Как уже было замечено выше, строительные материалы определенного вида необходимы не только для укрепления конструкции и сохранения тепла внутри помещений, но и для регулирования уровня влажности воздуха и поглощения водяных частиц, содержащихся в воздушных массах. Подобное свойство веществ принято называть сорбцией.

Известно, что наибольшей сорбцией обладают строи тельные материалы, изготовленные из органического сырья. К ним относят древесину, фибролит, древесно-стружечные полотна и пр. В группу материалов со средним показателем способности к поглощению влаги входят керамзитобетон, минеральная вата и минеральный войлок, кирпич, пенопласт.

Скорость проникновения влаги в толщу строительного материала обусловлена его плотностью. При этом сорбция того или иного вещества является достаточно значимым показателем, величину которого нельзя не учитывать при проектировании построек, поскольку он оказывается определяющим для срока эксплуатации сооружения.

При возведении постройки, помимо указанных выше факторов и показателей, нужно принимать во внимание также скорость высыхания поверхности элементов конструкции. Например, было замечено, что при нормальном уровне влажности воздуха процесс испарения влаги из поверхностных слоев бетонной заливки происходит быстрее, чем отвердение и связывание.

Именно данное свойство бетонной массы нередко в дальнейшем приводит к растрескиванию поверхности, что, несомненно, уменьшает прочностные качества используемых конструкционных элементов. Подобное явление чаще всего наблюдается в южных и юго-восточных областях, характеризующихся сравнительно высокой температурой воздуха.

Теплоизоляционные свойства ограждающих конструкционных деталей во многом зависят от скорости и силы ветра. Как известно, в ветреную погоду мороз кажется сильнее. Чрезмерное остывание постройки происходит вследствие того, что вокруг нее образуются ветровые потоки, движение которых приводит к ослаблению теплоизоляционных показателей и снижению температурного уровня внутри помещений.

В настоящее время ученые доказали существование прямой связи между температурой во внутренних помещениях постройки, скоростью и характером ветра. Кроме того, следует учитывать повторяемость направления движения ветра и периодичность таких повторений. Учет данных факторов обязателен при проектировании сооружения и подборе строительных материалов.

Для того чтобы измерить приблизительную скорость ветра, можно использовать 12-бальную шкалу Бофорта. Она была разработана в 1806 году английским адмиралом Ф. Бофортом. Шкала скорости ветра и сегодня применяется в мореходной практике. С ее помощью можно измерить силу воздушного потока на возвышенности высотой не более 10 м либо на ровном участке.

Так, 0 баллов по шкале Бофорта определяется как полный штиль. При этом, например, дым из печной трубы поднимается строго вверх, а на море не заметно волнения. 2 балла по шкале Бофорта – это легкий ветер, скорость которого составляет от 1,6 до 3,3 м/с. При этом ощущается едва заметное движение воздушных масс, наблюдается слабое вращение флюгера, а на море видны небольшие волны.

Ветер существенно влияет на прочность и надежность сооружений. Наибольшее воздействие воздушный поток оказывает на обращенную к нему поверхность конструкционных элементов постройки. Эта область называется зоной ветрового напора, или повышенного давления (рис. 1).

Рис. 1. Схема зон ветрового напора, или повышенного давления: 1 – ветровое давление; 2 – изменение ветрового потока; 3 – направление движения воздушных масс

Считается, что именно через нее холодные потоки воздуха, проходя через мельчайшие поры в конструкционных элементах, интенсивно проникают внутрь помещений. В результате этого наблюдается резкое охлаждение постройки и внутренних помещений. Подобный процесс обозначается термином «инфильтрация», а обратное ему явление принято называть «эксфильтрация».

Со стороны, противоположной указанной выше области, ветрового напора стороны образуется так называемая зона ветрового отсоса, или пониженного давления. В итоге формируются значительные колебания атмосферного давления. Это, в свою очередь, приводит к увеличению скорости продвижения воздушных масс внутри помещений. Такое явление в народе называют сквозняком. Он становится причиной снижения температуры воздуха во внутренних комнатах и увеличения интенсивности теплоотдачи.

Для того чтобы предотвратить описанные выше негативные явления, на стадии проектирования следует провести анализ преобладающего направления ветра и его силы. Затем нужно будет разместить с учетом полученных данных постройку и подобрать необходимые утеплители.

В качестве мероприятий, направленных на защиту сооружения от ветров, рекомендуется:

– уплотнение дверных и оконных проемов, максимальное их сочленение с поверхностью стен;

– максимально возможное сопряжение стен;

– использование в качестве наружного ограждения таких материалов, главной характеристикой которых является высокая воздухопроницаемость;

– размещение оконных проемов на одной стороне постройки, что поможет предотвратить образование сквозняков.

Следует отметить, что связь между ветровым потоком и постройкой взаимообратная. Дело в том, что не только ветер оказывает определенное воздействие на конструкцию, но и она сама влияет на свойства движущихся воздушных масс. В частности, встречая на своем пути сооружение, меняется как направление ветра, так и его скорость, которая значительно снижается. Нередко постройки оказываются причиной формирования потоков воздуха. Именно видом конструкции часто обусловлено направление ветра (рис. 2).

Рис. 2. Изменение направления движения воздушных масс в зависимости от конструкции здания

Суммируя все сказанное выше, нужно отметить, что важным условием удачного проектирования постройки является учет ряда определяющих физико-климатических факторов, к числу которых прежде всего следует отнести температуру и уровень влажности воздуха, направление и скорость движения воздушных масс. Только таким образом можно защитить в дальнейшем конструкционные элементы от деформации и разрушения, а также значительно увеличить срок эксплуатации сооружения.

Теория теплопередачи – основа строительства

Современные физики говорят о 3 явлениях, выражающих теплопередачу, – теплопроводности, излучении и конвекции. Каждое из них обладает собственными характеристиками. Так, при определении свойств однородных твердых тел говорят о теплопроводности. Ее суть заключается в способности одного объекта передавать тепло другому при соприкосновении либо посредством промежуточного проводника (рис. 3).

Рис. 3. Теплопроводность как путь передачи тепла: 1 – штукатурка; 2 – кирпичная кладка

Все строительные материалы можно условно разделить на группы в зависимости от данного параметра. Наиболее высокой теплопроводностью обладают такие материалы, как металл, железобетон и мрамор. А у воздуха этот показатель, наоборот, довольно низкий. Поэтому в настоящее время при возведении жилых построек для теплоизоляции часто применяют такие пористые материалы, как полиуретан, пенопласт, пенобетон и т. п.

Явление конвекции можно наблюдать в газообразных и жидких средах. В данном случае передача тепла осуществляется через движение молекул. Один из наиболее ярких примеров конвекции можно увидеть, понаблюдав за поверхностями двойного остекления оконного проема (рис. 4).