10782

ЭНЕРГИЯ ГАУССОВА ПОЛЯ, КАК СУПЕРПОЗИЦИЯ ДВУХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ РАЗНЫХ ПОЛЕЙ

Безбородов С.Н., Фадеева Я.В., Шабанова Н.В.

Научный руководитель Палашов В.В., доцент кафедры технологии строительства

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (Нижний Новгород)

Работа посвящена образованию электрического тока в проводниках второго рода, в отличие от проводников первого рода. К проводникам первого рода, как правило, относятся все металлы. В них связь между электронами и ядром атома слабая, в результате чего электроны легко покидают пределы атома и становятся свободными. Направленное под воздействием ЭДС перемещение свободных электронов и обуславливает электропроводность первого рода. Таким образом, проводники первого рода обладают электронной проводимостью металлов. К проводникам второго рода относятся электролиты. В этих проводниках происходит процесс электролитической диссоциации, разделение молекул на положительные и отрицательные ионы (ионизация). Противонаправленное движение ионов обуславливает электропроводность проводников второго рода. Таким образом, проводники второго рода обладают ионной проводимостью.

Рис. 1. Электрический ток в проводнике первого рода

Под воздействием постоянной или выпрямленной ЭДС источника в проводниках первого рода наблюдается односторонне направленное перемещение электронов. Проводники первого рода хорошо изучены и строго описываются законами Ома и Джоуля-Ленца. (рис.1).

Если по участку проводника течет ток I, то разность потенциалов двух точек электрического поля характеризует напряжение U между этими точками:

Напряжение между двумя точками характеризуется энергией, затраченной на перемещение единицы положительного заряда между этими точками, т.е. . Поэтому – измеряется в Дж/к(В). Таким образом, напряжение и напряженность электрического поля связаны соотношением:

, отсюда

– в однородном электрическом поле;

20

– в общем неоднородном поле.

Таким образом, за единицу напряженности принята единица измерения В/М. Опытный закон Ома для проводников первого рода оперирует понятиями: ЭДС,

напряжение , падение напряжения , ток в сопротивлениях (), т.е. , где

–сопротивление проводника первого рода;

–внутреннее сопротивление источника;

–удельное сопротивление;

Свойства и отличаются друг от друга.

Анализируя опытный закон Ома для проводников первого рода особо отметим нагрев проводника – это работа электрического тока, которая определяется силой тока и сопротивлением проводника: или . Другими словами, для проводников первого рода работа электрического поля однозначно определяется формулой работы или [1].

Из выше изложенного можно сделать основополагающий вывод: параметры, входящие в опытный закон Ома, являются макроизмеряемыми величинами: ЭДС (В),

свойственно для проводников первого рода (металла) экспериментальный закон Ома приложим. При наличии обоих полей и статического и стационарного , что свойственного для проводников второго рода, опытный закон Ома не приложим, хотя бы потому, что он не учитывает параметр , резко изменяющийся под воздействием суперпозиционного Гауссово поля. Температурные изменения сопротивления легко контролируются . Также широко известно, что с повышением температуры, сопротивление проводников первого рода увеличивается, в отличие от сопротивления проводников второго рода, где оно резко уменьшается. Для расчета электрических схем для проводников первого рода широко используются две схемы замещения: схема с последовательным подключением внутреннего сопротивления источника с токоприемником и с параллельным:

На рис. 2 а, б представлены расчетные схемы замещения с проводником первого

рода:

Рис. 2. Схемы замещения источников постоянного тока с токоприѐмниками первого рода а) Последовательная схема замещения;

б) Параллельная схема замещения.

21

Параметры в этих схемах легко описываются следующими выражениями:

На рис. 3 а, б представлены схемы замещения с проводниками второго рода. Как видим, амперметр измеряет электронный ток в цепи, вольтметр измеряет напряжение от противополярного общего электронного тока, образованного на различных сопротивлениях, а ваттметр измеряет энергию Гауссово поля, которая определяется суперпозицией двух энергетически разных полей (статического и стационарного): – (число элементарных зарядов/c)(Дж/элем. заряд)=Дж/c.

Рис. 3. Схемы замещения источников постоянного тока с токоприѐмниками второго рода а) Последовательная схема замещения;

б) Параллельная схема замещения.

Заметим, что скорость, с которой энергия сообщается цепи, называется отдаваемой мощностью, а единица мощности 1 Дж/с называется Ваттом. Таким образом, если ток измерять числом элементарных зарядов переносимых за секунду, а ЭДС джоулями на элементарный заряд, то только в этом случае мощность равна (Вт). Это замечание существенно и оно объясняет, почему в электрической цепи с электролитами произведение тока, измеренного амперметром на напряжение, измеренное вольтметром не коррелируется с показаниями ваттметра . Более того, оказывается величиной большей, чем (рис 3 а, б) [3].

Список литературы:

1.Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники / Л.А. Бессонов. – М.: Высшая школа, 1967-с.685-

2.Поливанов К.М. Электродинамика движущихся тел. / К.М. Поливанов. Энергоиздат, 1982 – 192.с

3.Палашов В.В. Расчет электрического тока в грунтовых и водных средах (молекулярно-кинетический подход) / В.В. Палашов. – Н.Новгород, 2006-100с.

22

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ В «ЗЕЛЕНОМ» СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Благодуров А.П., Яковлев А.Е.

Научный руководитель Бодров М.В., доцент кафедры отопления и вентиляции

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (Нижний Новгород)

Начиная с 1974 года, после мирового энергетического кризиса, в строительной практике западноевропейских стран и США появилось направление, получившее название «строительство энергоэффективных зданий». C 1980 года особое внимание уделяется энергоэффективным технологиям, связанным с повышением экологической безопасности жилища и качества внутреннего воздуха [1].

С конца 1990-х годов к требованиям по энергоэффективности и экологичности добавляются требования, которые обеспечивают защиту окружающей среды. Самой главной идеей для строительства XXI века является положение о том, что природа не является пассивным фоном нашей деятельности: в результате профессионального подхода может быть создана новая природная среда, обладающая более высокими комфортными показателями для градостроительства и являющаяся в то же время энергетическим источником для климатизации здания, а сами здания необходимо рассматривать в совокупности с окружающей средой как единую систему. Такой подход привел к появлению нового понятия – «здание как среда обитания». Термин «здание как среда обитания человека» относится не только к самому строительному объекту, но и ко всему, что включает в себя понятие «среда обитания», например, находящиеся поблизости парковые зоны, спортивные и детские площадки, места для автомобильных и велосипедных стоянок, дорога от остановок общественного транспорта и т. д.

Наиболее известными в настоящее время являются следующие методами оценки «зеленых» зданий, разработанные в различных странах.

1.Руководство по энергетическому и экологическому проектированию (LEED), разработчиком которого являются ASHRAE (США), содействующее глобальному внедрению эффективных технологий строительства экологически чистых и устойчивых зданий благодаря разработке и внедрению универсальных инструментов и критериев энергоэффективности.

2.Метод экологической экспертизы BREEAM (The Building Research Establishment), разработанный в Великобритании и затрагивающий девять основных направлений: вредные выбросы в атмосферу, землепользование и экология, отходы, материалы, водопользование, транспорт, энергетика, здоровье и благоустройство, менеджмент.

3.Сертификат устойчивого строительства (German Sustainable Building Certificate),

созданный в ФРГ и классифицирующий оценку здания по шести главным критериям: экологический, экономический, социокультурный и функциональный, технологический, эксплуатационный и по местоположению.

В некоторых странах мира уже разработаны и действуют методы оценки экологически чистого и устойчивого развития строительства, которые включают и критерии энергоэффективности зданий.

В России также ведутся работы по созданию так называемых «зеленых» стандартов при поддержке Правительства Российской Федерации. Основными проблемами при их

23

разработке являются учет следующих основополагающих факторов при проектировании «зеленого» строительства:

-уменьшение общей потребности зданий в энергии путем применение архитектурных, инженерных и конструктивных энергосбегающих решений;

-использование возобновляемых источников энергии, в т.ч. технических решений интегрирования солнечных коллекторов, тепловых насосов, биотехнологий и т. п. в систему энергоснабжения здания;

-оптимальное использование затребованной энергии, предполагающее энергетическое сравнение различных технологий отопления, вентиляции, кондиционирования, холодоснабжения, основанное на результатах математического моделирования здания как единой энергетической системы.

Анализ разработанного в России в 2011 году Стандарта СТО НОСТРОЙ 2.35.4– 2011 «Зеленое строительство». Здания жилые и общественные. Рейтинговая система оценки устойчивости среды обитания» [2] показывает, что представленная в нем рейтинговая система оценки устойчивости среды обитания, представляющая собой совокупность количественных и качественных критериев для оценки зданий как среды обитания человека, характеризует и классифицирует уровень комфортности, энергоэффективности, экологичности и защиты окружающей среды в соответствии с общепринятыми мировыми принципами устойчивого развития.

Приведенные в [2] критерии сгруппированы в 10 категориях, весомость которых указана в таблице.

Особое внимание в системе рейтинговой оценки устойчивости среды обитания [2] уделено экономии энергетических ресурсов. Например, категория «Качество архитектуры и планировки объекта» содержит критерий «Обеспеченность здания естественным освещением», который оценивает процент превышения нормативного коэффициента естественной освещенности (КЕО) в помещениях здания. Это в свою очередь обеспечивает снижение потребления электрической энергии на освещение, а также повышение качества среды обитания. В этой же категории содержится критерий «Оптимальность формы и ориентации здания», позволяющий оценить степень учета теплоэнергетического воздействия наружного климата на оболочку здания с помощью коэффициента тепловой эффективности здания. Этот коэффициент определяется

24

отношением минимального удельного расхода тепловой энергии на отопление здания к расчетному, принятому к проектированию.

Принципиальным отличием от общепринятой в практике строительства, является методика определения величины минимального удельного расхода тепловой энергии на отопление здания, оптимальным образом учитывающая ориентацию и форму объекта, что позволяет минимизировать отрицательное влияние наружного климата на оболочку здания, что способствует снижению потребления топливно-энергетических ресурсов в течение отопительного периода.

Отметим, что категория «Комфорт и экология внутренней среды» включает критерий «Контроль и управление системами инженерного обеспечения здания», оценивающей наличие центральной системы управления зданием с возможностью индивидуального (зонального) регулирования и наличие локальных систем автоматизации систем инженерного обеспечения здания, что также способствует снижению энергопотребления, например, за счет выбора эффективных алгоритмов управления расходом тепловой энергии на отопление, учитывающих заполняемость помещений, режим их использования, предпочтения пользователей и т. д.

Из таблицы следует, что наиболее весомой категорией оценки устойчивости среды обитания является «Энергосбережение и энергоэффективность», включающая следующие критерии оценки энергопотребления инженерными системами здания в отдельности и суммарный расход первичной энергии:

-расход тепловой энергии на системы отопления и вентиляции (значения базовых удельных расходов приведены в приложении [2]);

-расход тепловой энергии на систему горячего водоснабжения, оценивающий снижение базового удельного расхода тепловой энергии на систему горячего водоснабжения здания;

-расход электроэнергии, оценивается по снижению базового удельного расхода электроэнергии на освещение, инженерные системы и систему кондиционирования здания.

Отдельно оценивается установка энергопотребляющего оборудования и электротехнических изделий, имеющих маркировку не ниже двух высших классов по энергоэффективности.

Такой подход позволяет провести полный анализ энергопотребления здания и суммарного влияния энергосберегающих мероприятий, что соответствует Постановлению Правительства РФ [3].

Кроме того, в Стандарте отдельно выделена категория «Применение альтернативной и возобновляемой энергии», которая оценивает долю вторичной и возобновляемой энергии в годовом энергобалансе объекта, что способствует достижению высоких показателей энергоэффективности и отвечает требованиям устойчивости среды обитания.

В совокупности требования рейтинговой системы направлены на сокращение потребления источников энергии, использование нетрадиционных, возобновляемых и вторичных энергетических ресурсов, рациональное водопользование, снижение вредных воздействий на окружающую среду в процессе строительства и эксплуатации здания, включая придомовую территорию, при обеспечении комфортной среды обитания человека и адекватной экономической рентабельности архитектурных, конструктивных и инженерных решений. Использовать рейтинговую систему предполагается при проектировании, экспертизе, строительстве, вводе в эксплуатацию и в процессе эксплуатации построенных, реконструированных или прошедших капитальный ремонт жилых и общественных зданий.

25

Список литературы

1.Табунщиков Ю.А., Наумов А.Л., Миллер Ю.В. Критерии энергоэффективности в «зеленом» строительстве // Энергосбережение. 2012, № 1. С. 4-10.

2.Стандарт СТО НОСТРОЙ 2.35.4–2011 «Зеленое строительство». Здания жилые и общественные. Рейтинговая система оценки устойчивости среды обитания».

3.Постановление Правительства РФ от 25 января 2011 г. N 18 «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов».

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЯ. С ЧЕГО НАЧИНАТЬ?

Бобина Н.А.

Научный руководитель Рыскулова М.Н., доцент кафедры архитектуры

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (Нижний Новгород)

Вусловиях современного города с динамично развивающейся инфраструктурой любая проектная организация обязательно сталкивается с проблемой органичного «вписывания» нового здания в существующую застройку. Неизбежен вопрос: с чего начать – с создания архитектурного облика и планировки здания или с разработки генплана территории?

Чтобы ответить на этот вопрос, остановимся на аспектах выполнения генерального плана более подробно.

Основная задача генерального плана – создание качественной и комфортной среды жизнедеятельности на всей застраиваемой территории. Поэтому, генеральный план кроме рационального размещения непосредственно проектируемого здания предполагает разработку всех коммуникационных сетей, всех видов вспомогательной инфраструктуры, как транспортной, так и социальной. В генеральном плане предусматривается создание проекта благоустройства и озеленения всей застраиваемой территории.

Перед разработкой генерального плана предварительно уточняют перечень основных зданий и сооружений, размещаемых на территории, примерные площади их застройки и габаритные размеры в плане, затем выбирают для возведения объектов земельный участок, который имеет важное значение в достижении наибольшей экономичности строительства и удобства эксплуатации проектируемых зданий. Основными требованиями, предъявляемыми к участкам при их выборе, являются следующее:

– оптимальный размер участка под застройку;

– относительно ровный рельеф местности и хорошие гидрогеологические условия;

– близкое расположение к проезду общего пользования и инженерным сетям;

– возможность обеспечения теплом, водой, газом и электроэнергией, сбросом канализационных и ливневых вод;

– отсутствие строений, подлежащих сносу;

– возможность резервирования площади участка с учетом перспективы развития инфраструктуры.

Ни один строительный проект не может существовать без генплана, при разработке проектной документации всегда создается генеральный план застройки отведенного земельного участка – схема планировочной организации земельного участка (ПЗУ).

Вгенеральном плане учитывается такой фактор, как максимально эффективное использование всей территории, прилегающей к проектируемому зданию. Это позволяет

26

оптимизировать затраты на отдельное строительство всех объектов, которые будут отображены на генеральном плане. Если существует заранее определенный бюджет застройки данной территории, то генеральный план разрабатывается с учетом, именно этих финансовых параметров.

Еще одной функцией генерального плана, особенно важной в условиях экономической нестабильности, следует назвать его инвестиционные качества. Любой инвестор, глядя на генеральный план, может выбрать себе привлекательный объект, найти застройщика и построить здание. По генеральному плану можно спланировать приблизительные расходы на инвестиционные вложения, а это облегчает принятие коммерческих решений, поскольку предварительные расчеты уже сделаны в момент проектирования генплана, что отражается в технико-экономических показателях (ТЭП).

Практика показывает, что построение генерального плана во многом определяется объемно-планировочным решением проектируемого объекта, в том числе размерами и конфигурацией здания, числом этажей и пр. Но в тоже время очень часто именно участок, отведенный под строительство, обуславливает объемно-планировочное и архитектурнокомпозиционное решения здания, поэтому генеральный план, объемно-планировочное решение и архитектурный облик здания при проектировании прорабатываются одновременно.

Так при проектировании в Советском районе города Нижнего Новгорода здания современного многофункционального торгово-развлекательного комплекса «Жар-птица», расположенного на склоне оврага, огромное значение уделялось, в первую очередь, тщательной разработке генерального плана, в котором учитывались природноклиматические факторы и окружающая существующая застройка. От этого зависели объемно-планировочное, архитектурно-композиционное и художественное решения здания. Сам торговый центр будет одним из самых больших в городе, его общая площадь составляет около 100 тысяч квадратных метров, он имеет три этажа, причем один этаж изза особенностей ландшафта частично будет ниже уровня земли. В условиях сложного рельефа входные группы торгово-развлекательного комплекса запроектированы на разных отметках. Широкие террасы с большим перепадом по высоте позволили рационально разместить на участке строительства наземную и подземную парковку на

1500 мест.

Учет природно-климатических факторов и окружающей застройки при возведении жилого комплекса «Окский берег» на территории площадью около 560 Га позволил в гармоничной планировочной композиции запроектировать все типы жилых зданий: многоквартирные дома, таунхаусы, дуплексы, коттеджи, расположение которых варьировалось в процессе разработки генерального плана.

Таким образом, ответ на проблемный вопрос, поставленный в начале статьи, напрашивается сам собой: разработка генерального плана и проектирование здания – процессы взаимосвязанные, но проектирование самого здания в первую очередь должно начинаться с внимательного изучения земельного участка, отведенного под строительство, его рельефа, окружающей инфраструктуры. Это позволит выполнить грамотные проектные решения будущего объекта в полном объеме.

27

ЗНАЧИМОСТЬ МОСТА В ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЕ ПРИ РАЗВИТИИ ТЕРРИТОРИИ НА ПРИМЕРЕ БОРСКОГО МОСТА

Булаева Е.А.

Научный руководитель Веселова Е.А., доцент кафедры архитектуры

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (Нижний Новгород)

С каждым годом в Борском районе Нижегородской области увеличивается количество населения. Это связано с тем, что город Бор находится недалеко от Нижнего Новгорода, и его территория благоприятствует строительству индивидуальных жилых и дачных домов. Также здесь выделяют земельные участки по государственным и региональным программам для отдельных категорий граждан. В связи с увеличением жителей города требуется обеспечить не только инженерную, но и транспортную инфраструктуру. В настоящее время из Нижнего Новгорода до города Бор можно добраться по парому, канатной дороге и новому Волжскому (Борскому мосту). Чтобы немного разгрузить дорожную обстановку в Нижнем Новгороде сводится наплавной (понтонный) мост.

Но в основном жители Бора добираются до дома по Борскому (Волжскому мосту) – это спаренные железнодорожный и совмещѐнный мосты через Волгу. Кроме того, Борский мост проходит по федеральной трассе на Киров. Поэтому важно обеспечить достаточную пропускную способность автомобильной части совмещѐнного моста.

Внастоящее время автомобильная связь между двумя берегами Волги в районе Нижнего Новгорода осуществляется по совмещенному ж/д и автомобильному Волжскому мосту с шириной проезжей части всего 7 метров. Движение по автотранспортному мосту

всвязи с его недостаточной пропускной способностью крайне затрудненное, что вызывает

впиковые часы образование многокилометровых пробок на подходах к мосту. Прогнозный расчет интенсивности движения между берегами показал, что к 2030 году количество транспорта возрастет почти в 2 раза.

Для решения сложившейся транспортной проблемы в рамках проекта было предложено строительство нового автодорожного моста по две полосы движения, расположенного в 60-ти метрах ниже по течению от оси существующего совмещенного моста.

Всвязи с этим в сентябре 2011 года Правительство Нижегородской области приняло решение о строительстве второго мостового перехода через Волгу. 30 июля 2012 года на заседании градостроительного совета в Нижнем Новгороде был одобрен проект строительства второго Волжского моста, который будет находиться в непосредственной близости от Борского моста, с правой стороны. Проект нового Волжского моста, разработанного ОАО «Институт Гипростроймост», включает две полосы движения и комплекс подходов.

Всоответствии с отраслевой целевой программой «Совершенствование транспортной инфраструктуры Нижегородской области на 2012–2014 годы» ОАО «Институт Гипростроймост» (г. Москва) выполняет комплекс работ по объекту «Разработка проектной документации на строительство мостового перехода через р.Волга на автомобильной дороге (22 ОП РЗ 22Р-0159) Н.Новгород-Шахунья-Киров в Нижегородской области». Мостовой переход через реку Волгу в Нижегородской области разработан по заказу «Главного управления автомобильных дорог».

28

Рис.1. 3D-модель обновленного Борского моста

Осенью 2013 года началось строительство дополнительного Борского (Волжского) моста. Окончание работ запланировано на июль 2017 года.

Начало участка проектирования расположено в створе улицы Сергея Акимова, вблизи примыкания ул. Карла Маркса. На левом берегу дорога проходит в уширенной насыпи существующей автомобильной дороги. Перед поселком Неклюдово новая трасса отклоняется к северо-востоку, пересекает пойму и русло р. Везлома и вновь соединяется с существующей дорогой перед кольцевым пересечением в п. Дружба. Всего объем насыпи составляет 2,5 млн. м3.

В каждую сторону автотранспорт двигается по двум полосам. Так, по новому мосту движение будет организовано в Кировском направлении, а по существующему – в обратную сторону. Проектом предусматривается строительство на правом берегу транспортных развязок в одном и двух уровнях. Протяженность основного хода трассы правобережного подхода составляет 770 метров.

Проектируемый мост через Волгу в русловой и пойменной частях повторяет схему совмещенного существующего моста и сформирован тремя участками. Правобережная

29