Расчет противорадиационных укрытий (ПРУ)

Вопросы занятия:
Введение
Факторы, влияющие на коэффициент защиты помещений.
Анализ составляющих, определяющих коэффициент защиты ПРУ.
Методика расчета коэффициента защиты помещения, выбираемого в качестве ПРУ.
Оценка эффективности мероприятий по повышению коэффициента защиты ПРУ.
Заключение
Задание на самоподготовку. Контрольные вопросы
Литература:
1.Безопасность жизнедеятельности. Учебник ЗанькоН.Г., Малаян К.Р., Русак О.Н, издательство Лань.,СПб, 2008г.
3. Учебное пособие: «Гражданская защита в чрезвычайных ситуациях», часть II, В.К.Смоленский, И.А.Куприянов,СПб ГАСУ,2007г.

1. Факторы, влияющие на коэффициент защиты помещений.
Учитываются две группы факторов, влияющих на ослабление радиоактивных излучений:
барьерную и
геометрическую.
Сущность барьерной защиты - состоит в ионизации атомов вещества с материалом ограждающих конструкций. При этом Гамма-излучение рассеивается в толще материала и теряет значительную часть своей энергии. Степень ослабления излучений зависит от того, сколько электронов вещества вступят во взаимодействие с гамма фотонами. Это можно оценить произведением количества электронов в единице объема материала ограждающих конструкций на его толщину.
Для таких материалов ограждающих конструкций, как кирпич, бетон, железобетон, а также для грунта безразмерные атомные характеристики (отношение удвоенного атомного номера к атомному весу) близки к единице. Поэтому степень (кратность) ослабления излучений материалом стены или перекрытия оценивают одной переменной величиной произведением объемного веса на толщину конструкции.

Геометрическая защита
характеризует ослабление излучений вследствие их рассеивания в объемах помещений, экранирования соседними зданиями и т. д.
Расчетные формулы СНиП II-11-77 имеют вид для помещений:
а) в одноэтажном здании:
б) в первом этаже многоэтажного здания:

в) на первом этаже внутри многоэтажного здания, когда ни одна стена помещения непосредственно не соприкасается с зараженной территорией:
г) в заглубленном или обсыпном сооружении без надстройки:
д) в полностью заглубленном подвале или во внутренней части не полностью заглубленных подвальных и цокольных этажей, а также для не полностью заглубленных подвалов и цокольных этажей при суммарном весе выступающих частей наружных стен с обсыпкой 1000 кгс/м2 и более:

2. Анализ составляющих, определяющих коэффициент защиты ПРУ.
Коэффициенты геометрической защиты учитывают размеры здания и окружающей застройки, влияющие на ослабление радиоактивных излучений, проникающих в помещение ПРУ.
- характеризует фронт проникания излучений через все наружные и внутренние стены здания в точке, расположенной в геометрическом центре ПРУ. Принимается, что при суммарном весе наружных и внутренних стен в данном направлении более 1000 кгс/м2 излучения поглощаются ими полностью. определяется по формуле.
где – сумма плоских углов с вершиной в центре помещения, против которых расположены наружные и внутренние стены с суммарным весом менее 1000 кгс/м2. Если суммарный вес всех стен в пределах всех плоских углов более 1000 кгс/м2, то принимают .
Вес стен учитывается приведенный, т. е. с учетом ослабления стены проемами.

Пример:
Рис. 1 Схематический план здания
если суммарный вес 1 м² в направлении внутренних стен помещения (рис. 1) превышает 1000 кгс/м2, учитывается только угол и вес наружной стены. Величина угла находится через его тангенс, определяемый по известной длине и ширине помещения ПРУ:
Таким образом, коэффициент , главным образом, характеризует фронт проникания излучений в ПРУ через наружные стены.

учитывает снижение поглощающей способности наружных стен за счет оконных и дверных проемов. Значения коэффициента находятся умножением геометрического коэффициента естественной освещенности помещения на числовой коэффициент m, зависящий от высоты оконного проема над уровнем чистого пола (табл. 3).
Коэффициент естественной освещенности равен отношению общей площади оконных проемов к площади пола помещения
зависит от ширины здания и учитывает, какую часть зараженной территории занимает крыша здания. Определяется по первой строке таблицы 29 СНиП (высота помещений не учитывается).
зависит от ширины зараженного участка , примыкающего к зданию, и учитывает экранирующее влияние соседних зданий (табл. 30 СНиП).
При расположении ПРУ в подвале или отдельно стоящем сооружении определяются коэффициенты и

зависит от ширины и высоты помещения ПРУ и учитывает, какая доля радиации проникает в помещение от радиоактивных осадков, выпавших на крышу (табл. 29 СНиП). Для заглубленных или обсыпных сооружений в высоту помещения включается также вся толщина засыпки.
зависит от вида входа и его защитных свойств и характеризует часть дозы радиации, проникающей в ПРУ через входы. Определяется по формулам:
а) без стенки-экрана у входа:
б) со стенкой-экраном у входа или дверью весом более 200 кгс/м2:
Коэффициент учитывает тип и характеристику входа и определяется по табл. 31 СНиП. Коэффициент характеризует конструктивные особенности и защитные свойства входа и принимается по таблице 32 СНиП. Коэффициент находят по таблице 28 (как и ). n – число входов.

Коэффициенты барьерной защиты учитывают ослабление радиоактивных излучений при их проникновении сквозь массу стен и перекрытия в помещение ПРУ.
Коэффициент для стен учитывает ослабление первичных излучений наружными стенами и зависит от приведенного веса ограждающих конструкций
:
Где:
– вес 1 м2 сплошной стены, – площадь стены, – площадь проемов в стене.
Коэффициенты для перекрытий: учитывает ослабление первичных излучений перекрытием отдельно стоящего обсыпного сооружения без надстройки; учитывает ослабление вторичных излучений перекрытием подвала. Они зависят от веса 1 м2 перекрытия. Все коэффициенты барьерной защиты определяются по табл. 28 СНиП в зависимости от веса ограждающих конструкций.
Значение коэффициента защиты помещений в многоэтажных зданиях следует также умножить на коэффициент герметичности , в случае, если заражение соседних (смежных и вышележащих) помещений не предотвращено. При , при .

3. Методика расчета коэффициента защиты помещения, выбираемого в качестве ПРУ.
Рассматривается помещение, расположенное на первом этаже многоэтажного здания. Исходные данные для расчета коэффициента защиты помещения приведены в таблице:
Принято, что суммарный вес 1 м2 всех стен, кроме наружной, более 1000 кГ. Ширина всех окон 1,5 м, высота окон – 1,6 м, площадь одного окна – 2,4 м2. Соседние помещения не герметизированы.
Расчетная формула СНиП для данного случая имеет вид:

1. Определяем коэффициенты геометрической защиты.
1) Находим – угол с вершиной в центре помещения напротив наружной стены:
определяем :
2) Вычисляем коэффициент , используя линейную интерполяцию:
вычисляем м2;
определяем :
3) Определяем коэффициент интерполяцией по таблице 29 СНиП:

4) По табл. 30 СНиП находим коэффициент :
5) Определяем барьерный коэффициент . Для этого находим приведенный вес 1 м2 наружной стены:
м2
Кг/м2
Интерполируя по таблице 28 СНиП, определяем:
6) Находим коэффициент . В нашем случае
Поэтому
7) Вычисляем первоначальный коэффициент защиты:

Полученное значение меньше минимально допустимого для ПРУ, поэтому требуется провести мероприятия по повышению степени противорадиационной защиты помещения.
Рассмотрим вариант повышения коэффициента защиты путем закладки оконных проемов кирпичом полностью. В этом случае , а ,значит,
Кг/м2
Определяем новое значение коэффициента :
Коэффициент защиты будет равен
Площадь закладки: м2
Трудоемкость варианта составит чел/ч
Применим теперь закладку оконных проемов с оставлением 0,3 м сверху. Определяем количество окон:

Новое значение будет равно
м2
Величина составит:
м
При этом . Новое значение :
Приведенный вес 1 м2 наружной стены:
Кг/м2
Новый Коэффициент защиты:
Площадь закладки:
Трудоемкость:
Чел/ч
Дополним предыдущий вариант устройством пристенного экрана из бревен диаметром 20 см. Вес 1 м2 такого ограждения равен 140 кгс. При этом -

Кг/м2
Определим высоту экрана. При отметке пола 0,5 м над уровнем земли и устройстве экрана по высоте до уровня верха закладки имеем:
Длина экрана равна длине помещения плюс две толщины поперечных стен, которые принимаем по 0,3 м:
Трудоемкость варианта:
Чел/ч
Последний вариант обладает наибольшей трудоемкостью, но и обеспечивает самый высокий коэффициент защиты. Принимая окончательное решение, надо принять во внимание величину заданного коэффициента защиты и наличие тех или иных материалов.

4. Оценка эффективности мероприятий по повышению коэффициента защиты ПРУ.
Варианты повышения защитных свойств помещений ПРУ необходимо разрабатывать в тех случаях, когда определенный по приведенным выше формулам первоначальный коэффициент защиты оказался меньше указанного в задании на проектирование – .
Возможны следующие проектные решения по повышению коэффициента защиты.
Для ПРУ в первом этаже многоэтажных зданий
1. Заделка оконных и дверных проемов в ограждающих конструкциях; при этом в расчетных формулах изменяются значения и повышается . Окна заделывают на высоту 1,7м от пола, с оставлением отверстия высотой 0,3 м сверху или полностью.
2. Устройство пристенных экранов из кирпича, камней, мешков с песком, бревен и др. у наружных стен зданий на высоту не менее 1,7 м от отметки пола помещения, с одновременной заделкой оконных проемов на всю толщину стен. В расчетных формулах за счет увеличения суммарного веса стены и экрана значительно повышаются коэффициенты и .

3. Герметизация смежных и вышележащих над укрытием помещений заделыванием лишних проемов, навеской на оставшиеся проемы в наружных стенах щитов, занавесей, уплотнением притворов внутренних дверей и пр. Это позволит не вводить в формулы коэффициенты .
4. Различные сочетания перечисленных основных способов повышения защитных свойств помещений при одновременном варьировании материалов и толщины экрана или обсыпки.
Для ПРУ в подвальных помещениях, а также в заглубленных отдельно стоящих зданиях (дополнительно)
Обсыпка перекрытия слоем грунта, песка, шлака с усилением его в необходимых случаях установкой дополнительных поддерживающих прогонов (балок) и стоек; за счет увеличения веса перекрытия возрастет величина коэффициента или , что приведет к увеличению .

Методика оценки и выбора мероприятий по повышению коэффициенты защиты
Задача оценки и выбора разработанных мероприятий, обеспечивающих повышение до заданной величины, является многовариантной задачей. Расчеты по приведенным формулам не сложны, но достаточно трудоемки. Это определяет необходимость автоматизации расчетов с применением ЭВМ. Оценка конкурентоспособных решений, обеспечивающих заданную степень защиты, и выбор лучшего варианта должны производится одновременно с оценкой сравнительной экономической эффективности по определенному критерию.
В качестве критерия сравнительной экономической эффективности мероприятий по повышению защитных свойств ПРУ можно принять минимум трудоемкости работ.
В простейшем случае, для ПРУ в первом этаже многоэтажного здания, если принята заделка окон и пристенный экран, трудоемкость работ определяется по формуле:
где – площадь заделки окон:
м2
– высота заделки оконного проема от пола, – ширина окна, – число окон в наружной стене;

– площадь стенки-экрана:
м2
– расстояние от планировочной отметки земли до отметки пола первого этажа;
– толщина поперечных внутренних стен;
И – удельные трудоемкости работ, зависящие от материала и толщины стен либо пристенного экрана.
Трудоемкость работ по герметизации проемов вышерасположенных и смежных помещений определяется по зависимости:
где – количество герметизируемых проемов, – удельная трудоемкость герметизации.
Выбирается вариант с наименьшими трудозатратами, который может быть реализован с учетом имеющихся возможностей (наличия специалистов, машин и пр.).
Таким образом, эффективность намеченных мероприятий оценивается степенью повышения и сравнительной трудоемкостью работ.

Рис. 2. Повышение защитных свойств.
1 – заделка оконных проемов, 2 – пристенный экран, 3 – герметизация