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.

2.11 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.

2.12 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.

3.1 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.

3.1.2 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.

3.1.3 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.

3.1.4 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.

3.1.5 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".

3.2 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

4.1 Постановка задачи оптимизации

Общая постановка задачи имеет вид [2] :

X=argmin(Q(x,y))

f(x,y) = 0 - ограничение типа равенство

ц(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))

y=F(x); - математическая модель

Q?Qmax; - 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*…* xn

Размерность этого множества:

Dim(V) = ,

Где- количество принимаемых значений переменнойxi.

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.

4.2 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),

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

3) 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 = ДT/q, (1.1)

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

дT- 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 л Вт/(м ° С)

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

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

R=д/л

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

Qст=q*S*(Tк-Tул),

Qок = 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

Уд - 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.

4.4 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.

4.5 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.

4.6 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.

4.7 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.

4.8 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.

5.1 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.

5.2 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

Наименование параметров	Временные допустимые уровни ЭМП
Напряженность электрического поля	в диапазоне частот 5 Гц - 2 кГц	25 В/м
	в диапазоне частот 2 кГц - 400 кГц	2,5 В/м
Плотность магнитного потока	в диапазоне частот 5 Гц - 2 кГц	250 нТл
	в диапазоне частот 2 кГц - 400 кГц	25 нТл
Электростатический потенциал экрана видеомонитора	500 В

Таблица 5.2 - Допустимые уровни шума

Уровни звукового давления в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц	Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБа
63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
71	61	54	49	45	42	40	38	50

Таблица 5.3 - Допустимые визуальные параметры устройств отображения информации

Параметры	Допустимые значения
Яркость белого поля	Не менее 35 кд/кв.м
Неравномерность яркости рабочего поля	Не более +-20%
Контрастность (для монохромного режима)	Не менее 3:1
Временная нестабильность изображения (непреднамеренное изменение во времени яркости изображения на экране дисплея)	Не должна фиксироваться
Пространственная нестабильность изображения (непреднамеренные изменения положения фрагментов изображения на экране)	Не более 2 х (10-4L), где L - проектное расстояние наблюдения, мм

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.

5.3 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.

5.4 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.

с_расч = с_изм·Ш

с_расч = 40·1.7 = 68Ом.

Тогда сопротивление единичного заземлителя составит:

Ом,

где Ш - сезонный коэффициент, определяемый из справочной литературы. В данном случае для II климатической зоны и стержневого вертикального электрода коэффициент Ш=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 з. Учитывая, что заземлители вертикальные, расположенные в ряд, и отношение расстояния между электродами к их длине равно 1, з = 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= с/(п·l)·ln(2·L/(0.5·b)) = 68/(3.14·20)·ln(2·20/(0.5·0,015)) = 9,29Ом.

Определяем по таблице коэффициент использования горизонтальной полосы. Исходя из того, что количество заземлителей равно 4 , а отношение C/l = 1 и электроды размещены в ряд, з_Г = 0.77[10 Приложение 1 таблица 19].

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