Введение к работе
Актуальность проблемы. Обеспечение нормального шумового режима на рабочих местах в производственных зданиях является важной задачей, решаемой при проектировании зданий и имеющей большое социально-экономическое и экологическое значение. В настоящее время в практике борьбы с шумом на основе трудов отечественных и зарубежных ученых разрабатываются эффективные методы и средства снижения шума. Большое внимание при этом уделяется архитектурно-планировочным и строительно-акустическим мероприятиям. Применение этих мер связано со значительными затратами средств. Уменьшение затрат может быть обеспечено при рациональном выборе средств снижения шума и правильной оценке их эффективности. Решение таких задач возможно при наличии метода расчета энергетических параметров шумовых полей, позволяющего получать объективные данные о распределении звуковой энергии в помещениях.
Внедрение в практику проектирования компьютеров и автоматизация на их основе проектных работ позволяет в настоящее время производить многовариантный анализ разрабатываемых средств снижения шума на всех стадиях проектирования, начиная от разработки технологической части проекта и выбора объемно-планировочных решений до принятия конкретных конструктивных решений. В этой связи метод расчета шумовых полей, являющийся основным компонентом многовариантного анализа, должен адекватно реагировать на изменения объемно-планировочных, конструктивных и акустических характеристик помещений. Большинство методов расчета шума в помещениях ориентировано на традиционное проектирование с применением, как правило, упрощенных инженерных методик. Вследствие этого они не могут эффективно использоваться в системах автоматизированного проектирования. Наиболее перспективными для этого являются методы, основанные на статистическом энергетическом подходе к анализу распределения отраженной звуковой энергии. Подход позволяет получать аналитические зависимости большой степени общности и в то же время учитывать конкретное влияние на изменение шумового режима объемно-планировочных и акустических параметров помещений.
Целью диссертационной работы является разработка усовершенствованного статистического энергетического метода расчета шумовых полей, обеспечивающего получение объективных данных о распределении отраженной звуковой энергии в производственных помещениях и позволяющего производить оценку эффективности снижения шума архитектурно-планировочными и строительно-акустическими мерами. Метод должен быть приспособлен для применения в системах автоматизированного проектирования зданий с использованием современной компьютерной техники.
Основные задачи, решаемые в работе. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
На основе статистического энергетического подхода разработать инженерные формулы для расчета энергетических параметров отраженных шумовых полей в соразмерных, длинных и плоских помещениях.
-
Методами математического моделирования исследовать поведение основной статистической характеристики отраженных звуковых полей - средней длины свободного пробега звуковых волн, входящей в расчетные формулы, и установить ее зависимости от объемно-планировочных и акустических параметров помещений и характера отражения звука поверхностями.
-
Разработать методику и произвести оценку влияния рассеивающих звук предметов и оборудования, находящихся в производственных помещениях, на среднюю длину свободного пробега звуковых волн помещений.
-
Произвести экспериментальные исследования распределения шума в натурных и модельных помещениях различных пропорций и выполнить сравнительный анализ расчетов полученными в работе формулами с данными эксперимента и с расчетами другими методами.
-
На основании полученных в работе формул разработать практический метод расчета уровней звукового давления в помещениях различных пропорций и создать программу для его реализации на персональных ЭВМ.
Методы исследования. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования отраженных звуковых полей помещений выполнены на основе статистического энергетического подхода. Анализ влияния различных факторов на среднюю длину свободного пробега звуковых волн осуществлен с использованием метода прослеживания лучей. Все необходимые расчеты произведены на ЭВМ по специально разработанным программам. Экспериментальные исследования выполнены с использованием электроакустической аппаратуры фирмы "RFT".
Научная новизна работы. В работе на основе статистических энергетических представлений получены новые аналитические выражения для определения энергетических параметров отраженных звуковых полей при неравномерном распределении энергии в помещениях различных пропорций. Выведенные формулы представлены в виде, удобном для программной реализации на электронно-вычислительной технике. Новыми являются также данные о количественных значениях средней длины свободного пробега отраженных звуковых волн в помещениях с различными объемно-планировочными и акустическими параметрами при различном характере отражения звука от поверхностей ограждений и при наличии в помещениях рассеивающих звук предметов.
Достоверность теоретических результатов подтверждена на основе сравнительного анализа расчетных данных с экспериментальными результатами, полученными в помещениях с различными ;объемно-планировочными и акустическими параметрами.
Практическая ценность работы. Разработанный метод расчета шумовых полей позволяет по сравнению с существующими методами полнее учитывать объемно-планировочные и акустические характеристики помещений, характер отражения звука от поверхностей, расположение источников шума и рабочих мест и, вследствие этого, обеспечивать более высокую точность расчетов и решать более широкий круг задачі
На основе предложенного метода разработана программа для автоматизированного исследования зависимостей изменения энергетических параметров отраженных звуковых полей от различных факторов и выполнения сравнительного анализа современных методов расчета звуковых полей между собой и экспериментальными данными.
Создана программа для расчета уровней звукового давления и оценки эффективности снижения шума в производственных помещениях различных пропорций. Программа позволяет производить объективную оценку шумового режима в помещениях при многовариантном проектировании, учитывая реальные изменения объемно-планировочных и конструктивных решений помещений и другие условия, влияющие на формирование шумовых полей. В частности, построение на ЭВМ шумовых карт дает возможность оценивать в целом шумовой режим помещений как при постоянной, так и меняющейся с течением времени акустической обстановке.
Внедрение результатов работы. Исследования выполнены в рамках программы госбюджетной научной темы ТГТУ № 5г/99 "Разработка теоретических основ и методов расчета элементов зданий и сооружений на силовые, температурные, влажностные и акустические воздействия".
Результаты работы использованы при оценке шумового режима и разработке строительно-акустических мер снижения шума в цехах механического производства унитарного предприятия "Тамбовский завод "Ревтруд", а также при оценках шумового режима и эффективности снижения шума звукопоглощающими облицовками, выполненных по заказу АО "Тамбовгражданпроект" в проектируемых институтом зданиях. Разработанная расчетная программа передана институту для использования в реальном проектировании.
Расчетная программа используется в Научно-техническом центре по строительству и архитектуре Тамбовского государственного технического университета при разработке проектов реконструкции и капитального ремонта зданий, а также в учебном процессе по дисциплинам "Строительная физика" (специальность 290300) и "Архитектурная физика" (специальность 290100).
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: научно-технических конференциях ТГТУ (г. Тамбов, 1995, 1999, 2000 гг.); научно-технической конференции "Экология-98. Инженерное и информационное обеспечение экологической безопасности в Тамбовской области" (г. Тамбов, 1998 г.); XXX научно-технической конференции "Актуальные проблемы современного строительства" (г. Пенза, 1999 г.); Международной научно-практической конференции "Проблемы инженерного обеспечения и экологии городов" (г. Пенза, 1999 г.); Четвертой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" (г. Санкт-Петербург, 1999 г.); X сессии Российского акустического общества (г. Москва, 2000 г.); Международной научно-практической конференции "Информационно-компьютерные технологии в решении проблем промышленности, строительства, коммунального хозяйства и экологии" (г. Пенза, 2000 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ.
На защиту выносятся:
- метод прогнозирования шумового режима помещений при оценке
акустической эффективности архитектурно-планировочных и строитель
но-акустических мер снижения шума, основанный на полученных в ра
боте формулах расчета энергетических параметров отраженных шумовых
полей;
результаты исследования значений средней длины свободного пробега отраженных звуковых волн как статистической величины, используемой при статистическом энергетическом подходе к оценке шумовых полей помещений и зависящей от их планировочных и акустических параметров, а также от наличия и вида размещенного в них оборудования;
программа для оценки шумового режима производственных помещений и акустической эффективности снижения шума архитектурно-планировочными и строительно-акустическими методами.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (167 наименований) и приложений. Общий объем работы 186 страниц. Основной текст работы, включая 52 рисунка и 10 таблиц, занимает 160 страниц.