Научная статья на тему 'Анализ гидравлического и аэродинамического расчётов систем отопления и вентиляции на основе BIM-моделирования'

Анализ гидравлического и аэродинамического расчётов систем отопления и вентиляции на основе BIM-моделирования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
620
53
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
BIM-ТЕХНОЛОГИЯ / ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ЗДАНИЯ / AUTODESK REVIT / ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС / BIM-МОДЕЛИРОВАНИЕ / АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ / ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ / СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ / СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ / СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ / BIM-TECHNOLOGIES / BUILDING INFORMATION MODEL / SOFTWARE / BIM-MODELING / AERODYNAMIC CALCULATION / HYDRAULIC CALCULATION / SYSTEM OF VENTILATION / SYSTEM ОF HEATING / COMPARATIVE ANALYSIS

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Суханова И.И., Гнедых В.С., Демшина Д.А.

Аэродинамический и гидравлический расчеты трудоемкие и важные этапы при проектировании инженерных систем. Существует множество различных программ для расчётов систем отопления и вентиляции. Одна из таких Autodesk REVIT, программа, резко набирающая популярность в области BIM-моделирования. Инженеры-проектировщики, используя этот программный комплекс для расчётов, сталкиваются с проблемой несоответствия диаметров, потерь давления между программным расчётом и ручным. В связи с этим возникла необходимость разобраться в данной проблеме: сравнить результаты расчёта скоростей и потерь давления в воздуховодах и трубопроводах в программе REVIT с традиционными методиками расчёта, выяснить по каким формулам производит расчет эта программа. Опираясь на российские стандарты, необходимо понять, насколько точные и правильные расчёты выдаёт программный комплекс.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Analysis of hydraulic and aerodynamic calculations of heating and ventilation systems based on bim-modeling

Aerodynamic and hydraulic calculations time-consuming and important steps in the design of engineering systems. There are many different programs for the calculations of heating and ventilation systems. Such as Autodesk REVIT, software, dramatically gaining popularity in the field of BIM-modeling. Design engineers using this software package for the calculations, are faced with the problem of mismatch of diameters, pressure loss between the program and manual calculation. In this regard, it was necessary to understand this problem: compare the calculation results of velocity and pressure losses in the air ducts and pipings in the program REVIT with traditional methods of calculation, find out what formulas calculates this program . The calculations in software Autodesk REVIT have an errors and inaccuracy. Backed by Russian standards, it is necessary will understand how accurate and correct calculations produces software package. The work examines the results hydraulic and aerodynamic calculations, analysises this results with the results of calculations by traditional methods. Calculations in software Autodesk REVIT is applicable for calculating systems of ventilation, but for calculating systems of heating better not to use this program. For the bold use calculations of program is necessary improvement of the software.

Текст научной работы на тему «Анализ гидравлического и аэродинамического расчётов систем отопления и вентиляции на основе BIM-моделирования»

Анализ гидравлического и аэродинамического расчётов систем отопления и вентиляции на основе BIM-моделирования

И.И.Суханова, В.С. Гнедых, Д.А. Демшина

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет,

Санкт-Петербург

Аннотация: Аэродинамический и гидравлический расчеты - трудоемкие и важные этапы при проектировании инженерных систем. Существует множество различных программ для расчётов систем отопления и вентиляции. Одна из таких Autodesk REVIT, программа, резко набирающая популярность в области BIM-моделирования. Инженеры-проектировщики, используя этот программный комплекс для расчётов, сталкиваются с проблемой несоответствия диаметров, потерь давления между программным расчётом и ручным. В связи с этим возникла необходимость разобраться в данной проблеме: сравнить результаты расчёта скоростей и потерь давления в воздуховодах и трубопроводах в программе REVIT с традиционными методиками расчёта, выяснить по каким формулам производит расчет эта программа. Опираясь на российские стандарты, необходимо понять, насколько точные и правильные расчёты выдаёт программный комплекс.

Ключевые слова: BIM-технология, информационная модель здания, Autodesk REVIT, программный комплекс, BIM-моделирование, аэродинамический расчет, гидравлический расчёт, система вентиляции, система отопления, сравнительный анализ.

Программный комплекс Autodesk REVIT для автоматизированного проектирования, реализующий принцип информационного моделирования зданий (BIM), предназначен для совместной работы архитекторов, конструкторов и проектировщиков инженерных систем [1,2]. Расчеты систем отопления и вентиляции, выполненные в данной программе, имеют погрешности, поэтому вопрос определения причин возникновения этих погрешностей и возможности их устранения очень актуален. В программе Autodesk REVIT в области системы отопления неоднократно были проведены некоторые исследования, касающиеся разработки семейств оборудования [3], анализа расчётов потерь теплоты через ограждающие конструкции [4]. В данной работе исследуются гидравлический и аэродинамический расчеты программного комплекса, проводится сравнительный анализ с результатами расчётов по методикам, приведенным в работах [5, 6].

Расчет приведен для участка приточной системы вентиляции расходом 490 м /ч, диаметром 160 мм.

:

В программе Autodesk REVIT аэродинамический расчёт можно выполнить тремя методами, используя [7] уравнение Халанда, формулу Альтшуля-Цаля или формулу Коулбрука. Для примера выбран метод по формулам Альтшуля-Цаля.

При анализе результатов аэродинамического расчета в программе Autodesk REVIT, выявлены расхождения в определении потерь давления на местные сопротивления с методикой [5]. В программе заложены следующие возможности определения потерь давления на местные сопротивления (рис. 1): коэффициент таблицы ASHRAE, определенный коэффициент, удельные потери. Но для тройников возможно задать значение только из таблицы ASHRAE [8].

Высокая сходимость с расчетом по методике из справочника [5] возможна только при задании определенного коэффициента (рис. 1). Из-за того, что отсутствует возможность задания собственного коэффициента для тройников, возникает погрешность между расчетами.

Свойства X

Рис. 1. - Способы определения потерь на местные сопротивления в Autodesk

REVIT для отвода и тройника При сравнительном анализе всех параметров аэродинамического расчета получены результаты, приведенные в таблице №1.

Таблица № 1

Результаты сравнительного анализа по формуле Альтшуля-Цаля

Скорость воздуха на участке, w, м/с Число Рейнольдса, Re Потери давления на участке, ЛРуч, Па

Формула Альтшуля-Цаля 6,77 71 856 38,64

Методика расчета [5] 6,80 72 533 37,51

Погрешность расчета, % 0,5 1 3

Сравнение результатов гидравлического расчета методом характеристик [6] и в программе Autodesk REVIT выполнены для расчетного участка двухтрубной горизонтальной системы отопления.

В REVIT возможны два метода расчета системы отопления [7]: уравнение Халанда и формула Коулбрука. Для анализа был выбран метод расчёта по формулам Коулбрука [9].

В REVIT в свойствах семейства отводов и тройников заложены следующие способы определения потерь на местные сопротивления (рис. 2): коэффициент К из таблицы, определенный коэффициент, удельные потери, использовать определение по типоразмеру. Высокая точность с ручным расчетом [6], как и при выполнении аэродинамического расчёта, возможна только при задании определенного коэффициента в программе (рис.2).

ADS К_Фити н гСварнойЛ П_Отвод Универсальный

Соединительные детали трубопроводов (1)

Сокра щен и е для си стем ы Метод определения потерь Настройки метода определения... Механизмы - Расход Важнейшая траектория

Т21

ь определение на типоразмере

П а ден и е да вл ен ия

Идентификация

Изменить тип

О - Свойства

х Ш о-

ADS К_ФитингС варнойП П_Трой ник Ра вн оп роход ной_Переходной

Использовать

Коэффициент К из таблицы Не определено Определенный коэффициент Удельные потери

Использовать определение на типоразмере

Соединительные детали трубопроводов (1) Метод определения потерь

Настройки метода определения... Механизмы - Расход Важнейшая траектория Падение давления Идентификация

QI Изменить тип

Коэффициент К из таблицы Не определено Определенный коэффициент Удельные потери

Использовать определение на типоразмере

Рис. 2. - Способы определения потерь на местные сопротивления для отвода и

тройника

При сравнительном анализе всех параметров гидравлического расчета, были получены результаты, приведенные в таблице №2.

Таблица № 2

Результаты сравнительного анализа по формуле Коулбрука

Скорость воды на участке, w, м/с Число Рейнольдса, Re Потери давления на участке ЛРуч, Па

Формула Коулбрука 0,28 12022 313

Традиционный метод расчета 0,28 13804 177

Погрешность расчета, % 0 12 43

По результатам анализа погрешность параметров аэродинамического расчёта двух методик [5] и [7] находится в допустимых пределах (15%). В программе Autodesk REVIT был выявлен недостаток - невозможность задать определённый коэффициент на местные сопротивления у тройника. Несмотря на это, отклонение составило невысокие проценты, поэтому программный комплекс вполне пригоден для выполнения расчетов системы вентиляции. Этот вывод совпадает с результатами работы [10].

Что касается гидравлического расчета, то погрешность в вычислениях между методиками [6] и [7] достаточно велика. Но так как на практике потери давления в арматуре трубопроводов высчитываются через пропускную способность клапана Kvs, есть возможность в семействе арматуры создавать зависимость потерь давления от параметра Kvs. Для гидравлической устойчивости системы в семействах балансировочной и терморегулирующей арматуры необходимо также назначить минимальные потери давления на клапане [11]. И если все семейства соединительных элементов, арматуры и оборудования будут настроены правильно, то и потери давления в системе будут считаться корректно, и гидравлический расчет в Revit будет возможен для практического применения проектировщиками.

Литература

1. Дубинин Д.А., Набок А.А., Харин В.А., Лаврентьева Л.М. Преимущества использования и развития отечественного BIM: системы для трехмерного проектирования Renga // Инженерный вестник Дона, 2017, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2017/4334

2. Петров К.С., Швец Ю.С., Корнилов Б.Д., Шелкоплясов А.О. Применение BIM-технологий при проектировании и реконструкции зданий и сооружений // Инженерный вестник Дона, 2018, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5255

3. Суханов К.О., Бардадым В. Ю., Попов В. Ю. Анализ способов подключения отопительных приборов при проектировании в Revit // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры: материалы Всероссийской научно-практической конференции; СПбГАСУ. - СПб., 2018 -С.155-159.

4. Усенко В.В., Суханова И.И. Определение тепловых потерь через наружное ограждение в современных программных комплексах // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры: материалы Всероссийской научно-практической конференции; СПбГАСУ. - СПб., 2018 - С.152-155.

5. Баркалов Б.В., Павлов Н.Н., Амирджанов С.С. и др.; Под редакцией Павлова Н.Н. и Шиллера Ю.И. Внутренние санитарно-технические устройства в 3 ч. Ч 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн.2. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1992. - 416 с.

6. Покотилов В. В. Системы водяного отопления; фирма «HERZ Armaturen». - Вена, 2008. - 159 с.

7. Справка Autodesk Revit 2018 URL: help.autodesk.com/view/RVT/2018/RUS/?guid=GUID-6708486B-6D46-49DF-8438-14EAAA6F0818 (дата обращения: 28.03.2019).

8. Ashrae®handbook, Heating, ventilating, and air-conditioning applications, Tullie Circle, N.E., Atlanta, 2001. - 857 с.

9. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление: Уч. для вузов. -М.: Стройиздат, 1991. -735с.

10.Про аэродинамические линейные потери в Revit URL: blog.infars.ru/pro-ayerodinamicheskie-lineynye-poteri-v-revit? utm_campaign=Uchebnyy tsentr (дата обращения: 10.05.2019).

11. Про гидравлический расчет в Revit стандартными средствами URL: isicad.ru/ru/articles.php? article_num=20497 (дата обращения: 04.12.2019).

References

1. Dubinin D.A., Nabok A.A., Kharin V.A., Lavrent'yeva L.M. Inzhenernyj vestnik Dona, 2017, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2017/4334

2. Petrov K.S., Shvets Y.S., Kornilov B.D., Shelkoplyasov A.O. Inzhenernyj vestnik Dona, 2018, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5255

3. Sukhanov K.O., Bardadym V.Y., Popov V.Y. BIM-modelirovaniye v zadachakh stroitel'stva i arkhitektury: materialy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii; SPbGASU. SPb., 2018. pp.155-159.

4. Usenko V.V., Sukhanova I.I. BIM-modelirovaniye v zadachakh stroitel'stva i arkhitektury:materialy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii; SPbGASU. SPb., 2018. pp.152-155.

5. Barkalov B.V., Pavlov N.N., Amirdzhanov S.S. i dr.; Pod redaktsiyey Pavlova N.N. i Shillera Y.I. Vnutrenniye sanitarno-tekhnicheskiye ustroystva v 3 ch. Ch 3. Ventilyatsiya i konditsionirovaniye vozdukha. [Internal sanitary-technical devices. Ventilation and air conditioning]. Kn.2. 4-e izd., pererab. i dop. M.: Stroyizdat, 1992. p.416.

6. Pokotilov V. V. Sistemy vodyanogo otopleniya [Water heating system]; firma «HERZ Armaturen». Vena, 2008. p.159.

7. Spravka Autodesk Revit 2018. URL: help.autodesk.com/view/RVT/2018/RUS/?guid=GUID-6708486B-6D46-49DF-8438-14EAAA6F0818 (data obrashcheniya: 28.03.2019).

8. Ashrae®handbook, Heating, ventilating, and air-conditioning applications, Tullie Circle, N.E., Atlanta, 2011. p.857.

9. Bogoslovskiy V.N., Skanavi A.N. Otopleniye [Heating]: Uch. dlya vuzov. M.: Stroyizdat, 1991. p.735.

10.Pro aerodinamicheskiye lineynyye poteri v Revit. [About aerodynamic linear losses in Revit]. URL: blog.infars.ru/pro-ayerodinamicheskie-lineynye-poteri-v-revit?utm_campaign=Uchebnyy tsentr (data obrashcheniya: 10.05.2019).

11.Pro gidravlicheskiy raschet v Revit standartnymi sredstvami. [About hydraulic calculation in Revit by standard means] .URL: isicad.ru/ru/articles.php?article_num=20497 (data obrashcheniya: 04.12.2019).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.