10870

обусловлен возможностью упрощенного анализа структуры по сравнению с элементами, имеющими другую форму.

Рис. 1. Фазовые распределения отражательного элемента

В соответствии с теорией антенных решеток, взаимное влияние отражательных элементов считается достаточно малым на расстояниях порядка 0,6λ. Исходя из этого предположения, можно разбить антенную систему на отдельные ячейки и проводить расчет отражений электромагнитной волны для каждой из них независимо друг от друга. Данное исследование было проведено в программном пакете CST MICROWAVE STUDIO. Пунктирной линией на рис. 1 показан пример полученной зависимости фазы отраженной волны от размеров патча. По результатам электромагнитного анализа, с уменьшением толщины подложки увеличивается диапазон возможных фаз отраженной волны. Однако использование простейшей структуры для частот выше или равных 60 ГГц на практике затруднено, поскольку небольшое изменение размеров патча ведет к существенному скачку фазы. Такое обстоятельство повышает требования к точности изготовления отражательных элементов. Одним из возможных вариантов решения этой проблемы является использование двухслойной структуры отражательных элементов[2]. На рис. 1 сплошной линией показано фазовое распределение отражателя, представляющего собой два патча, один из которых располагается сверху, а второй – между слоями диэлектрика одинаковой толщины. Отношение сторон верхнего патча к нижнему равно 0,7.

С помощью полученного распределения были сконфигурированы массивы пассивных отражательных элементов двух конфигураций (рис.2(а), 2(б)), преобразующих сферический фронт в плоский. Было проведено электродинамическое моделирование отражательных решеток на частоте 60 ГГц.

230

На рис. 4 изображены сечения диаграммы направленности в вертикальной плоскости для офсетной плоской цилиндрической антенны (см. рис. 2(б)) и традиционного отражателя. Ширина главного луча имеет значение порядка 2.5˚, а уровень боковых лепестков не превышает -11 дБ. Коэффициент усиления такой антенны составляет 30 дБ.

Угол места, град.

Рис. 4. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости для второй антенной конфигурации

Из представленных рисунков видно, что параметры плоских антенных систем сравнимы с характеристиками традиционных отражателей. При этом производство отражательных патч-антенн не требует сложной механической обработки и сводится лишь к изготовлению печатных плат, что не составляет труда при современном развитии технологий.

Литература

1)David M. Pozar, Stephen D. Targonski, H. D. Syrigos //IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 45, No. 2, February 1997, p. 287

2)Jose A. Encinar //IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 49, No. 10, October 2001, p. 1403

232

Скворцов С.А., Сметанин А.В.

(ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА НИЖНЕГО НОВГОРОДА

Водопроводная сеть является одной из основополагающих частей инфраструктуры всего водоохранного хозяйства. Грамотно спроектированная водопроводная сеть обеспечивает надежное и бесперебойное транспортирование воды к потребителям в требуемых количествах и необходимого качества под напором, достаточным для подачи воды к самой отдаленной расположенной точке водопроводной системы.

Одним из ключевых критериев качества эксплуатации распределительной системы водоснабжения является уровень ее аварийности. Прослеживается некоторая трудность научного понимания и разумного объяснения аварийности систем городского водоснабжения, которую можно объяснить колоссальным множеством и разновидностью факторов и процессов, непосредственно влияющих на неё. Поэтому, необходимо как можно скрупулезнее проследить влияние различных факторов и обстоятельств, воздействующих на уровень аварийности на сетях и рассредоточение её по временам года.

Данное исследование было проделано с помощью данных, полученных на водопроводных участках ОАО «Нижегородский водоканал». Целью этого анализа является обнаружение логичности распределения аварийных ситуаций в течение 2015 года, помимо этого будет сделана попытка объяснения факторов, влияющих на экстремумы аварийности.

Задачей Нагорного водопроводного участка ОАО «Нижегородский водоканал» является обслуживание сетей Нижегородского, Советского и Приокского районов города Нижний Новгород. Водоснабжение Нагорной части централизованной системы водоснабжения осуществляется за счет двух водопроводных станций с водозабором из реки Ока – Слудинская водопроводная станция и водопроводная станция «Малиновая гряда». «Малиновая гряда» питает водой Приокский, Советский и частично Нижегородский районы города; Слудинская станция обеспечивает чистой водой Советский и Нижегородский районы. Кроме того, в состав Нагорной части входят 10 РЧВ, 44 повысительных водопроводных станций.

Заречная часть города состоит из Автозаводского, Ленинского, Канавинского, Московского, и Сормовского районов. Сормовский

233

водопроводный участок ОАО «Нижегородский водоканал» эксплуатирует сети Сормовского, Московского, и части Канавинского районов города Нижнего Новгорода общей протяженностью 545,9 км с диаметрами труб от 20 мм до 1420 мм. Водоисточником этих сетей являются НовоСормовская водопроводная станция (I и II подъема) и 96 водоподкачивающих станций III подъема. В свою очередь, водопроводные сети Автозаводского района питаются за счет Автозаводской водопроводной станции.

К первоочередным причинам появления аварий на водопроводных сетях можно отнести:

-по мнению множества специалистов, аварийность на водопроводе с каждым годом увеличивается в связи с большим уровнем их изношенности;

-неудовлетворительное качество применяемых труб, в том числе использование труб без наружного и внутреннего защитного покрытий;

-гидравлические удары;

-неграмотное проведение профилактических работ на сетях. Статистика повреждений на водопроводных сетях за 2015 год приведена в таблице 1

Таблица 1. Статистика повреждений на водопроводных линиях за 2015 год

На построенном графике (рис.1) распределения аварийности на водопроводных сетях города Нижний Новгород за 2015 года видно, что просматривается скачкообразность точек экстремума в декабре-январе и июле-августе. Если повышение количества аварий в зимний период можно объяснить далеко не самыми благоприятными условиями эксплуатации, то увеличение числа аварий в июле-августе не может быть банальным совпадением. В связи с этим, требуется дополнительный анализ. Иными словами, необходимо обнаружить основной фактор, оказывающий влияние на рост аварийности в июле-августе.

Благодаря статистическим сведениям по обслуживанию водопроводных сетей становится понятным, что главенствующими факторами, непосредственно оказывающие влияние на число аварийных ситуаций на водопроводе каждого отдельного объекта, являются: материал трубопровода и его качество; изменение давления в системе; гидравлические удары; посторонние механические повреждения; нарушения прочности и герметичности стыков; коррозия материала труб, разрыв труб и фасонных частей и т.д. Однако, вышеизложенные факторы

234

не раскрывают подлинную причину увеличения аварийности в анализируемый период.

Рис. 1 График распределения аварийности на водопроводной сети за 2015 год

Взяв во внимание вспомогательные факторы, влияющие на количество отказов водопроводов, можно сделать вывод, что единственным изменяющимся из них это температура исходной воды (температура воды в водозаборе). Температура воды в резервуаре чистой воды в данный период представлена в таблице 2.

Необходимо подчеркнуть, что на количественное соотношение аварийных ситуаций в течение года не окажут влияния изменение основных параметров эксплуатации водопроводной станции (Q и P), от их перемены преобразуются только численные характеристики аварий.

Таблица 2. Изменение температуры воды (РЧВ) за июль-август в 2015 году

Выводы:

1.В зимний сезон водопровод менее чувствителен к температуре исходной воды, нежели в летнее время.

2.Увеличение количества аварий в летний период является заранее прогнозируемым событием, не зависящим от работы трудового коллектива предприятий.

3.Рассматриваемый фактор следует брать в расчет при годовом распределении не только материальных, но и кадровых ресурсов.

4.Теоретически трехкратное преобладание по количеству аварий заречной части над нагорной можно интерпретировать большей протяженностью и более высокой степенью изношенностью сетей.

235

Жарнаков А.С., Соколов М.М.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В ПРАВОСЛАВНЫХ ХРАМАХ.

Первая православная святыня, которую видят и которой восхищаются все, даже неправославные, - это храм. Храмы и монастыри России – наше бесценное историческое наследие, подлинное сокровище нашей и мировой культуры. Храм для православного человека – это великая ценность.

Вбольшей степени, храмы были передовыми с технологической и инженерной точки зрения. Первые крыши в форме купола, отработанная акустика, эффективная естественная вентиляция, организованная за счет правильной конвекции воздуха. С давних пор в храмах использовалось воздушное отопление с помощью печей и горячего воздуха, который перемещался по вентиляционным каналам.

Впоследнее время, отмечается тенденция роста объемов реконструкции и нового строительства храмов. Современные храмы должны соответствовать новым запросам по качеству климата для комфортного пребывания людей и сохранения ценностей – икон, деревянных позолоченных элементов, фресок. Как любые уникальные здания, церкви в последнее время стараются оборудовать современными инженерными системами. Однако не стоит забывать, о стратегической задаче, поставленной Президентом и Правительством России, заключающейся в рациональном использовании топливно-энергетических ресурсов нашей страны. Одним из самых перспективных путей решения данной, достаточно непростой, задачи является применение новых энергосберегающих технологий и оборудования, использующих нетрадиционные источники энергии.

Определенная роль в решении проблем использования нетрадиционных источников энергии принадлежит теплонаносным установкам, обеспечивающим эффективную утилизацию низкопотенциальной теплоты окружающей среды, промышленных и бытовых стоков. Преимущества данной технологии, в сравнении с их традиционными аналогами, заключается не только с сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но и с их экологической чистотой, а также новыми возможностями, в области повышения степени автономности систем теплоснабжения.

236

Рис 1.Церковь Рождества Пресвятой Богородицы с. Катунки Нижегородская область

Наиболее актуальным является применение теплонаносных установок в храмах, удаленных от места прокладки инженерных сетей, так как затраты на подведение таковых, является чрезвычайно затратным. «Уральским заводом тепловых насосов» был произведен сравнительный анализ стоимости инвестиционных и эксплуатационных затрат для разных источников энергии, планируемых разместить в православных храмах

(табл.1).

Таблица 1: Сравнительный анализ стоимости инвестиционных и эксплуатационных затрат для различных источников энергии.

Система отопления и вентиляции от электричества.

Из таблицы видно, что самым экономичным источником тепловой энергии является тепловой насос. Тепловой насос – машина, переносящая теплоту с более низкого на более высокий температурный уровень,

237

затрачивающая при этом меньшее количество энергии, чем переносимая тепловая энергия.

Принцип действия теплового насоса (рисунок 2) основан на цикле Карно. Охлажденный теплоноситель, проходя по трубопроводу, уложенному в землю, нагревается на несколько градусов и поступает в теплообменник, называемый испарителем, где отдает собранную из окружающей среды теплоту - хладагенту, циркулирующему во внутреннем контуре теплового насоса (теплообмен происходит через внутренние стенки испарителя). Компрессор засасывает из испарителя хладагент и сжимает его, в результате чего, температура хладагента увеличивается. Далее компрессор выталкивает хладагент в конденсатор, где нагретый хладагент отдает полученную теплоту в отопительный контур.

Эффективность применения тепловых насосов, в первую очередь зависит от того, откуда есть возможность черпать низкопотенциальную теплоту. Для нашего региона наиболее предпочтительными являются теплота грунта, грунтовых и подземных вод, а также теплота водоемов и природных водных потоков.

Тепловой насос работает тем эффективнее, чем меньше разница между температурой источника низкопотенциальной тепловой энергией и температурой потребителя. Средняя температура поверхности пола в храме (согласно СП 31-103-99 «Здания, сооружения и комплексы православных храмов») не должна превышать 23°C. Таким образом, наиболее эффективно теплонасосные установки для отопления в храмах, могут применяться в системах на основе напольных отопительных панелей.

Рис.2. Принцип работы теплового насоса

238

На основании проведенного анализа по применению тепловых насосов можно сделать следующие выводы, что:

-применение теплонасосных установок, наиболее перспективно в храмах, удаленных от места прокладки инженерных коммуникаций;

-в качестве источника низкопотенциального тепла могут быть использованы: вода, земля, воздух. Данный факт позволяет применять данную технологию на большей части территории Российской Федерации;

-стоимость выработанного тепловым насосом теплоты, будет от 1,6 до 3,7 раза ниже стоимости теплоснабжения от котельной;

-использование теплонасосных установок позволяет существенно снизить вред, наносимый окружающей среде традиционными источниками энергии.

Литература

1.АВОК Стандарт–2–2004. Храмы православные. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. – Введ. 2004-06-09. – М.:

АВОК, 2004. – 14 с. : ил.

2.Альтернативная энергетика [Электронный ресурс]: [сайт]. –

Режим доступа: http://www.vikertherm.ru/.

3.Кочев А. Г. Микроклимат православных храмов: монография / А. Г. Коче ; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н. Новгород :

ННГАСУ, 2004. – 449 с. : ил.

4.Соколов М. М. Влияние внешней аэродинамики на микроклимат православных храмов: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.03 / М. М. Соколов. – Н. Новгород, 2013. - 266 с. : ил.

5.Соколов М. М. Возобновляемые источники энергии [Электронный ресурс]: учебн. пособие / М. М. Соколов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 99 с. 1

электрон. опт. диск (DVD+RW) ISBN 978-5-528-00141-8

6.Уральский завод тепловых насосов [Электронный ресурс]: [Тепловые насосы для коттеджа, промышленности, с/х]. – Режим доступа: http://uztn.ru/

239