Fizica constructiilor
Confortul in cladiri
Prin destinatia lor, cladirile trebuie sa realizeze in spatiul construit ambianta corespunzatoare exigentelor utilizatorilor, caracterizate in special de metabolismul, cerintele fiziologice si conditiile tehnologice specifice ale acestor utilizatori.
Microclimatul interior este determinat de un ansamblu de parametrii: temperatura aerului si a suprafetelor elementelor (in special a celor de inchidere), umiditatea relativa a aerului, intensitatea curentilor de aer, luminozitatea, nivelul zgomotului, calitatea si culoarea elementelor de finisaj etc. Daca valorile acestor parametrii se incadreaza in anumite limite normate, conform exigentelor utilizatorului, se apreciaza ca in spatiul construit confortul interior este realizat.
Fizica constructiilor reprezinta o disciplina tehnica care studiaza fenomenele fizice din spatiul construit, ai caror parametri determina microclimatul interior, avand ca scop realizarea confortului interior
Confortul termic, determinat in general de temperatura aerului interior si a suprafetelor interioare ale elementelor de constructie (pereti, tavane, pardoseli) si umiditatea relativa a aerului (care este in stransa legatura cu temperatura), reprezinta cea mai importanta componenta a confortului interior.
Importanta confortului tehnic rezulta atat din influenta deosebita pe care acesta o exercita asupra calitatii vietii si sanatatii oamenilor, cat si din cheltuielile necesare pentru realizarea lui, ceea ce explica preocuparile sustinute ale specialistilor (constructori, instalatori, fizicieni, medici) in acest domeniu.
3.2. Higrotermica
Higrotermica reprezinta acea parte a fizicii constructiilor, care studiaza fenomenele fizice legate de temperatura si umiditate, atat in spatiul interior cat si in structura elementelor de inchidere, utilizand metode teoretice si experimentale pentru cunoasterea fenomenelor sub toate aspectele calitative si cantitative in vederea realizarii confortului higrotermic in cladiri.
Transferul de caldura se produce de la zonele cu temperatura mai ridicata la zonele cu temperatura mai coborata.
Astfel aspectele care privesc studiul transferului termic prin elementele de inchidere sunt urmatoarele :
- formele de transmitere a caldurii ;
- transferul termic prin elemete de inchidere alcatuite dintrun singur strat ;
- transferul termic prin elemete stratificate ;
- transferul termic prin elemente cu zone diferite.
Punti termice
In cazul peretilor stratificati apar, din motive tehnologice, intreruperi ale stratului termoizolant (in special pe conturul ferestrelor si la imbinari), aparand puntile termice, caracterizate prin rezistente mici la transfer termic, pierderi importante de energie termica si temperatura scazuta pe suprafata lor interioara.
Pentru calcule influenta puntilor termice se poate evalua simplificat prin reducerea globala a rezistentei termice specifice calculata in camp curent cu urmatoarele procente:
la pereti exteriori 35% ;
la acoperisuri terasa si plansee de pod 10% ;
la placi in contact cu solul 15% ;
la plansee peste subsol si peste ganguri 25% ;
la pareti este subsol si plansee adiacente altor spatii 20% .
Masivitatea termica
Un element de constructie supus unei cresteri de temperatura T acumuleaza o cantitate de caldura proportionala cu masa ( m ) si caldura specifica ( c ):
Q = m c T
In realitate, elementele de constructie( in special cele de inchidere), sunt supuse unor variatii periodice de temperatura, a caror perioada, determinata de oscilatiile temperaturilor exterioare si interioara, se poate considera, in mod simplificat, de 24 ore.
In felul acesta se defineste coeficientul de asimilitate termica (s)pentru diferite materiale, care tine seama de masa, caldura specifica si perioada de oscilatie a temperaturii.
Elemetele de constructie au proprietatea de a pastra caldura acumulata, comportandu-se ca volanti termici, aprecierea cantitativa fiind exprimata prin indicele de inertie termica ( D ) a carui semnificatie este fractiunea din lungimea de unda a variatiei de temperatura in grosimea unui element de constructie. Pentru o unda intreaga inertia termica este D = 8 pentru orice material de constructie :
D = R s
Din punct de vedere al inertiei termice elementele de constructie pot fi:
pentru D ≥ 4,00 cu inertie termica foarte mare ;
pentru 3,10 <D < 4,00 cu inertie termica mare ;
pentru 2,10 < D < 3,00 cu inertie termica mica ;
pentru D < 1,00cu inertie termica foarte mica .
Coeficientul de asimilitate termica al materialului s este cuprins in normele de proiectare pentru perioada de oscilatie a fluxului termic de 24 ore. Coeficientul ( s ) este in functie de conductivitatea termica ( , caldura masica ( c ) si densitatea (
3.2.4. Rezistenta termica a straturilor de aer se studiaza numai pentru acele elemente de constructie care contin straturi de aer.
Rezistenta termica a zonelor vitrate
Zonele vitrate sunt necesare pentru asigurarea iluminarii naturale a incaperilor, a confortului optic si estetica cladirii. Dar, din punct de vedere termic, golurile pentru ferestre si luminatoare reprezinta zone slabe in capacitatea de izolare termica a constructiei. Prin pierderile mari de caldura se mareste costul instalatiei de incalzire si de combustibil in exploatare, ferestrele fiind o cauza importanta de reducere a confortului termic.
Efectul defavorabil al zonelor vitrate asupra protectiei termice a cladirilor se datoreaza atat rezistentei reduse la transfer termic a suprafetei vitrate, cat si patrunderii aerului rece prin rosturile tamplariei.
Pentru micsorarea efectului defavorabil al zonelor vitrate se recomanda limitarea suprafetelor vitrate la strictul necesar si corectarea neetanseitatilor, si chiar masuri speciale prin prevederea de profile elastice de etansare, trei randuri de geam, geamuri termopan, obloane care se pot inchide pe timpul noptii etc.
Rezistenta necesara la transferul termic
Pentru ca elementele de inchidere sa corespunda exigentei de protectie termica este necesar ca reistenta la transfer termic a acestora sa fie mai mare sau cel putin egala cu rezitenta necesara la transfer termic :
R'ef ≥ R'nec
In acest context se studiaza stabilitatea termica a elementelor de inchidere.
Permeabilitatea elementelor de inchidere la vaporii de apa
In general, in constructii o importanta deosebita o reprezinta permeabilitatea la vapori a elementelor de inchidere pe timp de iarna, cand vaporii se propaga din mediul interior spre cel exterior, al carui continut absolut de vapori de apa pe m3 este mai scazut in comparatie cu mediul interior.
In cazul permeabilitatii la vapori, rezistentele superficiale pe suprafata interioara si exterioara sunt nule, deoarece presiunea partiala a vaporilor este aceeasi, atat pe suprafata peretelui cat si in mediul inconjurator.
Se mentioneaza ca rezistenta la permeabilitate in vapori creste odata cu cresterea compactitatii si exista materiale sub forma de foi sau straturi subtiri cu rezistente mari la permeabilitatea vaporilor, numite bariere impotriva vaporilor.
Condensul in constructii
Condensarea vaporilor de apa reprezinta fenomenul fizic de transformare a acestora din stare gaoasa in stare lichida, condesul fiind apa lichida rezultata.
Aerul contine intotdeauna o cantitate de vapori de apa care se poate exprima prin continutul absolut ( a - grame vapori pe m3 ) si prin presiunea partiala a acestora ( pv ).
Continutul de vapori poate creste pana la o valoare maxima de saturatie, cu continutul as si presiunea de saturatie ps.
Continutul as si presiunea de saturatie ps depind de temperatura, valorile acestora crescand odata cu cresterea temperaturii. Surplusul de vapori care depaseste valoarea de saturatie se transforma in condens .
Condensul apare atunci cand umiditatea relativa devine 100%. Acest lucru se poate produce prin scaderea temperaturii, prin cresterea umiditatii absolute sau combinat prin ambele fenomene .
Condensul poate sa apara la suprafata exterioara sau in interiorul elementelor de inchidere, cu efecte negative supra confortului si actiune distructiva asupra elementelor de constructie.
a). Condensul pe suprafata interioara a elemntelor de inchidere se produce cand temperatura de pe suprafata interioara (mai ales in dreptul puntilor termice necorectate sau corectate defectuos) devine egala cu temperatua de condens ( θr ) sau mai mica.
Pentru a micsora riscul de condens trebuie luate unele masuri constructive referitoare la alcatuirea elementelor, precum si masuri de exploatare normala a incaperilor.
Masurile constructive se iau in etapa de proiectare a cladirilor si constau in realizarea rezistentei necesare la transfer termic, reducerea procentului de punti termice si corectarea acestora cu materiale eficiente.
Masurile luate in perioada de exploatare a cladirilor constau in evitarea producerii unor cantitati excesive de abur (de la bai si bucutarii si de la uscarea rufelor in apartamente), respectiv eliminarea vaporilor prin aerisire. Aerul are inertie termica reusa asa ca dupa aerisire temperatura interiora se restabileste la valoarea normala in timp scurt.
b). Condensul in structura interna a elementelor de inchidere se produce cand temperatura din interiorul peretelui devine egala cu cea de roua ( θr ) sau mai mica, respectiv daca presiunea partiala ( pv ) este egala sau mai mare decat presiunea de saturatie.
Ulterior condensul migreaza din stratul termoizolant cu efecte negative prin diminuarea capacitatii de izolare termica a acestuia.
Pentru micsorarea riscului de condens in structura elementelor de inchidere sunt necesare masuri constructive si de exploatare a cladirii.
Dintre masurile constructive se mentioneaza:
- realizarea rezistentei necesare la transfer termic ;
- la elementele de inchidere formate din starturi, straturile mai poroase se vor dispune spre exterior pentru a favoriza propagarea vaporilor in zone reci si eliminarea lor in atmosfera ;
- prevederea de bariere contra vaporilor cu rolul de a opri partial vaporii de apa in zonele calde ale peretelui, cu risc de condens scazut ;
- la constructii cu degajari importante de vapori de apa la interior se recomnada ca elementul sa fie prevazut cu un strat de aer ventilat, care colecteaza vaporii de apa si-i elimina in atmosfera.
Astfel, cantitatea de condens produsa intr-un an in peioadele reci trebuie sa se evapore in intregime in perioadele calde ale aceluiasi an, pentru ca peretele sa se usuce in intregime.
Izolarea termica a conductelor de asemenea este o masura de prevenire sau diminuare a condensului.
3.3. Acustica in constructii
Sunetul ca fenomen fizic
Undele elastice sunt perturbatii mcanice care se produc in medii elastice ce constau in deplasarea particulelor mediului respectiv de o parte si de lata a pozitiei de echilibru, creand astfel stari alternative de compresiune si dilatare. Undele elastice pot sa apara sub diverse forme, explicand o serie de fenomene ca: vibratia corpurilor, propagarea caldurii prin conductivitate termica, miscarile seismice, curentul alternativ etc.
Undele acustice reprezinta o forma particulara a undelor elastice, respectiv sunt undele cuprinse intre 16 si 16.000 Hz.
3.3.2. Sunetul ca fenomen fiziologic
Urechea umana are capacitatea de a percepe, sub forma de sunete, undele acustice caracterizate prin anumite frecvente si anumite valori ale presiunii sau intensitatii acustice, care delimiteaza domeniul de audibilitate.
Pentru un ascultator ontologic normal, domeniul de udibilitate este cuprins intre frecventele de 16 si 16.000 Hz, respectiv intre pragul de audibilitate si pragul senzatiei dureroase.
3.3.3. Confortul fonic. Reducerea nivelului de intensitate sonora
Zgomotele au o actiune daunatoare asupra organismului uman, cu atat mai puternica cu cat creste nivelul de intensitate sau de presiune sonora.
Pentru realizarea confortului fonic este necesar ca nivelul de intensitate al zgomotelor sa se situeze sub o anumita curba de tarie, numita in acest caz curba de egala jena fiziologica in domeniul de frecvente intre 100 si 3.150Hz .
Reducerea nivelului de intesitate a zgomotelor se poate realiza prin masuri active si masuri pasive .
Masurile active constau in realizarea de tratamente pentru combaterea vibratiilor si zgomotelor, cum sunt:
a) izolatii contra vibratiilor si zgomotelor produse de masini:
- prin ecrane montate intre sursa de zgomot si zona care trebuie protejata;
- izolare acustica prin carcasare, sub forma de cutii ce inconjoara complet sau partial sursa de zgomot .
b) izolatii contra vibratiilor la fundatii, sub forma de placi de pluta, cauciuc, sau arcuri de hotel interpuse intre fundatie si utilaj ;
c) corectia acustica a incaperilor cu tratamente fonoabsorbante ;
d) protectia contra zgomotelor prin proiectare urbanistica .
Masurile pasive se bazeaza pe posibilitatea reducerii nivelului de intensitate (de presiune sau de tarie) prin elementele de constructie, avand in vedere capacitatea de izolare fonica a elementelor de constructie care delimiteaza incaperea.
In general, se pune problema izolarii impotriva zgomotelor aeriene si zgomotelor de impact.
Proiectarea acustica
Acustica cnstructiilor are ca obiect studiul propagarii sunetelor si zgomotelor in incinte inchise sau in aer liber.
Scopul proiectarii acustice consta in asigurarea respectarii exigentelor de performanta si a criteriilor asociate.
Principalele exigente de performanta caracteristice proicetarii acustice sunt :
a) combaterea efectului nociv al zgomotelor aeriene si structurale ;
b) asigurarea unei auditii optime in salile cu destinatii speciale .
3.4. Iluminatul natural in cladiri
Iluminarea naturala este caracterizata de coeficientul iluminarii naturale, care reprezinta raportul dintre suprafele de cer vazute prin golurile de lumina, din punctul dat si intreaga suprafata de cer, ambele proiectate pe un plan orizontal.
Pentru determinarea iluminarii naturale se ia in considerare lumina emisa de un cer complet acoperit in ziua solstitiului de iarna, reprezentand iluminarea critica de 4.000 de lucsi. Iluminarea naturala poate fi de sus ( prin luminatoare sau goluri in acoperis ), laterala (prin ferestre la pereti exteriori) sau combinata.
Lumina directa reflectata in incapere este lumina care cade in urma repetatelor reflexii de pe pereti, pardoseli, tavane, draperii, mobilier etc. Lumina reflectata poate fi marita prin folosirea finisajului interior in culori deschise si prin reinnoirea lui regulata.
Coeficientul de reflexie este raportul dintre fluxul luminos reflectat si fluxul luminos total care cade pe planul de lucru.
Raportul dintre valorile minime si maxime ale coeficientului de iluminare naturala intre limitele zonei de lucru concretizeaza uniformitatea iluminatului natural.
Planul de lucru conventional de calcul este orizontal, situat la 0,85 - 1,00 m de la pardoseala.
Iluminarea naturala va conduce la o iluminare minima (in punctul cel mai indepartat de golurile de lumina), o iluminare medie (a punctelor situate pe planul de lucru) si o iluminare maxima (in punctele de langa ferestre, care vor fi luate in considerare numai in incaperi unde se desfasoara activitati de mare precizie).
Iluminarea naturala directa trebuie sa fie asigurata in toate incaperile. Se admite iluminarea indirecta sau artificiala in vestibuluri, holuri, coridoare, camari, grupuri sanitare si la anumite incaperi cu destinatie speciala (sali de spectacole , depozite).
Iluminatul natural trebuie corelat cu fenomenul insoririi si cel al pierderilor de caldura, deoarece marirea suprafetelor ferestrelor in mod exagerat poate conduce la supraincalzirea aerului interior, orbirea utilizatorilor in anotimpul cald etc., respectiv temperaturi interioare scazute si inconfortul termic in anotimpul rece, consumul exagerat de combustibil pentru incalzire etc. Orientarea corespunzatoare a cladirilor in functie de destinatia nincaperilor si alegerea dimensiunilor optime ale ferestrelor, precum si prevederea obloanelor, jaluzelelor etc., pot inlatura aceste neajunsuri.
In functie de caracterul activitatilor din incaperi, deci de gradul de precizie pentru care trebuie asigurata vederea, se normeaza si valorile iluminatului natural.
|
