ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЕХНИКИ

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЕХНИКИ

Методические указания по изучению дисциплины

и выполнению контрольной работы

для студентов заочной формы обучения

направления 08.04.01 Строительство

Краснодар 2015

Составитель: ассистент А.А. Зайцев

Физические основы строительной теплотехники: методические указания по самостоятельной работе для студентов очной формы обучения направления 08.04.01 Строительство / Сост.: А.А.Зайцев; Кубан.гос.технол.ун-т. Каф. Архитектура гражданских и промышленных зданий и сооружений. - Краснодар, 2015. -50с

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины «Физические основы строительной теплотехники» для студентов направления 08.04.01 Строительство.

Изложена программа дисциплины, график реализации, тематический план, содержание лекционных и практических занятий, а также даны подробные рекомендации по выполнению контрольной работы, изучению тем дисциплины, овладению необходимыми профессиональными знаниями, умениями и навыками.

Рецензенты:

к.т.н., доцент кафедры «Архитектура гражданских и промышленных зданий и сооружений», доцент А.С. Даниелян

директор ООО «Жилище - XXI век» Онищенко В.Г.

Содержание

1 Пояснительная записка. 4

1.1 Описание и цели курса. 4

2 Тематический план дисциплины.. 8

2.1 Содержание дисциплины.. 8

2.2 Содержание лекций. 8

2.3 Практические занятия. 8

2.4 Лабораторный практикум.. 9

3 Методические рекомендации по изучению дисциплины.. 9

3.1 Cоветы по планированию и организации времени, отведенного на изучение дисциплины 9

3.2 Описание последовательности действий студента, или «сценарий изучения дисциплины»; 11

3.3 Рекомендации по использованию материалов учебно-методического комплекса; 12

3 Пояснительная записка по выполнению контрольной работы.. 13

3.1. Инструкция по выбору варианта контрольной работы.. 14

4 Выполнение контрольной работы.. 15

4.1 Теплотехнического расчета однородной ограждающей конструкций. 15

4.2 Теплотехнический расчет неоднородных ограждающих конструкций. 22

4.3 Теплоустойчивость ограждающих конструкций. 37

4.4 Влажностный режим ограждающих конструкций. 44

5. Вопросы к зачету по дисциплине «Физические основы строительной теплотехники». 49

Список используемой литературы.. 50

Пояснительная записка

Описание и цели курса

Строительная наука состоит из большого числа разделов, затрагивающих разные отрасли знаний. Многие из этих разделов, бывшие до недавнего времени частями физики, механики, геологии других наук, превратились в настоящее время в самостоятельные научные дисциплины. Одной из таких дисциплин является строительная теплофизика, в которой изучаются явления передачи тепла, переноса влаги, фильтрации воздуха применительно к строительству.

Среди всех строительных сооружений здания подвержены наиболее сложным физическим воздействиям. Процессы тепло- и массобмена в помещениях зданий и ограждающих конструкциях связаны с действием наружных климатических условий, а также с работой систем кондиционирования микроклимата.

Сложные теплофизические задачи в строительстве решаются теперь современными математическими и физическими методами применением теории подобия, методов аналогии, счетно-решающих устройств и т.д.

Рассмотренные в дисциплине вопросы должны дать будущему инженеру-строителю знания в области строительной теплофизики, которые позволяют ему решать важные для страны задачи эффективного и экономичного расходования топливно-энергетических ресурсов в области строительства.

Целью освоения дисциплины «Физические основы строительной теплотехники»является формирование у студентов знаний в области конструирования, расчета и эффективного применения строительной теплотехники, привития умений и навыков для решения связных и конкретных задач.

Задачей дисциплины является формирование у студентов системного инженерного мышления и мировоззрения в области создания, использования и эксплуатации строительной теплотехники на основе знания современных методов расчета.

В результате освоения данной дисциплины у обучающегося формируются следующие компетенции (элементы компетенций):

Таблица 1

Код и наименование компетенции	Планируемые результаты
ОПК-4- Способность демонстрировать знания фундаментальных и прикладных дисциплин программы магистратуры	Знать	фундаментальные дисциплины, развивающие точное мышление и готовящие к технической творческой деятельности; фундаментальные и прикладные дисциплины, базовые знания которых используются в научно-исследовательской работе; структуру государственной системы научно-технической информации, для информационного обеспечения научно-технических разработок и инновационных процессов в области науки и техники; прикладные исследования, направленные на снабжение инновациями научно-технического и социально-экономического прогресса, использующиеся для поиска базовых закономерностей.
Уметь	применять знания фундаментальных дисциплин, развивающих точное мышление и готовящих к технической творческой деятельности; использовать знания фундаментальных и прикладных дисциплин, которые используются в научно-исследовательской работе; использовать государственную систему научно-технической информации, для информационного обеспечения научно-технических разработок и инновационных процессов в области науки и техники; использовать базовые закономерности прикладных исследований, направленные на снабжение инновациями научно-технического и социально-экономического прогресса.
Владеть	знаниями фундаментальных дисциплин, развивающими точное мышление и готовящими к технической творческой деятельности; способностью использовать знания фундаментальных и прикладных дисциплин, которые используются в научно-исследовательской работе; навыками использовать государственную систему научно-технической информации, для информационного обеспечения научно-технических разработок и инновационных процессов в области науки и техники; способностью использовать базовые закономерностей прикладных исследований, направленные на снабжение инновациями научно-технического и социально-экономического прогресса.
ПК-4- Способность вести разработку эскизных, технических и рабочих проектов сложных объектов, в том числе с использованием систем автоматизированного проектирования	Знать	информацию о научно-технических достижениях в области строительства, в том числе и иностранный опыт; наиболее распространенные стандартные пакеты автоматизации проектирования и исследований; основные правила монтажа и технологии наладки, испытания и сдачи в эксплуатацию инженерных систем и оборудования строительных объектов; основы проектирования обследования и испытания сооружений, методы расчетной оценки несущей способности оснований, фундаментов и эксплуатируемых конструкций и оборудования с учетом имеющихся в них дефектов и повреждений.
Уметь	выполнять: расчеты с использованием автоматизированных программ оптимального звукового, светового режимов и теплообмена в помещении; лучистый теплообмен между поверхностями; коэффициенты облученности и лучистого теплообмена; радиационная температура помещения; особенности свободного конвективного теплообмена в помещении; учет общей подвижности воздуха в помещении; лучисто-конвективный струйный теплообмен в помещении; система основных уравнений теплообмена в помещении; расчет стационарного теплового режима помещения с различными системами отопления; понятие теплоустойчивости помещения.
Владеть	навыками организации рабочих мест, их технического оснащения, размещения технологического оборудования; современными знаниями о научно-техническом прогрессе в области строительства, методами и способами получения, изучения и анализа научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта проектирования в строительстве; методами математического моделирования на базе стандартных пакетов автоматизации проектирования и исследований; методами постановки и проведения экспериментов по заданным методикам; навыками проведения экспериментов по заданным методикам, составления описания проводимых исследований и систематизации их результатов; основами методов монтажа, наладки, испытания и сдачи в эксплуатацию инженерных систем и оборудования строительных объектов; основами обслуживания технологического оборудования и машин; навыками работы с приборами, используемыми при обследовании технического состояния строительных конструкций; методами инструментальной оценки технического состояния и остаточного ресурса строительных объектов, оборудования; составления отчетов по выполненным работам; расчетной и эксплуатационной оценкой воздействия внешних факторов на изменение параметров эксплуатируемых объектов; расчётом параметров управления эксплуатируемых объектов; природной оценкой и контролем технического состояния конструкций и функционирования инженерного оборудования.
ПКД-1 Способность владеть методами определения оптимального температурно-влажностного режима в помещениях	Знать	информацию о научно-технических достижениях в области строительства, в том числе и иностранный опыт; параметры микроклимата и принципы их гигиенического нормирования; зависимости микроклимата помещений от характеристик ограждений; взаимосвязь и взаимовлияние параметров микроклимата помещений и тепловлажностного состояния ограждений зданий; влажностный режим помещений и его влияние на условия эксплуатации ограждений; радиационный режим ограждающих конструкций помещений и его влияние на параметры микроклимата помещения; воздушный режим помещений и его связь с воздухопроницаемостью ограждений; влияние параметров климата внешней среды на параметры микроклимата помещений и пути ограничения при эксплуатации за счет ограждения здания.
Уметь	выполнять: расчеты с использованием автоматизированных программ оптимального теплового режима и теплообмена в помещении; лучистого теплообмена между поверхностями; радиационной температуры помещения; особенности свободного конвективного теплообмена в помещении; учета общей подвижности воздуха в помещении; лучисто-конвективного струйного теплообмена в помещении; системы основных уравнений теплообмена в помещении; расчета стационарного теплового режима помещения с различными системами отопления; понятия теплоустойчивости помещения.
Владеть	современными знаниями о научно-техническом прогрессе в области строительства, методами и способами получения, изучения и анализа научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта проектирования в строительстве; методами математического моделирования на базе стандартных пакетов автоматизации проектирования и исследований; методами постановки и проведения экспериментов по заданным методикам; навыками проведения экспериментов по заданным методикам, составления описания проводимых исследований и систематизации их результатов; основами методов монтажа, наладки, испытания и сдачи в эксплуатацию инженерных систем и оборудования строительных объектов; основами обслуживания технологического оборудования и машин; навыками работы с приборами, используемыми при обследовании технического состояния строительных конструкций; методами инструментальной оценки технического состояния и остаточного ресурса строительных объектов, оборудования; составления отчетов по выполненным работам; расчетной и эксплуатационной оценкой воздействия внешних факторов на изменение параметров эксплуатируемых объектов; расчётом параметров управления эксплуатируемых объектов; природной оценкой и контролем технического состояния конструкций и функционирования инженерного оборудования.

2 Тематический план дисциплины

Дисциплина «Физические основы строительной теплотехники» является вариативной.

Последующие дисциплины: «Теплоизоляционные материалы и конструкции», «Нормирование теплового режима зданий», «Комплексный теплотехнический расчет ограждающих конструкций», «Тепловой режим помещений и конструкций».

2.1 Содержание дисциплины

Таблица 2

№ раздела дисциплины	Наименование раздела дисциплины	Лекции	Практические занятия	Лабораторные работы
	Тепловая защита зданий		*
	Теплоустойчивость ограждающих конструкций		*
	Воздухопроницаемость ограждающих конструкций		*
	Защита от переувлажнения ограждающих конструкций		*

Содержание лекций

Учебным планом не предусмотрены

Практические занятия

Таблица 3

№ раздела дисциплины	№ и наименование практического занятия	Количество часов
очная форма обучения	заочная форма обучения
	№1. Расчет толщины теплоизоляции в многослойных конструкциях, состоящих из однородных слоев
№2. Определение теплового сопротивления плоской стенки
№3. Расчет сопротивления теплопередачи многопустотной плиты перекрытия
№4. Расчет коэффициента теплопередачи через пол на лагах
	№5. Расчет коэффициентов теплоусвоения ограждения.
№6. Построение графика суточных колебаний температуры и тепловых потоков на поверхности кирпичной стены
	№7. Расчет воздухопроницаемости наружного ограждения
	№8. Расчет возможных зон конденсации пара и дополнительной пароизоляции в наружном ограждении зданий
Итого

Лабораторный практикум

Учебным планом не предусмотрен

3 Методические рекомендации по изучению дисциплины

3.1 Cоветы по планированию и организации времени, отведенного на изучение дисциплины

Планирование – важнейшая черта человеческой деятельности, один из характерных, обязательных признаков человеческого труда. Для организации сложной учебной деятельности очень эффективным является использование средств, напоминающих о стоящих перед нами задачах, их последовательности выполнения. Такими средствами могут быть мобильный телефон, имеющий программу органайзера, включающего будильник, календарь и список дел; таймеры, напоминающие о выполнении заданий по дисциплине «Основы архитектурной климатологии»; компьютерные программы составления списка дел, выделяющие срочные и важные дела.

Составление списка дел – первый шаг к организации времени. Список имеет то преимущество, что позволяет видеть всю картину в целом. Упорядочение, классификация дел в списке – второй шаг к организации времени.

Регулярность – первое условие поисков более эффективных способов работы. Рекомендуется выбрать один день недели для регулярной подготовки по дисциплине « Физические основы строительной теплотехники». Регулярность не просто позволяет подготовиться к делу, она создает настрой на это дело, позволяет выработать правила выполнения дела (например, сначала проработка материала лекции, учебника, чтение первоисточника, затем выделение и фиксирование основных идей в тетради).

Чтобы облегчить выполнение заданий, необходимо определить временные рамки. Еженедельная подготовка по дисциплине требует временных затрат. Четкое фиксирование по времени регулярных дел, закрепление за ними одних и тех же часов – важный шаг к организации времени. При учете времени надо помнить об основной цели рационализации – получить наибольший эффект с наименьшими затратами. Учет – лишь средство для решения основной задачи: сэкономить время.

По мнению специалистов по психологии, важность планирования и выполнения дел обусловливается также тем, что у нас накапливаются дела, задачи или идеи, которые мы не реализуем, откладываем на потом или забываем – все это негативно сказывается на нашем внутреннем состоянии в целом.

Важная роль в организации учебной деятельности отводится учебно-тематическому плану дисциплины, дающему представление не только о тематической последовательности изучения курса, но и о затратах времени, отводимом на изучение курса. Успешность освоения курса по дисциплине «Физические основы строительной теплотехники» во многом зависит от правильно спланированного времени при самостоятельной подготовке (в зависимости от специальности от 2–3 до 5 часов в неделю).

Начиная изучение дисциплины «Физические основы строительной теплотехники», студенту необходимо:

· ознакомиться с программой, изучить список рекомендуемой литературы. К программе курса необходимо будет возвращаться постоянно, по мере усвоения каждой темы в отдельности, для того чтобы понять: достаточно ли полно изучены все вопросы;

· внимательно разобраться в структуре курса дисциплины, в системе распределения учебного материала по видам занятий, формам контроля, чтобы иметь представление о курсе в целом, о лекционной и семинарской части всего курса изучения;

· обратиться к методическим пособиям по культурологии, позволяющим ориентироваться в последовательности выполнения заданий;

· при подготовке к занятиям по дисциплине «Физические основы строительной теплотехники» необходимо руководствоваться нормами времени на выполнение заданий. Например, при подготовке к занятию на проработку конспекта одной лекции, учебников, как правило, отводится от 0, 5 часа до 2 часов, а на изучение первоисточников объемом 16 страниц печатного текста с составлением конспекта 1, 5–2 часа, с составлением лишь плана около 1 часа.

Несмотря на разное планируемое количество часов, предусмотренное рабочей программой курса, обязательным для всех специальностей является полное освоение содержания Государственного образовательного стандарта по рассматриваемой дисциплине.

3.2 Описание последовательности действий студента, или «сценарий изучения дисциплины»;

Изучение дисциплины «Физические основы строительной теплотехники» должно завершиться овладением необходимыми профессиональными знаниями, умениями и навыками. Этот результат может быть достигнут только после весьма значительных усилий. При этом важными окажутся не только старание и способности, но и хорошо продуманная организация труда студента. В первую очередь это правильная организация времени.

При изучении рассматриваемой дисциплины наименьшие затраты времени обеспечит следующая последовательность действий. Прежде всего, необходимо своевременно, то есть после сдачи экзаменов и зачетов за предшествующий семестр, выяснить, какой объем информации следует усвоить, какие умения приобрести для успешного освоения дисциплины, какие задания выполнить для того, чтобы получить достойную оценку. Сведения об этом, т. е. списки литературы, темы практических занятий, контрольных работ и вопросы к ним, а также другие необходимые материалы имеются в разработанном учебно-методическом комплексе.

Регулярное посещение практических занятий не только способствует успешному овладению профессиональными знаниями, но и помогает наилучшим образом организовать время, т.к. все виды занятий распределены в семестре планомерно, с учетом необходимых временных затрат.

Учебник, при всей его важности для процесса изучения дисциплины, как правило, содержит лишь минимум необходимых теоретических сведений. Университетское образование предполагает более глубокое знание предмета. Кроме того, оно предполагает не только усвоение информации, но и формирование навыков исследовательской работы. Для этого необходимо изучать и самостоятельно анализировать статьи периодических изданий и Интернет-ресурсы, посвященные проблемам градостроительства в целом.

Работу по конспектированию следует выполнять, предварительно изучив планы практических занятий. В этом случае ничего не будет упущено и студенту не придется конспектировать источник повторно, тратя на это драгоценное время. Правильная организация работы, чему должны способствовать данные выше рекомендации, позволит студенту своевременно выполнить все задания, получить достойную оценку и избежать, таким образом, необходимости тратить время на переподготовку и пересдачу предмета.

3.3 Рекомендации по использованию материалов учебно-методического комплекса;

В процессе самостоятельной подготовки дисциплины «Физические основы строительной теплотехники» к практическим занятиям студент может пользоваться различными источниками. К главным из них относятся: рабочая программа, лекции по соответствующей теме, учебники и учебные пособия, планы практических занятий.

Начало самостоятельной работы - это ознакомление с учебной программой. Приступая к подготовке к семинару по конкретной теме, студент должен подробно изучить соответствующий раздел программы курса, где в самом сжатом виде определены основные вопросы, дана их последовательность, а также указана рекомендуемая учебная литература (основная и дополнительная). После этой подготовительной работы следует повторить материал лекции и прочитать планы семинарских занятий.

Продолжение самостоятельной работы - это изучение темы семинара по учебникам и учебным пособиям.

Придерживайтесь списка рекомендуемой литературы, так как он соответствует программе вашего курса. В других учебниках может не оказаться анализа современного градостроительства, отдельные точки зрения могут быть упрощенными или неправильными с позиций сегодняшнего дня, в связи с различиями в программах некоторые вопросы могут быть просто не раскрываться. При изучении конкретной темы по учебнику (или учебному пособию) принципиальное значение имеет умение правильно читать текст. В процессе чтения необходимо вырабатывать самостоятельные суждения, принимая или отвергая те идеи, которые изложены в учебниках. Остерегайтесь при этом пустых отрицаний, приводите аргументы, демонстрируйте на семинарах умение подтверждать свою позицию фактами, авторитетными соображениями специалистов. Порой попытка отвергнуть те или иные положения учебника ведет к их более глубокому пониманию и принятию их как истинных. Наряду с основным материалом при подготовке к семинару можно пользоваться дополнительными источниками: специальной научной, научно-популярной, справочной, публицистической литературой, а также материалами, размещенными в глобальной сети Интернет. Это определяющий этап самостоятельной работы, он очень сложен и важен, так как самостоятельные суждения по изучаемой проблеме формируются именно здесь, в том числе в вашем умении работать с научной литературой.

Вам предстоит также поиск по каждой теме статей в научных журналах, например, в таких, как «Жилищное строительство» или «Градостроительство».

Список используемой литературы

Основная

1. Архитектурные конструкции: Учеб. пособие для вузов по напр. 630100 " Архитектура" / [Казбек-Казиев З.А. и др.]; Под ред. Казбек-Казиева З.А. - М.: Архитектура-С, 2006 (10738). - 342 с.: ил. - Библиогр.: с. 336. - 370-00.

2. Физика среды [Текст]: учеб. для спец. 270114 " Проектирование зданий" / А. К. Соловьев. - М.: АСВ, 2008 (80937). - 341 с. - ISBN 978-5-93093-629-2: 300-00.

Дополнительная

3. Конструирование и дизайн ограждающих конструкций в гражданских зданиях [Текст]: учеб. пособие [для очн. и заоч. форм обучения спец. 270102 Пром. и гражд. стро-во и 270105 Гор. стр-во и хоз-во] / КубГТУ; Иванченко В.Т. и др. - Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2008 (41037). - 243 с.: ил. - Библиогр.: с. 243 (11 назв.). - ISBN 978-5-8333-0328-3: 177-00.

4.Физика среды [Текст]: учеб. для спец. 270114 " Проектирование зданий" / А. К. Соловьев. - М.: АСВ, 2011 (71237). - 341 с. - ISBN 978-5-93093-629-2: 400-00.

Нормативная

5. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция
СНиП 23-02-2003.

6. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция
СНиП 23-01-99*.