Для объективной картины теплопотерь всего дома необходимо отдельно учесть потери через стены, пол, потолок, окна. Конструкция стен предусматривает несколько слоев:

         гидроизоляция,

-        утеплитель,

-        несущаяконструкция,

-        декоративнаяотделка.

Некоторые слои могут отсутствовать или выполнять несколько функций, например кирпичная кладка - несущая и утеплительная часть, а так же гидроизоляция. Выбор материалов для изготовления стен, полов и перекрытий в настоящий момент ограничен. Как правило, это: кирпичная кладка, железобетон, пенобетон, дерево. Следует расширить ассортимент за счет новых, современных материалов: минеральная вата, сайдинг, плитка. Таким образом, исходя из того, что для строительства коттеджа необходимо проделать огромный объем рутинной работы, а так же проектное решение, которое зависит только от опыта проектировщика, необходимо разработать систему автоматизированного проектирования для сокращения объема работы, оптимального выбора конструкционных материалов, учитывающую: различные варианты конструкций, современные материалы, а так же цену.

.2 Инженерная методика определения приведенных сопротивлений теплопередаче наружных стен со стержневыми связями

Выполнение современных российских норм теплозащиты для наружных стен возможно только с применением эффективных утеплителей. Для современных конструкций наружных стен характерно чередование таких утеплителей и тяжелых слоев. Внутреннее крепление слоев друг к другу выполняется с помощью регулярно уложенных теплопроводных металлических связей, нарушающих одномерность теплового потока через стену. Процесс теплопередачи в таких конструкциях трехмерен, т. к. распределение температуры в них определяется потоками теплоты не только перпендикулярными плоскости стены, но и вдоль плоскости стены. Подробный расчет теплопотерь через такие конструкции довольно трудоемок. Применяемая на практике экспертная оценка уменьшения сопротивления теплопередаче стены с помощью коэффициента теплотехнической однородности, как правило, бездоказательна. В связи с этим была предпринята попытка разработки простого инженерного метода расчета приведенного сопротивления теплопередаче стен со стержневыми металлическими связями. Целью выполненной работы являлось определение на основе решения трехмерного температурного поля зависимостей приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции от диаметра и шага раскладки металлических связей, коэффициентов теплопроводности материалов l и толщин d тяжелого внутреннего и утепляющего слоев. Расчет трехмерного температурного поля сводится к расчету множества дискретных значений температуры в трехмерной исследуемой области конечного размера, состоящей из участков с различной теплопроводностью, при известных условиях теплообмена на границах этой области, когда теплопроводность материала не зависит от искомых температур. Для расчетов трехмерного стационарного температурного поля, как правило, применяется метод конечных разностей, позволяющий с любой разумной точностью определить температурные и тепловые поля в толще и на поверхностях ограждений. Наиболее просто пространственная теплопроводность в многослойной стенке с единственным стержневым теплопроводным включением решается при описании задачи в цилиндрических координатах. Решение задачи выполнено в два этапа. На первом этапе в стене рассматривался регулярный осесимметричный элемент, осью симметрии которого является теплопроводная связь. Основным результатом расчета этого этапа являлось изменение температуры на внутренней поверхности стены в месте и вокруг теплопроводного включения. На втором этапе это распределение температуры являлось исходной информацией для получения методом суперпозиции температурного поля на внутренней поверхности при раскладке связей внутри стены с определенным шагом. По полученным температурам вычислялись тепловые потоки и коэффициенты теплотехнической однородности конструкции r, показывающие долю приведенного сопротивления теплопередаче конструкции со связями от условного сопротивления теплопередаче той же конструкции без связей.

Рисунок 1.4 - Зависимость коэффициента теплотехнической однородности r наружных стен со штукатурным фактурным слоем и ячеистобетонным внутренним слоем от диаметра и шага раскладки связей, коэффициента теплопроводности утеплителя и толщины его слоя:

а), г), ж) - при диаметре связи 3 мм;

б), д), з) - при диаметре связи 6 мм;

в), е), и) - при диаметре связи 8 мм;

а), б), в) - пришагах раскладки связей 300 мм;

г), д), и) - при шагах раскладки связей 500 мм;

ж), з), и) - при шагах раскладки связей 800 мм

Рисунок 1.5-Исследование влияния различных факторов на приведенное сопротивление теплопередаче ограждения

Исследование проводилось на стенах, состоящих из тяжелого внутреннего слоя, наружной теплоизоляции, с внутренней штукатуркой, со штукатурным и кирпичным фасадными слоями. Факт влияния диаметра связей и шага их раскладки на коэффициент теплотехнической однородности r очевиден. Задачей расчета является количественная оценка этих факторов, кроме того, как было сказано выше, интерес вызывает зависимость r от толщин и коэффициентов теплопроводности материалов утеплителя и конструктивного слоев. На рис. 1.4 в качестве примера представлены результаты расчетов для стены из ячеистобетонных блоков с наружной штукатуркой по утеплителю. Для стен с кирпичным фасадом результаты практически идентичны. Рис. 1.4 свидетельствует о значительном влиянии каждого из упомянутых факторов на величину r, а значит, и на общее сопротивление теплопередаче. Чем лучше утеплитель и толще его слой, тем ниже коэффициент теплотехнической однородности стены. Сопротивление теплопередаче стены, тем не менее, возрастает. За определяющий фактор при построении кривых на рис. 1.4 принят коэффициент теплопроводности утепляющего слоя. Разумеется коэффициент теплопроводности внутреннего тяжелого слоя также оказывает влияние на величину r, однако, это влияние незначительно, что будет видно из дальнейшего изложения. Рис. 1.4 показывает, что при наиболее часто применяемых утеплителях а с коэффициентом теплопроводности l< 0,55 Вт/(м • °С) коэффициент теплотехнической однородности конструкции принимает довольно низкие значения. Самое заметное влияние стержневые связи оказывают при кирпичных фасадах, когда диаметр связи равен 6 или даже 8 мм.

Рисунок 1.6-Зависимость локальных коэффициентов теплотехнической однородности для тяжелых внутренних слоев и для фактурных слоев:

а), г), ж) - при диаметре связи 3 мм;

б), д), з) - при диаметре связи 6 мм;

в), е), и) - при диаметре связи 8 мм;

а), б), в) - при шагах раскладки связей 300 мм;

г), д), и) - при шагах раскладки связей 500 мм;

ж), з), и) - при шагах раскладки связей 800 мм

1.3 Предложение инженерного метода расчета сопротивления теплопередаче ограждения

Известно, что общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции без связей складывается из сопротивлений теплообмену на ее поверхностях и термических сопротивлений всех входящих в конструкцию слоев. Было бы удобно рассчитывать таким же образом ограждения с регулярными связями, уменьшая термическое сопротивление слоя, пронизанного связью, с помощью локального коэффициента теплотехнической однородности r. Тогда общее сопротивление теплопередаче можно рассчитать по формуле:

Где :- номер слоя без связи (i =1, 2, …, I; I - число слоев без связи);- номер слоя со связью (j = 1, 2, …, J; J - число слоев со связью);

αв, αн - коэффициент теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях, Вт/(м2 • °С);

δ - толщина слоя, м;- коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м • °С).

Дальнейшие исследования были направлены на нахождение локальных коэффициентов r для утепляющих и конструктивных слоев ограждений. Попытка найти зависимости r от различных факторов с помощью расчетов однослойных конструкций привели к ошибочным результатам, т. к. искривление одномерного температурного поля обусловлено не только наличием связи в самом слое, но и искривлением поля в соседних слоях. Однако многослойные конструкции обычно состоят из внутренних конструктивных слоев, наружного утеплителя и фактурных слоев. Для такого случая и были проведены исследования. Рассчитывались стены с конструктивным и фактурным слоями, материал которых имеет коэффициент теплопроводности l от 0,26 до 2,04 Вт/ (м • °С) и с утепляющим слоем из материалов с l от 0,03 до 0,26 Вт/(м • °С). Расчеты показали, что в независимости от наличия или отсутствия внутренней штукатурки и от материала фактурного слоя локальные коэффициенты теплотехнической однородности могут быть обобщены для конструктивных и утепляющих слоев в зависимости только от диаметра и шага раскладки связи, коэффициента теплопроводности материала и толщины соответствующего слоя. Результаты обобщений для тяжелых внутренних и фактурных слоев показаны на рис. 1.2 и для теплоизоляционных слоев на рис.1.3. Пользуясь представленными на рисунках значениями локальных коэффициентов r и предложенной формулой, можно рассчитать приведенное сопротивление теплопередаче многослойной конструкции, имеющей регулярно уложенные металлические связи. При несовпадении диаметра связи или шага раскладки нужные локальные значения r могут быть получены интерполяцией. Из рис. 1.4, 1.6 видно, что локальные коэффициенты теплотехнической однородности для тяжелых слоев значительно выше, чем общие коэффициенты для конструкции в целом. Это объясняется тем, что в тяжелых слоях, у которых коэффициент теплопроводности достаточно велик, тепловой поток через толщу незначительно отличается от теплового потока, проходящего по стержневой связи. Из этого следует, что нетяжелые слои являются определяющими в искажении одномерности температурного поля при передаче теплоты через стену и уменьшении общего сопротивления теплопередаче конструкции. При сравнении рис. 1.7 и рис. 1.4 видно, что локальные коэффициенты теплотехнической однородности для утепляющих слоев ниже, чем общие коэффициенты r. То есть главную роль в искажении температурного поля и уменьшении общего сопротивления теплопередаче в конструкции со стержневыми связями играют утеплители.

Рисунок 1.7 - Зависимость локальных коэффициентов теплотехнической однородности для утепляющих слоев:

а), г), ж) - при диаметре связи 3 мм;

б), д), з) - при диаметре связи 6 мм;

в), е), и) - при диаметре связи 8 мм;

а), б), в) - при шагах раскладки связей 300 мм;

г), д), и) - при шагах раскладки связей 500 мм;

ж), з), и) - при шагах раскладки связей 800 мм

2. Технология постройки теплосберегающих элементов

Задача обеспечения необходимой прочности ограждающих конструкций на сегодняшний день имеет множество решений, но требования СНиП II-3-79 существенно ограничивают количество приемлемых вариантов, а в некоторых случаях на выбор конструкции стен оказывает влияние уровень затрат на приобретение материалов и стоимость выполнения работ.

Конструктивные решения стен можно разделить на две большие группы:

однородные стены, для возведения которых используется один конструкционный материал по всей толщине в горизонтальном направлении;

комбинированные стены, в конструкции которых применяется два (или более) строительных материала.

К первой группе относятся традиционно используемые в малоэтажном коттеджном строительстве кирпичные, каменные и деревянные (бревенчатые и брусовые) конструкции, а также стены из современных материалов, (блоки из легкого бетона, крупноформатные керамические блоки и т.п.), отличающихся более высокими теплоизоляционными характеристиками.

В комбинированных стенах применяется два и более основных строительных материала, выполняющих различные функции. Один материал может быть применен для возведения основной несущей конструкции, второй - использоваться как утеплитель, а третий - защищать сооружение от неблагоприятного воздействия атмосферных явлений. К таким конструкциям относятся дома, выполненные по каркасно-щитовой технологии, деревянные дома с кирпичной облицовкой, а также дома, утепленные с помощью штукатурных или вентилируемых фасадных систем. Подобных вариантов конструкций стен достаточно. Наиболее распространенные варианты стеновых конструкций с применением древесины.

2.1 Бревенчатые стены

Конструкция стен образуется бревнами, уложенными горизонтальными рядами и связанными между собой в углах врубками. Горизонтальный ряд бревен по всему периметру дома называется венцом, а вся конструкция стен дома - срубом. Необработанные бревна имеют форму конуса, поэтому при сборке сруба необходимо производить определенную селекцию материала. Профили угловых перевязок и горизонтальных стыков бревен отличаются достаточно сложной индивидуальной формой, а их выполнение на строительной площадке требует немалых трудозатрат и высокой квалификации исполнителей. Сруб из бревен естественной влажности желательно сначала собрать начерно (без уплотнения стыков) и позволить ему "выстояться" в течение определенного срока; лишь затем конструкция собирается начисто. Современные технологии позволили усовершенствовать и ускорить процесс возведения бревенчатых домов. Прежде всего, это коснулось геометрии исходного материала: обработанное в промышленных условиях бревно имеет идеальную цилиндрическую форму, что дает возможность изготавливать сруб в заводских условиях, производя выборки всех необходимых профилей на высокопроизводительном и точном оборудовании. Компьютерные технологии решили проблему проектирования и деталировки всей конструкции сруба. Таким образом, заказчик получает полный набор деталей дома, сборка которого занимает сравнительно немного времени и не требует привлечения плотников высокой квалификации. Существенный компонент технологии производства таких домов -промышленная сушка древесины, позволяющая производить отделочные работы сразу после сборки коробки. Если же фирма-поставщик предлагает комплект дома из материала естественной влажности, то внутренние отделочные работы следует производить несколько позже, лучше всего спустя год, хотя эксплуатировать дом можно сразу после постройки.

2.2 Стены из бруса

Технология возведения сооружений из бруса очень похожа на строительство бревенчатых домов. Отличия касаются в основном угловых стыков венцов, а прямоугольное сечение бруса существенно упрощает сборку конструкции. Еще более технологичным материалом является профилированный брус, форма поперечного сечения которого позволяет максимально уплотнить горизонтальные стыки между венцами. Необходимо учитывать тот факт, что при изготовлении бруса удаляется наиболее твердая наружная оболочка, поэтому брус (по сравнению с бревном) в большей степени подвержен поводкам, обусловленным изменением влажности материала, а мягкая древесина менее устойчива к атмосферным воздействиям. Такие стены более всего требуют наружной антисептической обработки. Увеличить срок службы брусовых домов можно путем обшивки стен досками, виниловым сайдингом или другими облицовочными материалами. Очень хороший эффект дает облицовка кирпичом. Работы по отделке фасада должны проводиться не менее чем через два года после окончания строительства, когда усадки конструкций стен практически прекращаются.

Наиболее совершенным материалом этой категории является клееный брус, у которого практически отсутствуют поводки, вызываемые изменением влажности древесины. Клееный брус обладает повышенными прочностными характеристиками, а незначительный уровень деформации дает возможность применять достаточно сложные профили, обеспечивающие герметичность горизонтальных стыков венцов даже без использования дополнительных уплотнителей. Этот материал поставляется только в сухом состоянии, собранная из него конструкция дает минимальные усадки, что позволяет производить внутренние и наружные отделочные работы сразу после строительства коробки. К недостаткам клееного бруса можно отнести сравнительно высокую стоимость, которая в 2-3 раза превышает стоимость оцилиндрованного бревна или обычного бруса.

Бревенчатые или брусовые стены совмещают функции конструкционного материала, воспринимающего эксплуатационные нагрузки, и теплоизолятора, уменьшающего потери тепла в холодное время года. Необходимый уровень теплозащиты, отвечающий требованиям СНиП II-3-79, обеспечивается при толщине деревянных стен не менее 250-260 мм, что требует значительных объемов древесины для строительства дома. В настоящее время стоимость 1 м3 пиломатериалов хорошего качества составляет 3000-3500 руб., а минимальная стоимость комплекта дома из оцилиндрованного бревна диаметром 220 мм оценивается в 200 у.е./м2. Конечно, строгое соблюдение требований "Строительной теплотехники" актуально только для домов, предназначенных для постоянного проживания, но и при уменьшенной толщине стен строительство деревянного рубленого дома - затея не из дешевых.

Снизить расход древесины, а, следовательно, и стоимость квадратного метра жилья, позволяет использование дерева только в качестве конструкционного материала. Классическим примером такой технологии является каркасно-щитовая конструкция стен.

.3 Каркасно-щитовые конструкции

По расходу материалов и трудоемкости возведения каркасные стены являются самыми экономичными. Они требуют в 2-3 раза меньше древесины, чем бревенчатые или брусовые, и примерно во столько же раз легче. Из дерева собирается только каркас (скелет) дома, а для придания стенам необходимых теплоизоляционных свойств применяется эффективный утеплитель (минеральная вата, стекловолокно, пенополистирол), который заполняет пространство между силовыми элементами каркаса. Для устройства наружной обшивки могут быть использованы любые панельные материалы, пригодные для наружного применения (водостойкая фанера, фиброцементная плита, ЦСП или ОСВ плиты и т.д.), доска или вагонка, для внутренней - доска, фанера, гипсокартон. Наибольшее распространение такие конструкции получили в садово-дачном строительстве для возведения небольших домов летнего проживания. В последнее время эта технология, известная под названием "канадский дом", все шире применяется и для строительства коттеджей значительных размеров, рассчитанных на круглогодичное проживание. На строительном рынке представлено множество фирм, предлагающих сборные панельные дома, в основе которых лежит все та же каркасно-щитовая конструкция модулей (панелей), из которых собирается здание. Использование этой технологии позволяет существенно сократить сроки монтажа дома (на готовом фундаменте), а практически полное отсутствие усадки дает возможность приступать к отделочным работам сразу после возведения коробки. Следует отметить, что (при условии грамотного и качественного монтажа) каркасные дома успешно эксплуатируются не один десяток лет, по комфортности проживания почти не уступают рубленым домам и могут превосходить их по показателям энергосбережения.

К группе комбинированных конструкций на основе древесины относятся и сооружения из так называемого комбинированного клееного бруса, когда в середину материала вводится утеплитель, а наружная и внутренняя поверхности выполняются из дерева и имитируют брусовые или бревенчатые стены. Применение комбинированного клееного бруса позволяет снизить вес всей конструкции дома, сократить расход древесины и обеспечить необходимые теплоизоляционные характеристики при меньшей (по сравнению с цельнодеревянными) толщине стен.

Высокие теплоизолирующие свойства наружных стен здания позволяют не только уменьшить потери тепла в холодное время года, но и летом в жаркое время года позволяют оградить внутреннее пространство дома от излишнего притока тепла, что обеспечивает сохранение прохлады в жилище. Об этом стоит помнить и при строительстве небольшого садового домика и значительного по размерам загородного коттеджа.

.4 Кирпичные стены

Несмотря на появление большого количества современных материалов, при строительстве малоэтажных индивидуальных домов наиболее часто используется кирпич. Хорошо развитая производственная база, высокие эксплуатационные характеристики (долговечность и прочность), возможность создания сложных архитектурных форм и декоративных деталей при кладке стен, а также соображения престижа обеспечили этому материалу огромную популярность.

Наибольшее распространение получили два типа кирпича: керамический (глиняный) и силикатный, производимый из известково-песчаной смеси с различного рода добавками.

Силикатный кирпич пользуется невысокой популярностью, т.к. хорошо впитывает влагу и, как следствие, обладает сравнительно невысокой морозостойкостью. Кроме того, силикатный кирпич отличается от керамического повышенной плотностью и пониженными теплоизоляционными характеристиками, стеновые конструкции получаются более тяжелыми, что требует сооружения фундамента повышенной прочности.

Глиняный кирпич по структуре может быть полнотелым или пустотным. Пустоты в материале организуются при его формовании и могут быть сквозными или несквозными. Пустотные кирпичи легче полнотелых, а кладка из них обладает лучшими теплоизоляционными свойствами. Уменьшение массы кирпича, обусловленное наличием пустот, позволяет производить камни большего, чем стандартный (250х125х65 мм) размера. Использование полуторных (250х125х88 мм) и двойных (250х125х138 мм) кирпичей дает возможность снизить расход кладочного раствора, а также сократить время, необходимое для возведения стен.

Сплошная кирпичная стена, удовлетворяющая требованиям СНиП II-3-79, даже при использовании только пустотных крупноформатных кирпичей, должна иметь толщину 0,8-0,9 м. В то же время, конструктивная прочность ограждающих конструкций 1-3-этажного здания достигается при значительно меньшей толщине стен. Существует несколько путей минимизации объема используемого материала при одновременном обеспечении конструктивной прочности и требуемых теплоизоляционных характеристик сооружения:

использование крупноформатных блоков из поризованной керамики со специально организованной пустотностью. Наличие микропор снижает плотность и улучшает теплоизоляционные характеристики керамики. При этом прочностные характеристики таких изделий достаточны для возведения несущих стеновых конструкций. Использование подобных материалов позволяет соблюсти последние требования строительной теплотехники при толщинах стен 51-64 см;

применение колодцевых кладок с последующим заполнением образующихся полостей эффективным утеплителем. Между наружной (фасадной) кладкой, толщина которой, как правило, 125 мм, и внутренней (несущей), толщина которой выбирается из конструктивных соображений (чаще всего 250 мм), организуются связи из кирпичных перевязок. Такая конструкция позволяет уменьшить расход кирпича, а помещенный внутрь стены утеплитель обеспечивает необходимые теплофизические свойства. Общая толщина таких стен может составлять 51-64 см (в зависимости от толщины применяемого утеплителя);

применение различных систем наружного утепления фасадов. В этом случае толщина кладки и материал (тип и сорт кирпича) выбираются только из соображений прочности конструкции, а необходимый уровень теплоизоляции обеспечивается системой утепления. Общая толщина стеновой конструкции с системой утепления может составить 40-45 см;

использование новых марок кирпича, обладающих пониженной объемной плотностью и, как следствие, низким коэффициентом теплопроводности.

Кирпичный дом - это не только добротное строение, конструкция и материал стен которого позволяет использовать для оформления фасада и внутренней отделки весь имеющийся на сегодняшний день спектр отделочных материалов, но и самый дорогой вариант индивидуального дома. В начале текущего строительного сезона стоимость возведения коробки дома (без внутренней отделки) составляла 250-350 у.е./м2. Следует быть готовым к тому, что за один сезон завершить строительство и внутреннюю отделку дома не удастся. Разделить процессы возведения коробки и внутренней отделки полезно и с той точки зрения, что вновь выстроенный дом может после первой зимы дать осадку, что приведет к повреждению дорогостоящей отделки.

.5 Стены из бетона

В настоящее время при строительстве малоэтажных и индивидуальных домов все шире применяются стеновые блоки из легкого бетона, отличающиеся по типу заполнителя и основного вяжущего, а также по способу производства. Наибольшую популярность среди изделий этой группы получили блоки из ячеистого бетона, получаемые путем автоклавного синтеза: газобетон, газосиликатобетон (газосиликат) и сланцезольный газобетон.

Современные линии по выпуску блоков из ячеистого бетона позволяют изготавливать изделия с высокой точностью соблюдения геометрических размеров, что, в свою очередь, дает возможность до минимума сократить толщину растворных швов при кладке стен. К числу основных характеристик ячеистых бетонов относятся их средняя плотность и прочность на сжатие. Установлены следующие марки по средней плотности:

теплоизоляционный ячеистый бетон - 300-500 кг/м3;

конструктивно-теплоизоляционный ячеистый бетон - 600-900 кг/м3;

конструкционный ячеистый бетон - 1000-1200 кг/м3.

- прочность на сжатие - В1-В12,5.

Теплоизоляционные свойства этих материалов в 2-2,5 раза выше, чем у кирпича (в диапазоне плотностей 400-700 кг/м3), что позволяет (при собюдении СНиП II-3-79) выполнять стены здания меньшей толщины (в сравнении с кирпичом). При этом из-за небольшой плотности ячеистого бетона вся конструкция стен получается в 2-3 раза легче, что упрощает конструкцию фундамента и уменьшает его массу. Вследствие высокой пористости газобетонные изделия обладают повышенным влагопоглощением, поэтому фасад здания после окончания возведения стен необходимо покрывать составами, создающими на поверхности влагозащитную паропроницаемую пленку. В продаже имеется много подобных грунтовок, отвечающих требованиям ячеистых бетонов. По отзывам специалистов, комфортность проживания и внутренний микроклимат в домах из ячеистого бетона приближаются к показателям деревянных домов. Учитывая, что для возведения равноценных в отношении сбережения тепла стеновых конструкций газобетона понадобится в 1,5-2 раза меньше, чем кирпича, становится очевидным, что и затраты на строительство будут существенно ниже.

.6 Пенобетон(газобетон неавтоклавного синтеза)

Пенобетон отличается от ячеистого бетона меньшей прочностью на сжатие при одинаковых теплофизических параметрах. В диапазоне плотностей от 300 до 1200 кг/м3 предел прочности на сжатие составляет 0,25-12,5 МПа. Область применения пенобетона и изделий из него такая же, как у газобетона с той лишь разницей, что техология получения этого материала позволяет (при условии наличия необходимого оборудования) получать его непосредственно на строительной площадке, используя для заливки монолитных конструкций дома. Пенобетон применяется в качестве утеплителя кирпичных стен, выполненных колодцевой кладкой, перекрытий дома и т.д.

.7 Керамзитобетон

Сочетание легкого заполнителя (керамзита) с цементным тестом позволяет получать строительные блоки и другие конструкции малой плотности (800-1200 кг/м3). Производство керамзитобетонных блоков налажено на многих комбинатах железобетонных изделий, поэтому проблем с приобретением этого материала, как правило, не возникает. Следует учитывать, что при плотности 1200 кг/м3 коэффициент теплопроводности керамзитобетона немногим меньше, чем у пустотного кирпича, поэтому существенного выигрыша в толщине наружных стен ожидать не приходится. Стоимость 1 м3 керамзитобетонных блоков сравнима, а в некоторых случаях и превышает (в зависимости от изготовителя), стоимость 1 м3 керамического кирпича. Показатели прочности (при одинаковой плотности) керамзитобетона и ячеистого бетона одинаковы, как и коэффициенты влагопоглощения. Монтаж блоков аналогичен кирпичной кладке с применением цементных растворов. Этот материал, имеющий крупнопористую структуру, обусловленную присутствием керамзита, обрабатывается (пилится и штробится) хуже, чем ячеистый и пенобетон. Керамзитобетон и изделия из него меньшей плотности довольно редко встречаются на рынке материалов. Очень часто этот материал используется для возведения монолитных конструкций.

2.8 Полистиролбетон

Этот материал на основе цементного связующего и пенополистирольного наполнителя сочетает в себе прочность бетона, легкость обработки, присущую древесине, а также высокие тепло- и звукоизолирующие свойства, которыми отличается пенополистирол. Сплошные блоки из этого материала предназначены для устройства стен зданий различного назначения в соответствии с новыми требованиями СНиП II-3-79. Блоки выпускаются со средней плотностью 250-550 кг/м3, и по области применения подразделяются на теплоизоляционные (250-350 кг/м3), предназначенные для использования в самонесущих стенах и ненесущих конструкциях (в основном как утеплитель), и конструкционные (400-550 кг/м3), предназначенные для устройства несущих конструкций зданий и сооружений. Полистиролбетон допущен для возведения несущих стен жилых зданий до трех этажей с мансардой, что вполне достаточно для индивидуального строительства. Показатели прочности полистиролбетона на сжатие существенно (в 2-3 раза) выше, а водопоглощения ниже, чем у ячеистого бетона. Блоки выпускаются двух размеров - 1200х300х300 мм и 600х300х375 мм. Монтаж блоков с использованием цементного раствора или клеевой композиции аналогичен кирпичной кладке. Материал легко пилится, гвоздится, штробится и обладает высокой долговечностью (не менее 50 лет). К сожалению, стоимость полимербетона пока еще достаточно высока (2500 руб./м3).

.9 Тяжелый бетон

Бетонные блоки (средняя плотность 2200-2500 кг/м3) наряду с высокой несущей способностью обладают низкими тепло- и звукоизолирующими свойствами. Для улучшения последнего показателя, при кладке стен применяют пустотные бетонные блоки с последующим заполнением пустот утеплителем, что позволяет получить характеристики теплопроводности, близкие к кирпичной кладке из пустотных камней. Часто пустотные блоки используют как несъемную опалубку, замоноличивая пространство внутри стены бетоном с металлическим армированием, но подобные конструкции требуют дополнительного утепления для повышения коэффициента термического сопротивления стены. В последние годы налажено широкомасштабное производство бетонных блоков с офактуренной наружной поверхностью, чаще всего имтирующей колотый камень, что позволяет получать интересные архитектурные решения фасада. Особенно актуально применение таких блоков для устройства цокольных частей здания, эксплуатируемых в наиболее неблагоприятных условиях. Такое решение гораздо более практично, чем штукатурная отделка или облицовка, а введение пигментов в исходный материал (бетон) позволяет получать различные цветовые решения отделки, не требующей в дальнейшем частого обновления (окраски).

.10 Монолитное домостроение

Эта технология, ранее использовавшаяся только в индустриальном строительстве, получает все более широкое распространение и в индивидуальном домостроении. В рамках этой технологии можно выделить два главенствующих направления: применение сборно-разборных опалубочных систем и несъемных опалубок из пенополистирола.

Сборно-разборные опалубки широко применяются при возведении многоэтажных зданий жилого и административного назначения. Существует два варианта конструкций домов, выполняемых подобным образом:

Конструкции с монолитными наружными стенами, предусматривающие дополнительное утепление фасадов (наружное), или размещение утеплителя внутри стены при заливке бетона в опалубку.

Монолитный несущий каркас здания с наружными (ненесущими) стенами, выполненными из другого материала, обладающего лучшими, чем у тяжелого бетона, теплоизолирующими свойствами.

Эта технология экономически (по стоимости 1 м2 общей площади дома) эффективна только при значительных объемах строительства, например, при возведении нескольких коттеджей или коттеджного поселка. Применительно к отдельно строящемуся дому, такой способ строительства не имеет существенных преимуществ перед кирпичным домом.

Основное преимущество несъемных опалубочных систем заключается в их небольшом весе, несложной технологии и возможности вести строительство без применения тяжелой техники, что и обусловливает популярность этой технологии среди владельцев коттеджей. Широкое распространение получили несъемные опалубки из пенополистирола, представляющие собой пустотный полистирольный блок, состоящий из двух панелей, связанных между собой перемычками из полистирола или другого пластика. После сборки из таких элементов части стены, полость, образовавшуюся между наружной и внутренней панелями, замоноличивают армированным бетоном. Далее собирают следующий участок стены, и технологический цикл повторяется. Преимуществом такого способа является возможность получения за один технологический цикл многослойной стеновой конструкции с достаточным сопротивлением теплопередаче, причем роль утеплителя выполняет сама опалубка.

Пенополистирол является горючим материалом, поэтому особое внимание следует уделить выбору отделочных материалов, как наружных, так и внутренних. Для внутренней отделки обычно применяются гипсокартонные листы, наклеиваемые на полистирол, или штукатурные материалы, предназначенные для работы по пенополистиролу; фасад дома оштукатуривается или облицовывается трудногорючими панельными или плиточными материалами.

Имеющаяся статистика позволяет сделать вывод, что строительство коробки здания с применением описанной технологии оказывается дешевле возведения коробки из кирпича приблизительно на 10-20% (в зависимости от проектного решения дома и варианта отделки фасада).

Тяжелый бетон обладает низким значением коэффициента паропропускания, вследствие чего вопрос обеспечения хорошего воздухообмена и вентиляции внутреннего пространства в домах из этого материала стоит особенно остро. Как известно, коэффициент паропропускания характеризует способность материала пропускать через себя газ и пар. В этом плане наилучшим из перечисленных выше материалов является дерево, поэтому комфортность проживания и внутренний микроклимат в деревянных домах принимаются за эталон. Деревянные стены обеспечивают дополнительное поступление наружного воздуха (дом "дышит"). В домах с монолитными стенами эта составляющая сведена до минимума, что влечет за собой необходимость проведения конструктивных мероприятий, направленных на компенсацию этого недостатка, вплоть до организации приточно-вытяжной вентиляции, тогда как обычно предусматривается только вытяжная вентиляция. Подобные проблемы могут возникнуть и при использовании в качестве утеплителя пенополистирола, который также отличается низким коэффициентом паропроницаемости. Обычно фирмы, предлагающие технологии несъёмной опалубки из полистирола, решают эти вопросы в процессе разработки проекта. Пренебрегать их рекомендациями - значит заранее ухудшить эксплуатационные качества такого жилья.

.11 Бишофитовый брус

Этот композитный материал разработан академиком М.В. Бирюковым почти двадцать лет назад и запатентован в США, Канаде, Бразилии, Китае и Мексике, но в нашей стране промышленное производство бишофитового бруса налажено сравнительно недавно. В состав материала входят экологически чистые компоненты - измельченная древесина, минеральный огнеупор (магнезит) и природный раствор соли бишофита, из смеси которых формуется брус сечением 250х150 мм. Достоинства материала определяются свойствами его компонентов. Наполнитель (древесная масса) обеспечивает низкую теплопроводность, морозоустойчивость и легкость обработки, магнезит - высокую прочность и огнестойкость, а бишофит выполняет функции основного связующего и придает материалу антисептические свойства, препятствуя развитию грибка, бактерий и плесени. Сборку стен дома можно вести на обычном цементном растворе, а профиль бруса "шип-паз" обеспечивает быструю и качественную сборку. Стены из бишофитового бруса не уступают по прочности кирпичным, но по тепловому сопротивлению превосходят их почти в 3 раза (стена из бруса толщиной 15 см эквивалентна по теплофизическим показателям кирпичной стене толщиной 50 см). Этот материал не дает усадки, поэтому отделочные работы можно начинать сразу после возведения коробки, а целебные свойства бишофита, используемого для лечения суставных и легочных заболеваний, обеспечивают внутри дома прекрасный микроклимат. В начале года стоимость материала составляла 2000-2100 руб./м3.

Так из чего же строить дом? Однозначного ответа на этот вопрос не существует, т.к. выбор материала зависит от финансовых возможностей заказчика и назначения будущего дома. Если загородный дом предназначен лишь для сезонного проживания и для выездов на природу в выходные дни, то оптимальным вариантом, скорее всего, окажется деревянный (брус, бревно) или каркасно-щитовой коттедж. Дерево обладает наименьшей (по сравнению с другими материалами) теплоемкостью, поэтому такой дом легче протопить. Для постоянного проживания больше подходит капитальный дом из кирпича или его аналогов, легкобетонных блоков и т.п.

Достаточно сложно ответить на вопрос - дом из какого материала окажется дешевле? Только при наличии проекта можно произвести точные расчеты затрат и сравнивать те, или иные материалы с точки зрения цена-качество; причем иногда решающим фактором может явиться близкое расположение производителя, позволяющее сэкономить на транспортных расходах, или иные непредвиденные обстоятельства. В любом случае окончательный выбор остается за заказчиком и, чаще всего, зависит от его экономического положения, вкусов и пристрастий.

.12 Фасадная плитка из цементно-песчаной композиции

Одним из материалов, используемых для наружной и внутренней отделки зданий, является фасадная плитка из цементно-песчаной композиции. Она поставляется в виде облицовочных элементов различных размеров и геометрии и наклеивается на стены с помощью цементного клея. Плитка имеет широкую область применения для отделки цоколя, фасада, балконов, лоджий и интерьеров. По сравнению с керамической плиткой или керамогранитом она позволяет получить более высокий рельеф при более низкой стоимости. Декоративная направленность - эффект отделки "колотым камнем" или имитация старого кирпича. Цементно-песчаная плитка, в отличие от кирпича, имеет более широкую цветовую гамму, при этом она не требует ухода и периодического ремонта. Обладая малым весом, позволяет также отделывать и деревянные дома, повышая их влаго- и огнестойкость.

Плитка изготавливается по вибролитьевой технологии, которая позволяет получать изделия с минимальной толщиной. Вес 1 м2 облицовки не более 16 кг, что сравнимо с весом керамики. Изделия выдерживают свыше 200 циклов замерзания-оттаивания, паропроницаемы и отличаются низким уровнем водопоглощения - в пределах 3%. Окрашивается плитка как в массе, так и специальными красками по поверхности.

Применив гидрофобизирующие составы на силиконовой основе, можно уменьшить наружное водопоглощение до 0,2-0,3%, при этом стена дома будет оставаться паропроницаемой. Кроме того, дополнительные мероприятия по защите облицовки от наружной влаги позволяют уменьшить вероятность отслоения плитки и появления солевых пятен.

При работе с тяжелой цементно-песчаной плиткой, применяют отделочные элементы с залитыми анкерами из металлической проволоки. Это позволяет предотвратить сползание облицовки.

Технология укладки предполагает проведение работ при суточной температуре не ниже +5o С и при дневной температуре не более +25o С. В жаркую погоду не нужно замачивать плитку в воде. Достаточно увлажнить тыльную поверхность, обрызгав ее. Желательно для укладки использовать эластичный морозостойкий цементный клей, нанося его на всю тыльную поверхность. Зазоры между элементами облицовки заделываются затиркой для широких швов. В процессе работы с плиткой следует избегать попадания клея или затирки на ее лицевую поверхность. Верхнее клеевое соединение плитки необходимо защищать отливами от действия атмосферных осадков.

3. Постановка задачи автоматизированного проектирования

Для создания подсистемы расчета теплопотерь САПР энергопотребления индивидуальных домов необходимо решить следующие задачи:

         Разработать структурную схему подсистемы САПР;

         Разработать схему работы подсистемы САПР;

         Разработать математическое обеспечение подсистемы САПР, в том числе построить математическую модель процесса выбора материалов для строительства теплосберегающих элементов индивидуальных домов и поставить задачу оптимизации для управления данным процессом;

         Разработать информационное обеспечение подсистемы САПР;

         Разработать лингвистическое и программное обеспечение подсистемы САПР, в том числе программное приложение для решения задачи оптимизации.

.1 Общее описание разрабатываемой САПР

Данная подсистема САПР предназначена для моделирования и исследования процесса выбора материалов для строительства теплосберегающих элементов индивидуальных домов и поиска оптимальных вариантовдля сбережения тепла.

Результаты можно сохранить, и они будут оформлены в виде полноценного отчета, с подробными числовыми и графическими выкладками, и будут храниться в БД готовых вариантов, и могут быть найдены по некоторым параметрам.

3.1.1 Описание структурной схемы САПР

Структурная схема, разработанная в процессе решения задачи автоматизации, содержит четыре подсистемы:

подсистема ввода/вывода данных;

информационная подсистема;

подсистемы расчёта теплопотерь;

подсистема формирования и сохранения результата;

Структурная схема проектируемой подсистемы САПР приведена в приложении А.

.1.2 Описание подсистемы ввода \ вывода данных

Подсистема ввода/вывода данных обеспечивает пользователю наличие средств ввода (диалоговая система с графическим интерфейсом типа "заполнение бланка" и "выбор из списка") исходных данных о проектируемом объекте (площадь стен, площадь окон, количество слоев, предпочтительный материал, температуру на улице и желаемую температуру в помещении), а также вывода выходной информации об объекте проектирования (капитальные, приведенные и текущие затраты на строительство и содержание дома). Данная подсистема осуществляет проверку введенных пользователем исходных данных и при недостатке входной информации или её неправильности выдает сообщение об ошибке. Также подсистема осуществляет поиск готовых вариантов по введённым данным в БД готовых проектов. Результатом работы подсистемы является преобразование исходных данных в удобном для расчета виде.

.1.3 Описание информационной подсистемы

Информационная подсистема осуществляет обработку и хранение всех баз данных (БД готовых вариантов, БД материалов и их характеристик), а также предоставляет доступ всем остальным подсистемам к базам данных. С помощью информационной подсистемы возможно редактирование, добавление и удаление элементов любых БД проектируемой подсистемы САПР. Данная подсистема выполняет роль сервера и взаимодействует с остальными подсистемами.

.1.4 Описание подсистемы расчёта теплопотерь

Подсистема расчёта теплопотерь индивидуального дома с учетом Тепло потери каждого слоя (гидроизоляция, несущая конструкция и внутренняя отделка), математические алгоритмы расчета затрат на строительство и содержание индивидуального дома (капитальные, приведенные и текущие), базы данных (БД готовых вариантов, БД материалов и их характеристик). Управление подсистемой осуществляется с помощью диалоговые системы типа "меню". Результатом работы подсистемы является определение затрат на строительство и содержание индивидуального дома.

.1.5 Описание подсистемы сохранения результатов

Подсистема сохранения результатов предназначена для оформления результатов работы подсистем расчёта теплопотерь индивидуальных домов и поиска минимального значения капитальных и приведенных затрат в виде отчета, содержащего численные и графические данные с пояснениями. Отчет сохраняется в файл *.doc, адрес файла заносится в БД готовых проектов, а также туда заносятся параметры, по которым возможен поиск отчета. Взаимодействие с пользователем осуществляется с помощью диалоговой системы с графическим интерфейсом типа "меню".

Подсистемы расчёта теплопотерь индивидуальных домов, поиска минимального значения капитальных и приведенных затрат и сохранения результатов установлены на третьем компьютере. Также предполагается наличие установленных специализированных программ Openoffice 3.1 и ClientMySqlServer 2008 R2 на всех компьютерах и MySqlServer 2008 R2 на третьем.

Компьютеры взаимодействуют с помощью локальной вычислительной сети, которая организована по технологии "клиент сервер".

.2 Описание схемы работы САПР

Схема работы описывает алгоритм работы комплекса средств САПР в целом при процессе получения проектных решений. В приложении А представлена схема работы САПР расчета теплопетерь инивидуальных домов.

При запуске системы происходит загрузка всех баз данных (БД характеристик материалов, БД готовых вариантов), которые необходимы для её нормального функционирования. Затем пользователь может выбирать действие: работа с БД или расчетные действия.

При работе с БД пользователь может выбрать любую БД из существующих, редактировать её элементы, и затем сохранить изменения.

При проведении расчетных действий пользователь должен ввести необходимые исходные данные (количество слоев, площадь стен, окон, температура на улице, желаемая температура внутри помещения). Система проверяет наличие готовых вариантов с такими параметрами, и если находит их, сообщает об этом пользователю. Пользователь может просмотреть любой найденный готовый вариант.

Если готовый вариант не найден, пользователь выбирает действие, которое хочет осуществить: выбор материала из которого будет построен дома с расчетом теплопотерь и затрат или поиск оптимального решения для строительства. При выборе материала, система, на основании входных данных (количество слоев, площадь стен, окон, температура на улице, желаемая температура внутри помещения), проводит вычисление капитальных, текущих и приведенных затрат по ММ. При выборе проектирования, система осуществляет поиск оптимальных конструкционных особенностей(материала, теплопроводности, диаметра, количества слоев) и экономических параметров (капитальных затрат, текущих затрат и приведенных затрат), используя ММ, метод оптимизации и БД ("Характеристики материалов").

Далее результаты работы выводятся на экран в текстовом и графическом виде. Пользователь может выбрать действие "сохранить результат". Тогда система оформит отчет по результатам работы, сохранит его в файл и занесет в БД готовых проектов.

Далее пользователь может выбрать действие "закончить" или "продолжить" работу.

4. Описание видов обеспечения

.1 Постановка задачи оптимизации

Общая постановка задачи имеет вид [2] :

X=argmin(Q(x,y))

(x,y) = 0 - ограничение типа равенство

φ(x,y) ≤ 0 - ограничение типа неравенство

В нашем случае:

- вектор переменной, варианта ограничивающей конструкции, включающий количество слоев, их толщину, вид материала.

- вектор переменной, определяемый из математической модели. Это тепловые потери, цена конструкции, текущие затраты.

Таким образом, в данном случае, задача оптимизации будет следующая:

Найти такой материал и толщину , которые обеспечат минимум приведенных затрат на строительство и эксплуатацию ограждающей конструкции.

X=argmin(Q(x,y))

=F(x); - математическая модель

Q≤Q_max; - ограничение стоимости

Вектор входных переменных , определен в дискретном пространстве. Например: толщина меняется дискретно и определяется толщиной одного слоя, типы конструкций определяется до начала расчетов. Применение непрерывных поисковых методов(градиентные, эвристические) не возможно. Множество вариантов проекта представляет собой Евклидово произведение вида:

V = x₁* x₂* x₃*…* x_n

Размерность этого множества:

Dim(V) =  ,

Где- количество принимаемых значений переменнойx_i.

Решение сводится к перебору возможных вариантов, исключение вариантов неудовлетворяющих ограничением и нахождению оптимального. Следует заметить, что в реальном случае, существует другие плохо организуемые ограничения, такие как: архитектурный вид конструкции, предпочтения заказчика. Необходимо найти и рассмотреть разумное количество предпочтительных вариантов.

Размерность данного множества не велика, таким образом, для решения задачи оптимизации выступает метод полного перебора с выбираемым множеством предпочтительных вариантов.

.2 Математическое обеспечение

Данный проект характеризуется капитальными затратами на строительство и текущими затратами на отопление. Теплопотери- это количество энергии (тепла) которую теряет ваш дом за единицу времени. Величина этих потерь не является постоянной. Наибольшее её значение наступает в период наиболее низких температур воздуха так называемая температура наиболее холодной пятидневки.

Тепловые потери в основном зависят от:

1)      Разницы температур в доме и на улице (чем разница больше, тем потери выше),

)        Теплозащитных свойств стен, окон, перекрытий, покрытий (так называемых ограждающих конструкций),

)        Существенные потери идут на подогрев попадающего во внутрь помещения наружного воздуха (вентиляция).

Чаще всего конструкции не однородные, то есть могут состоять из нескольких слоев. Пример: стена из сруба = штукатурка + сруб + отделка облицовочным кирпичом. В эту конструкцию могут входить и замкнутые воздушные прослойки (пример полости внутри кирпичей или блоков). Следовательно, что вышеперечисленные материалы имеют отличающиеся друг от друга свойства. А значит и теплотехнические свойства. Основной такой характеристикой является сопротивление теплопередаче. В общем, сопротивление теплопередачи характеризует какое количество тепла уйдёт через квадратный метр ограждающей конструкции при заданном перепаде температур.

R = ΔT/q, (1.1)

где q - это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности (измеряется обычно в Вт/м. кв.);

δT- разница между температурой на улице (температура наиболее холодной пятидневки °C) и в комнате.

Когда речь идёт о многослойной конструкции, то сопротивление слоёв просто складываются. Величину Rможно взять из СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника"[4], в нём находится вся информация о традиционных материалах применяемых в строительстве. К сожалению, в него не включены современные материалы (например, стеклопакеты, гипсокартон, изовер). Данную информацию можно узнать у производителя. Информацию о самой холодной пятидневке определенного района можно найти СНиП 23-01-99[3]. Отдельно хочется остановить внимание на коэффициенте теплопроводности материала слоя λ Вт/(м ° С)

Так как производители материалов часто указывают его. λ=δ / R или R=δ /λ, где δ - толщина слоя материала (м)

Коэффициент теплопроводности λхарактеризует количество тепла в ваттах (Вт), которое проходит через 1м² конструкции при разности температур по обе стороны в один градус (C), единица измерения Вт/м²*С. Чем меньше значение λ, тем меньше теплопередача через конструкцию, т.е. выше ее изоляционные свойства. То есть

=δ/λ

Таким образом, общая формула для расчёта тепло потерь ограждением выглядит так:

Qст=q*S*(Tк-Tул),ок = q*S*(Tк-Tул),

где:Qст - тепло потери через ограждающие конструкции стен, Вт

Qст - тепло потери через ограждающие конструкции окон, Вт

q- это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности, Вт/m²

S- площадь ограждающих конструкций, m²

Tк - температура в комнате, С

Tул - температура на улице, С

Тепло потери рассчитаны, далее необходимо произвести расчет капитальных, то есть всех затрат на строительство дома, которые включают в себя цену за материал и цену монтажа, а так же текущие затраты, т.е. затраты которые будут уходить на отопление дома.

,

где:

Zk-капитальные затраты на строительство дома, Р

Σδ - сумма всех толщин слоев, элементов для строительства, m

Sст- площадь стен, m²

Sок- площадь окон, m²

С - цена материала стен за m³, Р

Сок - цена материала окон за m², Р

См- коэффициент учитывающий цену монтажа за m², Р

Цена монтажа окон входит в стоимость окон. Далее необходимо рассчитать текущие затраты, так как цена дома может быть очень мала, а финансы потраченные на тепло могут быть очень большими. Для этого нам необходимо рассчитать текущие затраты и провести оптимизацию по выбору материала, его толщине а так же цене материала.

Zt = Qоб*Сt,

где:

Сt - цена за тепло, Р

Qоб-общие тепло потери дома, которые рассчитываются исходя из того, что отопительный сезон длится полгода:

Qоб = (Qст + Qок)*180*24*3600

4.3 Информационное обеспечение

Под информационным обеспечением (ИО) САПР понимают совокупность сведений, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования, представленных в заданной форме. ИО САПР предназначено для организации, использования (получения), хранения и поддержания в актуальном и корректном состоянии всех сведений (данных), необходимых для процесса проектирования.

Самой распространенной на сегодняшний день считается реляционная модель базы данных. Свою популярность она завоевала наглядным представлением данных и связей между ними. База данных такого типа представляет собой набор информации, представленной в виде таблиц и связей между ними.

В данной САПР используется реляционная модель БД. Для нормального функционирования САПР необходимо наличие следующих баз данных:

БД характеристик материалов;

БД готовых вариантов.

Рассмотрим состав каждой из них.

База данных "Характеристик материалов" включает в себя 2 таблицы: "Коэффициенты и постоянные", "Функциональность материалов".

Первая таблица содержит информацию о теплопроводности, толщине, цене за м², наименовании материала, входящего в строительство индивидуального дома.

Вторая таблица содержит настроечные параметры, в ней содержатся значения материалов, является ли он гидроизолирующим элементом, основной конструкцией, декоративным элементом или же совмещает в себе несколько функций.

База данных "Готовые варианты" содержит одну таблицу "Сохраненные отчеты". В данной таблице хранятся не только адреса файлов с отчетами, но и некоторые ключевые параметры, по которым отчет может быть найден и предоставлен для просмотра пользователю. Ключевыми параметрами являются предпочтительный материал, приведенные и капитальные затраты.

Все базы данных выделены в информационную подсистему. Чтобы не строить сложную систему запросов, было принято решение при начале работы с САПР сразу же загружать все БД и делать их доступными для всех подсистем. Таким же образом и сохраняются все изменения, вносимые по ходу работы САПР в БД. То есть изменения сначала формируются и хранятся подсистемами, а затем при завершении работы информационная подсистема на их основе корректирует сами БД. Даталогическая модель БД расположена в графическом приложении В.

БД для сетевой модели САПР создана на языке mysql. Данная БД является легкодоступной для просмотра пользователей и прямого редактирования. Среда разработки BorlandC++ Builder 6 и приложение MySqlServerбыли связаны с помощью технологии OLE-сервера.

.4 Лингвистическое обеспечение САПР

Лингвистическое обеспечение - совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, которой обмениваются люди с ЭВМ и между собой в процессе автоматизированного проектирования.

Лингвистическое обеспечение представляет собой набор информационно-поисковых (используются в обслуживающих подсистемах), вспомогательных языков и языков проектирования, обеспечивающих взаимодействие пользователя и САПР.

Взаимодействие пользователя с подсистемами осуществляется посредством специализированного языка взаимодействия разрабатываемой САПР с пользователем, который организован в виде диалога с пользователем. Он включает в себя следующие виды диалога:

"окно",

"меню",

"заполнение бланков".

В состав лингвистического обеспечения любой системы должны входить Язык Определения Данных (ЯОД) и Язык Манипулирования Данными (ЯМД). В состав лингвистического обеспечения данной САПР введен язык SQL, представляющий собой интеграцию ЯОД и ЯМД.

Язык SQLимеет мощные средства по определению и манипулированию данными. Помимо этого общесистемное программное обеспечение позволяет создавать и выполнять SQL-сценарии для определения и модификации данных, необходимых для работы САПР.

Главным недостатком языка SQL является наличие специальной подготовки у оператора для составления запросов при работе с базой данных. В целях снижения профессиональных требований к операторам необходимо построить диалоги системы с пользователем таким образом, чтобы SQL-запросы формировались неявно. Возможность использовать SQL-запросы напрямую должна быть предоставлена только администратору базы данных, обладающему достаточной квалификацией и опытом.

.5 Общее программное обеспечение

Программное обеспечение САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для автоматизированного проектирования. Физически в состав ПО входят:

документы с текстами программ;

программы, записанные на машинных носителях информации;

эксплуатационные документы.

ПО конкретной САПР включает в себя программы и документацию для всех типов ЭВМ, используемых в данной САПР.Составляющие программного обеспечения САПР, а также требования к его разработке и документированию установлены государственными стандартами. ПО САПР подразделяется на общесистемное и специализированное.

Общесистемное ПО содержит набор программных средств, которые предназначены для повышения эффективности использования вычислительных комплексов САПР и производительности труда персонала, обслуживающего эти комплексы.

Специализированное ПО включает в себя прикладные программы и пакеты прикладных программ (ППП), основной функцией которых является получение проектных решений. Конкретный состав общесистемного ПО зависит от состава технических средств вычислительного комплекса САПР и устанавливаемых режимов обработки информации на этом комплексе.

Общесистемное ПО, необходимое для нормального функционирования проектируемой САПР, включает в себя ОС Windows 7 Professional:

офисное приложение MicrosoftMySqlserver 2008 R2 для работы с БД;

офисное приложение OpenOffice 3.1 для формирования готовых проектов;

среду разработки BorlandC++ Builder 6.

строительство теплопотеря отопление программный

4.5.1 Прикладное программное обеспечение

К прикладному программному обеспечению относится комплекс подпрограмм, реализующих работу всех подсистем разрабатываемой САПР. К ним относятся:

         подпрограмма ввода и преобразования исходных данных;

         подпрограмма взаимодействия с базами данных ;

-        программа оформления результатов;

         подпрограмма, организующая диалог пользователя с ЭВМ.

Подпрограмма ввода и преобразования исходных данных осуществляет диалог с пользователей в начале работы САПР, с целью получения исходных данных в удобном для расчета виде.

Подпрограмма взаимодействия с базами данных соединяется с базами данных САПР и делает их доступными для всех остальных подпрограмм, что устраняет наличие сложной системы запросов. Подпрограмма оформления результатов формирует результаты, полученные с помощью других подпрограмм, осуществляет взаимодействие с текстовым редактором, в котором сохраняется отчеты с БД готовых вариантов. Для быстродействия данной подпрограммы необходим объем оперативный памяти не менее 2GB, так как будет постоянно осуществляться работа с базой данных, которая будет находиться на жестком диске, дисковое пространство которого должны быть не меньше 500GB, по причине появления новых строительных материалов и утеплителей. Подпрограмма, организующая диалог пользователя с ЭВМ, входит в состав всех подпрограмм в качестве вспомогательной при взаимодействии их с пользователем.

.6 Техническое обеспечение

Техническое обеспечение САПР представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования.Анализ структурной схемы САПР предполагает наличие 3 автоматизированных рабочих мест. Рассмотрим характеристики АРМ. Первое автоматизированное рабочее место - стационарный IBM совместимый компьютер:

процессорIntel<775>Core 2 DuoE8600 BOX ;

монитор 19" BenqG922HDA 250 кд\м2, 1000:1, 5 mc;

видеокарта nVidiaGeForce 9500GT;

модуль памяти DDR2 <4Gb>Samsung;

- жесткийдиск SATA <500 Gb> Seagate ST9500325AS;

- клавиатура + мышь A4-TechGKS-870D.

Второе и третье автоматизированные рабочие места представлены стационарными IBM совместимыми компьютерами в составе:

- процессор Intel <775> Core 2 Quad Q9300;

монитор19"Benq G922HDA 250 кд\м2, 1000:1, 5 mc;

видеокарта PCI-E <1024 Mb>Zotac Synergy Edit.;

модульпамятиDDR2 <2 Gb>Samsung;

жесткийдискSATA<320 Gb>Hitachi<HTS723232L9A360>;

- клавиатура + мышь A4-TechGKS-870D.

Данных технических характеристик вполне достаточно для функционирования проектируемой САПР. САПР представлена в виде локальной вычислительной сети, состоящей из 3 компьютеров. Сеть организована по технологии "клиент-сервер". Первое АРМ выполняет функции сервера, поэтому обладает более мощными аппаратными ресурсами. В аппаратное обеспечение сервера также входит принтер HPLaserJetP1102 для вывода на бумагу различной документации и результатов расчетов. Принтер является сетевым, и каждое АРМ имеет к нему доступ. Второе и третье АРМ являются рабочими станциями ("клиентами"). Они обладают менее мощными ресурсами, однако, достаточными для выполнения своих функций. Второе рабочее место также оснащено проектором AcerP1203 DLP для демонстрации результатов работы и этапов расчетов. Локальная вычислительная сеть, необходимая для функционирования данной САПР, организована по топологии "звезда" на витой паре 5 категории. В каждой ЭВМ установлен интегрированный в материнскую плату сетевой адаптер, обеспечивающий скорость обмена до 100 Мбит/с. Все АРМ соединены между собой через сетевой концентратор D-LinkDES-1008/PRO/E 8port 10/100 FastEthernetSwitch. Пассивное оборудование включает построение кабельной системы - топологии сети. Наиболее приемлемым решением является применение топологии "звезда", которая в отличие от широко распространенной топологии "шина", позволяет следующее:

- обеспечивает более высокую надежность физических соединений, так как в сети с топологией "шина" разрыв ведет к полному останову работы сети, а в сети с топологией "звезда" разрыв кабеля ведет к отключению только одной рабочей станции;

обеспечивает поддержку новых стандартов: ATM, FastEthernet, вплоть до поддержки GigabitEthernet.

В данном проекте применяется стандарт FastEthernet- ТХ (IEEE802.3u). Этот стандарт позволяет применить сетевую карту IntelEtherExpressPRO100. Стандарт построен по принципу уменьшения интервала ожидания между кадрами в 10 раз. Таким образом, интервал равен 0,09 мс вместо 0,9 мс. Применение такой технологии уменьшает затраты на переоборудование сети.

В качестве кабеля в сети используется витая пара пятого поколения, представляющая собой четыре перевитые пары, которые в свою очередь также перевиты. Витые пары этой категории имеют полосу пропускания 100 Mbit/cпри условии использования соответствующей сетевой карты, например, IntelEtherExpressPRO100, и соответствующего стандарта (FastEthernet- ТХ). Вместе с этим, фирма Intel, основываясь на проведенных тестах, советует для персональных компьютеров на базе процессоров Pentiumиспользовать витую пару UTP-5. Все компьютеры, а также принтер и проектор, подключены к электрической сети через источники бесперебойного питания CyberPowerV 600 Black, 600VA/360W. Такая комплектация технического обеспечения приемлема для проектируемой САПР, так как позволяет выполнять все её функции в полном объеме.

.7 Пример работы программы

Была разработана подсистема САПР для расчета теплопотерь коттеджа.

Рисунок 4.1 - пример работы

На рисунке 4.1 приведен интерфейс подсистемы САПР тэплосберегающих элементов коттеджей.

Рисунок 4.2 - пример работы

На рисунке 4.2, приведен интерфейс подсистемы САПР тэплосберегающих элементов коттеджей, где происходит выбор плана и проектирование будущего коттеджа с расчетом затрат на строительство и эксплуатацию, на отопление, и какие материалы с толщинами были использованы.

.8 Организационное и методическое обеспечение САПР

Организационное обеспечение САПР включает положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений проектной организации, а также взаимодействие подразделений с комплексом средств автоматизированного проектирования. В штатное расписание обслуживающего систему персонала рекомендуется включить системного администратора, программиста и инженера - строителя. Методическое обеспечение САПР составляют документы, характеризующие состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизированного проектирования. В качестве методического обеспечения для разрабатываемой системы предлагаются:

руководство системного администратора;

руководство программиста;

руководство пользователя.

Руководство системного администратора включает в себя перечень положений, правил эксплуатации и технических требований для функционирования информационно-поисковой подсистемы. Руководство программиста включает в себя описание расчётной подсистемы, правила работы с ней, а также описание информационных потоков, связующих подсистему с другими компонентами разрабатываемой САПР. Руководство пользователя предназначено для дизайнеров, непосредственно разрабатывающих внешний вид проектируемой мебели и работающих с заказчиками. Данный документ описывает принципы работы с подсистемой ввода/вывода данных и визуализации.

5. Безопасность жизнедеятельности

Охрана труда представляет собой систему законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Все многообразие законодательных актов, мероприятий и средств, включенных в понятие охраны труда, направлено на создание таких условий труда, при которых исключено воздействие на работающих опасных и вредных производственных факторов. Производственные здания, сооружения, оборудование, технологические процессы должны отвечать всем требованиям, обеспечивающим здоровые и безопасные условия труда. В первую очередь эти требования должны выполняться проектировщиками.

В настоящее время работники вычислительных центров сталкиваются с воздействием таких физически опасных и вредных производственных факторов, как повышенная температура внешней среды, отсутствие или недостаток естественного освещения, недостаточная освещенность рабочей зоны, электрический ток, статическое электричество и других. Воздействие указанных неблагоприятных факторов приводит к снижению работоспособности, вызываемое развивающимся утомлением. Длительное нахождение человека в зоне комбинированного воздействия различных неблагоприятных факторов может привести к профессиональному заболеванию.

В последние годы наибольшее распространение получили персональные ЭВМ. Уменьшение стоимости, габаритов, потребляемой энергии вместе с ростом вычислительных возможностей позволяет использовать ПЭВМ в гораздо более широких масштабах, чем прежние поколения вычислительной техники, при существенном улучшении условий труда обслуживающего персонала.

Имеющийся в настоящее время в нашей стране комплекс разработанных организационных мероприятий и технических средств защиты, накопленный передовой опыт работы ряда ВЦ показывают, что имеется возможность добиться больших результатов в деле снижения воздействия на рабочих опасных и вредных производственных факторов. Труд рабочих и служащих должен быть организован таким образом, чтобы каждый трудящийся по своей специальности и квалификации имел закрепленное за ним рабочее место, своевременно, до начала работы, был ознакомлен с ее содержанием. Необходимо, чтобы условия труда были здоровыми и безопасными, оборудование и инструменты исправными. Вместе с тем рабочие и служащие обязаны строго соблюдать требования техники безопасности.

Создание здоровых и безопасных условий труда на предприятиях возлагается на администрацию, которая обязана внедрять современные средства ТБ предупреждающие производственный травматизм и создавать санитарно-гигиенические условия, предотвращать возникновение профессиональных заболеваний у работников.

.1 Общие санитарно-гигиенические требования к устройству вычислительного центра

Помещения для эксплуатации ПЭВМ должны иметь естественное и искусственное освещение.

Площадь на одно рабочее место пользователей ПЭВМ с ВДТ (видеодисплейными терминалами) на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) должна составлять не менее 6 м², с ВДТ на базе плоских дискретных экранов (жидкокристаллические, плазменные) - 4,5 м².

Помещения, где размещаются рабочие места с ПЭВМ, должны быть оборудованы защитным заземлением (занулением) в соответствии с техническими требованиями по эксплуатации.

Не следует размещать рабочие места с ПЭВМ вблизи силовых кабелей и вводов, высоковольтных трансформаторов, технологического оборудования, создающего помехи в работе ПЭВМ.

При размещении рабочих мест с ПЭВМ расстояние между рабочими столами с видеомониторами (в направлении тыла поверхности одного видеомонитора и экрана другого видеомонитора), должно быть не менее 2,0 м, в то время как расстояние между боковыми поверхностями видеомониторов - не менее 1,2 м.

Рабочие места с ПЭВМ при выполнении творческой работы, требующей значительного умственного напряжения или высокой концентрации внимания, рекомендуется изолировать друг от друга перегородками высотой 1,5 - 2,0 м.

Экран видеомонитора должен находиться от глаз пользователя на расстоянии 600 - 700 мм, но не ближе 500 мм с учетом размеров алфавитно-цифровых знаков и символов.

.2 Неблагоприятные факторы

В помещениях, предназначенных для работы с ПЭВМ, нормативами СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 /15/ устанавливаются следующие контролируемые гигиенические параметры: уровни электромагнитных полей (таблица 5.1), акустического шума (таблица 5.2), концентрация вредных веществ в воздухе, мягкое рентгеновское излучение (только для видеодисплейных терминалов на основе ЭЛТ) и визуальные показатели видеодисплейных терминалов (таблица 5.3).

Таблица 5.1 - Временные допустимые уровни ЭМП, создаваемых ПЭВМ

Таблица 5.2 - Допустимые уровни шума

Таблица 5.3 - Допустимые визуальные параметры устройств отображения информации

Для дисплеев на ЭЛТ частота обновления изображения должна быть не менее 75 Гц при всех режимах разрешения экрана, гарантируемых нормативной документацией на конкретный тип дисплея и не менее 60 Гц для дисплеев на плоских дискретных экранах (жидкокристаллических, плазменных и т.п.).

Концентрации вредных веществ, выделяемых ПЭВМ в воздух помещений, не должны превышать предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных для атмосферного воздуха.

Мощность экспозиционной дозы мягкого рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05 м от экрана и корпуса ВДТ (на электроннолучевой трубке) при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать 100 мкР/час.

.3 Категория помещения по пожароопасности

Проектирование зданий осуществляется в соответствии с требованиями к каждой категории производств по пожароопасности. Категория производства - В (пожароопасное). Класс пожароопасности - П-IIa по следующим признакам: наличие твердых горючих веществ.

.4 Электробезопасность

Электрические установки, к которым относятся практически всё оборудование ЭВМ, представляют для человека большую потенциальную опасность, так как в процессе эксплуатации или проведении профилактических работ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением. Для предотвращения электротравматизма необходимо правильно организовать обслуживание действующих электроустановок вычислительного комплекса, проведение монтажных, ремонтных и профилактических работ. Таким образом, для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения человека к корпусам аппаратных средств вычислительного комплекса и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, необходимо применять защитное заземление.

Защитное заземление является наиболее простой и эффективной мерой зашиты работников от поражения электрическим током. Под ним понимают преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Для соединения заземляемых частей комплекса с заземлителем применяют заземляющие проводники, которые прокладываются под фальш-полом. С их помощью заземленное оборудование присоединяют к магистрали заземления, идущей по периметру помещения скрыто (под фальш-полом).

Проектом предусматривается групповой тип заземления, выполненный из вертикальных стержней.

Вид - вертикальный стержневой у поверхности земли;

длина, м - 2,5;

диаметр, мм - 15;

расстояние между заземлителями, м - 5.

Необходимо определить число элементов заземления и разместить заземлитель на плане электроустановки, исходя из регламентируемых "Правилами устройства электроустановок" (ПУЭ) допустимых сопротивлений заземления.

Согласно ПУЭ в электроустановках до 1000 Вольт сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом.

Такого же сопротивления заземлителя требуют инструкции по эксплуатации вычислительных комплексов. Следовательно, нормируемое сопротивление заземления R_Н=4 Ом. На рисунке 5.1 приведена схема единичного заземлителя.

Рисунок 5.1 - Схемаединичного заземлителя

Рассчитаем сопротивление единичного заземлителя по формуле

,

где - сопротивление единичного заземлителя, Ом;

- удельное электрическое сопротивление грунта, Ом*м; для чернозема примем равным 40 Ом*м;

- длина заземлителя, м;

- диаметр заземлителя, м.

ρ_расч = ρ_изм·Ψ

ρ_расч = 40·1.7 = 68Ом.

Тогда сопротивление единичного заземлителя составит:

 Ом,

где Ψ - сезонный коэффициент, определяемый из справочной литературы. В данном случае для II климатической зоны и стержневого вертикального электрода коэффициент Ψ=1.7.

Определим количество заземлителей при, где  - коэффициент использования группового заземлителя; характеризует степень взаимного экранирования электродов, составляющих групповой заземлитель и зависит от формы электродов, их числа и взаимного расположения.

,

где - количество заземлителей при , шт;В соответствии с ПУЭ нормированное значение сопротивления заземлителя R_Н = 4 Ом, т.к. напряжение питания не превосходит 1кВ.Тогда будет выполняться неравенство R_З>R_Н .

Найдем минимальное количество n₁ параллельно расположенных заземлителей:

Расположим заземлители в ряд.

Количество расположенных в ряд заземлителей n₁ = 4. Далее по справочным данным определяется коэффициент использования параллельно расположенных заземлителей η. Учитывая, что заземлители вертикальные, расположенные в ряд, и отношение расстояния между электродами к их длине равно 1, η = 0.83[10 Приложение 1 таблица 18, 20, 21].

Тогда количество параллельных заземлителей n будет вычислено по следующей формуле:

Рисунок 5.2 - План размещения заземлителей

Общее сопротивление не должно превышать 4 Ом. Это условие выполнено. Следовательно, заземление спроектировано правильно.Для заземления необходимо 4 заземлителя, расположенных в ряд. Схема размещения изображена на рис. 5.2.

С учетом схемы размещения заземлителя в грунте рассчитываем длину горизонтальной полосы L = 5 ·4 = 20 м и сопротивление R_Г:

R_Г= ρ/(п·l)·ln(2·L/(0.5·b)) = 68/(3.14·20)·ln(2·20/(0.5·0,015)) = 9,29Ом.

Рассчитаем результирующее сопротивление R как параллельное соединение всех вертикальных электродов с соединительной полосой с учетом коэффициентов экранирования:

R = R_З·R_Г/(R_Г·n·η+R_З·η_Г) =13.5·9.29/(9.29·4·0.83+13.5·0.77) = 3.04Ом.

Общее сопротивление не должно превышать 4 Ом. Это условие выполнено. Следовательно, заземление спроектировано правильно. Для заземления необходимо 4уголковых заземлителей, расположенных в ряд.

5.5 Расчёт естественного освещения

Естественное освещение подразделяют на боковое одностороннее или двустороннее, осуществляемое через окна; верхнее, через аэрационные и зенитные фонари; комбинированное.

На ВЦ, как правило, применяют одностороннее боковое естественное освещение. В машинных залах дисплеи должны располагаться подальше от окон и желательно сбоку.

Нормирование естественного освещения выполняется по коэффициенту естественного освещения:

e_N = e_H·m_N = 1,2· 0.9 = 1.08 %,

где N - номер группы административно-территориального района по особенности обеспеченности естественным светом (Тамбовская область находится во 2-ой территориальной группе)[10 Приложение 1 таблица 4];

e_H - значение коэффициента естественной освещенности (значение К.Е.О. при боковом освещении и наивысшей точности зрительной работы составит 1.2%)[10 Приложение 1 таблица 1];

m_N - коэффициент светового климата (для световых проёмов в наружных стенах зданий с ориентацией проемов на север коэффициент светового климата составляет 0.9)[10 Приложение 1 таблица 3].

Для того чтобы рассчитать естественное освещение необходимо знать площадь помещения:

S_П= l_П ·B =5 ·6 = 30 м².

Высота помещения составляет 3м. Рассчитаем высоту остекления:

H₀ = Н - 0.8 - 0.3 = 3 - 0.8 - 0.3 = 1.9 м,

Где Н - высота помещения;

.3м - расстояние от потолка;

.8м - расстояние от пола.

При боковом одностороннем освещении суммарную площадь световых проемов определим по формуле:

S₀ = S_П·e_N·η₀·K_З·К_ЗД/(100·τ₀·r₁),

Где S_П - площадь пола помещения, 30м²;

e_N - нормированная минимальная величина К.Е.О. для бокового освещения 1.3%;

h₀ - световая характеристика окна и отношения длин сторон, 7.5 (B/H₀=3, l_П/B=1) [10 Приложение 1 таблица 5];

K_З - коэффициент запаса, учитывающий загрязнение светопропускающего материала светового проема (в помещении концентрация пыли, дыма, копоти не превысит 1 мг/м³, угол наклона светопропускающего материала к горизонту 90⁰), 1.3[10 Приложение 1 таблица 2];

K_ЗД- коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями (противостоящих зданий нет), 1[10 Приложение 1 таблица 6];_l- коэффициент, учитывающий отраженный свет, 1.05(l_П/B=1, l/B=0.3, B/H₀=3) [10 Приложение 1 таблица 9];

t₀ - общий коэффициент светопропускания светового проема:

t₀ = t₁ · t₂ · t₃ · t₄ = 0.9· 0.85 · 1 · 1 = 0.77,

Где t₁ - коэффициент светопропускания материала (в качестве светопропускающего материала используем стекло оконное листовое), 0.9[10 Приложение 1 таблица 7];

t₂ - коэффициент, учитывающий потери света в переплетах окна (вид переплёта - спаренный), 0.85;

t₃ - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях (несущие конструкции отсутствуют), 1;

t₄ - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах (в качестве солнцезащитных устройств будем использовать убирающиеся регулируемые жалюзи), 1[10 Приложение 1 таблица 8].

S₀ = 30·1.08·7.5·1·1.3/(100·0.77·1.05) = 3,91м².

Количество световых проемов найдем из формулы:

n = S₀/S₁ = 3,91/1= 2,

где S₁ - площадь одного светового проёма, 1,95м².

Принимаем оконный блок размером 1,3x1,5 м.

5.6 Расчет искусственного освещенияпомещения

К современному производственному освещению предъявляются высокие требования. Правильно спроектированное и выполненное освещение обеспечивает высокий уровень работоспособности, оказывает положительное психологическое воздействие на работающих, способствует повышению производительности труда.

Согласно действующим строительным нормам и СНиП 23.05-95 "Естественное и искусственное освещение", для искусственного освещения регламентирована наименьшая допустимая освещенность рабочих мест. Так, для работы с экраном дисплея в сочетании с работой над документами рекомендуемая освещенность составляет 400 Лк.

Исходные данные:

размеры помещения: 6´5 м;

высота помещения: Н = 3 м;

норма освещенности: Е_Н= 400.

Используем потолочные светильники типа УСП-35 с двумя люминесцентными лампами типа ЛТБЦ-35 (люминесцентная теплого белого цвета). Характеристики лампы: мощность - 35 Ватт, светоотдача - 80 люмен/ватт, длина - 1.27 м. Светильники располагаются по длине сторон помещения.

Светоотдача лампы составляет: Ф_Л = 80×35 = 2800 люмен, следовательно, светоотдача светильника должна составлять Ф_С = 2800×2 = 5600 люмен.

Высота подвеса светильников:

h=Н-0.2 = 3-0.2 = 2.8 м.

Число светильников в ряду: N = 6.

Расстояние между светильниками:

L = k×h = 0.5×2.8 = 1.4 м. ( k = 0.5 )

Число рядов светильников: n = 3.

Определим освещенность в точке а для проверки правильности выбранной системы освещения.

Освещенность рассчитывается по формуле:

Где r - расстояние от светильника до точки,

a - угол падения лучей.

Точка а освещается 12-ю светильниками, причем светильники 2-3-6-7, 1-4-5-8, 10-11 и 9-12 освещают точку а одинаково. Обозначим соответственно 1, 2, 3, 4 каждую группу светильников и рассчитаем для одного светильника из каждой группы освещенность, которую он приносит в точку а (таб. 5.4):

Рисунок 5.3 - Схема освещения помещения

Таблица 5.4 - Параметры групп

Здесь 1 - номер группы; 2 - расстояние до точки а, м; 3 - косинус угла падения лучей; 4 - освещенность, создаваемая одним светильником, люкс; 5 - число светильников в группе; 6 - освещенность, создаваемая группой светильников.

Обычно освещенность, создаваемая точечным источником света, излучается равномерно во все стороны. Поскольку светильник не является таким источником, введем поправочные коэффициенты:

К_Н - коэффициент, учитывающий неравномерность излучения (светильник излучает больше вниз, чем вверх и в стороны), К_Н = 1.2;

Ко - коэффициент, учитывающий дополнительное освещение отраженным светом от стен и потолка; Ко = 1.2;

К_З - коэффициент, учитывающий запыленность; Кз = 0.7.

Освещенность в точке а:

Е = 503×1.2×1.2×0.7 = 507.02 люкс.

Так как норма освещенности помещения должна быть не менее 400 люкс, то полученные расчеты верны.

5.7 Кондиционирование помещения

Под кондиционированием воздуха понимается процесс поддержания параметров воздушной среды в допустимых пределах, который обеспечивает надежную работу ЭВМ, длительное хранение носителей информации и комфортные условия работы обслуживающего персонала.

Технические особенности работы ЭВМ требуют специального подхода к выбору, проектированию и эксплуатации устройств кондиционирования воздуха.

Так как в машинном зале ВЦ выделяется большее количество теплоты, чем в административных помещениях, то кондиционеры работают в течение всего года только на охлаждение. При организации кондиционирования воздуха на ВЦ ставятся более жесткие ограничения в отношении температуры, влажности и содержания пыли в воздухе и учитывается возможность использования пространства под технологическим полом и над подвесным потолком. Микроклимат производственных помещений определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха. Для создания и подержания оптимального искусственного микроклимата в помещениях, отвечающего санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям, применяется кондиционирование воздуха.

5.7.1 Расчет системы кондиционирования

Установим источники избыточных тепловыделений. Основными источниками избыточных тепловыделений в рассматриваемом помещении являются компоненты средств вычислительной техники, обслуживающий персонал и солнечная энергия. Таким образом:

Где Q_ЭЛ - тепловыделение от электрооборудования; Q_Ч - тепловыделения людей; Q_ОСТ - тепловыделение от солнечной энергии через остекленные проемы. При .

Тепловыделения электрооборудования определяются по формуле:

Где N = 1.2 кВт - мощность электрооборудования; k₁ = 0.8 - коэффициент использования мощности машин (выбирается в пределах 0.7-0.9); k₂ = 0.7 - коэффициент загрузки (выбирается в пределах 0.5-1.0); k_З = 1 - коэффициент одновременной загрузки оборудования (0.5-1.0); k₄ = 0.1 - коэффициент ассимиляции тепла воздуху.

,

Тепловыделения людей, обслуживающих вычислительный комплекс определяются соотношением:

Где n = 3 - численность работающих в помещении людей;

Q_ЧЕЛ = 0.08 кВт - средняя величина тепловыделений одного человека.

,

Тепловыделений от солнечной радиации с учетом остекления вычисляются по формуле:

Где = 0.17 кВт - величина потока радиации через 1кв.м поверхности остекления; = 0.8 - коэффициент, зависящий от поверхности остекления; - приведенная площадь поверхности остекления: ( = 3,91 м²);

= 3.91×0.17×0.8 = 0.53кВт.

Суммарную величину избыточных тепловыделений в помещении:

кВт.

Для отвода тепла необходима производительность по воздуху, вычисляемая по формуле:

,

Где с = 0.24 ккал/кг×˚С- теплоемкость сухого воздуха; р = 1.205 кг/куб.м - плотность приточного воздуха; t_B = 22⁰С - температура воздуха внутри помещения; t_H = 19 ⁰С - температура воздуха, поступающего в помещение извне.

Учитывая производительность, необходимая кратность воздухообмена составит:

,

Где V - объем помещения.

.

.

5.7.2 Выбор кондиционера

Для кондиционирования воздуха применен кондиционер Samsung CH070EZMСсо следующими техническими характеристиками:

площадь помещения - 30 кв. м;

производительность по воздуху - 1110 куб. м/ч;

мощность - 2.5 кВт;

производительность по холоду - 6.8 кВт

Количество установленных в помещении кондиционеров должно соответствовать потребностям в отводе избыточного тепла:

Как видно из формулы, для отвода тепловыделений достаточно одного кондиционера, однако, для повышения комфортности условий работы для помещения, занимаемого подразделением САПР лучше применить два кондиционера.

5.8 Защита от атмосферного электричества

Молниезащита - эффективное средство защиты и повышения устойчивости функционирования объектов при воздействии на них атмосферного статического электричества. Она включает комплекс мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений, возможных при воздействии молний.

Для всех зданий и сооружений, не связанных с производством и хранением взрывчатых веществ, а также для линий электропередач и контактных сетей, проектирование и изготовление молниезащиты должно выполняться согласно СО 153-34.21.122-2003. По степени защиты здания и сооружения подразделяются на три категории: здания и сооружения, отнесённые к I и II категории молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных проявлений молнии и заноса высокого потенциала через наземные, надземные и подземные металлические коммуникации; здания и сооружения, отнесённые к III категории молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высокого потенциала через наземные и подземные металлические коммуникации.

5.8.1 Устройство молниезащиты

По справочным данным [10 Приложение 1 таблица 30]определим среднегодовую продолжительность гроз в часах на территории Тамбовской области, она составляет 40-60 ч. Определим ожидаемое количество поражений молнией в год N для здания прямоугольной формы.

N = ((В_ЗД+6·h_ЗД)·(L_ЗД+6·h_ЗД) - 7.7·h²_ЗД) · n · 10^-6,

где n - среднегодовое число ударов молнии в 1 км² земной поверхности в районе расположения здания, для Тамбовской области n= 4[10 Приложение 1 таблица 31]; В_ЗД - ширина здания, В_ЗД = 20 м; L_ЗД - длина здания, L_ЗД = 40 м; h_ЗД - высота здания, h_ЗД = 7 м.

N=((20+6·7)·(40+6·7) - 7.7·(7)²)·4·10^-6 ≈ 0.019.

Исходя из того, что наше помещение относится к здaниям вычислительных центров и имеет низкую степень поражения молний в год по справочным данным находим, что наше помещение относится к II категории молниезащиты и соответствует типу Б по зоне защиты. Для эффективной защиты зоны Б необходимо установить на крышу здания стальной штырь длиной h_ш = 8 м, поэтому общая высота молниеотвода составит:

h = H + h_ш.

h = 7 + 8 = 15 м.

Вычислим параметры зоны защиты молниеотвода.

Для вершины конуса:

h₀ = 0.92·h.

h₀ = 0.92·15 = 13.8м.

Для радиуса конуса:

r₀ = 1.5·h.

r₀ = 1.5·15 = 22.5 м.

Радиус зоны защиты на высоте H=7 м составит:

r_X = 1.5·(h - H/0.92) = 1.5·(15 - 7/0.92) = 11.1 м.

Схема одиночного стержневого молниеотвода представлена на рисунках 7.1 и 7.2.

Рисунок 7.1- Горизонтальный вид защитной зоны

Рисунок 7.2- Фронтальный вид защитной зоны

Как видим из расчетов, наше помещение попадает в защитную зону, следовательно, одиночный молниеотвод подходит для создания эффективной защиты от молнии.

Для защиты от ударов молнии объектов II категории отдельно стоящие или устанавливаемые на защищаемом объекте не изолированные от него стрежневые молниеотводы. Допускается использовать в качестве молниеприемника металлической кровли здания или молниеприемника сетки, накладываемой на металлическую кровлю.

В качестве токоотводов рекомендуется использовать металлические конструкции зданий и сооружений, вплоть до пожарных лестниц на зданиях, при этом импульсное сопротивление каждого заземлителя должно быть не более 10 Ом.

6. Технико-экономическое обоснование разработки САПР

.1 Определение единовременных затрат

При определении единовременных затрат известно, что предприятие не располагает необходимыми техническими средствами для создания САПР и их требуется приобрести. Величина единовременных затрат определяется по формуле:

, где

К₀ - капитальные затраты на основные средства вычислительной техники, руб.;

К_В - капитальные затраты на вспомогательное оборудование, лабораторные приборы, дорогостоящий инвентарь, руб.;

К_С - капитальные затраты на строительные работы, связанные с внедрением САПР, руб.;К_С=0,так как нет затрат на строительство.

,133 - коэффициент, учитывающий затраты на доставку и монтаж основного и вспомогательного оборудования.

Таблица 6.1-Капитальные затраты на основные средства определяются из сметы спецификаций:

Капитальные затраты на вспомогательное оборудование можно принять в размере 10% от капитальных затрат на основные средства.

=(247668+0,1*247668+0)*1,133 = 308 668,63 руб.

.2 Расчет стоимости одного машино-часа работы комплекса технических средств САПР

Стоимость часа машинного времени рассчитывается по формуле:

=395,51 руб,

где

З_экс - сумма затрат по эксплуатации средств вычислительной техники в час, руб.;

Т_эф - эффективный фонд времени работы оборудования (за год), руб.

Сумма затрат на эксплуатацию средств вычислительной техники определяется по формуле:

,

где

З_м= 2 724,35 - затраты на основные и вспомогательные материалы (в размере 1% от стоимости оборудования), руб;

З_э - затраты на электроэнергию, руб.;

З_з- затраты на зарплату работников (с учетом отчислений на социальные нужды в размере 34,2%, где 34% - ФНС, ФМС, ПФ, 0,2% - страхование от несчастных случаев), руб.;

З_а - сумма годовых амортизационных отчислений, руб.;

З_рто- затраты на ремонт и техническое обслуживание оборудования, руб.;

З_пр=1380,93- прочие расходы, руб.

Затраты на электроэнергию рассчитываются по формуле:

, где

М_i - установленная мощность i-го вида оборудования, квт.;

Т_эфi - эффективный фонд времени работы i-го вида оборудования (за год), час.;

Ц_квт/ч - цена одного киловатт-часа электроэнергии, руб.;

К_м - коэффициент использования мощности,К_м= 0,9.

=0,91*1741*2,1*0,9 = 2994,35 руб.

Затраты на зарплату персонала, обслуживающего комплекс технических средств, определяются по формуле:

,

где

О_месi - месячный оклад работника i-й квалификации, руб.;

Ч_i - численность работников i-й квалификации, чел.;

- число месяцев в году;

К_сс - коэффициент, учитывающий начисления на заработную плату (отчисления на социальные нужды), К_сс= 1,342 руб.

Таблица 6.2. Данные для расчета берутся из штатного расписания подразделения