CC BY
21УДК: 697.322 OECD: 02.01.FA
Исследование структурного шума при применении нескольких контуров плавающего пола в крышных котельных
Плотников A.C.1*, Жилина Т.С,2, Афонин К,В,3, Сайфуллин A.A.4 1 Старший преподаватель, 2 К,т.н., профессор, 3 К,т.н., доцент 1,2,3 Кафедра ТТВ, Тюменский индустриальный университет, г, Тюмень, РФ 4 Ведущий инженер-конструктор ООО «Архитектурно-инженерная группа ИСТ»,
г, Тюмень, РФ
Аннотация
В статье представлены результаты моделирования в программном комплексе STARK ES воздействия вынужденных колебаний на упрощенную модель крышной котельной - прямоугольную плиту, воспринимающую колебания от оборудования. Показаны результаты практических замеров вынужденных колебаний оборудования крышной котельной мощностью N-2,0 МВт, оборудованной «плавающим полом» с демпферными прокладками. Котельная расположена на кровле гражданского здания. Отличительная особенность метода «плавающий пол» состоит в устройстве массивной стяжки из бетона или цементно-песчаной смеси, уложенной на межэтажное перекрытие поверх слоя упругого материала с разграничением связей. Демпферные прокладки расположены по периметру между горизонтальными и вертикальными строительными конструкциями. Применение предлагаемого метода приведет к снижению передачи вынужденных колебаний от оборудования на строительные конструкции здания котельной. Это позволит исключить передачу в здание структурного шума.
Ключевые слова: крышные котельные, шум, плавающий пол, колебания, виброскорость.
Investigation of structure-borne noise when using multiple Boating floor contours
in roof-top boilers
Plotnikov A.S.1*, Zhilina T.S.2, Afonin K.V.3, Sayfullin A.A.4 1 Senior lecturer, 2 PhD, professor, 3 PhD, assistant professor 1,2,3 rp^ ¿epartment of HVAC, Industrial University of Tyumen, Tyumen, Russia 4 Chief civil engineer LTD «Architectural - Engineering Group 1ST», Tyumen, Russia
Abstract
The article presents the results of modeling the impact of induced vibrations on a simplified model of a rooftop boiler room performed in the STARK ES software package. A simplified model is given as a rectangular plate that perceives vibrations from equipment. Results demonstrate practical measurements of induced vibrations of equipment in a rooftop boiler room with a capacity of N-2.0 MW, equipped with a "Boating floor" with damping pads. The boiler room is located on the roof of a civil building. A distinctive feature of the "floating floor" method is in the construction of a massive connecting bar made of concrete or cement-sand mixture. It is placed on the interfloor overlapping over a layer of elastic material with delimitation of bonds. Damper pads are located around the perimeter between horizontal and vertical building structures. The application of the proposed method will lead to a decrease in the transmission of induced vibrations from
*E-mail: stereo-twist@yandex.ru (Плотников A.C.)
Плотников А.С., Жилина Т.С., Афоиии К.В., Сайфуллин А.А. Исследование структурного шума при применении нескольких контуров плавающего пола
в крышпых котельных 94
the equipment to the building structures of the boiler room building. This will eliminate the transmission of structure-borne noise into the building.
Keywords: roof-top boilers, noise, Boating floor, vibrations, vibration velocity.
Введение
Заданный вектор развития городов Российской Федерации обуславливает высокий уровень урбанизации, увеличение плотности застройки и требует высокой надежности систем инженерно-технологического обеспечения, соответствующей нормативному уровню акустического воздействия на человека при эксплуатации оборудования, С учетом особенностей климата нашей страны одной из важных систем является система теплоснабжения [1],
Увеличение числа автономных источников теплоснабжения (ЛИТ) - крышпых котельных является важнейшей составляющей развития генерации тепла в системах ЖКХ [2]. Одной из основных проблем устройства такого типа инженерных сооружений, входящих в состав гражданских зданий, является передача вынужденных колебаний от оборудования, находящегося в «работе» на строительные конструкции всего здания в целом. Важным технологическим аспектом при устройстве крышпых котельных является выполнение нормативных требований по акустическому воздействию эксплуатируемого оборудования крышной котельной на жилое здание, а значит и на людей, живущих в нем. Поэтому в зданиях и сооружениях для создания комфорта необходимо решать задачи по снижению воздействия параметров шума и вибрации «по месту», если источники шума связаны с деятельностью инженерных систем и технологического оборудования системы теплоснабжения, согласно требованиям СП 51,13330,2011 [14], Существующие методы решения проблемы представлены устройством «плавающего пола» с двумя контурами в помещении котельной.
Цель статьи - предложения по уменьшению показателей шума и вибрации в автономных источниках теплоснабжения как на стадии проекта, так и на эксплуатируемых объектах,
1. Описание проблемы
Источники вибрации и шума оборудования - вращающиеся механизмы, пульсации потока в элементах воздушных каналов и жидкости в трубах. При наличии жестких связей эти источники возбуждают вибрацию соединенных с ними конструкций. Так, под воздействием вибрации возбуждаются колебания перекрытия, которые затем передаются на другие строительные конструкции. Кроме того, при жестком соединении вибрационноактивного оборудования неизбежно распространение структурного шума на соединительные трубы и воздуховоды, а по ним - на строительные конструкции.
По результатам анализа научных исследований [15,16], направленных на снижение виброакустического воздействия в источнике отмечена эффективность метода «плавающий пол» с одноконтурным периметральным расположением в помещениях с инженерным оборудованием одного типа (насосные, вентиляционные камеры). Основные положения метода представлены в работах Блохиной И, П, [3], Гусева В, П [4], Расчетная модель такого воздействия - прямоугольная плита, воспринимающая вынужденные колебания от инженерного оборудования и в меньшей степени передающая виброакустические колебания на перекрытие гражданского здания с жилыми помещениями [17], В то же время отсутствуют исследования по применению
метода «плавающий пол» в помещениях с разным типом инженерного оборудования (ИТП, ЦТП, АИТ).
2. Экспериментальные исследования
Авторами статьи выполнены следующие измерения общего уровня виброскорости по вертикальной оси располагая акселерометр на оборудовании и поверхности пола крышной котельной. Фиксация показателей выполнена с помощью акселерометра. Способ крепления акселерометра - клеевая основа согласно положениям [5]. Измерительный комплекс - марки «Ассистент» завода НТМ-ЗАЩИТА производства РФ. В ходе проведения эксперимента комплекс был метрологически поверен.
Экспериментальные исследования проводились в крышной котельной:
- без плавающего пола в двух периодах времени согласно нормативным требованиям (07-23 ч; 23-07 ч);
- с двумя контурами «плавающего пола» в двух периодах времени согласно нормативным требованиям (07-23 ч; 23-07 ч) [9,10].
Используемая методика измерений представлена в инструкции по эксплуатации измерительного комплекса - марки «Ассистент» завода НТМ-ЗАЩИТА и по данным литературы [10].
После этого для цифровизации эксперимента в программном комплексе STARK ES выполнено моделирование воздействия вынужденных колебаний на упрощенную модель крышной котельной - прямоугольную плиту.
Типовая схема расположения оборудования в крышной котельной представлена на рисунке 1.
1
s
2
Рис. 1. Типовая схема оборудования в котельной 1 - Циркуляционные насосы системы отопления; 2 - Циркуляционные насосы системы
ГВС I зоны; 3 - Циркуляционные насосы котлового контура; 4 - Циркуляционные насосы системы ГВС II зоны; 5 - котельная установка №1; б - котельная установка №2
Состав конструкций пола котельной, воспринимающего динамические нагрузки, представлен на рисунке 2.
1 - Монолитная ж>б, плита;
2 - Техноэласт Акустик Супер A350;
4 - Выравнивающая стяжка;
5 - Бетон класса В12,5.
5 2 4 1
Рис. 2. Состав конструкций пола котельной
Плотников A.C., Жплппа Т.С.. Афошш К.В.. Сапфуллпн A.A. Исследование структурного шума при применении нескольких контуров плавающего пола
в крышпых котельных
Физические свойства материалов:
1-Монолитная ж.б. плита ^-400мм (^=23000 МПа; N=0,2^=9,6МПа; р=2500 кг/м3); 2 - Техноэласт Акустик Су пер А350 ^-350мм (^=0,15 Мпа; N=0.22; С=0,062МПа; р =23 кг/м3); 4 - Выравнивающая стяжка ^-20мм (^=12000 МПа; N=0.15;
р=800 кг/м3); 5 - Бетой класса В12.5 МПа; N=0.17,
С=8.9 МПа, р=2275 кг/м3).
Выполненные измерения вибрации (виброскорости Уг [мм/с]) представлены на рисунке 3.
Без плавающего пола
И 0 кпп (котел 1) Ф О и пп (котел 2J
в О к пп (насосы.1} Ж 0 к пп (насосы.2)
О к пп (насосы.З} А О к пп (насосы.4)
Рис. 3. Показатели вынужденных колебаний оборудования
Измерение уровней звука, Ь [дБ] крышной котельной, представленные на рисунке 4, выполнялись согласно методике, ученого Овчинникова С.Н. |9|, Место проведения измерений - помещение крылшой котельной. Расположение точек измерения -периметральное. Измерения уровня звука выполнено виброакустическим прибором марки «Ассистент» завода НТМ-ЗАЩИТА, Измерения проведены в два нормируемых периода суток: 07-23 ч; 23-07 ч.
•L норм [дБ|, 7-23 » " »L норм [дБ], 23-7
- L изм [дБ], 7-23 N-100% L изм [дБ], 23-7 N-100%
2 4 8 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Частота звуковых колебаний, Гц
Рис. 4. Показатели звуковой нагрузки крышной котельной
Дня сравнения корректности показателей вибронеремещепия и виброскорости представлен известный перевод значений |17|:
Lv = Ls + 20lgf - 60
(1)
V
13 = 20 ■ 1д— (2)
Vo у у
Где, - уровень виброскорости [дБ], Ь3 - уровень вибросмещения [дБ], f - частота измеряемого сигнала вибрации [Гц], V — измеряемый (расчетный) параметр виброскорости [мм/с]; v0 — начальное (пороговое) значение виброскорости (5 ■ 10-5 [мм/с]).
Дня выполнения моделирования в программе были учтены физические свойства строительных материалов: Е - модуль упругости, [МПа]; ^ - коэффициент Пуассона; О - модуль сдвига [МПа]; р - плотность материал а [кг/м3] и данные о вынужденных колебаниях от оборудования крышпой котельной.
Таблица 1
Показатели частоты колебаний и параметры оборудования в крышпой котельной
Номер (см. рис. 1) /, Гц S, кв.м N, шт. 7, кН/кв.м A, кН
1 25 0,04 4 37 0,37
2 45 0,0256 4 37 0,0512
3 25 0,04 4 37 0,37
4 25 0,04 4 37 0,37
5 16 3,6465 60 7,0 0,43
6 18 2,6875 40 6,7 0,45
Где, 5 - площадь опирания оборудования на расчетной модели; N - количество узлов опирания на расчетной модели; f - частота работы динамически активного оборудования, y - удельный вес оборудования при опирании на узел расчетной сетки расчетной модели; A - единичный показатель амплитуды, характеризуемый, как отношение воздействия оборудования в кН па количество узлов опирания оборудования. Сравнение измеренных показателей и значений, полученных но итогам моделирования в программе STARK ES, представлены на рисунке 5.
Без плавающего гола
к пп {котел 1} " ™ *0 к пп (котел 2) к пп {насосы.1) ч^^^О к пп (насосы.2) оо°0кпп {насосы.3) 0 к пп (насосы.4} о в о0 к пп {насосы.1). Практ » »0 к пп (насосы,2). Практ > >0 к пп {насосы.3). Практ '-> 0 к пп (насосы,4). Практ
Рис. 5. Сравнение показателей виброскорости
Апаниз данных па графике показывает погрешность экспериментальных и смоделированных в расчетной модели данных па уровне 6-8%. Результаты моделирования находятся в допустимом уровне погрешности.
Плотников A.C., Жилина Т.С'., Афошш К.В., С'айфуллии A.A. Иссжщташю структурного шума ири применении нескольких контуров плавающего иола
в крышиых котельных
Технические решения по устройству плиты приняты с учетом известных положений метода «плавающий пол», снижающих передачу вынужденных колебаний от оборудования па строительные конструкции котельной с последующей передачей в здание структурного шума [5],
3. Результаты моделирования в ПК STARK ES
На основании проанализированных данных предложено решение разделить оборудование по типам звуковых нагрузок, выделив в отдельный контур внутри основного периметрального контура котельные установки, оборудованные горелками. Основанием для такого расчета является большой объем жидкости, сосредоточенный в ограниченном пространстве, а процессы течения и процессы горения в ограниченном пространстве создают источник виброакустического воздействия с различными спектрами частоты звука [6,7],
Далее были проанализированы результаты моделирования В ПК STARK ES вынужденных колебаний па примере упрощенной модели крышпой котельной - прямоугольной плиты, с воздействием находящегося в «работе» оборудования и устройством двух контуров «плавающего пола». Состав конструкций и разрез плиты в основании котельной представлен па рисунке 6,
1 — Монолитная ж.б. плита;
2 - Техноэласт Акустик Супер А350;
3 - Шумостоп - К2;
4 — Выравнивающая стяжка;
5 — Бетон класса В12.5.
Рис. 6. Состав конструкций пола котельной с демпферными прокладками
Физические свойства материалов: 1 - Монолитная ж.б. плита Н-200 мм (Е =23000 МПа; N =0.2; О =9,6 МПа; р =2500 кг/м3); 2 - Техноэласт Акустик Супер А350 Н-350мм (Е =0.15 МПа; N =0.22; О =0.062 МПа; р =23 кг/м3); 3 - Шумостоп-К2 Н-80мм, 6-300мм (Е =0.56 МПа; N =0.26; О =0.23 МП а; р =100 кг/м3); 4 - Выравнивающая стяжка Н-20мм (Е =12000 МПа; N =0.15; О =5.6 МП а; р =1800 кг/м3); 5 - Бетон класса В12.5 Н-60мм (Е =21500 МПа; N =0.17; О =8.9 МП а, р =2275 кг/м3).
Схема расположения контуров «плавающего пола» представлена па рисунке 7.
: \
\ Контур плавающего пола
1 Г ° 3 4 ||ll 1 ;
5
6
Контур плавающего пола / /.......
11700
Рис. 7. План котельной с «плавающим полом» 1 - Циркуляционные насосы системы отопления; 2 - Циркуляционные насосы системы
ГВС I зоны; 3 - Циркуляционные насосы котлового контура; 4 - Циркуляционные насосы системы ГВС II зоны; 5 - котельная установка №1; 6 - котельная установка №2
Показатели виброскорости Уг (мм/с) оборудования при устройстве двух контуров «плавающего пола».
Рис. 9. Данные о звуковой нагрузке в октавпых частотах с двумя контурами
«плавающего но.иа»
2 контура плавающего пола
2 к пп (котел 2)
2 к гп (котел 1)
2 к пп (насосы.4)
2 и пп (насосы.З
2 к гп насосы.2
2 к пг насосы.1
Рис. 8. Показатели виброскорости точек плиты с двумя контурами «плавающего но.иа»
Полученные в результате обработки но методу ряда Фурье данные показателей звука в котельной с двухконтурным «плавающим полом» после обработки представлены на рисунке 9.
1С 60
Частота звуковых колебаний, Гц
Представленные на рисунке 9 результаты измерений уровня звукового давления в помещении жилой квартиры показывают снижение уровня звукового давления до нормируемых показателей дня жилых помещений |11,12|, Ууровень снижения показателей звукового давления при применении двух контуров «плавающего но.на» находится на уровне 15-30% в зависимости от частоты звуковых колебаний.
Плотников A.C., Жилина Т.С., Афонин К.В., Сайфуллии A.A. Исследование структурного шума при применении нескольких контуров плавающего пола
в крышпых котельных
Заключение
1, Авторами предложено к применению два контура плавающего пола котельной, которые позволяют снизить показатели звукового давления в зависимости от частоты звуковых колебаний на уровне 15-30% (см, рис, 9) в инженерном сооружении и в помещениях жилых квартир,
2, В программном комплексе STARK ES смоделированы вибрационные и звуковые нагрузки эксплуатируемой крышной котельной,
3, По результатам проведенного моделирования и экспериментальных исследований показана необходимость применения защиты от виброакустического воздействия в источнике шума и вибрации.
Список литературы
1. Энергетическая стратегии России на период до 2030 г. Утр, распоряжением Правительства РФ от 13,11,2009 г, 1715-р / Институт энергетической стратегии, [электронный ресурс], URL: https://minenergo,gov.ru/node/1026 (дата обращения: 20.04.2019).
2. О ситуации с теплоснабжением в РФ: отчет / Фонд энергетического развития. 2016 г. Москва. URL: http://www.energosovet.ru/stat880.html (15.04.2018).
3. Блохина 11.11 Динамические свойства звукоизоляционных материалов для плавающих полов / В кн.: Борьба с шумами и вибрациями. М,: Стройиз-дат, 1966,-С,388-391.
4. Гусев В.П. Из опыта борьбы с шумом оборудования инженерных систем // АВОК. 2012. № 3. С. 64-76.
5. ГОСТ ИСО 5348-2002 «Механическое крепление акселерометров». М,: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации РФ (протокол N 21 от 30 мая 2002 г.), М,: Госстрой России, 2000.
6. Калашников Б.А., Рассказова H.H. Влияние массы объекта на частотные характеристики при поддержании постоянства его положения // Омский научный вестник. 2011. №2 (100) С.134
7. МУК 4.3.2194-07 «Контроль уровня шума на территории жилой застройки, в жилых и общественных зданиях».
8. Овсянников С.Н., Лымарева Е.А. Исследование распространения структурного шума на моделях фрагменов здания// Инвестиции, строительство и недвижимость как материальный базис модернизации и инновационного развития экономики: сб. материалов V Всероссийской научно-практической конференции. 2015. С. 340-348
9. Овчинников С.Н. Распространение структурного звука в гражданских зданиях: дне. ... д-р техн. наук: 05.23.01. Томск, 2001.
10. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний. М: Машиностроение, 1967.
11. Plotnikov A., Zhilina Т. ЮР Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. С. 012022. DOI: 10.1088/1757-899X/481/1/012022
12. Plotnikov A., Zhilina Т. MATEC Web of Conferences. 2018. C. 01010. DOI: 10,1051/mateeeonf/201714301010,
13. Тунов B.B. Снижение шума от объектов большой и малой энергетики // Доклады V Всерос. науч.-практ. конф. СПб.: Айсинг, 2015. С. 55-64.
14. Свод Правил «51.13330.2011 Защита от шума. Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 (с Изменением N 1)» от 20.05.2011. М,: Минстрой России, 2017.
15. M.Ermann, J.Wiley, Architectural Acoustics (John Wiley & Sons Inc, 2017)
16. Brown, Alan Lex" INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings, InterNoisel6, 550-556 (2016).
17. Свод Правил «41-104-2000 Проектирование автономных источников теплоснабжения» от 16.08.2000. М,: Госстрой России, 2000.
18. ГОСТ 12.1.012-2004 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Вибрационная безопасность. Общие требования». Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации по переписке (протокол N 15 от 4 февраля 2004 г.). М,: Госстрой России, 2004
References
1. Energy strategy of Russia for the period until 2030. Morning. By order of the Government of the Russian Federation dated November 13, 2009 No. 1715-r / Institute for Energy Strategy [Energeticheskaya strategii Rossii na period do 2030 g. Utr. rasporyazheniem PravitePstva RF ot 13.11.2009 g. № 1715-r / Institut energeticheskoj strategii], [Electronic resource], URL: https://minenergo.gov.ru/node/1026 (accessed: 04/20/2019). (rus)
2. On the situation with heat supply in the Russian Federation: report / Energy Development Fund, 2016 Moscow [O situacii s teplosnabzheniem v RF: otchet / Fond energeticheskogo razvitiva, 2016 g, Moskva], URL: http://www.energosovet.ru/stat880.html (04/15/2018). (rus)
3. Blokhina LP. Dynamic properties of soundproof materials for floating floors / In the book: Struggle against noise and vibrations. Moscow: Stroviz-dat, 1966, p. 388-391. (rus).
4. Gusev V.P. From the experience of dealing with noise of equipment of engineering systems [Iz opvta bor'by s shumom oborudovaniva inzhenernvh sistem] // ABOK. 2012. No. 3. P. 64-76. (rus)
5. GOST ISO 5348-2002 "Mechanical mounting of aceelerometers", Moscow: Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification of the Russian Federation (Protocol No. 21 of May 30, 2002). M .: Gosstrov of Russia, 2000.
6. Kalashnikov B.A., Rasskazova N.N. . influence of the object's mass on frequency characteristics while maintaining the eonstabilitv of its position [vliyanie massy ob"ekta na chastotnve harakteristiki pri podderzhanii postovanstva ego polozheniva]// Omsk Scientific Herald. 2011. No2 (100) S. 134 (rus)
7. MUK 4.3.2194-07 «Noise level monitoring in residential buildings, residential and public buildings».
8. Ovsvannikov S. N,, Lvmareva E. A. Research of the distribution of structural noise on models of buildings fragments [issledovanie rasprostraneniva strukturnogo shuma na modelvah fragmenov zdaniva]// Investments, construction, and real estate as a material basis for modernization and innovative development of the economy: coll, materials of the V All-Russian scientific-practical conference, 2015,S, 340-348 (rus)
9. Ovehinnikov S.N, Distribution of structural sound in civil buildings: dis. ... Dr. tech. Sciences: 05.23.01. Tomsk, 2001 [Rasprostranenie strukturnogo zvuka v grazhdanskih zdanivah: dis. ... d-r tekhn. nauk: 05.23.01. Tomsk, 2001].
10. Panovko Y. G. Fundamentals of the applied theory of elastic vibrations [Osnovv prikladnoj teorii uprugih kolebanij], M: Mechanical engineering, 1967. (rus)
11. Plotnikov A,, Zhilina T, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. C. 012022. DOI: 10.1088/1757-899X/481/1/012022
12. Plotnikov A., Zhilina T. MATEC Web of Conferences. 2018. C. 01010. DOI: 10.1051/mateeeonf/201714301010.
Плотников A.C., Жилина Т.С., Афонин К.В., Сайфуллии A.A. Исследование структурного шума при применении нескольких контуров плавающего пола
в крышпых котельных
13, Tupov V.B. Decrease in noise from objects of large and small energy [Snizhenie shuma ot ob"ektov bol'shoj i maloj energetiki]// Dokladv V Vseros, scientific-practical conf, SPb ,: Iceing, 2015, S, 55-64, (rus)
14, Code of Practice «51,13330,2011 Noise protection. The updated version of SNiP 23-03-2003 (with Amendment No. 1)» [Svod Pravil "51.13330.2011 Zashchita ot shuma. Aktualizirovannaya redakeiva SNiP 23-03-2003 (s Izmeneniem N 1)" ot 20.05.2011] dated 05/20/2011. M: Ministry of Construction of Russia, 2017.
15. Ermann M,, Wiley J. Architectural Acoustics. Virginia, 2017. 243
16. Brown, Alan Lex, Systematic Review of Evidence of the Effect of Transport Noise Interventions on Human Health: Implications for Future Studies and Management, INTERNOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings, InterNoise, 2016, Pp. 550556.
17. Code of Practice «41-104-2000 Design of independent heat supply sources». M,: Gosstrov of Russia, 2000,
18, GOST 12,1,012-2004 «Occupational safety standards system. Vibration safety. General requirements» Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification by Correspondence (Minutes No, 15 dated February 4, 2004), M,: Gosstrov of Russia, 2004.
