автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Оценка шумового режима при разработке строительно-акустических средств снижения шума в зданиях с крупногабаритным оборудованием и на прилегающих к ним территориях

На правах рукописи

СОЛОМАТИН ЕВГЕНИЙ ОЛЕГОВИЧ

ОЦЕНКА ШУМОВОГО РЕЖИМА ПРИ РАЗРАБОТКЕ СТРОИТЕЛЬНО-АКУСТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СНИЖЕНИЯ ШУМА В ЗДАНИЯХ С КРУПНОГАБАРИТНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ И НА ПРИЛЕГАЮЩИХ К НИМ ТЕРРИТОРИЯХ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

27 НОЯ 2014

Москва 2014

005555794

005555794

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет».

Научный руководитель: Леденев Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты: Кочкин Александр Александрович

доктор технических наук, доцент, декан инженерно-строительного факультета ФГБОУ ВПО «Вологодский государственный университет» Герасимов Анатолий Иванович кандидат технических наук, профессор кафедры «Архитектура гражданских и промышленных зданий» ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» Национальный исследовательский университет Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Нижегородский государствен-

ный архитектурно-строительный университет»

Защита состоится «25» декабря 2014 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 007.001.01 при ФГБУ «Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук» по адресу: 127238, г.Москва, Локомотивный проезд, д.21, светотехнический корпус, к. 205, тел. (495)482-40-76, факс: (495)482^0-60.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-методическом фонде НИИ строительной физики РААСН и на сайте http://niisf.ru/

Автореферат разослан «7» ноября 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Умнякова Нина Павловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из негативных воздействий промышленных предприятий на окружающую среду является шум. Часто располагаясь в черте поселений предприятия и среди них энергетические объекты, ТЭЦ, РТС, котельные и др., создают повышенные уровни шума не только внутри зданий, но и на прилегающих к ним территориях. В этой связи на предприятиях, располагаемых в черте поселений, при оценке шумового воздействия приходится решать две последовательные задачи. Первая задача связана с оценкой распределения звуковой энергии, возникающей внутри производственных помещений при работе технологического оборудования. Целью является установление уровней шума внутри помещений и последующего определения уровней на наружных поверхностях ограждений здания. При решении второй задачи производится оценка распространения шума от этих зданий на прилегающей территории как от источников звуковой энергии. В случаях, если выясняется, что шумовой режим в помещениях и на территориях не соответствует нормам, производится разработка строительно-акустических средств снижения шума и последующие повторные расчеты шумового режима. Так как процесс разработки средств шумозащиты циклический и требует значительных затрат времени, необходима его автоматизация. При этом в основе компьютерных программ должны быть надежные методы расчета шумового режима и оценки акустической эффективности средств снижения шума. Таким образом, разработка методов расчета уровней шума в производственных зданиях и на прилегающих к ним территориях, учитывающих характер и особенности распространения прямой и отраженной составляющих шума, является актуальной научной задачей, имеющей практическое значение.

Степень разработанности темы. Существующие методы расчетов уровней звукового давления прямого и отраженного звука в помещениях, каналах и на территориях промпредприятий не учитывают ряд особенностей, влияющих на распределение звуковой энергии. К ним относятся: отличие форм помещений и источников шума от правильных объемов; отсутствие точных сведений о характере отражения звука от ограждений; наличие в помещениях крупногабаритного оборудования и источников сложной формы; характер и неоднородность излучения звука с поверхностей источников. Необходима разработка методов расчета, учитывающих эти особенности.

При оценке шума на территории предприятий необходимо иметь методы расчета прямого звука от источников шума в виде зданий, учитывающие реальный характер излучения звука с их поверхностей. В настоящее время используются упрощенные методы, не обеспечивающие требуемую точность.

Целью диссертационной работы является разработка методов расчета уровней звукового давления в зданиях с крупногабаритным оборудованием и

объемными источниками шума, в крупногабаритных газовоздушных каналах и на прилегающих к зданиям территориях.

Основные задачи исследований: произвести анализ шумового режима и источников его формирования на промышленных предприятиях, а также акустической эффективности строительно-акустических средств снижения шума на них; выполнить анализ методов расчета энергетических параметров звуковых полей с точки зрения возможности их использования для оценки распределения звуковой энергии в производственных помещениях с крупногабаритным оборудованием при смешанном зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений и оборудования; разработать методы расчета прямого звука от источников шума с целью использования их для оценки шума в зданиях и на территориях, прилегающих к шумным зданиям; разработать метод расчета распределения звуковой энергии в производственных помещениях с крупногабаритным оборудованием; разработать метод расчета шума в крупногабаритных газовоздушных каналах; выполнить экспериментальную оценку точности предлагаемых расчетных методов и установить экспериментальные соотношения распределений энергии между зеркальной и диффузной составляющими отражаемой энергии при смешанном характере отражения звука от ограждений; разработать компьютерную программу для реализации предложенных расчетных методов.

Методы исследования. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе геометрической и статистической теорий акустики помещений. Все расчеты произведены по разработанным в работе программам. Экспериментальные исследования выполнены в вентиляционных шахтах и каналах, в помещениях сложной формы с крупногабаритными рассеивателями.

Научная новизна работы:

- предложены новые методы расчета прямого звука от линейных, плоских и объемных источников шума, отличающиеся тем, что они учитывают размеры источников, взаимное расположение источников и расчетных точек, а также дают возможность рассматривать здания с излучающим шум оборудованием как объемные источники шума;

- предложен новый метод расчета уровней звукового давления в производственных помещениях с крупногабаритным оборудованием при смешанном зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений и оборудования и разработана компьютерная программа для его реализации. Метод и программа позволяют рассматривать помещение в виде трехмерной модели, дающей возможность более точно учесть форму и размеры крупногабаритного оборудования и его положение в объеме помещения;

- предложен новый метод расчета уровней звукового давления в крупногабаритных каналах при смешанном характере отражения звука от огражде-

ний канала и разработана компьютерная программа для его реализации, отличающиеся тем, что учитывают характер распределения энергии отраженного шума в канале между ее зеркальной и диффузной составляющими, тем самым обеспечивая большую точность расчетов;

- получены новые данные о влиянии зеркально-диффузного характера отражения звука от ограждений на распределение звуковой энергии в помещениях и крупногабаритных каналах и установлены соотношения между зеркальной и диффузной составляющими отраженной энергии для ряда наиболее распространенных материалов ограждений. Использование этих данных повышает точность расчетов шума в помещениях и каналах за счет учета реального характера отражения звука от ограждений и оборудования;

- разработаны методика и компьютерная программа для расчета шума на территориях, прилегающих к излучающим шум зданиям. Методика и программа позволяют рассматривать процесс распространения шума в зданиях и на территориях как единый процесс, обеспечивая тем самым повышение надежности и эффективности разрабатываемых мер защиты от шума.

Достоверность теоретических результатов. При разработке методов использованы положения геометрической и статистической теорий акустики. Допущения, использованные при разработке методов, общеприняты в работах российских и зарубежных авторов. Адекватность методов подтверждена сравнением теоретических и экспериментальных данных, полученных при исследованиях шума в помещениях с крупногабаритными источниками, в каналах и на территории.

Научная значимость результатов работы заключается:

- в разработке новых методов расчета уровней шума в зданиях. Методы наиболее полно учитывают геометрические размеры и положение крупногабаритного оборудования и источников шума, реальный характер отражения звука от ограждений, условия распределения отраженной энергии в замкнутых объемах с различными объемно-планировочными параметрами;

- в разработке методов расчетов звуковой энергии, излучаемой зданиями как линейными, плоскими и объемными источниками. Методы учитывают реальный характер излучения звуковой энергии поверхностями ограждений, размеры поверхностей и взаимное их расположение по отношению к расчетным точкам;

- в разработке методики расчета шума в зданиях и на прилегающих к гам территориях как единого процесса. Методика позволяет более точно определять шумовой режим на территории и обеспечивать более надежную разработку мер снижения шума.

Практическая значимость работы. Разработанные методы позволяют производить достоверную оценку распределения прямой и отраженной составляющих звуковой энергии в зданиях с крупногабаритным оборудованием

и на прилегающих к ним территориях и тем самым более обоснованно принимать решения при разработке и применении строительно-акустических средств снижения шума. Комплексная компьютерная программа позволяет производить разработку строительно-акустических средств снижения шума в зданиях и на территориях с учетом реального влияния на распределение звуковой энергии объемно-планировочных и конструктивных решений зданий, акустических свойств ограждений и крупногабаритного оборудования.

Реализация результатов работы. Исследования выполнялись в рамках НОЦ «ТГТУ-НИИСФ РААСН». Результаты исследований переданы в НИИСФ РААСН и используются при выполнении научных и практических работ. Компьютерная программа применяется в Научно-техническом центре по проблемам архитектуры и строительства ТТТУ при решении задач борьбы с шумом. На основе предложенных методов произведены исследования шума предприятия «Картон-тара» в г. Тамбове и разработаны эффективные средства его снижения. Результаты работы используются в учебном процессе ТГТУ по направлению 270800 «Строительство».

Апробация работы. Материалы диссертации представлялись и обсуждались на международных научных конференциях «Академические чтения, посвященные памяти академика РААСН Осипова Г.Л.» (г. Москва, 2009 -2013 гг.); на международной конференции «Гармонизация европейских и российских нормативных документов по защите населения от повышенного шума» (Москва - София - Кавала, 2009 г.); на XXIII международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Саратов, 2010 г.); на международной конференции «Энергосбережение и экология в строительстве и ЖКХ, транспортная и промышленная экология» (Москва -Будва, 2010 г.); на XV международной научно-практической конференции «Проблемы и пути развития энергосбережения и защиты от шума в строительстве и ЖКХ» (Москва - Будва, 2011 г.); на научной конференции «Сессия Научного совета РАН по акустике и XXIV сессия Российского акустического общества» (г. Москва, 2011 г.); на международной конференции «Экологическая безопасность и энергосбережение в строительстве» (Москва - Кавала, 2013 г.); на международной научно-практической конференции «Наука, образование, общество: тенденции и перспективы» (г. Москва, 2013 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 статьи (в том числе 11 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК), зарегистрировано 2 программы для ЭВМ в федеральной службе по интеллектуальной собственности.

На защиту выносятся: методы расчета прямого звука от зданий как источников шума; метод расчета шума в помещениях с крупногабаритным оборудованием при смешанном зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений и оборудования; метод расчета шума в крупногабаритных каналах при смешанном характере отражения звука от ограждений канала; ве-

личины соотношений между зеркальной и диффузной составляющими отраженной энергии для исследованных материалов ограждений помещений и каналов; комплексная компьютерная программа, реализующая расчеты шумового режима в помещениях с крупногабаритным оборудованием, в крупногабаритных каналах, а также на территориях, прилегающих к зданиям и другим источникам шума промпредприятий.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (137 наименований) и приложения. Общий объем работы 181 страница. Основной текст, включая 62 рисунка и 4 таблицы, изложен на 146 страницах, объем приложения 35 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы.

В первой главе установлены особенности источников шума промпредприятий, рассмотрены меры снижения шума на промышленных объектах, оценены существующие методы расчета прямого звука промышленных источников шума и методы расчета отраженного шума в производственных помещениях.

При анализе характеристик источников шума установлено, что технологическое оборудование, излучающее шум, имеет крупные габариты и сложную форму, излучение шума их поверхностями неравномерное. Источники создают большие уровни прямого и отраженного шума не только внутри помещений, но и на наружных ограждениях. В результате здания становятся линейными, плоскими или объемными источниками, зашумляющими прилегающую территорию. В целом уровни шума, создаваемые промышленными источниками, превышают допустимые величины и необходима разработка шумозащиты.

На основе исследований Боголепова И. И., Борисова Л.А., Гусева В.П., Иванова Н.И., Ковригина С.Д., Осипова Г.Л., Седова М.С., Тупова В. Б., Шубина И.Л., Юдина Е.Я. и др. разработаны и внедрены эффективные меры борьбы с шумом. Выбор мер основывается на анализе шумового режима до и после применения шумозащиты. Поэтому расчеты энергетических характеристик шума являются основным элементом в процессе выбора и разработки средств снижения шума.

Проанализированы методы расчета энергетических характеристик прямого звука и отраженного шума. Установлено, что оценка прямого звука производится с использованием упрощенных методов, не учитывающих геометрические и акустические параметры источников. При оценке методов расчета отраженного шума установлено, что в помещениях с крупногабаритным оборудованием, при сложных формах объемов и смешанном зерально-диффузном характере отражения звука от ограждений наиболее приемлемым для расчетов является комбинированный метод, включающий в себя метод прослеживания лучей и численный статистический энергетический метод.

Анализ полученных в главе результатов определил задачи работы.

Во второй главе разработаны методы расчета прямого звука от линейных, плоских и объемных источников, которыми в помещениях могут быть элементы поверхностей, поверхности и в целом здания.

К линейным источникам в здании в первую очередь относится ленточное остекление зданий, а также поверхности воздуховодов с излучением звуковой энергии по закону Ламберта. В этом случае для источников, излучающих с линейной мощностью р', Вт/м, (см. рисунок 1) по закону р'{а) = р' cos а (см. рисунок 2) уровни звукового давления будут определяться как

р cos а яг/„

-101g(si

sm <р2 — sin <рх

(1)

где /0 = 10~пВт/м2

пороговая интенсивность звука. dL

f-f

krH-1-1-1-1-1-1-Р ч J 1 1 1 II 1 1—1—1—1—1—1- -Ч-1-1-1-1-1-1—jr-l

\

п/

ч

Рисунок 1

РТ

Схема к расчету звуковой энергии от линейного источника

Как правило, источники имеют конечную длину Ь. При конечных размерах расчеты в ряде случаев можно выполнять как для бесконечно длинного или как для точечного источника. Показаны границы возможной замены и произведена оценка погрешностей. Установлено,

исунок 2- Схема чхо при использовании упрощенных формул необходимо излучения линеи-

учитывать взаимное расположение источника и расчетного источника по ных точек Выявлено, что расчеты как для точечных ис-закону Ламберта ТОчников с погрешностью 0,5 дБ можно вести, если выполняется условие Я > 21, а как для бесконечных при Я < 0,25£, где Я - расстояние от расчетной точки до центра источника шума. В диапазоне 0,25Ь<Я<2Ь расчеты производятся по формуле (1).

К плоским источникам в здании относятся стены, покрытия, плоскости остекления и т. д. Для плоских источников уравнение плотности энергии прямого звука согласно рисунку 3 можно представить в виде

•р"Фсо820 , , <2>

4J

где Ф - фактор направленности ( Ф = cos 0 - при направленности по зависимо-

ста Ламберта); П = 2л - угол излучения звука в полупространство; р" - единичная мощность излучения звука поверхностью, Вт/м2; г - кратчайшее расстояние от расчетной точки до плоскости источника.

РТ

Рисунок 3 — Расчетная схема к определению плотности прямого звука от плоского источника

Рисунок 4 - Расчетная схема прямоугольного источника

Используя численное интегрирование можно вычислить плотность звуковой энергии и, соответственно, определить уровни звукового давления от любого плоского источника.

Плоские источники имеют конечные размеры, как правило, прямоугольной формы. Для такого источника с излучением по закону Ламберта получена простая расчетная формула. Рассматривая источник как набор линейных источников высотой ¿/Л (см. рисунок 4), можно записать

р"(ьт(р2-Бнкр,)

-J'

-da.

(3)

Так как интеграл (3) не имеет аналитического решения с достаточной точностью принято, что (рх=<р 1 и<р2=?>2,и соответственно, получено

_ р"(а2 -а])(5'тд>2 -зикр,)

(4)

КС

где срх и (р2- углы краев плоскости источника в середине его высоты.

Принимая р"= Р/LH, где Р- общая мощность источника, уровень звукового давления можно определять по формуле

'(а2 -g,)(sinff2 -sinу,) л£Я

L =L +101

"р р

Установлено, что погрешность расчетов по формуле (5) на участках перед источником не превышает 0,1-0,3 дБ. Если источник виден под острым углом (20° и менее) погрешность достигает 3-5 дБ. Последнее связано с явлениями дифракции звука.

В работе приведены формулы для расчетов при замене плоских источников конечных размеров на точечные. Выполнена оценка их погрешностей и границ применимости. Произведена экспериментальная оценка расчетных формул. В среднем погрешность расчетов не превышает ± 2,0 дБ.

Для расчета прямого звука от здания как объемного источника использован принцип суммирования в расчетной точ-

/J///J//S///////.

Рисунок 5- Схема к расчету прямого звука от объемного источника

ке звуковой энергии, приходящей от элементарных участков сЬ поверхности источника 5„ (рисунок 5). Величина плотности звуковой энергии определяется как

г /Ф

где Q = 2л-J Ф sin Odd - приведенный угол излучения источника; I- интенсив-

71

ность излучения поверхности ds; Ф - фактор направленности на участке ds.

Точность расчетов по формуле (6) зависит от точности сведений о факторе Ф и о распределении интенсивности излучения / по поверхности, а также о влиянии на уровни в расчетных точках энергии дифрагированного звука. В работе проанализировано влияние перечисленных факторов и показаны возможные пути их учета. Показано, что когда фактор направленности Ф = cos в и, соответственно, Q = к, а интенсивность каждой у'-ой поверхности Ij = const, величину ео6 можно определять от всех видимых к-х поверхностей как

к

£J

Ij(sin(p2 + sin Г/7,) ж

(7)

(8)

где углы <р на определяются согласно схеме на рисунке 4.

Сравнение экспериментальных и расчетных данных, выполненное в работе, для прямоугольного источника шума 2,0x0,5x0,5 м при неравномерном излучении с поверхностей 1тах = 2.5/т,л показало, что использование формул (7) и (8) с учетом дифракции дает более близкие к эксперименту результаты.

Для объемных источников внутри зданий, излучающих с поверхностей неравномерно и имеющих неправильную форму, предложен метод расчета, основанный на компьютерных технологиях (см. главу 5).

В третьей главе разработан комбинированный метод расчета шума в помещениях с крупногабаритным оборудованием и зеркально-диффузным характером отражения звука от поверхностей ограждений и оборудования.

Шум, излучаемый крупногабаритным оборудованием, создает высокие уровни внутри помещений и на наружных поверхностях. Уровни звукового давления в г-х точках помещения Ь, определяются плотностями прямой с„р1 и отраженной еотр1 звуковой энергии. Для определения епр! используются формулы главы 2, и метод, разработанный в главе 5. Плотность отраженной звуковой энергии Еотр1 при зеркально-диффузном характере отражения определяется плотностью зеркально отраженной энергии еП1 и плотностью диффузно отраженной энергии ед1. Общий уровень определяется как

+ (9)

Суть метода заключается в следующем. Из источника звука в соответствии с его диаграммой направленности вероятностным образом излучается определенное количество лучей, каждый из которых несет часть звуковой энергии источника. Энергия всех лучей равна общей энергии источника. Каждый луч прослеживается до встречи с поверхностью ограждения. При отражении от поверхности часть сохранившейся после поглощения энергии отражается по зеркальному закону, а другая часть отражается диффузно по закону Ламберта. Отразившаяся зеркально энергия прослеживается до следующего акта отражения, при котором опять происходит переход части зеркальной энергии в диффузную. Каждый луч прослеживается до тех пор, пока полностью не потеряет энергию за счет поглощения на поверхностях, затухания в воздухе и перехода ее в диффузную. После этого производится суммирование зеркально отраженной энергии лучей, прошедших через расчетную точку. Распределение энергии, перешедшей в диффузную, оценивается численным методом. Для реализации изложенного разработана методика. При расчете должна выполняться определенная последовательность операций.

Помещение разбивается на отдельные объемы со сторонами к (см.

рисунок 6). Границы объемов устанавливаются по границам помещения и оборудования. Для составления расчетной модели определяются узловые точ-

ки сетки. Производится расчет плотности энергии прямого звука для каждой точки сетки. Методом прослеживания для каждой расчетной точки определяются величины энергий лучей, проходящих через элементарный объем. Для объемов у границ находятся величины диффузной энергии, появляющейся при смешанном отражении лучей от поверхностей. Для всех объемов записываются уравнения балансов диффузной энергии (см. рисунок 6). Для граничных объемов при записи уравнений используются граничные условия. При этом получается полная система уравнений, реализация которой дает разностное решение. Находится для каждого объема суммарная плотность звуковой энергии, равная сумме плотностей прямой, лучевой и диффузной энергий, и производится вычисление уровней звукового давления по формуле (9).

отраженной энергии для го объема

При такой методике метод позволяет определять уровни звукового давления в помещениях простой и сложной форм, при наличии в них крупногабаритного оборудования и смешанном характере отражения звука от поверхностей. В главе рассмотрены принципы построения методов, входящих в комбинированный метод и методики их использования.

Для оценки зеркальной энергии использован метод прослеживания лучей. Количество энергии равно сумме энергий лучей т, прошедших через объем, и ее плотность ^„определяется как

а=1 " р=1

где Р — звуковая мощность источника; N - количество лучей, исходящих из источника; рр = 1-ар; ар — коэффициент звукопоглощения р-й поверхности ограждения, на которую падал луч; п — количество актов падения луча на р-е поверхности при распространении его на расстояние Л,- до /-го объема; £ -доля энергии, направляемая по лучу после его отражения; 8пр- приведенная площадь, определяемая как площадь сечения сферы, равной по объему эле-

менту разбиения; тв - показатель затухания звука в воздухе.

Плотность диффузной энергии edi определяется численным статистическим энергетическим методом, основы которого применительно к поставленной задаче рассмотрены в главе. В этом случае для каждого объема составляется уравнение баланса диффузно отраженной звуковой энергии и производится решение полученной системы уравнений. Баланс диффузно отраженной энергии для ij.k-то объема в общем виде записывается как

п 6-и 6-п

+ Y^ompdiJ.k - /^(«Uy.Ä.J.t - CmeSdi,j,kViJ.k = 0 . (H) d=l d=\ d=1

Здесь qn - плотности потоков энергии между ij,k-м объемом и контактирующими с ним объемами через поверхности Sn, определяемые как

= К* ' РазмеР граней i,j,k-го

объема в направлении и-х объемов; ц = 0,5clcp - коэффициент связи плотности потока и градиента плотности энергии в квазидиффузном звуковом поле.

В формуле (11) WompJiJ k - диффузная энергия, приходящая в ij,k-ü объем

после отражения лучей от d-ой поверхности ij,k-го объема площадью SdiJ k, являющейся поверхностью помещения или оборудования и определяемая как

W

ompdi,j,k

-ехр(- ш^Н - - Щ РрЬ

N р' I

(13)

где Ь — количество лучей, упавших на (1-ю поверхность /,/Д-го объема; Я^ь — расстояние, прошедшее 6-м лучом от излучения до ¿/-ой поверхности ¡¿,к-го объема; п — количество актов падения ¿-го луча на р-с поверхности до встречи с ¿/-ой поверхностью; ррь = (1-Орг,); осрЬ — коэффициент звукопоглощения р-ой. поверхности ограждения, на которую падал Ь-й луч до встречи с с/-ой поверхностью /,у,А:-го объема; — доля зеркальной энергии, направляемой по лучу. В формуле (11) -величина плотности потоков, поглощаемой на

поверхности площадью ] к, вычисляемая как

= ~- , , (14)

где а&.].к— коэффициент звукопоглощения ¿/-ой поверхности ц,к-го объема.

Для расчета шума на территории предприятия от здания как от источника шума в главе предложены формулы для определения плотности звуковой энергии, проникающей на наружные поверхности зданий.

Для оценки адекватности расчетного метода разработана методика экспериментальных исследований и решены две задачи. В первой задаче произведены сравнения расчетных и экспериментальных данных. В результате установлено, что метод обеспечивает требуемую точность расчетов (погрешность 2,0 -3,0 дБ). Второй задачей было установление степени соотношения между зеркальной и диффузной составляющими энергии, возникающими после отражения звука от ограждений. На рисунке 7 приведена полученная частотная зависимость величины £ % для бетонных и кирпичных поверхностей.

& % Рисунок 7 - Зависимость доли

зеркальной составляющей в отражаемой звуковой энергии от частоты звука для помещений сложной формы с крупногабаритным оборудованием

500 1000 2000 4000/сР, Гц

В четвертой главе работы разработан комбинированный метод оценки распределения шума в крупногабаритных газовоздушных каналах.

Проанализированы особенности распространения шума в каналах и возможные методы его оценки. Установлено, что при расчетах следует использовать комбинированный метод, основные положения которого разработаны в главе 3. Методика расчетов в этом случае отличается тем, что канал разбивается поперечными сечениями на элементарные объемы со сторонами а, Ь и И (см. рисунок 8) и определяются узловые точки одномерной сетки.

Для определения плотности энергии зеркально отраженных звуковых лучей е„ в комбинированном методе также как и ранее используется метод прослеживания лучей, а для оценки распределения плотности диффузной энергии еы используется численный метод, рассмотренный в главе 3 с некоторыми упрощениями, учитывающими одномерный характер распространения отраженной звуковой энергии в канале.

В работе на основе экспериментальных исследований найдены величины ¿;для наиболее используемых в ограждениях каналов материалов. Выполненный анализ экспериментальных и расчетных данных показал, что величина £ не имеет постоянного значения при различных условиях формирования звукового поля в канале и зависит от степени шероховатости поверхностей, коэффициентов звукопоглощения и, соответственно, от частоты звука, то есть определяется в основном характеристиками материала ограждений. В работе даны графики зависимости £ от частоты звука, установлено, что для каналов с кирпичными стенами и бетонными полом и потолком величина £ варьируется

в пределах 90-80%, а для каналов, выполненных из бетона - 80-70%.

я

Рисунок 8 — Схема для определения баланса отраженной энергии в элементарном объеме канала для случая использования смешанной модели отражения звука

ь

В пятой главе представлена комплексная компьютерная программа для оценки шумового режима в зданиях и на прилегающих к ним территориях.

Компьютерная программа состоит из двух крупных блоков, реализующих расчеты шумового поля внутри помещения и на территории застройки. Структура каждого блока определяется составом и последовательностью этапов проектирования шумозащиты. Каждый из блоков содержит модули по вводу исходных данных, проведению расчетов, а также по выводу результатов расчетов удобным для пользователя способом и сохранению полученной информации. Оценка акустической эффективности мероприятий производится путем сравнения уровней шума до и после применения мероприятий.

Наличие в помещениях крупногабаритного оборудования, часть которого выступает в виде крупногабаритных источников шума, привело к необходимости программирования трехмерной модели реализации комбинированного метода. Это позволяет в полной мере учитывать влияние оборудования на процесс образования и распространения звуковой энергии в помещении.

Особенностью программного комплекса является возможность расчета прямого звука от крупногабаритных источников простой и сложной формы по методике, разработанной в главе. Источник представляется в виде набора плоскостей, с поверхности которых вероятностным образом излучается звуковая энергия в виде лучей, прослеживаемых до первых отражений от поверхностей другого оборудования или от ограждений помещения.

Результаты расчетов представляются в любой удобной для пользователя форме. Возможно получение уровней звукового давления в любой точке объема помещения и на территории. Имеется также возможность получения результатов расчетов отдельно для каждого из представленных в комбиниро-

ванной модели методов. Это позволяет производить более углубленный анализ влияния различных факторов на формирование шумового поля.

Программный комплекс использован при решении практических задач по борьбе с шумом. В главе приведен пример проектирования шумозащиты на предприятии ООО «Картон-тара» в г. Тамбове.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В производственных помещениях сложной пространственной формы при наличии крупногабаритного оборудования и смешанном зеркально-диффузном характере отражения звука от ограждений и поверхностей оборудования существующие методы расчета шума не обеспечивают требуемой точности. Установлено, что наиболее приемлемой в этом случае является комбинированная расчетная модель, реализующая зеркально-диффузный характер отражения звука от поверхностей.

2. Для расчета шума в производственных помещениях с крупногабаритным оборудованием предложен комбинированный метод расчета, в котором зеркально отраженная звуковая энергия определяется методом прослеживания лучей, а диффузная энергия численным статистическим энергетическим методом. Разработана методика его реализации, позволяющая компьютеризировать расчеты. При экспериментальной проверке установлено, что комбинированный метод обеспечивает требуемую точность расчетов. Погрешность расчетов в сложных случаях не превышает ± 3,0 дБ.

3. Предложена методика расчета шума, проникающего из производственных зданий наружу, позволяющая рассчитывать распространение шума от здания как от линейного, плоского или объемного источника.

4. Для оценки распространения шума в крупногабаритных газовоздушных каналах использован комбинированный метод. Разработана методика его реализации применительно к каналам разной формы и произведена экспериментальная проверка. Установлено, что метод адекватно реагирует на изменение геометрических и акустических параметров каналов и обеспечивает требуемую точность расчетов уровней шума по длине каналов и на выходе из устьев. Погрешность не превышает ± 3,0 дБ.

5. Экспериментально и теоретически на основе комбинированного метода произведена оценка распределения отражаемой звуковой энергии между зеркальной и диффузной составляющими. Установлено, что при отражении от металлических поверхностей зеркально отражаемая энергия составляет 95% и более. Для поверхностей из бетона и кирпича она находится в пределах 9070%. При этом заметно наблюдается частотная зависимость, которую следует учитывать при расчетах комбинированным методом.

6. Для оценки распространения прямого звука от зданий как от линейных, плоских и объемных источников шума предложены расчетные формулы

и оценены степень их точности и границы применимости. Для сложных по форме источников в виде технологического оборудования разработан компьютерный метод расчета, основанный на методе прослеживания лучей.

7. Для реализации предложенных расчетных методов оценки прямого и отраженного шума, распространяющегося в помещениях, и шума, распространяющегося на территории от зданий и других источников, разработана комплексная компьютерная программа. Программа позволяет производить расчеты шума и разрабатывать строительно-акустические мероприятия по его снижению в помещениях сложной формы, с крупногабаритным оборудованием, со сложным характером отражения звука от поверхностей, а также на территориях при наличии на них точечных, линейных, плоских и объемных источников в виде зданий, каналов и излучающего шум оборудования.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

(* работы в изданиях из перечня ВАК)

1.* Метод оценки шумового режима в производственных помещениях энергетических объектов / А.И. Антонов, В.П. Гусев, В.И. Леденев, Е.О. Со-ломатин // Academia. Архитектура и строительство. - 2009. - № 5. - С. 250-252.

2. Соломатин, Е.О. Метод расчета шума в газовоздушных каналах энергетических объектов / Е.О. Соломатин // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-23: сб. тр. XXIII Междунар. науч. конф. - Саратов, 2010. - Т.4. - С. 112-115.

3.* Гусев, В.П. Энергетический метод оценки распространения шума в газовоздушных трактах / В.П. Гусев, В.И. Леденев, Е.О. Соломатин // Academia. Архитектура и строительство. - 2010. - № 3. - С. 230-233.

4.* Гусев, В.П. Оценка точности и границ применимости статистических энергетических методов при расчетах шума в производственных помещениях энергетических объектов / В.П. Гусев, В.И. Леденев, Е.О. Соломатин // Academia. Архитектура и строительство. - 2010. - № 3. - С. 237-240.

5. Соломатин, Е.О. Исследование распространения прямого звука крупногабаритными источниками / Е.О. Соломатин // Проблемы техногенной безопасности и устойчивого развития: сб. науч. ст. молодых ученых, аспирантов и студентов / Тамб. гос. техн. ун-т. - Тамбов, 2011. - Вып. И. - С. 245-248.

6.* Комбинированный метод расчета уровней шума в крупногабаритных газовоздушных каналах / В.П. Гусев, В.И. Леденев, М.А. Солодова, Е.О. Соломатин // Вестник Московского Государственного Строительного Университета. - 2011.-№ 3, т. 1,-С. 33-38.

7.* Солодова, М.А. Экспериментальные исследования шума в аналоге крупногабаритных воздушных каналов / М.А. Солодова, Е.О. Соломатин // Вестник Московского Государственного Строительного Университета. - 2011. - № 3, т. 1.-С. 97-102.

8.* Антонов, А.И. Комбинированный метод расчета шумового режима в производственных зданиях теплоэлектроцентралей / А.И. Антонов, В.И. Леденев, Е.О. Соломатин // Научный вестник Воронежского Государственного Архитектурно-Строительного Университета. Строительство и архитектура. -2011. -№2(22). -С. 16-24.

9.* Метод оценки распространения шума по воздушным каналам систем отопления, вентиляции и кондиционирования / В.П. Гусев, O.A. Жоголева, В.И. Леденев, Е.О. Соломатин //Жилищное строительство. - 2012. — № 6. - С. 52-54.

10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012613166. Расчет шумового поля в производственных помещениях энергетических объектов с крупногабаритным оборудованием / А.И. Антонов, Е.О. Соломатин. - Заявка №2012610818; дата поступл. 08.02.2012; зарег. 03.04.2012.

11. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012613167. Оценка шумового режима на территориях, прилегающих к энергетическим предприятиям / А.И. Антонов, Е.О. Соломатин. - Заявка №2012610819; дата поступл. 08.02.2012; зарег. 03.04.2012.

12.* Антонов, А.И. Метод расчета шума в длинных помещениях / А.И. Антонов, Е.О. Соломатин, A.B. Цева // Вестник Московского Государственного Строительного Университета. - 2013. —№ 1. - С. 19-25.

13.* Методы расчета уровней прямого звука, излучаемого плоскими источниками шума в городской застройке /А.И. Антонов, В.П. Гусев, В.И. Леденев, Е.О. Соломатин //Жилищное строительство. - 2013. -№ 6. - С. 13-16.

14.* Антонов, А.И. Расчеты уровней прямого звука от линейных источников шума, располагающихся на промышленных предприятиях и в городской застройке / А.И. Антонов, В.И. Леденев, Е.О. Соломатин // Вестник Волгоградского Государственного Архитектурно-Строительного Университета. Сер. Стр-во и архит. - Волгоград, 2013. -Вып. 31(50), ч. 1.- С. 329-335.

15.* Гусев, В.П. Компьютерное моделирование распространения шума от различных источников в городской застройке / В.П. Гусев, И.В. Матвеева, Е.О. Соломатин // Жилищное строительство. - 2014. —№ 8. - С.25-29.

Отпечатано ИП Першиным Р.В. Тамбов, Советская, 21, а/я №7.

Подписано в печать 05.11.2014. Заказ № 051114-01. Печать электрографическая. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Формат 60x90/16. Объем 1,25 усл.печ.л. Тираж 120 экз.