CC BY
37ТОЧНЫЙ АКУСТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ - ОСНОВА ОПТИМАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ
ШУМА ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ
Руднева Е.А.*, Калашникова Н.К.*, Гончаренко И. А.**, Клименкова О.И.***
*ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Москве», Россия, 129626, Москва, Графский пер., д. 4/9,
ка1а1943@гатЪ1ег.ги,
**ГУП «НИ и ПИ Генплана Москвы», Россия, 125047, Москва 2-я Брестская ул., д. 2/14,
goncharenko_i@bk.ru, *** ООО «ЭнергоМашПроект», Россия, 125319, Москва, ул. Планетная, д. 38,
inectter@mai1.ru.
Аннотация: В статье рассмотрены возможные причины возникновения неточностей при выполнении акустических расчётов инженерных систем - систем вентиляции, кондиционирования воздуха, воздушного отопления и холодоснабжения, которыми оснащаются современные объекты, что в большинстве случаев приводит к исключению возможности оптимизации мер по защите от шума инженерных систем.
Ключевые слова: Шум, инженерные системы, акустический расчёт, неточности, дБ.
Введение
Рассматриваются причины возникновения неточностей при выполнении акустических расчетов инженерных систем (ИС) - систем вентиляции, кондиционирования воздуха, воздушного отопления и холодоснабжения, которыми оснащаются современные административные, общественные и жилые здания. Эти системы участвуют в жизнеобеспечении человека, но при этом являются источниками негативного воздействия на него -создают повышенный шум в местах его пребывания (на рабочих местах, в жилье, в рекреационных зонах, на нормируемых территориях около зданий). Эксплуатация оборудования ИС на объектах, как правило, невозможна без осуществления необходимых строительно-акустических
мероприятий, включающих виброизоляцию оборудования и снижение структурного шума, изоляцию воздушного шума ограждениями технических помещений, акустическую обработку этих помещений, экранирование шума оборудования, установку глушителей
аэродинамического шума [1,2,3]. Неточности в акустических расчетах исключают возможность оптимизации мер по защите от шума ИС.
Анализ публикаций
Данное исследование построено на основании научных методов и использования статистических данных.
Цель и постановки задачи
Целью работы является рассмотрение неточностей в акустических расчетах на основе анализа основных причин их возникновения. Задачами исследования является:
- дать критическую оценку сегодняшнему положению при выявлении неточностей в акустических расчетах ИС;
- определить наиболее рациональные методы решения проблемы в данной области;
- обозначить тенденции развития с учетом роста уровня оптимизации шумоглушения ИС с учетом роста меняющихся социальных потребностей.
Результаты и их анализ Оптимальные с точки зрения акустики и экономики решения шумоглушения или шумозащиты достигаются в тех случаях, когда достаточно точно установлено зависимое от частоты требуемое снижение шума. Оно определяется в октавных полосах частот и является основой, исходными данными для проектирования эффективных средств снижения шума при минимально возможных материальных затратах. На действующих объектах его определяют преимущественно по результатам натурных акустических измерений, а на проектируемых -путем расчета.
Достоверность получаемых расчетных данных зависит от того, насколько точно выполнен акустический расчет оборудования, другими словами, насколько точно произведена оценка шумового воздействия одного или группы источников в расчетной точке. В недалеком прошлом акустический расчет, например, системы вентиляции, выполнялся «вручную» (с помощью счетной машинки). Его точность могла зависеть, прежде всего, от квалификации специалиста, его выполняющего, но и от того, насколько строго он следовал требованиям основополагающего документа в области борьбы с шумом того времени СНиП [4] и рекомендациям, содержащимся в руководстве к нему [5].
Многие современные проектировщики думают, что в настоящее время при расчетах квалификация не требуется. Достаточно иметь компьютер, купить имеющееся в широком
ассортименте программное обеспечение, ввести исходные данные, и необходимые результаты получены. По нашему мнению, это далеко не так. Даже при корректно введенных исходных данных остается неизвестным, насколько правильно создан алгоритм. Закономерно возникает вопрос, к какой категории относится его создатель, разработчик программы. Это программист, владеющий достаточной суммой знаний в области прогнозирования, мониторинга шумового воздействия и защиты от шума различных источников. Или программист, не имеющий необходимых специальных знаний в области акустики (борьбы с шумом), и поэтому не способный при создании программного обеспечения отразить в полной мере особенности акустического расчета оборудования ИС и оценить его результаты.
Практика показала, что наиболее предприимчивыми оказались специалисты второй из обозначенных категорий. Вследствие их активной деятельности возникли и получили широкое распространение программные обеспечения, точность расчетов с использованием которых, по меньшей мере, неизвестна. Это ничуть не смущает авторов. При сопровождении своей продукции пояснительной запиской они среди прочего подчеркивают, что программа не только разработана на основе СНиП [6,7], но и лицензирована. Характер этой информации, безусловно, рекламный, и имеет своей целью убедить пользователя (покупателя) в высоком качестве приобретаемой им продукции (программы), способной обеспечить необходимую точность и достоверность получаемых расчетных данных, кстати, весьма дорогостоящей продукции. На самом деле, фирмы, распространяющие программы, думается, не имеют каких-либо материалов, подтверждающих факт получения с их помощью расчетных данных, точность которых позволяет решить проблему защиты от шума ИС и избежать необоснованных затрат на осуществление шумоглушения или шумозащиты.
При неправильно заложенных данных в расчётах получаем зачастую заниженные характеристики по шуму и тем самым занижаем эффективность выбранных мероприятий. Шум вентилятора распространяется по воздуховоду и излучается в окружающее пространство через решетку или шахту или непосредственно через корпуса вентилятора или открытый патрубок при установке вентилятора снаружи здания. Распространенные неточности в расчетах на прилегающую территорию происходят зачастую при расчетах вентиляционного оборудования высотных зданий. Неточность расчёта заключается в том, что расчетную точку для расчета ошибочно берут на расстоянии 1,5 м - 4 м от земли - это на уровне 1-2 этажа с показателем направленности (АЬн) +3 дБ и это при нахождении источника шума выше 5 этажа. Наихудшая ситуация в таком случае будет на уровне источника шума и показатель направленности в
данном случаи принимается +5 дБ. Расхождение в расчетах в конкретном случае составляет 2дБ. Показатель направленности излучения шума при выходе его в атмосферу через выходные отверстия вентшахт, каналов по отношению к жилому дому представлен на (Рис. 1).
Рис.1. Показатель направленности излучения шума
С той же уверенностью можно сказать, что при расчете уровней шума, распространяющегося по воздуховодам, в программах не учитывается необходимость корректировки паспортных шумовых характеристик вентиляторов на сторонах всасывания и нагнетания, определенных в измерительном помещении при акустических испытаниях [8]. Такая корректировка раньше проводилась при определении шумовых характеристик отечественных вентиляторов расчетным методом [4,5].
Необходимость указанной корректировки обусловлена отражениями звука от открытых патрубков вентилятора, установленного, например, в измерительном помещении, и их отсутствием при присоединении воздуховодов [8]. Другими словами, в присоединяемый к вентилятору воздуховод распространяется не та звуковая энергия, что излучается открытым патрубком (№„) в окружающее пространство (в измерительное помещение), а только часть энергии, создаваемой рабочим колесом вентилятора (№рк).
М/рК = М/п + Щт
(1)
где - звуковая энергия, отражённая от открытого конца патрубка (внутрь вентилятора).
Приближённая схема излучения и распространения звуковой энергии (мощности) от вентилятора в окружающее пространство, включая звуковую энергию, излучаемую корпусом вентилятора (№кв), в отсутствие воздуховодов представлена на рисунке 1а в работе [8]. Когда к вентилятору присоединяются воздуховоды, картина меняется (там же, рисунок 1б). Звуковая энергия в окружающее пространство излучается через стенки воздуховодов (Жст) и через их открытые концы, например, через два на стороне нагнетания (№н1, Жн2)
и один на стороне всасывания (IVВ). Площади этих открытых концов воздуховодов в большинстве случаев отличаются от площадей патрубков вентилятора.
Акустическое влияние присоединения воздуховодов к вентилятору является причиной корректировки рассчитанных или паспортных шумовых характеристик вентиляторов (октавных уровней звуковой мощности) на сторонах всасывания и нагнетания. Существует специальная поправка, учитывающая данный факт и зависящая от поперечного сечения патрубков вентиляторов. В руководстве [5] она обозначена как АЬ2, а ее значения для всего ряда сечений патрубков (соответственно воздуховодов) содержатся в таблице 5 указанного руководства. Некоторые из них для оперативного анализа представлены в более наглядной графической форме (Рис.2).
А12, дБ
V
63 125 250 500 1000 2 000 /.Гц
Рис.2. Поправка на отражение звуковой энергии от конца воздуховода
1 - 100 мм; 2 - 160 мм; 3 - 200 мм; 4 - 250 мм; 5 - 315 мм; 6 - 400 мм
Поправку АЬ2 прибавляют к уровням звуковой мощности (УЗМ) вентиляторов, определенным путем расчета или измерения в измерительном помещении в каждой октавной полосе частот. Как видно, октавные значения поправки АЬ2, например, при поперечном сечении патрубка вентилятора 100 мм изменяются от 2 дБ в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц до 19 дБ в диапазоне низких частот. Это весьма существенное увеличение УЗМ, причем в неблагоприятном с точки зрения борьбы с шумом диапазоне частот (эффективность всех средств снижения шума в данном диапазоне частот низкая).
В результате пренебрежительного отношения к указанной поправке, получаемые расчетные данные в диапазоне низких частот будут занижены. Соответственно подобранные и установленные глушители будут меньшей длины и не обеспечат требуемое снижение аэродинамического шума. В большинстве случаев это обнаруживается только перед сдачей объекта.
На этой стадии установка нескольких дополнительных глушителей даже небольшой длины связана с трудностями, обусловленными отсутствием свободных мест, дополнительных средств, возможности каких-либо разрушений.
На практике исключение поправки АЬ2 приводит к необходимости в дополнительных глушителях весьма значительной длины. Предположим, требуемое снижение шума вентиляционной системы в зоне воздействия в октавной полосе со среднегеометрической частотой 63 Гц за счет неучтенной поправки составляет 7-9 дБ. Тогда для обеспечения нормативных акустических условий потребуется установить трубчатый глушитель круглого сечения длиной около 1 м, а прямоугольного - не менее 1,5 м, так как эффективность этих, впрочем, и других глушителей в данной октаве весьма низкая [9].
Подобный негативный результат возникает из-за технической ошибки (в том же низкочастотном диапазоне), которая в меньшей степени связана со способом получения расчетных данных. Речь идёт об ошибке, которая возникает, когда фирмы изготовители оборудования ИС представляют вместо основной шумовой характеристики (уровней звуковой мощности в октавных полосах частот), корректированные по шкале «А» октавные уровни звуковой мощности (Рис.3).
/. дБ
Рис.3. Шумовые характеристики канальных вентиляторов
1 - СК 100 (с коррекцией); 2 - СК 100 (без коррекции); 3 - СК 315 (с коррекцией); 4 - СК 315 (без коррекции)
Величина возникающей ошибки, разумеется, равна величине внесенной корректирующей поправки, которая, кстати, уже учтена при нормировании шума [9]. Как видно на рисунке 3, в октаве с характерной частотой 63 Гц корректированный УЗМ ниже некорректированного на 26 дБ.
Таким образом, если судить по корректированным уровням звуковой мощности, данные канальные вентиляторы - малошумные.
Видимо, на такую реакцию покупателей и рассчитывают изготовители или поставщики оборудования, представляя им не основную шумовую характеристику. Квалифицированные специалисты, знакомые со спектрами шума оборудования ИС, каких немного, эту подмену обнаружат. Другие не заметят, получат заниженные расчетные данные в диапазоне низких частот, подберут глушители меньшей длины, чем требуется, и обеспечат негативные последствия.
Очень часто в расчетах ошибочно завышается эффективность выбранных мероприятий, и ответственность лежит зачастую на отдельных фирмах, изготавливающих вентиляторы и сопутствующие комплектующие детали к ним. Они приводят в своих каталогах необоснованно высокую эффективность глушителей на низких частотах до 20 дБ, а на высоких до 58 дБ (Рис.4) [10]. Применение таких глушителей ведет к неэффективности предлагаемых мероприятий.
ЛЬ и, дБ
Рис.4. Неверная эффективность шумоглушителя длиной 1000 мм
1 - трубчатого; 2 - канального; 3 -пластинчатого
При постановке пластинчатых глушителей обычно не предусматриваются форкамеры, в результате чего из-за увеличения сопротивления потоку воздуха увеличивается излучаемый вентилятором шум. Нередки случаи, когда не учитывается скорость движения воздуха в глушителях, из-за чего значительно сокращается срок их службы. Например, был проект, в котором в результате неправильной постановки пластинчатого глушителя скорость воздуха в глушителе достигала 30 м/с. [11].
Часто закладываются в проектах звукопоглощающие материалы, которые нельзя применять для данных случаев. Например, не все материалы для глушителей вытяжных вентсистем можно применять для приточных систем [11].
К сожалению, в настоящее время часто наблюдаем «союз» заказчика и проектировщика для достижения одной цели: согласовать проект санитарно-защитной зоны (СЗЗ) объекта без шумозащитных мероприятий. Пример 2014г.: был не согласован проект СЗЗ фабрики, так как для вентагрегатов номеров 5 и 6,3 были взяты заниженные шумовые характеристики и большая группа вентагрегатовустановлена открыто на территории фабрики, а механический шум не был
оценен. Через два месяца был разработан и представлен на согласование новый проект СЗЗ этой же фабрики, в котором приведены для корпусов фабрики вентагрегаты номеров 2,5 и 3,15 с минимальным числом оборотов вентагрегата, и все агрегаты установлены в помещениях корпусов фабрики. В новом проекте СЗЗ приложены данные инвентаризации вентиляции, в которой указаны вентагрегаты номеров 2,5 и 3,15. Данные инвентаризации и новое месторасположение вентагрегатов завизированы руководством фабрики..... Комментарии здесь не приводим.
Выводы
В целом по поводу уровня оптимизации шумоглушения ИС и не только их можно отметить следующее. До появления в нашей стране, безусловно, прогрессивного компьютерного способа получения расчетных данных, когда акустические расчеты выполняли в основном квалифицированные специалисты-акустики, перечисленные ошибки были случайными. В настоящее время, когда акустическими расчетами занимаются все желающие, используя не проверенные практикой программные обеспечения, такие ошибки приобрели систематический характер. Материальные затраты на устранение их негативных последствий увеличились, по всей вероятности, в десятки, если не в сотни раз.
В заключение информируем читателей о том, что в 2010 году разработан (при непосредственном участии силами НИИСФ РААСН) и утвержден в 2011 году Министерством регионального развития новый основополагающий документ в области борьбы с шумом. Разрабатывался он как новый СНиП «Защита от шума», но в связи с изменением системы стандартизации утвержден как Свод правил [7]. Среди структурных изменений отмечаем включение в него отсутствующего в предыдущем документе, но крайне необходимого раздела, касающегося систем вентиляции, кондиционирования воздуха, холодоснабжения и воздушного отопления.
В 2011 году также введён в действие стандарт НИИСФ РААСН [12]. В основу стандарта положено Руководство [5] разработанное институтом на базе результатов обширных аналитических и экспериментальных
исследований.Стандарт существенно дополняет Свод правил [7].
Главной отличительной чертой нового обязательного для исполнения проектировщиками документа [7]является отсутствие в нем каких-либо расчетных формул (только нормы и правила проектирования шумоглушения). Уточненные методики акустических расчетов различных источников шума с учетом современных условий, как предполагается, будут содержать соответствующие Своды правил - документы, без которых невозможно обеспечить нормы и правила, установленные основополагающим документом.
Правда, они будут иметь другой статус - для добровольного использования.
Следствием созданной ситуации, безусловно, будет усложнение процесса оптимизации шумоглушения ИС с точки зрения акустики и экономики.
Список литературы
1. Гусев В.П. Опыт борьбы с шумом оборудования инженерных систем [Текст] / Сб. трудов научной конференции - академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики», посвящённые памяти Г.Л. Осипова. -М.: ACADEMIA, 2009. - 184-192 с.
2. Гусев В.П., Шубин И.Л. Защита от шума оборудования инженерных систем зданий различного назначения экранированием [Текст] / Сб. трудов международной научно-практической конференции «Гармонизация европейских и российских нормативных документов по защите населения от повышенного шума. - М.: НИИСФ РААСН, 2009. - 88-102 с.
3. Гусев В.П. Вибрация оборудования инженерных систем и способы защиты от нее [Текст] / ж-л АВОК, 2010, №5. - 44-51 с.
4. СНиП II-12-77 «Защита от шума» [Текст].-Госстрой СССР, 1978.
5. Руководство по расчету и проектированию шумоглушения вентиляционных установок [Текст]. - М:. Стройиздат, 1982.
6. СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» [Текст]. -Госстрой России, ФГУТ ЦПП, 2004.
7. СП 51.13330.2011 «Защита от шума». Акутализированная редакция СНиП 23-032003, введ. 2011-05-20, изд. Официальное [Текст]. - М.: Минрегион России, 2011.
8. Гусев В.П., Руднева Е.А., Калашникова Н.К., Гончаренко И.А. Ошибки в расчетах шумового воздействия оборудования инженерных систем и их негативные последствия [Текст] / ACADEMIA. Архитектура и строительство. -М.: НИИСФ РААСН, 2010, № 4. - 234-236 с.
9. Гусев В.П. Ещё раз о шумовых характеристиках вентоборудования и акустических возможностях шумоглушителей [Текст] / ж-л АВОК, 2008, № 2. - 48-55 с.
10. Калашникова Н.К., Веретина И.А., Лазаренко Н.В., Гончаренко И.А. Шум от оборудования автомоек [Текст] / Защита от повышенного шума и вибрации; под ред. Н.И. Иванова.-СПб.: Айсинг, 2015. - 397-403 с.
11. Калашникова Н.К., Клименкова О.И. Типовые ошибки при проектировании объектов с источниками шума [Текст] / Сб. трудов ХУШ сессии Российского акустического общества, том 3.- Таганрог:ГЕОС, 2006. - 199-201 с.
12. СТО 02495359-6.001-2011 Расчет и проектирования шумоглушения систем вентиляции, кондиционирования воздуха, холодоснабжения и воздушного отопления[Текст]. - М.: НИИСФ РААСН, 2011.
PRECISE ACOUSTIC CALCULATION IS THE BASIS OF THE OPTIMUM NOISE PROTECTION FROM UTILITY SYSTEMS
Summary: The article discusses the possible causes of discrepancies in the performance of acoustic calculations of engineering systems with which the modern facilities are equipped such as ventilation, air conditioning, air heating and cooling systems, which in most cases leads to the exclusion of possibility to optimize protection from noise of engineering systems.
Keywords: Noise, engineering systems, acoustic calculation, inaccuracy, dB.
