Учебное пособие 2166

образуемых падающими лучами. Фокусы отсутствуют; рассеивание энергии сокращается по сравнению с плоской поверхностью (Рис. 2, а).

При удалении источника на половину радиуса отраженные лучи приобретают приближенно параллельные направления (Рис. 2, б). Точная параллельность достигается при отражении от параболической поверхности. Этот случай отвечает передаче отраженной энергии почти без потери, с расположением фокуса отраженных лучей на бесконечном удалении от поверхности.

При перемещении источника от половины радиуса до центра кривизны отраженные лучи пересекаются, причем фокусы отраженных лучей быстро приближаются из неопределенно большого удаления к этому же центру кривизны. Район концентрации энергии простирается от поверхности на удвоенное удаление фокуса отраженных лучей (Рис. 2, в).

Если источник совпадает с центром кривизны, то направления отраженных лучей совпадают с падающими, и фокус их располагается в том же центре. Район концентрации ограничивается удвоенным радиусом; падение силы звука происходит по закону свободного распространения, сила возрастает за счет отраженной энергии (Рис. 2, г).

Наконец, при перемещении источника звука далее центра кривизны отраженные лучи пересекаются в пределах от центра кривизны до половины радиуса или главного фокуса кривой, с которым совпадают при удалении источника на бесконечное расстояние. Район концентрации колеблется при этом в пределах от удвоенного до одиночного радиуса кривизны. Отражения вызывают усиленное рассеивание энергии, как при выпуклых поверхностях (Рис. 2, д).

д)

Рис. 2. Различные случаи отражения от вогнутой поверхности

72

Зависимость между расположением источника звука и фокуса отраженных лучей x может быть представлена, как:

x=dr/(2d-r)

где r - радиус кривизны; d – расстояние от источника звука до поверхности.

В настоящее время архитектурная акустика получает всеобщее признание как необходимая отрасль архитектуры и привлекает внимание многих архитекторов и научноисследовательских лабораторий. Акустические проблемы помещения в основном могут быть разрешены до стройки. Задача состоит, во-первых, в достаточном уменьшении шума, и вовторых, в конструировании помещения.

Наработки ученых в этой области, по нашему мнению, имеет смысл применить в обратном направлении, т.е. в научной работе мы предлагаем еще на этапе проектирования не лекционных и музыкальных аудиторий, а производственных помещений учесть возможность возникновения негативного действия звуковых волн и постараться снизить вредное их воздействие на организм человека. Инструментом для достижения этой цели вполне могут стать знания и накопленный опыт исследователей в области инженерной и архитектурной акустики.

Сегодня инженеры и проектировщики обладают значительным объемом средств нейтрализации негативного воздействия звукового давления. Большой прогресс достигнут в разработке и производстве самых разнообразных конструкций шумовиброзащиты: виброизоляторов, акустических экранов, звукоизолирующих капотов и кабин, элементов звукопоглощающих и звукоизолирующих конструкций.

Для защиты населения от вредного звукового воздействия, исходящего от железнодорожных и автомобильных магистралей, строительных площадок, промышленного оборудования и других источников шума используются ограждения – шумовые экраны.

Акустические панели по своему функциональному назначению подразделяются на:

-шумопоглощающие непрозрачные;

-шумоотражающие светопрозрачные.

Комбинированные шумозащитные экраны чаще всего устанавливают на автодорогах, снижая утомляемость водителей.

В качестве акустических экранов сегодня применяются стеклофибробетонные панели, стекло акриловое листовое полиметилметакрилат (ПММА) и др. Хорошими звукоизоляционными свойствами обладают теплоизоляционные плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем.

Перспективным является применение активных средств борьбы с шумом, позволяющих решать целый ряд научных и технических задач, таких, как создание безэховых и экранирующих камер или площадок, обеспечение маскировки отражающих или излучающих объектов, снижение уровня шума в кабинах и салонах самолетов, вертолетов, автомобилей и тракторов, снижение внешней шумности транспортных средств, звуко- и виброизоляция силовых энергетических установок, снижение механических колебаний и вибраций производственного оборудования с целью уменьшения механического износа деталей и др. Достоинством этих средств является их эффективная работа в низкочастотном диапазоне, где пассивные средства шумозащиты действуют слабо, а также возможность управлять спектром шума в точке наблюдения. Первой публикацией на тему активного гашения можно считать американский патент Луэрга, выданный в 1933 г. Строгое же решение задачи активного гашения волновых полей впервые было дано в конце 60-х – начале 70-х годов в работах Г.Д. Малюжинца, М.В. Федорюка, М. Жесселя. Эти работы положили начало новому

направлению в развитии методов активной компенсации.

Сегодня различные производства являются источником повышенного уровня шума. Например, наблюдаемая интенсивность шума при котельных работах и склепке (табл. 4)

73

составляет 120 дБА, тогда, как порог болевого ощущения человеческих органов слуха –130 дБА [2]. Подобные многочисленные проблемы, по нашему мнению, невозможно решить лишь применением индивидуальных средств защиты. Необходимо грамотно проектировать обстановку помещения, по возможности варьируя компановку оборудования, применяя имеющиеся на сегодняшний день шумопоглащающие и шумоотражающие материалы, используя ограждающие конструкции здания. Большие перспективы у комбинированных активно-пассивных систем шумоглушения. Применяя арсенал описанных выше методов и средств, мы предполагаем оценивать будущую акустическую ситуацию в помещении, предлагать оптимальный с экономической, технологической и санитарно-гигиенической точек зрения вариант расположения источников шума и наиболее применимых способов борьбы с шумовым загрязнением.

Выводы

Из вышесказанного можно сделать вывод о том, что актуальность проблемы шумового загрязнения окружающей среды со временем только возрастает. Современные технологии расширяют разнообразие средств шумозащиты, однако они ставят и новые проблемы в связи с появлением новых источников шума. В статье приведена история борьбы с шумами, фрагменты развития акустической науки. Рассматриваются различные направления снижения шума при проектировании зданий и сооружений.

Библиографический список

1.Иванов Н.И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом: учебник.– М.: Университетская книга, Логос, 2008.–424 с.

2.Беляев С.В. Акустика помещений. Изд. 3-е. – М.: Издательство ЛКИ, 2008. – 136 с.

3.Хорошев Г.А. Борьба с шумом вентиляторов/ Г.А. Хорошев, Ю.И. Петров, Н.Ф. Егоров. – М.: Энергоиздат, 1981. –144 с., ил.

4.Кнудсен Верн Оливер. Архитектурная акустика: Пер. с англ./ Под ред. Е.А. Копиловича, Л.Д. Брызжева. Изд. 4-е. –М.: Издательство ЛКИ, 2007. – 520 с.

The bibliographic list

1.Ivanov N.I. The Engineering acoustics. Theory and practice of the fight with noise: uchebnik.- M.: University book, Logos, 2008.-424 s.

2.Belyaev S.V. The Acoustics of the premiseses. Izd. 3-e. - M.: Publishers LKI, 2008. -136 s.

3.Horoshev G.A. The Fight with noise ventilator/ G.A. Having Got prettier, YU.I. Petrov, N.F. Ego-rov. - M.: Energoizdat, 1981. -144 s., silt.

4.Knudsen Verne Oliver. The Architectral acoustics: Per. with engl./ Under ред. E.A. Copilovichia, L.D. Bryzzheva. Izd. 4-e. -M.: Publishers LKI, 2007. - 520 s.

Ключевые слова: борьба с шумом, акустика, промышленность, шумозащита.

Кeywords: fight with noise, acoustics, industry, рrotection from noise.

74

Отметим, что предлагаемая система управления, рис.1, относится к кибернетическим системам, поскольку управляющий сигнал вырабатывается математическим моделированием в компьютерном центре управления, функционирующим в составе АСУ ТП. При этом стуктура отбора газа к отдельным потребителям или группе потребителей строится не на путевых, а на узловых отборах газопотоков (например, поз.8, рис.1) и индивидуальным управлением этими газопотоками с помощью УД. Отбор от узла распределительной уличной сети проходит через короткий технологический трубопровод (поз. 8-Т, рис.1) с установленным на нем УД и далее через фиктивный участок (поз. Т-25,рис.1) к потребителям. Множество реальных участков абонентских подсистем (АП), запитываемых от энергоузлов (поз.Т, рис.1) эквивалентируется на основе фундаментальных и частных условий энергетического эквивалентирования (ЭЭ) [1] одним фиктивным участком (например, Т-25, рис.1), а “висящие” узлы, инцидентные фиктивным участкам (например, поз.25 рис.1), отождествляются с потребителем (группой потребителей).

Т

30

ТТ

31

Рис.1. Бинарный структурный граф системы газоснабжения низкого давления - фиктивный участок; - технологический трубопровод с управляемым дросселем

Подобная схема отбора и управления газопотоками, идущими к потребителям, позволяет добиваться исполнения задаваемого пользователем прогноза режима газопотребления. В составе математической модели это достигается формированием обратной связи между заданным режимом потребления и гидравлической настройкой УД.

Математическая модель оперативного управления функционированием строится на основе модели возмущенного состояния [1] и методе наименьших квадратов, формирующих в итоге механизм исполнения заданного режима газопотребления. Ниже приведена

76

означенная математическая модель (нелинейная) для стационарного случая независимости расходов газопотоков от времени при заданном пользователем параметрическом прогнозе

режима газопотребления в функции времени суток t Такая форма задания Qifz = Qi (t)

где ε, ν – число участков в составе независимой цепи j и контура j соответственно; р, r- число независимых цепей, цикломатическое число соответственно; λ – число участков, инцидентных узлу j, m – число узлов с неизвестным потенциалом; sgn - оператор присвоения знака; Qij , Sij - расчетный расход, коэффициент гидравлического сопротивления

участка i в составе цепи j или контура j соответственно; qj – фиксированный отбор (приток) от узла j: (+)- в случае источника (ГРП, ГРУ, ГРС), (-)- в случае потребителя; Qjf (t) - расход через фиктивный участок j (отождествляемый с потребителем или группой потребителей) на времени t, согласно компьютерной версии; Qjfz (t) - то же, но задаваемый пользователем на

времени t в составе режима газопотребления; mH- число узлов с фиксированным потенциалом в составе АП.

Перепад давления по цепи j:

Pj = (PjN − PjK ) - системы низкого давления;

Pj = (PjN2 − PjK2 ) - системы среднего (высокого) давления;

где PjN , PjK - абсолютное (заданное) давление в начальном и конечном узлах цепи j.

Здесь (1)- система нелинейных (алгебраических) уравнений для р независимых цепей, не образующих между собой любых контуров

где g=( mH+℮) – полное число узлов системы с заданным потенциалом; ℮ - число узлов питания с присоединенными источниками; (2) – система нелинейных (алгебраических) контурных уравнений для r независимых контуров; (3) – система узловых балансовых уравнений для узлов с незаданным потенциалом; (4) – система нормальных уравнений, формирующих механизм обратной связи между режимом газопотребления на времени t и потокораспределением; α=1,75 – системы низкого давления; α=2,0 – системы среднего (высокого) давления.

Линейная система нормальных уравнений (4) строится на основе метода наименьших квадратов, лежащего в основе целевой функции

где λ- неопределенный множитель Лагранжа;

J H , Jπ , Jη - множество узлов в составе АП с фиксированным потенциалом, множество

узлов питания (источников) системы, множество узлов-стоков (потребителей) соответственно.

Вторая группа слагаемых (6), определяемая как система функциональных ограничений, отражает баланс расходов, входящих и выходящих из системы газопотоков. Условие минимума (6):

После исключения λ получаем одну из версий системы нормальных уравнений (4). Эта система «привязывает» расходы в составе прогноза газопотребления к одноименным расходам фиктивных участков согласно компьютерной версии, позволяя добиваться высокой точности исполнения прогноза. Сам по себе прогноз может быть неточным и даже ошибочным, учитывая множество неучтенных факторов, стохастичность режима потребления [2], но система (1)-(4) позволяет добиваться достаточно точного исполнения даже ошибочного прогноза.

Для системы газоснабжения низкого давления, рис.1, проведем вычислительный эксперимент по моделированию с помощью (1)-(4) исполнения заданного прогноза газопотребления на времени t. Результаты представлены дроссельными характеристиками на рис.2, которые иллюстрируют высокую точность исполнения прогноза, составляющую около

2%.

1-(11-T); 2-(4-T); 3-(19-T); 4-(7-T); 5-(13-T); 6-(1-T); 7-(6-T); 8-(9-T)

Кроме того, единожды построенные для отдельно взятой системы, характеристики позволяют определить возможность реализации текущего режима газопотребления, задаваемого пользователем.

78

79

Выводы

Результаты моделирования подтверждают работоспособность и эффективность математической модели оперативного управления функционированием городских систем газоснабжения и узловой схемы отбора путевой нагрузки к потребителям.

Библиографический список

1.Панов М.Я. Моделирование возмущенного состояния гидравлических систем сложной конфигурации на основе принципов энергетического эквивалентирования / М.Я.Панов, В.И.Щербаков, И.С.Квасов// Изв. РАН. Энергетика.-2002.-№6, с.130-137.

2.Евдокимов А.Г. Потокораспределение в инженерных сетях / А.Г. Евдокимов, В.В. Дубровский, А.Д. Тевящев. - М.:Стройиздат, 1979 – 199 с.

configurations on the basis of power equivalence principles / M.Ya.Panov, V.I.Shcherbakov, I.S.Kvasov // News. The Russian Academy of Science. Energetics.-2002.-№ 6, 130-137 p.p.

2. Evdokimov A.G. flow distribution in engineering networks / A.G.Evdokimov, V.V.Dubrovsky, A.D.Tevjashchev. – Moscow .: construction edition, 1979 - 199 p.p.

Ключевые слова: математическая модель, система газоснабжение, оперативное управлении, режим потребление, исполнении прогноза, управляемые дроссели .

Key words: mathematical model, gas supply system, operative managing, a consumption regime, controlled throttles.

О.А. Сотникова, Д.М. Чудинов, А.И. Колосов

ПРИМЕНЕНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ПРИ РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

ИЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Вданной статье идёт речь об основных принципах проектирования энергоэффективных зданий, проблемах энергоснабжения территорий РФ и способах их решения с помощью нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

O.A. Sotnikova, D. M. Chudinov, A.I. Kolosov

80

APPLICATION

NONCONVENTIONAL RENEWED SOURCES

ENERGY AT THE DECISION OF PROBLEMS OF POWER SUPPLY

AND ECOLOGICAL SAFETY

In given article there is a speech about main principles of designing of energetically effective buildings, problems of power supply of territories of the Russian Federation and ways of their decision with the help nonconventional renewed Energy sources.

Цель проектирования и строительства энергоэффективных зданий состоит в более эффективном использовании энергоресурсов, затрачиваемых на энергоснабжение здания, путём применения инновационных решений, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и социальной точек зрения и не изменяют привычного образа жизни.

Наибольший эффект повышения энергетической эффективности здания достигается, если задача решается комплексно всеми доступными средствами. При этом можно выделить два основных направления:

-сокращение энергозатрат на термоизоляцию путём применения улучшенных технических решений в проектируемом здании;

-использование в тепловом балансе здания нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ), в силовом поле которых оно находится.

На рис. 1 показана упрощённая схема теплового баланса помещения, а на рис. 2 соответствующий ей граф, в котором каждому элементу помещения как единой теплоэнергетической системы соответствует вершина графа, а связи между элементами помещения или с внешними элементами – дуга графа. Граф включает одну наружную стену, одну внутреннюю стену и одно заполнение светового проёма. Соединение смежных вершин графа не одной, а двумя одинаково направленными дугами отражает наличие двух связей, осуществляемых при помощи разных способов передачи энергии. Связи 2, 4, 6, 8 характеризуют передачу тепла конвекцией между внутренней поверхностью ограждения, а также поверхностью оборудования и внутренним воздухом. Связи 3, 4, 5, 7 характеризуют потоки тепла за счёт фильтрации через ограждения. Связи 9-14 характеризуют лучистый теплообмен между внутренними поверхностями ограждений, а также внутренних поверхностей с оборудованием.

81