura é indicado.
A umidade relativa determina:
Quando a temperatura do ar com um determinado teor de umidade (e=const) aumenta, a umidade relativa diminui, à medida que aumenta o valor da pressão máxima de vapor d'água E. À medida que a temperatura diminui, a umidade relativa aumenta, à medida que E diminui. À medida que a temperatura diminui, a um determinado valor, a elasticidade máxima torna-se igual à pressão real do vapor de água e. Neste caso, j=100% e ocorre o estado de completa saturação do ar com vapor d'água. A temperatura correspondente a este momento é chamada temperatura do ponto de orvalho tr para uma determinada umidade do ar. Quando a temperatura cai abaixo do ponto de orvalho, a elasticidade máxima e real diminuirá, permanecendo igual, e o excesso de umidade se condensará, ou seja, passará para o estado líquido-gotas.
No inverno, uma fina camada de ar diretamente adjacente à superfície interna da estrutura envolvente é resfriada até sua temperatura, que pode atingir o ponto de orvalho. Portanto, é necessário garantir uma temperatura na superfície interna que tв>tр.
A temperatura nos cantos externos das instalações, na superfície das inclusões condutoras de calor, é geralmente mais baixa do que em outras áreas da cerca. Portanto, para Tula, a temperatura perto do canto externo é 4-6 °C mais baixa do que longe dele. Portanto, deve-se, em primeiro lugar, verificar a possibilidade de formação de condensação nestes locais, prevendo, se necessário, medidas para aumentar a sua temperatura (isolamento adicional, colocação de risers de aquecimento...).
Na estação fria, a estrutura externa de um edifício aquecido separa dois ambientes de ar com a mesma pressão barométrica, mas com temperaturas e pressões de vapor de água diferentes. Mesmo com uma humidade relativa mais elevada, o ar exterior frio contém menos vapor de água do que o ar interior quente. Ou seja, a pressão parcial do vapor d'água dentro da sala será significativamente maior que a pressão externa. Sua diferença para edifícios residenciais atinge valores significativos: 1,2-1,3 kPa, e para edifícios com temperatura e umidade elevadas pode ser significativamente maior.
Sob a influência da diferença de pressões parciais, surge um fluxo de vapor d'água, direcionado da superfície interna para a externa - difusão de vapor de água.
O coeficiente de permeabilidade ao vapor m reflete a capacidade do material de transmitir vapor de água em difusão. É numericamente igual à quantidade de umidade em mg que se difunde por unidade de tempo através de uma camada de material de 1 m de espessura com área de 1 m2 com uma diferença de pressão parcial na superfície da camada de 1 Pa [mg/( m×h×Pa)].
Dos materiais de construção, as lajes de lã mineral têm o maior coeficiente de permeabilidade ao vapor (até 0,6 mg/(m×h×Pa)), e os mais baixos são o feltro (0,0014), o linóleo (0,002), os materiais de cobertura betuminosos (0,008 mg). /(m×h×Pa)).
Se o ar interno tiver alta umidade ou a estrutura do gabinete não for projetada corretamente, a difusão do vapor de água poderá condensar dentro da estrutura do gabinete. Acredita-se que o plano de possível condensação esteja localizado a uma distância igual a 2/3 da espessura de uma estrutura homogênea e coincida com a superfície externa do isolamento em uma estrutura multicamadas. Para prevenir este fenômeno:
Vamos resumir brevemente os requisitos gerais para estruturas de fechamento do ponto de vista da física térmica da construção e formular algumas recomendações decorrentes desses requisitos.
Corbusier colocou o sol em primeiro lugar entre os materiais e meios com que o arquiteto lida.
A luz desempenha um papel vital na vida humana. Participa na garantia do estado psicofisiológico normal de uma pessoa; cria iluminação do local de trabalho, possibilitando a realização de qualquer trabalho; a luz natural tem propriedades curativas e bactericidas. O ritmo da luz natural dita a forma como as pessoas vivem. A iluminação natural e artificial também afeta as qualidades arquitetônicas e artísticas dos edifícios.
Paralelamente, a iluminação exige custos significativos: o elevado custo dos vidros (e das fontes de luz artificial), o custo da limpeza e reparação das aberturas de luz e a perda de calor através deles levaram ao facto de por vezes os edifícios industriais (e em alguns países até escolas ) foram construídos sem luz natural.
A respeito disso a principal tarefa de construir tecnologia de iluminaçãoé o estudo das condições que determinam a criação de um regime luminoso óptimo nas divisões e o desenvolvimento de medidas arquitectónicas e construtivas que garantam esse regime.
A iluminação da sala pode ser
As condições ideais de iluminação nas instalações são alcançadas
O conceito de condições ideais de iluminação para uma sala inclui:
As tarefas de projeto de iluminação interna são resolvidas em conjunto por arquitetos, engenheiros civis e engenheiros de iluminação.
Via de regra, os ambientes com ocupação constante devem ter iluminação natural. Sem luz natural, é permitida a concepção de locais aprovados pelos respectivos documentos regulamentares, bem como locais cuja colocação seja permitida na cave e rés-do-chão.
A iluminação natural é dividida em lateral, superior e combinada. A iluminação lateral pode ser unilateral ou bilateral.
A iluminação em uma sala pode ser obtida devido à luz direta espalhada (difusa) do céu e à luz refletida nas superfícies internas da sala, nos edifícios opostos e na superfície adjacente ao edifício. A iluminação também pode ser fornecida apenas pela luz refletida.
Para padronizar a iluminação natural dos ambientes, não é aconselhável utilizar valores absolutos de iluminação. A iluminação externa e, consequentemente, interna, está em constante mudança. Além disso, uma pessoa avalia a iluminação não tanto pelo seu valor absoluto, mas pelos níveis comparativos de brilho de objetos e superfícies. Assim, para avaliar a iluminação natural, é típico comparar o brilho das superfícies internas com o brilho do espaço externo visível através da abertura de luz.
A insolação – exposição à luz solar direta – traz grandes benefícios à saúde. A irradiação luminosa e ultravioleta tem um efeito fortalecedor nos seres humanos e um efeito bactericida nos microrganismos. Portanto, os padrões de projeto regulam a duração mínima da insolação de instalações e territórios. Os cálculos de insolação são uma seção obrigatória da documentação de pré-projeto e projeto.
Padronização de insolação de instalações
A duração da insolação é regulamentada em: edifícios residenciais; instituições pré-escolares infantis; instituições de ensino de ensino geral, ensino primário, secundário, complementar e profissional, internatos, orfanatos, etc.; instituições médicas e preventivas, sanatórios e balneários; instituições de segurança social (pensões para deficientes e idosos, hospícios, etc.).
A duração normalizada da insolação contínua para instalações de edifícios residenciais e públicos é definida de forma diferenciada dependendo do tipo de apartamentos, da finalidade funcional das instalações, das zonas de planejamento da cidade, da latitude geográfica - para as zonas:
norte (ao norte de 58° N) - pelo menos 2,5 horas por dia de 22 de abril a 22 de agosto;
central (58° N - 48° N) - pelo menos 2 horas por dia de 22 de março a 22 de setembro;
sul (ao sul de 48° N) - pelo menos 1,5 horas por dia de 22 de fevereiro a 22 de outubro.
Prédios residenciais:
Nos edifícios residenciais, deve ser garantida a duração padrão da insolação: em apartamentos de um, dois e três quartos - em pelo menos um quarto, em apartamentos de quatro quartos e mais - em pelo menos dois quartos. Em dormitórios - em pelo menos 60% das salas residenciais.
A insolação intermitente é permitida, mas a duração de um dos períodos deve ser de no mínimo 1 hora, e a duração total deve ultrapassar o padrão em 0,5 horas.
As normas permitem uma redução da duração da insolação em 0,5 horas para as zonas norte e centro em apartamentos de dois e três quartos, onde pelo menos dois quartos são insolados; em quartos de quatro ou mais quartos, onde pelo menos três quartos são isolados; bem como durante a reconstrução de edifícios residenciais localizados nas zonas centrais e históricas das cidades, definidas pelos seus planos diretores de desenvolvimento.
Edifícios públicos:
A duração normalizada da insolação é estabelecida nas principais instalações funcionais dos edifícios públicos acima mencionados. Essas instalações incluem:
em instituições pré-escolares - enfermarias de grupo, lúdicas, de isolamento e enfermarias;
em edifícios educacionais - salas de aula e salas de aula;
em instituições médicas - enfermarias (pelo menos 60% do total);
em instituições de segurança social - enfermarias, enfermarias de isolamento.
Em edifícios de uso misto (orfanatos, orfanatos, internatos, escolas florestais, escolas-sanatórios, etc.), a insolação é padronizada em instalações funcionais semelhantes às listadas acima.
A insolação não é necessária nos departamentos de patologia; salas de cirurgia, salas de terapia intensiva de hospitais, viveiros, hospitais veterinários; laboratórios químicos; salas de exposição de museus; depositários de livros e arquivos.
A ausência de insolação é permitida nas salas de aula de informática, física, química, desenho e desenho.
Padronização da insolação dos territórios
Nos territórios de parques infantis, recintos desportivos de edifícios residenciais; sites de grupo de instituições pré-escolares; zona desportiva, área de lazer de escolas secundárias e internatos; áreas de lazer de estabelecimentos estacionários de saúde, a duração da insolação deve ser de no mínimo 3 horas em 50% da área do local, independente da latitude geográfica.
A duração da insolação de uma área aberta para cada área é determinada pelo tempo de movimento aparente do sol no céu. A trajetória do sol e o período de insolação diária para cada latitude geográfica e cada estação são diferentes: nas latitudes norte a trajetória é mais plana e longa, nas latitudes sul é mais íngreme e curta.
Os dias que caracterizam a insolação para diferentes períodos do ano são considerados os dias do solstício de verão (22 de junho, trajetória mais alta do sol em cada latitude geográfica), solstício de inverno (22 de dezembro, trajetória mais baixa), primavera (março 22) e equinócio de outono (22 de setembro). Nos dias de equinócio, a duração da insolação em área aberta é de 12 horas.
No início da manhã e no final da noite, os raios solares atravessam uma camada maior da atmosfera e seu efeito curativo enfraquece. Portanto, os cálculos de insolação geralmente não levam em consideração as primeiras e últimas horas do nascer e do pôr do sol. Para áreas ao norte da latitude 60° N. A primeira e a última 1,5 horas não são levadas em consideração.
O ângulo horizontal da posição do sol é determinado pelo azimute AQ, ou seja, o ângulo entre o plano meridiano e a direção do sol. O azimute é medido a partir da direção norte no sentido horário 1 em graus. A elevação do sol acima do horizonte é medida pelo ângulo vertical hQ.
Nesse sentido, não há unidade na literatura. Às vezes, o azimute é medido a partir da direção sul no sentido horário (oeste) de 0 a 360° ou em duas direções - oeste e leste de 0 a 180° com a designação “sudoeste” e “sudeste”.
A duração da insolação diária é frequentemente determinada usando mapas solares construídos para diferentes latitudes (gráficos de B.A. Dunaev). Eles são marcados com coordenadas em anel, representando a elevação do sol, e coordenadas radiais, caracterizando os azimutes do sol. Os mapas mostram trajetórias do sol para períodos característicos do ano, divididos por horas do dia. Além dos gráficos de Dunaev, o gráfico de insolação (régua) e a plaina leve D.S. Maslennikova e outros.
A duração padrão da insolação é determinada pela colocação e orientação dos edifícios nas laterais do horizonte, suas soluções de planejamento espacial, presença de elementos salientes, etc.
O método de determinação da duração da insolação é apresentado nas aulas práticas.
A insolação pode ser acompanhada de superaquecimento das instalações devido ao excesso de radiação térmica e ao efeito cansativo da luz solar devido ao brilho das estruturas e equipamentos envolventes. Portanto, em alguns casos, a insolação não é permitida (depósitos de livros, hotshops, salas de preparo e armazenamento de alimentos) ou deve ser limitada. O SNiP “Edifícios Públicos” estabelece, por exemplo, que a orientação das janelas das salas de cirurgia e salas de cuidados intensivos deve ser orientada para norte, nordeste e noroeste, o que facilita a criação de um microclima ideal nestas salas.
Os meios mais importantes de combate ao excesso de insolação são:
As normas de projeto para edifícios residenciais determinam que em áreas com temperatura média de julho igual ou superior a 21 ° C, as aberturas de luz nas salas e cozinhas, orientadas no setor horizonte de 200-290 °, devem ser equipadas com proteção solar externa ajustável.
Para edifícios públicos situados nas mesmas áreas, em salas com ocupação constante de pessoas e em salas onde, por exigências tecnológicas ou higiénicas, não seja permitida a penetração de luz solar ou o sobreaquecimento da sala, aberturas orientadas no sector 130-315° estão equipados com proteção solar.
Os principais requisitos para dispositivos de proteção solar são:
Os dispositivos de proteção solar são divididos em estacionários e ajustáveis.
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Posição |
Ação |
Efeito protetor de luz |
Area de aplicação |
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Viseiras contínuas horizontais ou inclinadas |
Acima das janelas do lado de fora |
No alto solstício |
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O mesmo acontece com a grade veneziana. |
O mesmo, + boa lavagem de ar |
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Costelas verticais - telas normais ou em ângulo com o plano da parede |
Ao lado das aberturas das janelas de um lado |
No baixo solstício |
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Telas de parede remotas |
Acima das aberturas das janelas e nas laterais |
O mesmo, + proteção contra superaquecimento da própria parede |
Ilimitado |
Ilimitado |
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Grades Louvre com ripas verticais, inclinadas ou horizontais |
Na frente de aberturas de luz ou dentro delas |
Limitar ou eliminar a insolação |
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Difusores de luz |
Ao longo de todo o plano da fachada |
A mesma coisa, mas pior troca de ar |
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Tipos especiais de vidros: |
Preenchendo aberturas de luz |
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dispersão de luz |
Dispersão de luz |
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reflexivo |
Reflexão dos raios infravermelhos |
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absorvente de luz |
Absorção de raios infravermelhos |
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Persianas móveis, toldos, coberturas |
Aberturas de luz externas ou internas |
Limitar ou eliminar a insolação |
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Grades espaciais estampadas |
Dentro do vidro |
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Cortinas penduradas |
Dentro de casa |
Os dispositivos de proteção solar afetam significativamente a iluminação geral: em tempo ensolarado, a dispersão da luz pelas superfícies pode aumentar significativamente o CEC e, em tempo nublado, pode reduzi-lo significativamente. Esta influência deve ser levada em consideração no cálculo da iluminação da sala.
Na natureza, uma pessoa quase sempre encontra outro elemento visual que é novo aos olhos, no qual pode “permanecer” por um curto período de tempo antes da próxima sacada (os elementos visuais estão localizados de forma bastante densa e, como mencionado anteriormente, diferem um do outro). outro). Na cidade, na presença de grandes campos homogêneos, não há objeto visual próximo ao olho. Como resultado, o cérebro humano não recebe as informações necessárias e podem ocorrer sensações desagradáveis. Portanto, campos homogêneos são desagradáveis à vista. Os campos visuais são “agressivos” quando na superfície em questão (paredes, calçada, piso, papel de parede, tecido, etc.) existem muitos elementos idênticos que se repetem (janelas, azulejos, costuras, padrões, etc.). Após cada sacada, o olho vê o mesmo elemento já examinado, o que afeta negativamente o estado do sistema nervoso e a saúde humana.
Esta explicação não é totalmente justificada. Assim, na natureza existem grandes espaços homogêneos (a superfície de um lago calmo, o céu, um deserto, etc.) sem quaisquer detalhes, que são percebidos pelo olho de forma bastante positiva. Arranha-céus revestidos com vidros coloridos e sem detalhes nas fachadas (enormes cristais coloridos) são percebidos da mesma forma.
A física arquitetônica ainda não responde a algumas questões urgentes relacionadas à ciência da luz: sobre as dimensões ambientalmente saudáveis percebidas positivamente de salas, edifícios, cidades; sobre as formas das instalações e edifícios; sobre preferências em estilos arquitetônicos, detalhes e decoração. Pode-se notar que, em primeiro lugar, as formas curvilíneas espaciais são bonitas e aceitáveis para o homem (uma linha ondulada é uma linha de beleza) e, em segundo lugar, é necessário um desejo de diversidade, semelhante à biodiversidade na natureza (diversidade arquitetônica de tamanhos, formas , detalhes, cores, tendo em conta a semelhança com a natureza), em terceiro lugar, é desejável que as dimensões dos edifícios correspondam às dimensões dos componentes da paisagem (principalmente árvores) e do corpo humano.
A natureza viva não obedece às leis da simetria. As metades esquerda e direita aparentemente simétricas do rosto e do corpo, pernas, braços e asas dos animais são, na verdade, assimétricas. Pode-se presumir que edifícios e estruturas também não devem ser absolutamente simétricos. As características individuais das pessoas desempenham um papel importante na positividade ou, pelo contrário, na negatividade da percepção visual dos edifícios e estruturas. Sabe-se que alguns arquitetos gostam de arranha-céus, praças enormes, avenidas largas com fluxo de carros, etc. Esta é uma das manifestações da diversidade.
Quaisquer campos diferentes daqueles familiares aos seus sentidos podem ser considerados agressivos para uma pessoa (por exemplo, campos visuais monótonos, ruídos fortes e agudos e odores nocivos, etc.). Efeitos sonoros e olfativos agressivos com contato constante com os órgãos da audição e do olfato podem causar condições dolorosas. Como observou NF Reimers, as pessoas estão historicamente mais adaptadas à vida nas áreas rurais, por isso o ambiente urbano causa-lhes stress.
Desde a antiguidade que as pessoas procuram um ambiente sensorial agradável nos edifícios. Assim, são conhecidos “tijolos de mel”, “gesso perfumado”, “colunas musicais”. Na parte central da ilha do Sri Lanka existe um templo construído há mais de cinco séculos. Argila para tijolos era misturada com mel de abelhas selvagens, que eram muitas na ilha. Depois de secar por muito tempo sob o sol quente tropical, os “tijolos de mel” tornaram-se muito duráveis e mantiveram seu aroma por muito tempo. Para criar um aroma agradável no século XII. Na cidade marroquina de Koutoubia, durante a construção de uma torre, foram adicionados à argamassa de barro e gesso cerca de mil barris de incenso, cujo cheiro ainda hoje se faz sentir. Numa mesquita na cidade indiana de Karid, chamada Mesquita dos Cheiros, construtores medievais misturaram 3.500 kg de açafrão na argamassa de gesso. Na Índia, as colunas de granito dos antigos templos de Vitala, Mahshwar e outros também cantam: se você bater nelas com a palma da mão, elas emitem um som que lembra o som de instrumentos de sopro. Os artesãos, batendo nas colunas com as palmas das mãos e os dedos, extraem melodias. Para criar tais colunas, foram feitas fundações porosas de lajes de argila cozida e arenito.
O ambiente das cidades modernas é frequentemente agressivo para os humanos. Talvez o mecanismo de sua agressividade seja o seguinte: no cérebro humano, sob a influência do ambiente natural e das condições de vida centenárias anteriores, desenvolveu-se uma experiência pessoal (ambiente pessoal), que determina sua estrutura comportamental e estado biopsicológico; foi criada uma imagem natural do ambiente e dos seus componentes (local de assentamento, casa, rua), correspondente a esta experiência anterior. Novas influências sensoriais não correspondem a esta experiência e criam tensão no estado psicofisiológico: o ambiente agressivo moderno exige a criação de uma nova imagem da cidade, uma nova estrutura de comportamento. Mas a experiência anterior tomou forma ao longo de um longo desenvolvimento histórico e não pode ser rapidamente substituída por outra; leva muito tempo.
