Анализ некоторых важных характеристик ограждающих конструкций общественных зданий

Международный научно-исследовательский журнал  № 8(39)  Сентябрь

Плохих М.А.1, Базарова Е.А.2

1 Студент, 2студент, Юго-Западный государственный университет АНАЛИЗ НЕКОТОРЫХ ВАЖНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Аннотация

В статье приводится сравнение наиболее часто встречающихся наружных ограждающих конструкций на основании теплотехнического расчета, расчетов сопротивления паропроницаемости и воздухопроницаемости, а так же сопоставления массы и стоимости одного квадратного метра стены.

Ключевые слова: ограждающая конструкция, общественное здание, теплотехника, паропроницаемость, воздухопроницаемость.

Plohih M.A.1, Bazarova E.A.2

1Student, 2student, South-West State University

ANALYSIS OF SOME IMPORTANT CHARACTERISTICS OF ENCLOSING STRUCTURES OF PUBLIC

BUILDINGS

Abstract

The article gives a comparison of the most frequent external enclosing structures on the basis of thermotechnical calculation, calculation of resistance of vapor and air permeability. The correlation of weight and cost of one square meter of a wall is made as well.

Keywords: enclosure structure, public buildings, thermotechnics, vapor permeability, permeability to air.

В настоящее время существует множество вариантов конструкций наружных стен, выполняющих несущие и о граждающие функции. Одной из основных функций является обеспечение внутри помещения комфортного температурно-влажностного режима. В настоящей работе мы поставили своей целью на основании проведенных расчётов провести сравнение между различными конструкциями наружных стен общественных зданий и по результатам сделать вывод о наиболее оптимальной конструкции. Для сравнительной характеристики были взяты три варианта наружных стен (применяемая столетиями однородная каменная кладка и две современные многослойные конструкции) общественных зданий. Расчёты проведены для условий города Курска.

Первый вариант конструкции полностью состоит из керамического пустотелого кирпича (рис.1). Рассматриваемая стена общественного здания состоит из следующих слоёв, считая от внутренней поверхности:

1 - цементно-перлитовая штукатурка толщиной 15 мм, р=650 кг/м3 , Х=0,3Вт/(м-°С), ц=0,15 мг/(мчПа);

2 - кирпичная кладка из пустотелого керамического кирпича толщиной 1550 мм (по расчёту), р=1600 кг/м3 , /.=0.64Вт/(\г°С). ц=0,14 мг/(мч-Па).

Рис. 1 - Однослойная стена из керамического пустотелого кирпича

Теплотехнический расчёт

Расчётные температуры tE =20°C (согласно ГОСТ 30494-96) [4] и U =-24°C (согласно СП 131.13330.2012)[2]; нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции ДС=4,5 (согласно СП 50.13330.2012)[3]; коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции ^,=8,7 (Вт/(м2 °С)) (согласно СП 50.13330.2012); ^=-2,3°С, 7от=194(дн.) (согласно СП 131.13330.2012); ГСОП=4326 (°Ссут.).

Базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции R тр=2,5((м2°С)/Вт).

Из условия: S2 > М = (R 0 — т-)  Я2 находим толщину керамического кирпича:

52=15 50 (мм). В результате получена общая толщина стены равная 1565 мм.

Расчёт воздухопроницаемости

Нормируемая поперечная воздухопроницаемость ограждающих конструкций вн=0,5(кг/м2ч) (согласно СП

50.13330.2012); высота общественного здания Н=18м; U =-24°C; tE =20°C; максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь и=3,9 м/с; удельный вес наружного и внутреннего воздуха ун=13,9(Н/м3) и ув=11,8(Н/м3).

Разница давления воздуха снаружи и внутри определяется по формуле (СП 50.13330.2012):

73

Международный научно-исследовательский журнал  № 8(39)  Сентябрь

АР = О, 5 5  Н

ЛР=27,13

Нормируемое сопротивление воздухопроницанию RУ = А) (СП 50.13330.2012) (2) Rур = 54,2 6 (м2чПа).

Сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций

Ru = R1 + R2 + R3 5 где R1,R2 ,R3

сопротивление воздухопроницаемости отдельных слоев ограждающих конструкций.

Яи=150,5

Ru = 1 5 О , 5

Расчёт сопротивления паропроницанию

Сопротивление паропроницанию Rvp, ограждающей конструкции должно быть не менее нормируемых сопротивлений паропроницанию, определяемых по формулам

gre4 _ 0,0024 -z0-(eint-E0) , „

'тП PW<VAav+7 ;

{E—eext)

xvp2

где Zq - продолжительность периода в сутках;

Е0 - парциальное давление водяного пара;

- толщина утеплителя;

- плотность утеплителя;

А av - предельное допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале.

р > рreq

nvp — nvp

фт4=50% (согласно СП 50.13330.2012); tE =20°C; парциальное давление насыщенного водяного пара Emt=2338 (Па) (согласно СП 23-101)[1]; elnt=П69(Па).

Парциальное давление водяного пара определяется по формуле (СП 50.13330.2012):

g _ E1-z1+E2-z2+E3-z3

где Z], Z2, Z3 - продолжительность (месяцев) периодов.

Значения температур в плоскости возможной конденсации определяются по формуле (СП 50.13330.2012):

tint

.

Спротивление теплопередаче внутренней поверхности ограждения R^^,^^ 2°С)/Вт); ^=2,63((м-°С)/Вт); термическое сопротивление слоя ограждения в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации Ж=2,47((м2-°С)/Вт).

По формуле (5) Е =-------—-------= 1 1 О 4 (Па).

Среднее парциальное давление водяного пара определяем по СП 131.13330.2012 eeXt=805(Па).

Согласно формуле (3) R = О , 8 О (м (П^);

R * = 3,6 9 (——);

Rv„ = + Z. = 1 1,2 (м ч Па); где ц - коэффициент паропроницаемости (мг/мчПа).

Rvp = 1 1,2 > R™P = О,8 О .

Для расчета нормируемого сопротивления паропроницанию R™2 необходимы: продолжительность периода в сутках z0=132 (сут) и средняя температура этого периода t0=-5,3 (°С) (согласно СП 131.13330.2012); т0 = - 4,9 (°С) (рассчитанное по формуле температуре Е0=405(Па).

Согласно СП 50.13330.2012 в многослойной ограждающей конструкции увлажняемым слоем является кирпичная кладка толщиной Aw = 1,5 5 (м); плотностью pw = 1 6 О О (()); предельное допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в этом материале согласно СП 50.13330.2012 Aav = 1,5 %.

Коэффициент п определяется по формуле (СП 50.13330.2012):

_ 0,0024(д0-еНо) г0

KVY)

--------------); парциальное давление водяного пара при соответствующей

йп

V

п=о.

По формуле (4): R ^ = О , О 7 4 (—)П~);

.

Расчёт распределения парциального давления водяного пара по толще стены и определение возможности образования конденсата в толще стены

tmt=20°C; ф1М=50%; eint=1169

Определяем температуры на границах слоев по формуле (4) и по этим температурам - максимальное парциальное давление водяного пара по приложению С (СНиП 23-101-2004).

Е!=2169(Па); Е2=2102(Па); Е3=344(Па).

Рассчитаем действительные парциальные давления водяного пара на границах слоев по формуле:

ieint~eext)'^E

74

Международный научно-исследовательский журнал  № 8(39)  Сентябрь

Согласно формуле (8): е1=1169(Па); е2=1161(Па); е3=284(Па).

Сопротивление паропроницанию: R1=0; R2=0,1

(м 2- чПа\

мг )

R3=11,2 (—).

мг

При анализе величин Ег и е, водяного пара на соответствующих гранях прослоек наблюдаем, что все значения е, ниже значений Еь что говорит об отсутствии допустимости конденсации водяного пара в ограждающей конструкции.

Для очевидности расчета изобразим график распространения максимального парциального давления Et водяного пара и график изменения действительного парциального давления e, водяного пара по толще стены в масштабе сопротивлений паропроницанию его слоев. Очевидно, что эти кривые не пересекаются, что демонстрирует недопустимость возникновения конденсата в ограждающей конструкции (рис.2).

Рис. 2 - Распределение парциального давления водяного пара в традиционной ограждающей конструкции

Второй вариант - современная конструкция несущей стены из кирпичной кладки с системой вентилируемого фасада (рис.3). Многослойная стена общественного здания состоит из следующих слоёв, считая от внутренней поверхности:

1 - цементно-песчаная штукатурка толщиной 15 мм, р=1600 кг/м3 , Х=0,93Вт/(м°С), ц=0,09 мг/(мчПа);

2 - кирпичная кладка из силикатного кирпича толщиной 510 мм, р=1800 кг/м3 , Х=0,7Вт/(м °С), ц=0,11 мг/(мчПа);

3 - утеплитель Izovol толщиной 60 мм (по расчёту), р=100 кг/м3, /.=0.035Вт/(\г°С). ц=0,35 мг/(м ч-Па).

Рис. 3 - Многослойная стена с вентилируемым фасадом

Теплотехнический расчёт

Расчётные температуры: tE =20°C (согласно ГОСТ 30494-96) и ^ =-24°C (согласно СП 131.13330.2012); AtB=4,5 (согласно СП 50.13330.2012); ^=8,7 (Вт/(м2°С)) (согласно СП 50.13330.2012); tOT=-2,3°Q 7от=194(дн.) (согласно СП

131.13330.2012); ГСОП=4326 (°Ссут.).

R тр=2,5((м2-°С)/Вт).

Из условия: 83 > 8” = (R 0 — ^- — гр)  Я3 находим толщину утеплителя:

Ai Л2

53=60 (мм). В результате получена общая толщина стены равная 585 мм.

Расчёт воздухопроницаемости

Нормируемая поперечная воздухопроницаемость вн=0,5(кг/м2ч) (согласно СП 50.13330.2012); Н=18м; ^ =-24°C; tE =20°C; и=3,9 м/с; ун=13,9(Н/м3) и ув=11,8(Н/м3).

Разница давления воздуха снаружи и внутри определяется по формуле (1): ЛР=27,13 (Па).

Нормируемое сопротивление воздухопроницанию по формуле (2):

75

Международный научно-исследовательский журнал  № 8(39)  Сентябрь

R т = 54,2 6 .

Ru=410,13

Ru = 4 1 0,1 3

Анализируя, полученный результат делаем вывод, что требуется установка ветрозащитной плёнки с наружной стороны утеплителя для предотвращения продувания утеплителя.

Расчёт сопротивления паропроницанию

Сопротивление паропроницанию Rvp, ограждающей конструкции должно быть не менее нормируемых сопротивлений паропроницанию.

фт4=50% (согласно СП 50.13330.2012); tE =20°C; Eint=2338 (Па) (согласно СП 23-101-2004); ет4=1169(Па).

Rsl=0,115((м2°С)/Вт); R0=2,61((м2•°С)/Вт); Ж=2,46((м2°С)/Вт).

гг д. z? 366-3 + 581-2 + 1568-7 i i m/тт \

По формуле (5) Е =-------—-------= 1 1 0 3 (Па).

eext=805(№).

Согласно формуле (3) ;

Rvp = 0;

Vvp

Ml М2

+

Мз

Rvp = 4,98 > Rrvepl

= 4,9 8

\ мг /

= 0 .

Для расчёта нормируемого сопротивления паропроницанию R

необходимы: z0=132 (сут), t0=-5,3 (°С) (согласно

СП 131.13330.2012); т0 = - 4, 9 6 (°С); Eo=402(m).

Согласно СП 50.13330.2012 в многослойной ограждающей конструкции увлажняемым слоем является утеплитель Izovol толщиной 5W = 0,0 6 (м); плотностью pw = 6 0 (к|); предельное допустимое приращение расчётного массового

отношения влаги в этом материале согласно СП 50.13330.2012 Д av = 3 %.

Коэффициент п определяется по формуле (7): п=0.

По формуле (4) : R™2 = 22,5 (м >'

. (условие не выполняется, поэтому требуется установка пароизоляционной

плёнки с внутренней стороны утеплителя)

Расчёт распределения парциального давления водяного пара по толще стены и определение возможности образования конденсата в толще стены

tint=20°C; ф1п=50%; eint=1169

E1=2169(№); Е2=2142(Па); Е3=1312(Па); Е4=341(Па). e1=1169(Па); е2=1139(Па); е3=314(Па); е4=284(Па).

Сопротивление паропроницанию: R1=0; R2=0,17(м ч Па); R3=4,81 (м ч Па); R4=4,98(м ч Па).

Построим график как и для первой конструкции стены. Очевидно, что эти кривые не пересекаются, что демонстрирует недопустимость возникновения конденсата в ограждении (рис. 4).

Рис. 4 - Распределение парциального давления водяного пара в современной ограждающей конструкции

Третий вариант стены - ограждающая конструкция в виде сэндвич-панели, которая приобретает все большую популярность в практике строительства (рис.5).

Как известно, сэндвич-панели не требуют расчета на воздухопроницаемость, сопротивление паропроницанию и расчёт распределения парциального давления водяного пара по толще стены, так как металлическая облицовка не пропускает паров влаги и не дает возможности образования конденсата. Слабым местом являются швы, необходим теплотехнический расчет, в результате которого определяется толщина утеплителя в панели. Мы провели расчет в городе Курске на примере сэндвич-панели, состоящий из двух металлических обшивок (прокатная сталь) и утеплителя в виде минеральной ваты:

76

Международный научно-исследовательский журнал  № 8(39)  Сентябрь

1,3 - прокатная сталь толщиной 1 мм, р=7800 кг/м3 , Я=58 Вт/(м °С);

2 - утеплитель в виде минеральной ваты толщиной 120 мм (по расчёту), р=110 кг/м3, /.=0.045 Вт/(м °С).

Теплотехнический расчёт

tB =20°C (согласно ГОСТ 30494-96) и tH =-24°C (согласно СП 131.13330.2012); Af=4 (согласно СП 50.13330.2012); ав=8,7 (Вт/(м2°С)) (согласно СП 50.13330.2012); tOT=-2,3°Q 7от=194(дн.) (согласно СП 131.13330.2012); ГСОП=4326,2 (°Ссут.).

R тр=2,77((м2^°С)/Вт).

Из условия: 82 > М = (R 0 — ^- — -р)  Я2 находим толщину керамического кирпича:

Ai Я3

52=120 (мм). В результате получена общая толщина стены равная 122 мм.

Помимо сравнения конструкций по результатам расчётов важно также сопоставить стоимость материалов за 1 м2 стены по рыночным ценам в городе Курске. Для первой конструкции общая стоимость материалов 1 м2 стены составила 1238,90 руб., для второй конструкции наружной стены - 750,24 руб., для третьей - от 900 руб.

Важным параметром является сравнение 1 м2 конструкции стены по массе, которая влияет на стоимость транспортировки, массивность и несущую способность нижележащих конструкций. Общая масса первой конструкции составляет 1663 кг, второй - 737,7 кг, третьей - 28,8 кг.

Результат исследований продемонстрировал, что устройство традиционной однородной каменной кладки в современных условиях недопустимо, поскольку конструкция имеет большую массу, толщину кирпичной кладки, что сказывается на стоимости. Наиболее дешевой конструкцией является кирпичная стена с вентилируемым фасадом, но на наш взгляд более оптимальной конструкцией для возведения общественных зданий таких как: торговые центры, рынки, спорткомплексы, вокзалы являются панели сэндвич, так как у них по сравнению с кирпичной кладкой есть ряд преимуществ, к которым можно отнести: простоту эксплуатации, монтажа и меньшую нагрузку на фундамент за счет относительно небольшой массы, меньшие трудовые и финансовые затраты, высокую звукоизоляцию и энергоэффективность, более высокие, воздухоизоляцию, влагоизоляцию и пароизоляцию[5]. Однако для строительства жилых и общественных зданий, где люди находятся длительное время (жилые дома, школы, детские сады, административные здания) предпочтительно использовать кирпичную кладку с различными вариациями утеплителя, так как кирпич более устойчив к воздействию окружающей среды и перепадам температур, более долговечен, а при грамотном архитектурно-дизайнерском решении внешний фасад обладает большей визуальной выразительностью.

Литература

1. СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты здания. М: ФУГП ЦПП, 2004.

2. СП 131.13339.2012 Строительная климатология. М.: Минрегион России, 2012.

3. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. М.: Минрегион России, 2012.

4. ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата помещений. МНТКС - М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 1999.

5. Сравнение панелей сэндвич с другими материалами [Электронный ресурс]. URL: http://stroitelstvo63.ru/spravochnik/paneli-sravnenie/ (дата обращения 30.06.2015).

References

1. SP 23-101-2004 Proektirovanie teplovoj zashhity zdanija. M: FUGP CPP, 2004.

2. SP 131.13339.2012 Stroitel'naja klimatologija. M.: Minregion Rossii, 2012.

3. SP 50.13330.2012 Teplovaja zashhita zdanij. M.: Minregion Rossii, 2012.

4. GOST 30494-96 Zdanija zhilye i obshhestvennye. Parametry mikroklimata pomeshhenij. MNTKS - M.: Gosstroj Rossii, GUP CPP, 1999.

5. Sravnenie panelej sjendvich s drugimi materialami [Jelektronnyj resurs]. URL: http://stroitelstvo63.ru/spravochnik/paneli-sravnenie/ (data obrashhenija 30.06.2015).

77

Международный научно-исследовательский журнал  № 8(39)  Сентябрь

Порунов А.А.1, Ягудина Р.О.2, Ягудин А.М.3

1Кандидат технических наук, 2магистрант,3магистрант, Казанский Национальный Исследовательский Технический

Университет

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОНИТОРИНГА С ПОВЫШЕННОЙ ДОСТОВЕРНОСТЬЮ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЭПИЛЕПТИФОРМНОЙ АКТИВНОСТИ

Аннотация

В работе представлены методы и средства идентификации состояния больных эпилепсией, которые базируются на сравнительном анализе и оценке наиболее перспективных вариантов построения отечественных и зарубежных разработок, отличающиеся как топологией, так и составом используемых предикторов. Рассмотрены известные методы обработки потока первичных информативных сигналов и показана их ограниченность в рамках решаемой задачи. Представлен вариант построения системы автоматизированного мониторинга, отличающийся повышенной достоверностью идентификации эпилептиформной активности.

Ключевые слова: идентификация, достоверность, эпилептиформная активность.

Porunov A.A.1, Yagudina R.O.2, Yagudin A.M.3 1PhD in Engineering, 2master, 3master, Kazan National Research Technical University DEVELOPMENT OF AUTOMATED MONITORING WITH ENHANCED RELIANLE IDENTIFICATION OF

EPILEPTIFORM ACTIVITY

Abstract

This work presents the methods and means of identification of patients with epilepsy, which are based on a comparative analysis and evaluation of the most promising options for building domestic and foreign developments differing both topology and composition used predictors. Considers the known methods of processing the flow primary and informative signals and shown their limitations within the framework of the problem being solved. Presents a construction version of the automated monitoring system that improves in reliability of the identification epileptiform activity.

Keywords: identification, accuracy, epileptiform activity.

Эпилепсия в настоящее время имеет высокую медико-социальную значимость в связи с интенсивным нарастанием числа больных, страдающих этим тяжелым недугом. В этой связи в нашей стране, а также за рубежом нарастает фронт исследований по разработке методов и средств не только в традиционных направлениях (медикаментозное, хирургическое лечение), но и в новых направлениях, одним из которых является создание систем прогнозирования и подавления эпилептического приступа (ЭП). Это направление является особенно актуальным для фармакорезистентных больных эпилепсией.

В последнее время в России и других зарубежных странах (США, Канаде, Белоруссии) интенсивно проводятся разработка и исследования средств автоматизированной оценки (САО) вероятности и прогноза возникновения эпилептиформной активности (ЭФА), а также последующей реализации нейростимулирующих воздействий. Современные электронные компоненты, вживляемые в головной мозг, при работе допускают сбои, но при этом известно, что пациенты, страдающие эпилепсией, обладают собственной чувствительностью к приближению эпилептического припадка, что подтверждает актуальность создания САО ЭФА, обладающих способностью самостоятельного включения пациентом нейростимуляторов в работу.

Существующие САО ЭФА содержат не вживляемую часть прибора в виде блока передатчика и вживляемую часть в виде блока приемника. Вживляемая часть содержит процессор, блок памяти, источник питания, рамочную антенну для подзарядки источника питания извне, и другие элементы для получения сигналов стимуляции требуемого вида. Во время подзарядки источника питания возможно перепрограммирование САО ЭФА с использованием внешнего программатора и проведение контроля взаимного расположения антенн. При этом антенна для подзарядки может выполнять функцию антенны для телеметрии, а устройство в целом позволяет воздействовать на центральную нервную систему методом дистанционной длительной стимуляции переменным током с использованием вживляемых микроэлектродов, с целью подавления приступов. Однако, реализация такой концепции построения САО ЭФА не обеспечивает отдельных режимов управления лечебным процессом.

Более широкими функциональными возможностями обладает нейростимулирующая система, предложенная в работе, которая включает использование информационно-стимулирующего блока, вживляемого в зону расположения очага ЭФА (выявлен на предыдущих этапах диагностических исследований пациента), состоящего из системы микроэлектродов, включающей регистрирующий и стимулирующий электроды, предусилителя и фильтра, а также блока оценки и управления, вживляемого в подключичную область, включающего блок питания, электронейростимулятор, приемопередатчик и микроантенну для беспроводной связи с блоком врача.

Принципиальным ограничением такой реализации этой концепции построения САО ЭФА является то, что формирование прогноза приближения ЭФА основано на одном симптоматическом признаке, позволяющем построить одноканальную систему, которая характеризуется недостаточной помехоустойчивостью, достоверностью и надежностью информации о приближении эпилептического приступа и обоснованности мер по его предупреждению. Для преодоления основного недостатка такой концепции построения может быть использовано введение в состав информационно-стимулирующего блока микросистемного коммутатора, обеспечивающего встречное направление перемещения потоков информативных сигналов и нейростимулирующих воздействий, при этом в блок оценки и управления введен модуль обработки и анализа электроэнцефалографических сигналов, который позволяет повысить достоверность определения момента приближения эпилептического приступа, за счет использования предварительной селекции ЭЭГ сигнала на ритмы, и последующего кворирования параметров биопотенциалов и их статистических характеристик [1].

78