О точности компьютерных акустических расчетов вентиляционного оборудования

О ТОЧНОСТИ КОМПЬЮТЕРНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

THE ACCURACY OF COMPUTER CALCULATIONS OF ACOUSTIC VENTILATION EQUIPMENT

В.П. Гусев V. P. Gusev

Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН

Обращается внимание на негарантированную точность компьютерных акустических расчетов систем вентиляции, кондиционирования воздуха, холодоснабжения и воздушного отопления.

Attention is drawn to the non-guaranteed accuracy of computer calculations of acoustic system ventilation, air conditioning, cooling and air heating.

Эксплуатация вентиляционного оборудования на объектах, как правило, невозможна без осуществления комплексов 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]. Важное практическое значение в каждом случае имеет правильный выбор объема и состава комплекса таких мероприятий. От этого зависит эффективность мероприятий и материальные затраты на их разработку и осуществление.

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 (превышение уровней шума в зоне его воздействия над допустимыми значениями в октавных полосах частот). Оно является основой, исходными данными для проектирования эффективных средств снижения шума при минимально возможных материальных затратах. На действующих объектах и вокруг них требуемое снижение определяют преимущественно посредством натурных акустических измерений (при включенном и выключенном оборудовании), 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 вентиляционного оборудования, например системы вентиляции, выполнялся «вручную» (с помощью простейшей 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].

В настоящее время бытует мнение и им руководствуется, пожалуй, большинство современных проектировщиков и их помощников, что квалификация в данном деле, собственно говоря, не главное. Достаточно иметь компьютер, приобрести имеющееся в широком ассортименте программное обеспечение, ввести исходные данные и необходимая информация об акустической ситуации получена. Разумеется, даже корректно введенные исходные данные и правильная оценка акустической ситуации не могут служить залогом успеха в решении задачи до тех пор, пока неизвестен ответ на важнейший вопрос, насколько правильно или точно создан алгоритм. Его несложно представить (прогнозировать), если есть ответ на другой вопрос, к какой категории относится создатель алгоритма, разработчик программы для расчета. Это программист, владеющий достаточной суммой знаний в области прогнозирования, мониторинга шумового воздействия и защиты от шума различных источников. Или программист-математик, не имеющий необходимых специальных знаний в области акустики (борьбы с шумом) и, стало быть, не способный при создании программного обеспечения отразить в полной мере особенности акустического расчета вентиляционного оборудования и правильно оценить его результаты.

Нет оснований утверждать в полной мере, но и исключать нельзя того, что наиболее предприимчивыми оказались специалисты второй из обозначенных категорий. Вследствие их активной деятельности возникли как грибы после дождя и получили широкое распространение программные документы. Такое явление можно отнести, пожалуй, к разряду положительных, но при наличии хоть какой-то информации о точности выполняемых с помощью этих программ расчетов. К сожалению, такая информация не представлена для обсуждения, думается, из-за отсутствия самого факта оценки точности расчетных данных.

Этот, по меньшей мере, недостаток ничуть не смущает предприимчивых авторов. При сопровождении своей продукции пояснительной запиской некоторые из них среди прочего подчеркивают, что их программа не только разработана на основе СНиП [6], введенного в действие в стране в 2004 году, но и получила одобрение основного разработчика основополагающего документа в области защиты от шума (НИИСФ РААСН). Сообщение по поводу одобрения программ институтом не соответствует действительности, а в целом имеет своей целью убедить пользователя (покупателя), видимо, в высоком качестве приобретаемой им продукции, способной обеспечить необходимую точность и достоверность получаемых расчетных данных (кстати, продукция весьма дорогостоящая).

На самом деле это, думается, рекламный ход фирм, распространяющих программы и не обладающих более убедительными данными, подтверждающими необходимую точность компьютерных расчетов, на основе которых может быть решена проблема защиты от шума вентиляционного оборудования и исключены необоснованные затраты на осуществление шумоглушения или шумозащиты.

По мнению ряда ведущих специалистов-акустиков страны, а также разработчиков упомянутых нормативно-инструктивных документов и руководств (пособий) к ним, для оценки точности компьютерных расчетов следовало бы провести необходимые аналитические исследования. Такие исследования должны включать, в первую очередь, сравнение достаточного количества расчетных данных - ожидаемых уровней шума в различных местах пребывания человека (в зданиях и на территориях застройки) с результатами измерений (инструментального контроля) в тех же местах. Результаты таких исследований (статистические данные) могли быть использованы для доработки, как базовых программ, так и приложений к ним, включая приложение, ка-

сающееся расчета уровней аэродинамического шума вентиляционных систем, распространяющегося по воздуховодам.

Подготовка и проведение таких исследований - первоочередная задача как разработчиков программного обеспечения, так и организаций, пытающихся сертифицировать программы. Возможно, эти организации проводили такие исследования, но тогда возникает вопрос, почему материалы по ним не приложены к сертификатам или не опубликованы? А если исследования не проводились, то на каком основании выданы сертификаты? Независимо от ответов на поставленные вопросы, негативное мнение о программах и приложениях к ним существует, как существует убеждение, что по разным причинам они нуждаются в доработке. Некоторые причины рассмотрены ниже.

Невозможно точно определить уровни шума, создаваемые системами вентиляции (преимущественно вентиляторами) в обслуживаемых помещениях, если принимать во внимание только затухание звуковой энергии в воздуховодах и не оценивать шумооб-разование и воздействие аэродинамического шума других элементов систем (дросселирующих устройств, поворотов, отводов и др.)[5]. К сожалению, эта задача в большинстве случаев не решалась и не решается при выполнении акустических расчетов «ручным» способом. Причиной тому является отсутствие у исполнителей расчетов специальных знаний и достоверной информации, необходимых при определении шумовых характеристик названных элементов. В компьютерном расчете шумообразова-ние, полагаю, тем более не учитывается, хотя бы по причине отсутствия соответствующего приложения в программных обеспечениях. Такое приложение, думается, может быть разработано только при участии акустиков, специализирующихся в области аэродинамических процессов в элементах вентиляционной сети и генерации в них аэродинамического шума.

В компьютерных расчетах не учитывается также необходимость корректировки паспортных шумовых характеристик вентиляторов на сторонах всасывания и нагнетания, когда они определены в измерительном помещении при акустических испытаниях [7], а используются при расчете уровней шума, распространяющегося по воздуховодам. Раньше методика такой корректировки содержалась в разделе по определению шумовых характеристик отечественных вентиляторов расчетным методом по их рабочим параметрам [4,5]. В настоящее время расчетные методы не используются.

Существует специальная поправка, учитывающая акустическое влияние присоединения воздуховодов к вентиляторам на сторонах всасывания и нагнетания и зависящая от поперечного сечения их патрубков. В руководстве [5] она обозначена как АЬ2 и приведены ее октавные значения для всего ряда сечений патрубков (соответственно воздуховодов). Например, при поперечном сечении патрубка вентилятора 100 мм значения изменяются от 2 дБ в октавной полосе со среднегеометрической частотой 1000 Гц до 19 дБ в диапазоне низких частот. Это весьма существенное изменение (увеличение) УЗМ, причем в неблагоприятном с точки зрения борьбы с шумом диапазоне частот, так как эффективность всех средств снижения шума в данном диапазоне частот низкая. Пренебрежительное отношение к поправке АЬ2 приводит к заниженным результатам расчетов в диапазоне низких частот, соответственно к подбору и установке глушителей меньшей, чем требуется, длины, которые не обеспечат требуемое снижение аэродинамического шума. Часто это обнаруживается только перед сдачей объекта, а установка нескольких дополнительных глушителей даже небольшой длины на этой стадии связана с трудностями, обусловленными отсутствием свободных мест, дополнительных средств, возможности каких-либо разрушений.

Многолетний опыт борьбы с шумом вентиляционного оборудования и исправления ошибок, допущенных проектировщиками, показывает, что пренебрежение к поправке 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 [8].

Подобный негативный результат возникает из-за технической ошибки в том же низкочастотном диапазоне, правда, в меньшей степени связанной со способом получения расчетных данных. Она возникает, когда фирмы изготовители вентиляционного оборудования представляют вместо основной шумовой характеристики (уровней звуковой мощности в октавных полосах частот), корректированные по шкале «А» октав-ные уровни звуковой мощности. Величина этой ошибки равна величине внесенной корректирующей поправки, которая уже учтена при нормировании шума [8] (учтена более низкая чувствительность уха человека в диапазоне низких частот). В частности, в октаве с характерной частотой 63 Гц корректированный УЗМ ниже некоррелированного на 26 дБ. Таким образом, если судить по корректированным уровням звуковой мощности вентилятора или другого элемента системы вентиляции, кондиционирования воздуха, источника шума, то можно заключить, что он малошумный. Видимо, на такую реакцию покупателей и рассчитывают изготовители или поставщики оборудования, представляя им не основную шумовую характеристику. Квалифицированные специалисты, знакомые со спектрами шума вентиляционного оборудования, каких не так много, эту подмену обнаружат. Другие не заметят, получат заниженные расчетные данные в диапазоне низких частот, подберут глушители меньшей длины, чем требуется, и обеспечат себе и заказчику негативные последствия.

Проведение упомянутых исследований и получение статистических данных для доработки расчетных программ и оценки точности результатов, получаемых при их использовании, требуется не только в связи с указанными причинами, но и в связи утверждением Минрегионразвития и последующим введением в действие актуализированного СНиП 23-03-2003 - СНиП 23-03-2010 «Защита от шума». Основной разработчик документа - НИИСФ РААСН. Среди структурных изменений примечательно включение отсутствующего в предыдущем документе, но крайне необходимого раздела, касающегося систем вентиляции, кондиционирования воздуха, холодоснабжения и воздушного отопления.

По поводу оптимизации шумоглушения вентиляционного оборудования можно отметить следующее. До появления в нашей стране, безусловно, прогрессивного компьютерного способа получения расчетных данных, когда акустические расчеты выполняли в основном квалифицированные специалисты-акустики, ошибки были случайными. В настоящее время, когда акустическими расчетами занимаются все желающие, используя недостаточно проверенные практикой программные обеспечения, такие ошибки приобрели систематический характер. Материальные затраты на устранение негативных последствий этих ошибок в целом по стране увеличились, по всей вероятности, в десятки, если не в сотни раз.

Литература

1. Гусев В.П. Опыт борьбы с шумом оборудования инженерных систем. // Сб. трудов научной конференции - академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики», посвященные памяти Г.Л. Осипова. М.: ACADEMIA, 2009 - С. 184-192.

2. Гусев В.П., Шубин И.Л. Защита от шума оборудования инженерных систем зданий различного назначения экранированием. // Сб. трудов международной научно-практической конференции «Гармонизация европейских и российских нормативных документов по защите населения от повышенного шума». М.: НИИСФ РААСН, 2009 - С. 88-102.

3. Гусев В.П. Вибрация оборудования инженерных систем и способы защиты от нее // ж-л АВОК, 2010, №5 - С. 44-51.

4. СНиП II-12-77 «Защита от шума». Госстрой СССР, 1978.

5. Руководство по расчету и проектированию шумоглушения вентиляционных установок. М:. Стройиздат, 1982.

6. СНиП 23-03-2003 «Защита от шума». Госстрой России, ФГУТ ЦПП, 2004.

7. Гусев В.П., Руднева Е.А., Калашникова Н.К., Гончаренко И.А. Ошибки в расчетах шумового воздействия оборудования инженерных систем и их негативные последствия. // ACADEMIA. Архитектура и строительство. - // М.: НИИСФ РААСН, 2010, № 4, - С. 234-236.

8. Гусев В.П. Ещё раз о шумовых характеристиках вентоборудования и акустических возможностях шумоглушителей / / ж-л АВОК, 2008, № 2. С. 48-55.

Literature

1. Gusev V.P. Experience noise control equipment engineering systems. // Collection Proceedings of scientific conferences - academic readings of «Current issues of construction Computational Physics» in commemoration of G.L. Osipov. M: ACADEMIA, 2009 - pp. 184-192.

2. Gusev V.P., Shubin I.L. Noise protection equipment engineering systems of various buildings shielded. // Collection Proceedings of the international scientific-practical conference «Harmonization of Russian and European regulations to protect the public from increased noise». M: NIISF RAABS, 2009 - pp. 88-102.

3. Gusev V.P. Vibration equipment engineering systems and methods of protection against her // Journal ABOK, 2010, № 5 - pp. 44-51.

4. SNIP II-12-77 «Protection from noise». State Committee for Construction of the USSR, 1978.

5. Guidelines for analysis and design of noise attenuation of ventilation systems. M:. Stroiizdat,

1982.

6. SNIP 03.23.2003 «Protection from noise». State Committee for Construction of Russia, FGUT ZPP, 2004.

7. Gusev V.P., Rudneva E.A., Kalashnikova N.K., Goncharenko I.A. Errors in the calculations of noise exposure equipment engineering systems and their negative consequences. // ACADEMIA. Architecture and engineering. - // M.: NIISF RAABS, 2010, № 4, - pp. 234-236.

8. Gusev V.P. Once again on the noise performance and acoustic features ventoborudovaniya mufflers / Journal ABOK, 2008, № 2. pp. 48-55.

Ключевые слова: вентиляционное оборудование, компьютерный акустический расчет, точность расчета, оптимальные меры снижения шума.

Keywords: ventilation equipment, computer acoustic calculation, calculation accuracy, optimal measures to reduce noise.

e-mail автора: gusevw@,rambler.ru