10870

боковое излучение с углом 120°. [2] Больший угол ядра излучения темных ГИИ обеспечивает большую площадь нагрева и более равномерное распределение теплоты, по сравнению со светлыми излучателями.

4. Отвод продуктов сгорания.

Всистемах на базе светлых ГИИ необходимо проектировать системы вентиляции из условия ассимиляции выделяющихся вредностей до концентраций, не превышающих значения ПДК.

Конструкция темных ГИИ позволяет качественно регулировать процесс горения и осуществлять контроль над выбросами продуктов сгорания без применения дополнительной приточно-вытяжной вентиляции. Дымовые газы от ГИИ-ТМ 50L удаляются по индивидуальным трехслойным теплоизолированным дымоходам фирмы «НЭСТ».

Таким образом, с точки зрения надежности обеспечения в помещении требуемого состава газовой среды темные ГИИ более актуальны, чем светлые.

5.Обслуживание.

Всветлых ГИИ при высоких температурах нагрева керамической пластины пыль, осевшая на нее «подгорает», выделяя в помещение неприятные запахи и вредные вещества. Для предотвращения скопления пыли на керамических пластинах необходимо устраивать систематическое продувание пор пластины сжатым воздухом. Несоблюдение условий эксплуатации приводит к засорению и зашлаковыванию пор и поверхности, что вызывает местные перекаливания поверхности и ведет к разрушению излучающего элемента.

Выводы.

Применение в России светлых ГИИ обусловлено в основном их низкой стоимостью по сравнению с темными. Однако экономия средств на стадии строительства оборачивается дополнительными расходами и неудобством обслуживания при эксплуатации и влечет за собой увеличение расходов на устройство системы вентиляции помещений, которые могут достигать 30%. Высокая температура продуктов сгорания приводит к увеличению теплопотерь через кровлю, что увеличивает нагрузку на систему отопления и, как следствие, стоимость оборудования. Более низкий срок эксплуатации и необходимость в более частом и качественном техническом обслуживании светлых ГИИ по сравнению с темными ведет к увеличению эксплуатационных затрат. Таким образом, применение светлых ГИИ может быть экономически малоцелесообразным по сравнению с применением газовых инфракрасных излучателей темного типа.

Рассматривая экологический аспект, необходимо отметить, что применение светлых ГИИ может привести к росту заболеваемости персонала вследствие наличия вредных выбросов в помещение и

300

неравномерности распределения теплового потока. Увеличение нагрузок на систему отопления влечет за собой увеличение расхода топлива и, следовательно, увеличение вредных выбросов в атмосферу.

Детальный анализ характеристик газовых инфракрасных излучателей позволяет сделать вывод о том, что лучистые системы отопления на базе инфракрасные излучателей темного типа являются наиболее экономичными и экологически безопасными по сравнению с системами на базе светлых ГИИ.

Литература

1.Каталог продукции производственного объединения «Регнумгаз»

[текст]: http://regnumgaz.ru

2.Круковер В.И. Тепло в загородном доме [текст]: http://www.xliby.ru/domovodstvo/teplo_v_zagorodnom_dome/p9.php

Лоншакова К.И., Паузин С.А.

(ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»)

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА МИКРОКЛИМАТ ПОМЕЩЕНИЙ

В последние годы современное строительство все чаще старается найти альтернативу классическим зданиям и сооружениям. Одним из таких вариантов является использование пневматических конструкций. Пневматические или воздухоопорные конструкции представляют собой оболочки из воздухонепроницаемых тканей или пленок, которые работают в сочетании со слабо сжатым воздухом, находящимся непосредственно под оболочкой [1].

Такие конструкции пользуются большой популярностью, так как их стоимость относительно небольшая, а функциональные возможности достаточно обширные. Несмотря на кажущуюся простоту, существует немало проблем, возникающих при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений с пневмоконструкциями. В первую очередь это отсутствие в России современных требований на уровне нормативной литературы, пренебрежительное отношение к разработке проекта на инженерные системы, фундамент, освещение здания, а также сложность создания требуемого микроклимата внутри здания.

301

Как правило, такие здания и сооружения предназначены для постоянного пребывания людей, именно поэтому создание комфортной среды внутри помещения является первостепенной задачей.

Чем тоньше ограждающая конструкция, отделяющая помещение от внешней среды, тем труднее создать в здании климат, отличный от окружающего.

Оболочка воздухоопорных зданий и сооружений может быть однослойной, двуслойной или трехслойной в зависимости от необходимых теплоизоляционных характеристик.

Теплотехнические характеристики однослойных оболочек очень невысоки. Малая толщина служит причиной интенсивного охлаждения зимой, образования конденсата и наледи на внутренней поверхности оболочки, а также перегрева воздуха в помещении летом. Поэтому создание необходимого перепада температур требует значительных затрат и использования специальной техники для обогрева или охлаждения воздуха под оболочкой [2].

Применяется несколько путей снижения расхода тепла. Самый простой - это улучшение герметизации оболочки, для этого устраиваются уплотнители, шлюзы, анкерное крепление [2]. С одной стороны утечки воздуха - это утечки тепла и сократив их до минимума можно соответственно сократить теплопотери. С другой стороны, они полезны. Обычно принимается, что утечки превышают необходимый санитарный минимум свежего воздуха. По этой причине организованный приток и вытяжку воздуха зачастую не предусматривают вовсе.

При значительном количестве людей внутри и очень высокой герметичности периметра и дверей, может потребоваться специальная организованная вытяжка, повышающая стоимость здания на начальном этапе строительства. Пренебрежение таким решением, в виде простого увеличения утечки воздуха на улицу приведет к существенному удорожанию эксплуатации сооружения на весь период использования, что в конечном итоге окажется менее выгодно.

При использовании двухслойной оболочки теплопотери снижаются вдвое, увеличивается звукоизоляция и уменьшается вероятность перегрева здания летом. Выполненная из трех слоев оболочка, помимо вышеперечисленных достоинств позволяет устранить так называемые «мостики холода». Это места соединения первого и второго слоев, где нет воздушной подушки. Будучи закрытыми третьим слоем ткани, они перестают быть проблемным местом конструкции. Такие воздухоопорные сооружения требуют наименьших затрат на обогрев или кондиционирование воздуха внутри помещения.

Не следует забывать о том, что вес и транспортный объем двухслойной оболочки по сравнению с однослойной увеличивается

302

примерно в полтора раза, трехслойной в два раза. Стоимость двухслойной оболочки возрастает на 25-30%, а трехслойной - на 50% [1].

Для снижения перегрева летом применяются материалы с высоким светоотражением и низкой светопроницаемостью. Экспериментально установлено, что перегрев воздуха под светлыми оболочками приблизительно вдвое меньше, чем под темными, а использование двухслойной оболочки с зазором в 50 см между слоями снижает перегрев на 20-30%.

Но при достоинствах светоотражающих материалов не стоит забывать о том, что их применение ведет к увеличению затрат на освещение помещения.

Наиболее подходящими для климатических условий средней полосы, при круглогодичной эксплуатации, являются двухслойные оболочки с невысокой степенью светопроницаемость. Прочие типы оболочек применимы только при сезонном использовании.

Литература

1.Ермолов В. В. Пневматические строительные конструкции/ Ермолов В.В., Бэрд У.У., Бубнер У.- Москва: Стройиздат, 1983.- 439 с.

2.Микроклимат под оболочкой [Электронный ресурс]. URL: http://stroi-archive.ru/vozduhoopornye-zdaniya/356-mikroklimat-pod- obolochkoy.html

Кожанов Д.А.1,2, Кожанова К.Ю.1, Лихачева С.Ю.1

(1ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет,

2ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»)

ВОЗМОЖНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ANSYS ЧЕРЕЗ ПРОГРАММИРОВАНИЕ СТОРОННИХ ПРИЛОЖЕНИЙ

Системы автоматизированных расчетов находят все большее применение при проектировании и экспертизе зданий и сооружений. Большинство систем автоматизированных расчетов основывается на использовании метода конечных элементов. Одной из наиболее популярной и универсальной системы автоматизированного расчета является система ANSYS [1-4]. Создание расчетной модели в системе

303

ANSYS состоит из поэтапного определения геометрии, создаваемой или импортированной из сторонней графической программы, выбор типа конечного элемента, выбора модели материала, создания расчетноэлементной сетки, решения и отображения результатов. Универсальность системы ANSYS приводит к тому, что создание модели даже простой строительной конструкции, приводит к большим временным затратам на использовании одной и той же последовательности действий с различными атрибутами. При этом, изменение характеристик строительной конструкции приводит к необходимости создания новой расчетной схемы, начиная с определения новой геометрии конструкции.

К главному «плюсу» системы ANSYS [1] стоит отнести наличие языка параметрического проектирования ANSYS APDL, с помощью которого возможно создать пользовательские модели материалов, сложную геометрию, написать собственные функции нагрузок и геометрических параметров, а также дистанционно управлять системой через язык команд и многое-многое другое.

Последовательность действий при создании расчетной модели строительной конструкции остается неизменной, изменяются лишь количество команд и аргументы, передаваемые в них. Так как любое действие в интерфейсе системы ANSYS дублируется соответствующей командой на встроенном языке программирования APDL, создание расчетной модели можно автоматизировать и оптимизировать без использования сложного встроенного графического интерфейса системы. Для этого достаточно создать текстовый файл, который должен содержать все необходимые команды для создания расчетной модели объекта, и запустить его в программе ANSYS.

Последовательность записи команд определяются этапами и блоками вводимой информации. К основным этапам вводимой информации относятся:

а) команды препроцессора – создают и подготавливают расчетную модель к ее решению. Для входа в препроцессор необходимо в командную строку ANSYS ввести команду: /PREP7;

б) команды решателя – настройка решения модели, к которой относится выбор особенностей расчета. Для входа в решатель необходимо в командную строку ANSYS ввести команду: /SOLU;

в) команды постпроцессора – к ним относятся обработка и отображение результатов решения расчетной модели. Для входа в постпроцессор необходимо в командную строку ANSYS ввести команду:

/POST1;

При создании расчетной модели в ANSYS, соответствующие команды для препроцессора можно логически разделить на четыре независимых группы:

304

а) блок создания геометрического вида объекта – к которому относится построение геометрии моделируемого объекта. Данный блок возможно реализовать при помощи встроенных в ANSYS команд и геометрических примитивов, которые могут быть одномерные (точка, линия), двухмерные (различные поверхности) и трехмерные (параллелепипед, цилиндр, конус, тор и др.), или, не используя геометрического моделирования в ANSYS, возможно импортировать геометрию исходного объекта из файла, созданного в сторонней программе геометрического моделирования.

б) блок задания типа конечных элементов – к которому относится выбор типов конечных элементов, используемых при моделировании объекта исследования. Вид конечных элементов определяется из размерности задачи и моделируемых объектов в которых необходимо использовать одномерные, двумерные или трехмерные конечные элементы. Тип конечных элементов определяется из особенностей и условий работы конструкции.

в) блок используемых материалов – к которому относится выбор модели деформирования материала, из которого изготовлена моделируемая конструкция, и указание механических характеристик для выбранной модели. При моделировании материала стали, в условиях малости деформаций без учета необратимых пластических деформаций, достаточно ввести два параметра: модуль упругости и коэффициент Пуассона.

г) блок создания расчетной модели и определения нагрузок – к которому относятся настройки создания расчетной сетки с учетом особенностей геометрического вида моделируемого объекта и определение граничных условий (внешняя нагрузка, ограничения степеней свободы в точках опор).

Для того чтобы выйти из соответствующего этапа, необходимо ввести команду FINISH.

После определения расчетной модели необходимо настроить решатель и запустить решение. Эти процедуры проводятся в блоке решателя /SOLU. Для запуска решения новой задачи, в команде ANTYPE необходимо в качестве параметра передать значение «0», что будет означать начало нового расчета. При этом очищается база данных от решения предыдущих задач. Для запуска решения используется команда SOLVE. После этого производится выход из блока решателя командой

FINISH.

Чтобы получить результаты решения последнего шага необходимо ввести команду SET с параметром LAST.

Описанные выше разделы и блоки позволяют полностью описать процесс создания расчетной модели конструкции механики сплошных сред

305

в пакетном режиме программного комплекса ANSYS без использования встроенного пользовательского интерфейса.

На основе алгоритмизации процесса создания расчетной модели исследуемого объекта в ANSYS и отсутствии необходимости использования встроенного графического интерфейса, возможно создание внешнего модуля приложения для системы ANSYS, генерирующего текстовый файл с командами на языке APDL описывающими процесс создания, решения и отображения результатов расчета. Для управления системой ANSYS через стороннее приложение возможен запуск системы ANSYS в пакетном режиме используя, например, следующие команды при разработке стороннего приложения на языке C#:

ansysProc = new Process(); ansysProc.StartInfo.FileName; ansysProc.StartInfo.Arguments;

ansysProc.Start();

где ansysProc.StartInfo.FileName определяет месторасположение запускаемой программы (.exe – файл системы ANSYS), ansysProc.StartInfo.Arguments – передаваемые в ANSYS аргументы, такие как:

-b – запуск ANSYS в пакетном режиме;

- dir – определение месторасположения рабочих файлов программы ANSYS;

-i – созданный входной командный файл;

-o – выводимый файл состояния решения задачи;

-j – имя проекта;

-s read -l en-us -t –d – стандартные параметры запуска ANSYS.

В результате, при разработке стороннего приложения, позволяющего создать и рассчитать расчетную модель заданной конструкции, исчезает необходимость проведения однотипной процедуры создания модели в сложном встроенном графическом интерфейсе системы ANSYS. Поэтому, в случаях, когда необходимо решить множество однотипных задач, разработка подобных сторонних приложений значительно ускоряет процесс создания и расчета моделей исследуемых объектов.

Литература

1.Кожанова К.Ю. Возможности применения системы ANSYS к решению задач механики сплошных сред // Сборник докладов V всероссийского фестиваля науки. Нижний Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2015, с. 90 – 93.

2.Кожанов Д.А. Особенности конечно-элементного моделирования вида структурного элемента гибких тканых композитов // Научно-

306

технические ведомости СПбПУ. Физико – математические науки. Выпуск

1(237). Санкт-Петербург; Изд-во СПбПУ; 2016 г.; С. 7-15.

3.Кожанов Д.А., Лихачева С.Ю. Применение моделей материалов и типов конечных элементов в ANSYS для описания деформирования кирпичных кладок // Сборник трудов конференции «Современные концепции научных исследований». Н. Новгород; ООО "Стимул - СТ"; 2015; С. 228-230.

4.Любимов А.К., Кожанов Д.А. Моделирование вида структурного элемента гибких тканых композитов при статическом растяжении с применением метода конечных элементов в ANSYS // Компьютерные исследования и моделирование, 2016 г., Т.8, №1, С. 113-120.

Бобылев В.Н., Тишков В.А., Гребнев П.А., Монич Д.В.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПО ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ СЭНДВИЧ-ПАНЕЛЕЙ

Повышение звукоизоляции ограждающих конструкций необходимо для улучшения акустического комфорта в помещениях гражданских и промышленных зданий. В связи с этим высокое значение приобретают шумозащитные мероприятия, важнейшим среди которых является применение ограждений с повышенной звукоизоляцией в нормируемом диапазоне частот. При этом одним из важнейших критериев является снижение массы и толщины ограждающих конструкций. Данную задачу позволяет решить применение сэндвич-панелей (многослойных конструкций), имеющих внешние листовые облицовки и слой легкого заполнителя между ними.

Сэндвич-панели, используемые в настоящее время в строительстве, представляют собой ограждающие конструкции, в которых все слои жестко склеены между собой. Такие конструкции обладают низкой звукоизоляцией в диапазоне средних и высоких частот, вызванной резонансом системы «масса – упругость – масса». Данный недостаток

307

является одним из факторов, мешающих широкому внедрению сэндвичпанелей в практику строительства.

Теоретические исследования звукоизоляции сэндвич-панелей проведены на базе теории самосогласования волновых полей Седова М.С. с учетом двойственной природы прохождения звука [1].

Экспериментальные исследования звукоизоляции сэндвич-панелей проведены в больших реверберационных акустических камерах с повышенными требованиями по защите от проникающих шумов и вибрации по стандартной методике в соответствии с ГОСТ 27296–2012 [2],

сиспользованием прецизионной электроакустической аппаратуры.

Влабораторных условиях проведены исследования влияния физикомеханических параметров облицовок, геометрических размеров ограждения, толщины среднего слоя, динамического модуля упругости среднего слоя, толщины и материала слоев акустического разобщения на звукоизоляцию сэндвич-панелей. Результаты экспериментальных исследований хорошо согласуются с ранее полученными результатами теоретических исследований, проведенных на основе теории самосогласования волновых полей М. С. Седова [3].

На основании проведенного комплекса теоретических расчетов и экспериментальных исследований разработано рациональное конструктивное решение сэндвич-панели [4], представленное на рисунке 1.

Рис. 1. Схема сэндвич-панели с рациональным по звукоизоляции конструктивным решением (поперечное сечение)

Облицовки (1) сэндвич-панели с рациональным по звукоизоляции конструктивным решением приняты из ГВЛ, толщиной по 12,5 мм каждый; средний слой (3) из пенопласта толщиной 50 мм; акустическое разобщение (2) выполнено в виде слоев полиэфирного волокна толщиной по 4 мм, слои склеены между собой (4).

На рисунке 2 представлена частотная характеристика звукоизоляции фрагмента перегородки из сэндвич-панелей с рациональным по звукоизоляции конструктивным решением (размер образца 1,2 × 2,0 м) измеренная в больших реверберационных камерах лаборатории акустики ННГАСУ в сравнении с сэндвич-панелью без акустического разобщения слоев (с жестко склеенными по всей площади слоями).

308

Рис. 2. Сравнение частотных характеристик звукоизоляции ограждений: 1 – сэндвичпанель без акустического разобщения слоев; 2 – перегородка из сэндвич-панелей с акустическим разобщением слоев; 3 – предельная звукоизоляция

Анализируя рисунок 2, можно заключить, что ограждение из сэндвич-панелей с рациональным конструктивным решением обладает звукоизоляцией, близкой к теоретически определенным предельным значениям в широком диапазоне частот (от 200 Гц до 4000 Гц). Данный эффект повышения звукоизоляции достигается за счет того, что резонансная частота системы «масса – упругость – масса» панели (кривая 2) смещается на семь третьоктавных полос вниз – с частоты fр1 = 800 Гц (для кривой 1) на частоту fр2 = 160 Гц.

Полученный результат достигнут без значительного увеличения поверхностной плотности ограждения, за счет эффективного использования внутренних резервов.

Тезисы доклада подготовлены в рамках выполнения НИР «Исследования звукоизоляции многослойных ограждающих конструкций зданий с учетом двойственной природы прохождения звука» (код проекта 3038) с финансированием из средств Минобрнауки России в рамках базовой части государственного задания на научные исследования.

Литература

1.Бобылев В. Н. Инженерный метод расчёта звукоизоляции сэндвичпанелей с учётом двойственной природы прохождения звука / В. Н. Бобылев,

В. А. Тишков, П. А. Гребнев, Д. В. Монич // Academia – 2016. – №1. – С. 134138.

2.ГОСТ 27296–2012. Здания и сооружения. Методы измерения звукоизоляции ограждающих конструкций. – М.: ФГУП «Стандартинформ», 2014.

309