Монтаж опалубки монолитных составляющих здания
Установка опалубки необходима для качественной заливки бетонного раствора. Такая конструкция устанавливается при формировании фундамента или возведения бетонных стен здания. От качества проведенной работы зависит прочность основания будущей постройки и внешний вид помещения. Работа по созданию опалубки не отличается сложностью, но требует ответственного подхода.
Правила установки опалубки
Любая опалубка состоит из щитов и блоков, укрепленных специальными опорами. С учетом используемого материала и типа изделия сборка каждой конструкция имеет свои нюансы. При этом существуют общие правила, которых необходимо придерживаться во время монтажа. Они выражаются в следующем:
- Перед началом сборки строительная площадка должна быть полностью очищена от мусора.
- Если поверхность грунта имеет неровную плоскость, то необходимо срезать слой почвы. Подсыпание щебня недопустимо.
- Работу по установке маяков следует начинать с углов. При этом тщательно проверить их на вертикальность и горизонтальность.
- Заливка раствора должна проводиться только после того, когда конструкция будет проверена на герметичность.
При формировании деревянных опалубок необходимо тщательно подгонять доски. Кроме стыков следует устранять все отверстия в древесине, которые могут возникнуть в результате выпадение сучков. Выявленные щели требуется забивать паклей.
Конструкция для фундамента
Поскольку любой фундамент служит основанием для здания, качеству его изготовления уделяется повышенное внимание. Правильно сделанная опалубка позволяет существенно снизить расход бетона и сформировать ровное основание.
На предварительном этапе следует хорошо ознакомиться с проектом. Также нужно обратить внимание на время проведения работ и не начинать закладку фундамента в морозный период.
Составляющие конструкции
В качестве материала для опалубки могут быть использованы доски, щиты или фанера. Главное, чтобы стенки были способны воспринимать и удерживать нагрузку от давления раствора. При этом должны соблюдаться следующие условия:
- Используемые щиты могут быть квадратной или прямоугольной формы, а их размеры произвольными.
- Стенки опалубки должны быть укреплены с помощью горизонтальных распорок.
- Внутри конструкции обязательно прокладывается гидроизоляция, препятствующая вытеканию цементного раствора.
Если в качестве исходного материала применяется фанера, то ее толщина должна быть порядка 15 мм. Когда для работы используются доски, они берутся толщиной 40 мм. Иногда опалубка изготавливается из пластика. Этот материал прочен и долговечен, но имеет высокую стоимость. Приобретать такие изделия можно только в том случае, когда расчет ведется на их многоразовое использование.
Процедура установки
Монтаж опалубки состоит из следующих шагов:
- На выделенном участке расчищается площадка, и на ней откладываются расчетные величины.
- Выкапывается нужных размеров траншея.
- Сбивается необходимых параметров опалубка.
- Сначала в вырытую траншею укладывается внешний ряд сбитых досок.
- Затем устанавливается второй ряд, и между ними вставляются заранее приготовленные распорки.
- Над вырытой траншеей устанавливается второй ряд опалубки на заданную высоту фундамента.
- После проверки вертикальности все расположенные сверху щиты скрепляются поперечинами.
- На последней стадии опалубка укрепляется наклонными распорками.
Вся внутренняя часть собранной опалубки устилается пленкой, которая предотвращает вытекание из различных щелей залитого внутрь бетона. Такая необходимость возникает потому, что даже надежные распорки не в состоянии противостоять давлению раствора.
Опалубка для стен
В отличие от фундамента, бетонные стены здания имеют значительные параметры, поэтому установленная опалубка должна обладать большой прочностью. Для ее изготовления могут быть использованы листы OSB, металл, пенополистирол, доски или фанера.
Устанавливаемая опалубка бывает следующих видов:
- Съемная. Обычно изготавливается из обработанных досок или металла. Затем она убирается после схватывания раствора.
- Несъемная. Изготавливается из теплоизоляционных материалов, поскольку она не убирается после окончания работы. В результате здание утепляется, а также у него увеличивается звукоизоляция.
Перед изготовлением опалубки проводятся расчеты, где за основу берутся следующие исходные данные:
- объем заливаемого пространства;
- размер толщины стен.
При расчете конструкций опалубки принимаются во внимание следующее параметры:
- ее несущая способность;
- количество необходимого материала на изготовление;
- технология возведения для конкретного случая;
- стоимость опалубки.
На основании полученных данных определяется количество необходимых опор, которые будут противостоять деформационным изменениям конструкции.
Съемный вариант из древесины
Деревянная опалубка состоит из щитов, в свою очередь состоящих из сбитых досок. В отличие от фундаментной конструкции, данные изделия имеют увеличенные параметры. Если используется ОSВ, то такие изделия должны обладать высокой влагостойкостью.
В качестве фиксации установленных щитов применяется брус, который также выступает как ребро жесткости. Все части опалубки между собой скрепляются проволочными скрутками или стяжками. Наружная часть опалубки фиксируется в неподвижном положении с помощью хомутов, колышков, подкосов или прижимных досок.
Основным условием при формировании опалубки является отсутствие промежутков между досками. Их допустимая величина не должна составляет больше 3 мм. При выходе за эти пределы во время трамбовки бетонной смеси раствор начнет выдавливаться через большие щели. В некоторых случаях выходит только вода, но это тоже является негативным явлением, поскольку понижается качество цементного материала. Для устранения такого явления большого размера зазоры заделываются паклей или прибитыми снаружи деревянными рейками.
Съемная конструкция из металла
Опалубкой для бетонной стены может служить листовой прокат, который имеет толщину до 1,5 мм. Здесь жестким основанием служит каркас, изготовленный из трубы с приваренными уголками. Крепление листа к нему осуществляется с помощью сварки или саморезов. Данная конструкция является съемной.
Также существует и несъемный вариант металлической опалубки, который предполагает формирование обрешетки. В этом случае размер ячеек имеет форму квадрата со стороной 0,2-0,4 м. Их размер зависит от толщины используемого металлического листа.
Для усиления жесткости в верхней части опалубки устанавливаются перемычки, которые устраняют риск расхождения щитов. Во внутренней части пространства прокладываются трубы, служащие каналами для будущих коммуникационных систем.
После заливки раствора требуется зафиксировать положение щитов в неподвижном состоянии. Для этого с обеих сторон под углом устанавливаются распорки, в качестве которых могут служить деревянные балки или металлические трубы.
Процедура демонтажа
Любая съемная конструкция после застывания раствора убирается. Обычно период ожидания составляет от несколько дней до недели. Здесь все зависит от климатических условий местности. Процедура демонтажа опалубки состоит из нескольких этапов:
- Идет снятие крепежа, который соединяет между собой параллельно расположенные щиты.
- Убираются установленные с двух сторон откосные стойки.
- Все элементы конструкции осторожно снимаются.
Демонтаж опалубки должен проводиться с предельной аккуратностью. Снятие щитов начинается с отклонения их от верхней точки. Такую работу следует начинать только в том случае, когда существует полная уверенность в окончательном застывании раствора.
Несъемная опалубка
С помощью несъемной опалубки можно построить дом с одновременным его утеплением. Основными элементами системы являются блоки с замками для фиксации. Изготавливаются они из следующих видов материала:
- Пенополистирола. Такая опалубка характеризуется прочностью и хорошей теплоизоляцией. Небольшой вес конструкции обеспечивает минимальное давление на бетон. Основным преимуществом материала является его способность хорошо пропускать воздух.
- Арболитобетона. Это деревянные щиты, в которых присутствуют пузырьки воздуха, что является характерной особенностью материала. Такие изделия обладают хорошей влагостойкостью, пожаробезопасностью и не подвержены гниению.
- Фибролита. Основу изделий составляет древесная стружка и каустический магнезит. К характерным свойствам материала относится его морозостойкость, огнестойкость и экологическая чистота.
Из всех видов материала чаще всего применяется пенополистирол. Причиной является его легкость, что обеспечивает удобство монтажа. Плиты соединяются между собой с помощью сложных замков и перемычек. Это придает цельность конструкции без использования подпорок. На внутренней стороне опалубки присутствуют пазы, обеспечивающие надежность сцепления материала с застывшим бетоном. Внешняя поверхность гладкая, что позволяет вести качественную финишную отделку.
Скользящая опалубка
Для возведения бетонных стен новаторским вариантом является скользящая опалубка. В ее состав входят следующее элементы:
- Щиты. Они могут иметь разную геометрию в зависимости от конфигурации бетонной стены. Изготавливаются такие составляющие из металла или фанеры.
- Домкратная рама. Она выдерживает основной вес конструкции.
- Домкратные стержни. Это специальные толкатели, которые двигают щиты в нужном направлении с помощью электрического двигателя или ручным способом.
- Направляющие.
Если опалубка изготовлена из металла, то с внутренней стороны смазывается специальным составом. Это устраняет риск прилипания бетона к материалу. По мере выполнения определенного этапа работы опалубка перемещается вертикально вверх. Металлические направляющие, по которым совершается движение щитов, располагаются строго вертикально. Их наращивание осуществляется с помощью болтовых соединений.
Существующие виды
Используемая скользящая опалубка для бетонных стен бывает двух видов:
- Крупнощитовая. В данном случае изделие имеет большой вес, поэтому для монтажных работ используется техника. При этом оборудование необходимо не только для поднятия опалубки на определенную высоту, но и для трамбовки залитого бетона.
- Мелкощитовая. Такие элементы конструкции используются для работы без применения спецтехники ввиду их небольшого веса. Небольшого размера опалубку удобно использовать при возведении любого масштаба зданий.
Конфигурация обоих видов щитов предполагает формирование стен разной геометрии. Они бывают прямыми или вогнутыми. Примером может служить строительство прямоугольных домов или круглых башен.
Монтажные работы
Монтаж скользящей опалубки осуществляется в несколько этапов:
- Если опалубка уже была в употреблении, то она хорошо очищается от бетона, и на ней устраняются все видимые внешние дефекты.
- Затем внутренняя поверхность щитов смазывается специальной эмульсией.
- В фундамент здания вмуровываются направляющие стержни с домкратами.
- Из щитов формируется короб.
- На основании домкратной рамы устанавливаются короб, состоящий из внутренних и внешних щитов с формированным дном.
- Внутри короба вяжется арматура в соответствии с чертежами проекта.
- Для соблюдения толщины стены здания устанавливаются специальные шаблоны. Их количество — как минимум две единицы.
- На кронштейнах подвешиваются с наружной и внутренней стороны короба подмостки. На них будут присутствовать рабочие и проводить корректировку заливки бетона.
- Внутреннее пространство заполняется бетоном и после его затвердевания домкраты поднимают всю конструкцию на заданную высоту.
Таким способом можно вести строительство сооружения до 4 м в сутки.
Преимущества и недостатки
Использование скользящей опалубки имеет следующие преимущества:
- Обеспечивается высокая скорость проведения работы.
- Отсутствует необходимость в привлечении большого количества рабочей силы.
- Наблюдается значительная экономия средств при возведении здания.
Однако в такой работе наблюдаются и некоторые недостатки, которые выражаются в следующем:
- Скользящая опалубка имеет сложную конструкцию.
- Выполнять такую работу могут только работники с высокой квалификацией.
- Должна быть обеспечена бесперебойная доставка бетонной смеси.
Однако все присутствующие недостатки полностью перекрываются существенными преимуществами.
Опалубка для перекрытий
Если в здании планируется установка бетонного перекрытия, то для него требуется формирование специальной опалубки. Такое устройство должно обладать высокой прочностью и надежностью, потому что ему требуется выдерживать большой вес бетона. Для изготовления заранее подготавливаются балки, доски и водостойкая фанера. Монтаж опалубки ведется на высоте, поэтому в качестве опор обычно используются телескопические стойки.
Монтаж перекрытия состоит из шагов:
- Устанавливаются стойки с шагом до 1 м по всей протяженности стен.
- Их высота должно быть одинаковой для обеспечения горизонтальности перекрытия.
- На опоры укладываются продольные брусья.
- Сверху располагаются поперечные брусья с шагом 20-60 см.
- На поперечные брусья прибивается фанера. Листы должны располагаться так, чтобы их стыки приходились на деревянный брус. В качестве крепежа используются саморезы.
- После формирования основания устанавливаются вертикальные ограждения. Для этой цели используются доски, толщина которых должна составлять 30-40 мм. В некоторых случаях ограждением служит присутствующая кирпичная кладка.
- Внутри пространства прокладываются трубы для инженерной коммуникации.
Достоинством такой опалубки является то, что после застывания бетонной смеси ее можно снимать и использовать повторно.
Опалубки для возведения бетонных сооружений с течением времени постоянно модернизируются. Только при создании фундамента для небольшого дома они имеют элементарный вид. Во время масштабного строительства применяются сложные конструкции, позволяющие вести работы в быстром темпе с наименьшими затратами.
Задачи управления промышленными объектами через создание цифрового двойника предприятия
Модернизация производства — это комплексное, частичное или полное обновление систем или оснащения на предприятии. Данный процесс влечет за собой целый ряд мероприятий, среди которых большую часть занимает тщательный анализ и сбор информации.
В данной статье предлагается затронуть тему цифровых двойников[1] предприятий и их реализацию в виде набора цифровых информационных моделей.
В последние годы эта тема становится все более востребованной и острой. Среди причин такого повышенного интереса можно отметить:
- объявление национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации»;
- выполнение задач цифровизации строительной отрасли (раздел «Цифровизация строительной отрасли» в проекте «Стратегии развития строительной отрасли до 2030 года»[2]);
- рост применения технологий информационного моделирования;
- появление на рынке труда молодых специалистов, владеющих инструментом.
Все чаще владельцы предприятий и представители государственных структур обращают внимание на новые технологии применительно к своим задачам, в том числе и при решении вопросов модернизации. Ни для кого не секрет, что основная масса предприятий построена в прошлом веке и не соответствует современным требованиям. И, следовательно, чтобы вывести оных в список лидеров мирового технологического процесса и наилучших доступных технологий, необходима их модернизация. Это задача стратегического уровня. Политическая и экономическая обстановка, связанная с санкциями, пандемией и рядом других причин, только обострила эту необходимость.
Что же может позволить решить задачу цифровизации строительной отрасли в промышленном кластере? И почему именно о нем стоит говорить?
В России, на первый взгляд, есть все предпосылки для резкого роста и развития новых подходов к управлению через создание цифровых двойников: на правительственном уровне приняты или принимаются необходимые решения, говорящие об особом статусе задач цифровизации в строительной отрасли; в проектных организациях строительной отрасли полным ходом идет освоение технологий информационного моделирования; высшие учебные заведения меняют свои программы с учетом государственного заказа и общемировыми тенденциями; инвесторы и заказчики наконец-то научились не только выговаривать, но и понимать основной смысл и назначение технологий информационного моделирования (BIM-технологий). И надо отметить, что Россия быстро наверстывает разрыв в этом направлении.
Основные усилия по внедрению технологий информационного моделирования сейчас направлены на рынок жилищного строительства и госзаказ объектов социальной направленности. Однако даже рынок жилищного строительства не выдает ожидаемых результатов, если говорить о полном жизненном цикле объектов капитального строительства. И связано это в первую очередь с разрывом интересов игроков — инвестор (заказчик), как правило, не участвует в дальнейшей эксплуатации произведенной продукции, будь то жилые дома, школы, поликлиники или административные здания. И, как следствие, управляющие компании или комитеты городских структур, которым в дальнейшем предстоит эксплуатация этих объектов, имеют или мизерное представление о BIM и собственной вовлеченности в процесс цифровизации, или не имеют его вовсе.
И все-таки нельзя утверждать, что цифровые двойники в жилищном комплексе на территории России отсутствуют. Такие примеры есть, и связаны они только с крупными частными застройщиками, осваивающими территорию Москвы. Например, PSN Group (ТОП-5 девелопер Москвы по результатам 2016 года) была внедрена Единая система мониторинга, управления и аналитики для сети жилых комплексов (используются модели зданий), которая находится в промышленной эксплуатации, но по-прежнему постоянно развивается: происходит подключение новых жилых комплексов, разрабатываются новые модули, связанные с предикативным анализом работы оборудования, формируются планы развития[3]. Это скорее исключительный случай.
Другое дело — промышленные объекты. Любое предприятие проходит полный жизненный цикл от появления идеи до демонтажа, сохраняя интерес своего заказчика — управленца. И вот тут-то можно и должно в полной мере почувствовать преимущества применения технологий информационного моделирования в качестве создания цифрового двойника промышленного объекта.
Современный мир предлагает для решения таких задач множество технологий, концепций и инструментов: PLM/PDM, BigData (Большие данные), IIoT[4] (Промышленный интернет вещей), Cloud Computing (Облачные вычисления), GIS (Геоинформационные системы), BIM/openBIM и другие. Все это может быть востребовано при решении множества задач управления объектами предприятия, одной из которых является модернизация. Например, создание цифрового двойника путем формирования цифровых информационных моделей производственных цехов поможет собрать данные о состоянии оборудования, об основных и оборотных средствах, а также о производственных процессах и проанализировать их с помощью специализированных систем.
Модернизация предприятия без снижения объемов производства и, тем более, без его остановки — это задача, которая под силу современным технологиям. Кто-то может возразить, что такие задачи решались и прежде. Решались, но сейчас главный фактор — это время.
Несколько лет назад шли постоянные обсуждения отсутствия стандартов по технологиям информационного моделирования, а сейчас уже речь идет о более глубокой их проработке и применимости к особенностям российского рынка.
Если еще десять лет назад разворачивались целые баталии на тему отсутствия интеграции при применении программного обеспечения разных вендоров, то сейчас и этот вопрос начинает уходить в прошлое. Разработчики программного обеспечения становятся более открытыми друг другу, понимая, что не могут покрыть весь спектр решаемых в строительной отрасли задач. В качестве стандарта обмена и управления данными об объектах строительства в Российской Федерации принят формат IFC (Industry Foundation Classes — формат данных с открытой спецификацией)[5].
Так что же препятствует появлению цифрового двойника предприятия и его участия в вопросах модернизации и, возможно, в дальнейшем в задачах управления активами?
Ответ простой — желание заказчика, его умение идти к поставленной цели и добиваться ее, так как этот процесс невозможно решить в укороченные сроки.
В 2019 году Роснефть запустила в опытно-промышленную эксплуатацию цифровой двойник своего месторождения в Башкирии — проект «Цифровое месторождение»[6], выстраивая тем самым интегральную цепочку нового типа, включающую в себя «цифровое месторождение», «цифровой завод» и «цифровую АЗС». Разработка и запуск проекта «Цифровое месторождение» осуществляется в рамках стратегии «Роснефть-2022», предусматривающей переход на качественно новый уровень управления бизнес-процессами, повышение надежности и экономичности производства, сокращение потерь. Хоть в приведенном примере есть упоминание о «цифровом заводе», но все же выполненная работа относится к управлению производственными процессами, а не промышленными объектами недвижимости.
А вот другой пример. Как сообщается на сайте компании «Газпром нефть»[7] от 27 октября 2020 года, «Газпром нефть» получила патент на собственную цифровую разработку — Систему управления инженерными данными (СУПРИД). Система формирует электронные модели производственных установок — цифровые двойники, включающие в себя инженерно-техническую документацию и 3D-модель объектов. Сейчас СУПРИД охватывает Московский и Омский НПЗ «Газпром нефти», позволяя на 20% сократить временные затраты на выполнение регламентных мероприятий по эксплуатации, ремонту и обслуживанию. Экономический эффект от внедрения системы на нефтеперерабатывающих заводах компании оценивается более чем в 700 млн рублей в год.
Итак, видно, что процесс создания цифровых двойников предприятий уже начал свое движение по территории России, и хочется верить в появление новой технологии, которая с каждым годом будет все более востребованной и совершенной. Однако, прикоснувшись к цифровым двойникам в жизни, понимаем, что пока это или попытка перевести привычный процесс проектирования на новый уровень, или подтягивание моделей зданий без информационной части к своим системам автоматизации, или же моделирование без учета всех последующих задач использования цифровых информационных моделей: эксплуатация, модернизация, управление активами и так далее.
В массе случаев появляющихся на свет цифровых двойников видно, что отсутствует главное — требования заказчика, которые зафиксированы в виде документов и будут неукоснительно выполняться исполнителями; что зачастую исполнители живут интересами, очерченными рамками своих договоров и получением вознаграждения за свой труд, без желания понять, что за каждым этапом жизненного цикла объекта до момента его ликвидации идет следующий этап со своими задачами, использующими результаты предыдущего этапа, и что несогласованный переход от одного этапа к другому может привести к большим финансовым издержкам. А ведь технологии информационного моделирования предназначены для наименее рискового прохождения объекта капитального строительства по всему жизненному циклу. Но для этого надо просто правильно организовать работу. Это значит, что впереди предстоит много интересной работы.
Компания ООО «Бюро ЕСГ» — это системный интегратор, который принимает активное участие в проработке правильного подхода к созданию цифровых двойников промышленных объектов. Нашими клиентами являются крупные промышленные компании в нефтегазовой, сталелитейной, судостроительной и других отраслях. «Бюро ЕСГ» имеет многолетний опыт по внедрению технологий информационного моделирования, применению технологий лазерного сканирования, созданию систем управления инженерными/проектными данными, использованию геоинформационных систем и их интеграции с цифровыми информационными моделями. Наша компания предоставляет полный комплекс услуг по разработке технологии создания цифрового двойника предприятия с учетом его последующего использования.
За последние годы специалистами ООО «Бюро ЕСГ»[8] выполнены и продолжают выполняться работы по созданию цифровых двойников как на основе лазерного сканирования, так и с использованием проектной, рабочей и исполнительной документации. ООО «Бюро ЕСГ» принимает активное участие при разработке требований заказчиков к цифровым информационным моделям в различных отраслях промышленности[9], в том числе для ПАО «Газпром нефть», а также в разработке методик создания цифровых информационных моделей с применением программного обеспечения разных разработчиков.
ООО «Бюро ЕСГ» принимает участие в пилотных проектах по разработке импортозамещающих систем управления инженерными данными и их интеграции с цифровым двойником предприятия. Группой специалистов ООО «Бюро ЕСГ» по геоинформационным системам реализован ряд проектов по созданию электронного генплана, а также интеграции BIM и 3D-ГИС.
[1] Цифровой двойник (англ. Digital Twin) — цифровая копия физического объекта или процесса, помогающая оптимизировать эффективность бизнеса. Концепция «цифрового двойника» является частью четвертой промышленной революции и призвана помочь предприятиям быстрее обнаруживать физические проблемы, точнее предсказывать их результаты и производить более качественные продукты. Википедия.
[2] https://nopriz.ru/upload/iblock/892/TSifrovizatsiya-stroitelnoy-otrasli-dlya-Strategii.pdf
[3] Информация получена с интернет-ресурса https://hmps-business.ru/portfolio/sistema-monitoringa-upravleniya-i-analitiki-dlya-psn-group.html
[4] Промы́шленный интерне́т веще́й (англ. Industrial Internet of Things, IIoT) — это система объединенных компьютерных сетей и подключенных к ним промышленных (производственных) объектов со встроенными датчиками и программным обеспечением для сбора и обмена данными с возможностью удаленного контроля и управления в автоматизированном режиме, без участия человека. Применение Интернета вещей в промышленности создает новые возможности для развития производства и решает ряд важнейших задач: повышение производительности оборудования, снижение материальных и энергетических затрат, повышение качества, оптимизация и улучшение условий труда сотрудников компании, рост рентабельности производства и конкурентоспособности на мировом рынке. Википедия.
[5] ГОСТ Р 10.0.02-2019/ИСО 16739-1:2018 Система стандартов информационного моделирования зданий и сооружений. Отраслевые базовые классы (IFC) для обмена и управления данными об объектах строительства.
[6] Более полную информацию можно получить на сайте Роснефть (https://www.rosneft.ru/press/news/item/195043/).
[7] «Газпром нефть» защитила патентом собственную систему управления инженерными данными
[8] Более подробно об опыте компании ООО «Бюро ЕСГ» и предоставляемых услугах можно узнать на сайте http://esg.spb.ru
[9] Автор статьи в период работы в СПб ГАУ ЦГЭ (Центр государственной экспертизы Санкт-Петербурга) сформулировала требования к цифровым информационным моделям, представляемым для проведения экспертизы в Санкт-Петербурге (https://www.spbexp.ru/docs/podgotovka-informatsionnykh-modeley-bim/), которые уже успешно применяются и продолжают развиваться.
Приборы отопления
Россия - страна, раскинувшаяся от субтропических широт до вечной мерзлоты заполярья. Основная часть территории лежит в природных зонах, где требуется постоянное или периодическое отопление. Отопление - это принудительный обогрев здания, с целью поддержания комфортной температуры и компенсации теплопотерь, которые неизбежно присутствуют в любом гражданском строении.
Отопление помещений осуществляется в результате теплообмена. В свою очередь, теплообмен в помещении между внутренней средой и теплоносителем возможен двумя путями:
- Конвекцией – перенос тепла в результате циркуляции неравномерно нагретых жидкости или газа.
- Лучистой энергией. Нагревание тел волнами электромагнитной энергии в инфракрасном диапазоне.
Обособленно друг от друга типы теплопередачи сложно встретить. Они всегда комбинируются между собой. Но по преобладающему принципу отопительные приборы принято называть конвекторами и излучателями или радиаторами.
Классификация отопительных приборов
В отечественной практике сформировалась следующая классификация отопителей:
- По принципу теплоотдачи. В зависимости от физического принципа теплоотдачи отопительные приборы делятся на две большие группы:
- Радиаторы.
- Конвекторы.
- По конструктиву исполнения.
Радиаторы выпускают секционные, трубчатые, панельные и блочные.
Конвекторы- с предусмотренным кожухом и без кожуха.
- По размеру.
Высота. Низкие. Имеют размер от 200 до 400мм.; средние- 400-650; высокие- от 650 до 900мм.; плинтусные- существуют размером 200мм и меньше.
Глубина или ширина. Малая до 120мм; Средняя от 120мм до 200мм; Большая- 200мм и более.
- По материалу изготовления. Радиаторы производят из:
- чугуна
- алюминия
- стали
- комбинированные- биметаллические
Конвекторы делают из:
- стали
- алюминия
- меди
Значительно реже отопительные приборы изготавливаются из органических материалов, имеющих высокую теплопроводность и коэффициент теплоотдачи.
- По способу изготовления. Изготавливают приборы отопления литым, штампованным, сварным, комбинированным способом.
- По вариантам монтажа. Выделяют напольные, настенные приборы, и монтируемые в интерьерные конструкции.
Все конвекторы и радиаторы выпускаются со встроенной регулировкой теплового потока или без таковой.
Различия между конвектором и радиатором
Несмотря на общие задачи, конвекторы и радиаторы имеют существенные отличия.
Способ теплоотдачи принципиально разный. Рабочий конвектор разогревает воздух, который находится в непосредственной близости. Нагретые слои воздуха увеличиваются в объеме и теряют плотность, поэтому становятся легче более холодных слоев. Теплый воздух стремиться к потолку. Внизу, у конвектора образуется зона разрежения, куда засасывается холодный воздух, который снова разогревается и устремляется к потолку. И так постоянно, до выравнивания температуры конвектора и температуры в помещении в любой точке. Ускорить и усилить конвективные потоки помогает кожух, который выполняет роль вытяжного канала.
Радиатор - это отопительный прибор, который осуществляет перенос тепла помимо конвекции, излучением тепловых волн. Как это происходит? Теплоноситель, благодаря процессу теплопередачи, разогревает поверхность радиатора, а точнее передает энергию частицам вещества радиатора. Молекулы в разогретом материале радиатора начинают колебаться интенсивнее и высвобождать энергию в невидимом длинноволновом диапазоне. Распространяясь в помещении, электромагнитные волны поглощаются окружающими предметами с последующим выделением теплоты. Таким предметы, находящиеся вокруг сами становятся излучателями тепла.
Другое отличие - это конструкция. Конвектор выглядит, как труба, на которую насажены многочисленные тонкие пластины. Конвектор должен иметь максимально возможную площадь соприкосновения с воздухом. Радиатор, при равных габаритах, имеет меньшую площадь. Устройство конвектора отличается от радиатора присутствием кожуха. В радиаторе кожух не предусмотрен, так как это значительно снизит степень эффективности прогрева помещения.
Радиаторы более термоинертны. То есть тепловому прибору требуется больше времени для разогрева, так как он обладает повышенной теплоемкостью по сравнению с конвектором. Но и остывать радиатор будет дольше. В определенных ситуациях это может быть как плюсом, так и минусом.
Конвекторы окрашивают в разные цвета. Радиаторы традиционно встречаются в белом исполнении, что может потребовать коррекции в дизайнерском интерьере. Белый цвет применим по соображениям его респектабельности и универсальности, но, по законам физики, наибольшей теплоотдачей будет обладать поверхность черного цвета.
Преимущества и недостатки отопительных приборов
Радиатор отличает в лучшую сторону надежность, долговечность, невысокая цена. Термоинерция играет в плюс, когда происходят перебои с отоплением. Но когда нужно отрегулировать температуру на комфортный уровень этот показатель доставляет неудобства.
Очевидным минусом радиаторов служит высокая температура разогрева поверхности. Она приближена к температуре теплоносителя в системе. В системе центрального теплоснабжения температура может достигать 800C и более. Есть угроза получения ожогов. Избежать этого можно, установив защитный корпус или защитный экран. Но в этом случае падает мощность отопителя.
К достоинствам конвекторов можно отнести небольшую массу, возможность скрытой установки и монтажа в сложных местах, например, под панорамными окнами. Невысокую температуру поверхности конвекторных пластин, в районе 500С, что не приведет к ожогам. Конвекторы быстрее и полнее прогревают помещение.
Существенным минусом конвекторов выступает то, что в результате циркуляции конвекционных потоков в окружающий воздух поднимается пыль.
Нецелесообразно применять конвекторы в помещениях с высокими потолками.
Требования безопасности к отопительным приборам
Поверхность конвекторов и радиаторов не должна иметь острых краев и быть травмобезопасной.
В случае, если технологически предусмотрено нагревание поверхности отопительного прибора до температуры превышающей 750С, то должны устанавливаться защитные экраны
Для окраски приборов отопления необходимо применять порошковые, лакокрасочные материалы, которые не выделяют в процессе эксплуатации вредных и токсичных веществ.
Использование батарей централизованного отопления для организации заземления или токопроводящих работ запрещено.
Не допускается производить выпуск воздушной смеси из алюминиевого прибора в процессе эксплуатации при наличии поблизости открытого огня.
От чего зависит выбор отопительных приборов
Приборы отопления должны соответствовать конкретным проектным требованиям эксплуатации. Запрещено применять отопительные приборы, у которых показатели по температуре теплоносителя и давлению ниже, чем требуемых условий по эксплуатации сети.
Утилизацию радиаторов и конвекторов требуется осуществлять в соответствии с нормативной документацией завода- изготовителя.
Для правильного выбора приборов для отопления жилища или производственного помещения стоит опираться на ряд критериев, которые помогут сориентироваться в многообразии.
- Экономические. Любая система отопительных приборов в помещении должна выдерживать соотношение цены и эффективности эксплуатации, минимизировать траты на монтаж и обслуживание.
- Санитарно-гигиенические. Отопительные приборы должны соответствовать санитарно-гигиеническим нормам, поддерживать температуру и влажность воздуха, установленную в СанПиН в зависимости от назначения помещения. Не должны препятствовать проведению обеспыливания и служить источником загрязнения окружающего пространства.
- Стилистико-архитектурные. Большое внимание уделяется стилистической направленности изделий. Отопители должны гармонично вписываться в пространство и не занимать много места.
- Монтажные. Установка отопительных приборов не должна вызывать трудностей и привлекать сложного инструмента и высокооплачиваемого персонала. Приборы отопления должны быть универсальны по крепежу, иметь прочные и надежные способы крепления.
- Эксплуатационные. Современная теплотехническая продукция должна соответствовать параметрам теплоснабжающей сети. Иметь регулировку теплоотдачи для поддержания комфортных условий в помещении.
- Теплотехнические. Отопительные приборы должны обладать максимальным коэффициентом полезного действия для максимального использования энергии теплоносителя.
Как выбрать отопительный прибор
В первую очередь, это зависит от системы отопления. Они бывают централизованные и автономные. В централизованных системах давление теплоносителя выше, чем в автономных и составляет 9-10 бар, а при опрессовке системы давление поднимают до 12. Существует вероятность гидроудара из-за неравномерной работы гидро насосов на станции теплоснабжения . Вода в системе централизованного отопления имеет повышенную химическую активность в виде растворимых и нерастворимых солей. Автономные системы отличаются пониженным давлением и меньшей жесткостью воды, по сравнению с централизованными. В автономных системах в качестве теплоносителя может применяться антифриз. Эти моменты стоит учитывать при выборе продукции для отопления квартиры, офиса или производства.
Удачно вписываются в указанные требования для систем централизованного отопления чугунные секционные батареи и биметаллические секционные приборы. Секционные приборы имеют возможность дооснащаться необходимым количеством элементов, что делает их универсальными.
Чугунные секционные батареи. Самые недорогие на сегодняшний день отопительные приборы. Имеют отличный запас прочности и долговечности. Радиаторы из чугуна служат до 50 лет. Продукция из чугуна стойка к гидроударам и коррозийным процессам. На рынке отопительной продукции можно встретить чугунные батареи художественного литья, тем самым можно подчеркнуть дизайнерский стиль интерьера. Однозначно не позволяет сделать выбор в пользу чугунины то, что материал тяжелый и имеет непрезентабельный вид. Если не брать во внимание художественное литье. У чугуна высокая теплоемкость, поэтому требуется время, чтобы его разогреть, но в то же время батарея долго остывает. Это минус, когда требуется оперативно отрегулировать температурный режим.
Биметаллические секционные приборы. Приборы из биметалла лишены недостатков чугуна, и имеют свои преимущества: рассчитаны на высокое давление в сети; имеют современный внешний вид. Но дороже чугуна по стоимости. Биметаллические изделия представляют собой стальной сердечник в виде труб, облитый алюминием по форме готовой батареи. Такая конструкция создавалась для того, чтобы исключить контакт алюминия с теплоносителем, так как вода в системе теплоснабжения довольно реактивна по отношению к алюминию.
Алюминиевые изделия. Отопительные батареи из алюминия обладают отличным коэффициентом теплоотдачи, имеют высокий КПД. Из недостатков можно выделить высокую стоимость и данный тип приборов не предназначен для сетей с высоким давлением теплового агента. Вдобавок алюминий не стоек к воздействию агрессивных сред. Поэтому алюминиевые тепловые приборы целесообразно использовать в частном теплоснабжении, где рабочее давление не превышает 8 атмосфер и теплоагент в составе несет минимум солей.
У секционных приборов, независимо от материала изготовления, есть общий недостаток. Они не предназначены для работы с антифризом. Со временем антифриз уменьшает уплотнительную способность межсекционной прокладки и появляется течь.
Панельные отопители. Делаются из стали. Штампуются два листа, симметричных между собой относительно продольной плоскости и свариваются. Таким образом получается плоский отопительный элемент, внутри которого есть каналы для циркуляции теплоагента. Далее отдельные элементы связываются между собой трубами в единую батарею. Полученная прямоугольная панель закрывается декоративным кожухом, но может обходиться без него. Без защитного экрана эффективность прибора выше, но страдает привлекательность. Стальные отопительные панельные приборы имеют хорошую теплоотдачу, современный вид. Можно устанавливать и в частном домостроении и интегрировать в централизованную магистраль.
Трубчатые отопительные приборы. Похожи на секционные отопители по форме. Выглядят как радиаторы из изогнутых вертикальных трубок, соединенных сверху и снизу трубчатым коллектором. Очень вариативны по размерам: от 0,3 метра до 3 метров. Устанавливаются в жилых и производственных помещениях, независимо от системы теплоснабжения.
Конвекторы. Производят из стали, меди и алюминия. Наиболее физически эффективны медные конвекторы. Изготавливаются конвекторы из центральной трубы диаметром до 3см, с нанизанными на нее пластинами. Между пластинами происходит прогрев воздуха. Конвекторы бывают настенной и скрытой установки. На настенные конвекторы одевается специальный кожух, который обеспечивает эффект тяги воздушным массам. Конвекторы скрытой установки могут монтироваться в пол и располагаться под панорамными окнами. Тепловые приборы на основе конвекции существуют естественной и принудительной циркуляции. Искусственная циркуляция достигается применением вентилятора в системе. Конвекторы имеют хороший коэффициент полезного действия, но имеют трудности в очистке от пыли.
Сколько тепловых приборов нужно в помещении
В помещении, согласно технологии установки тепловых приборов, требуется монтаж отопителя под каждым окном. Так как основная цель отопительных приборов компенсировать теплопотери, то и мощность приборов основывается на суммировании коэффициентов тепловых потерь. По усредненным теплотехническим расчетам, при высоте потолка в 2,7 м. 1м3 жилища в панельном доме требует 40Вт тепловой энергии, а кирпичный 35 Вт. Исходя из этого можно посчитать общую мощность обогревателей. На конечный результат будут играть факторы: отношение площади остекленной поверхности к площади стен; площадь наружных стен в помещении и степень утепленности, теплопотери потолка и пола, тип стеклопакета, амплитуда колебаний температур. В частном доме учитываются коэффициенты теплопотерь крыши и фундамента. Каждому фактору присвоен коэффициент, который можно найти в таблицах по теплотехническим расчетам.
Итог тепловой системы приборов
В результате подбора приборов по личным и техническим критериям должна получится система, которая отвечает эксплуатационным пунктам:
Отопительная система должна быть надежной и безопасной, не сильно затратной, простой в обслуживании.
Управление температурным режимом продублировано: автоматика- ручное.
Последовательность действий по управлению приборами должно быть простым и логичным.
Должна быть исключена вероятность нанесения ущерба системе по незнанию пользователя.
В частном жилье меры по предотвращению разморозки отопительной системы обязательны.
Отопительная система должна быть собрана из качественных материалов, согласно теплотехническому расчету, законов физики и здравого смысла.