Теплоизоляция: назначение и виды
Энергосбережение — важная составляющая при строительстве любого здания. Как показывает практика, в обычном многоэтажном доме теплопотери могут составлять до 40%, ведь многие материалы не способны сохранить и удержать температуру. Теплоизоляция — это эффективный способ обеспечить микроклимат внутри помещения, шумоизоляцию, а также уменьшить общую массу конструкции. Кроме того, она способна сокращать расходы владельцев сооружений на отопление, как следствие снижается выброс продуктов горения и улучшается экологическая обстановка.
Разнообразие выбора
Теплоизоляционные материалы классифицируют по нескольким признакам:
- структура: волокнистые, ячеистые, композитные, зернистые;
- назначение: промышленные и бытовые;
- форма выпуска: сыпучие, рулонные, напыляемые, листовые, штучные;
- материал: натуральные и синтетические;
- тип сырья: органические, неорганические, смешанные.
Каждый вид утеплителя имеет свою технологию монтажа и сферу применения, которые зависят от свойств и состава материала. К примеру, для волокнистых необходима гидроизоляция, сыпучие используются на горизонтальных поверхностях, а если у конструкции сложная геометрическая форма, проще утеплитель напылять или монтировать штучные изделия.
Сейчас можно приобрести теплоизоляционные материалы предотвращающего типа. Они отличаются низкими проводящими свойствами, а также уменьшают расход тепла благодаря уменьшению инфракрасного излучения.
Неорганические утеплители
В производстве неорганических теплоизоляторов применяются шлак, асбест, горные породы и стекло. В результате их переработки получают: стекло и минвату, пеностекло, керамику, легкий бетон, в основе которого лежат вермикулит или вспученный перлит.
Материал выпускается в форме плит, матов, рулонов или сыпучим.
Стекловата
Производится из того же материала, что и стекло. Эта разновидность ваты отличается более толстыми и длинными волокнами, повышенной прочностью и упругостью. Она отлично поглощает любые звуки, пожаробезопасна и не подвержена химическому воздействию. Нагреваясь, не выделяет вредных веществ.
Стекловата отличается:
- плотностью до 130 килограммов на метр кубический;
- устойчивостью к воздействию высоких температур (до 450 градусов);
- низкой гигроскопичностью;
- высокой коррозийной стойкостью.
У материала коэффициент теплопроводности колеблется в пределах 0,03-0,052 ватта на метр на Кельвин.
Керамическая вата
В основе материала лежит окись кремния, циркония или алюминия. Для изготовления используется метод раздува или центрифуга.
Керамическая вата отличается:
- Температурной стойкостью свыше 1000 градусов. Нагреваясь более 100 градусов становится отличным электроизолятором.
- Плотностью менее 350 килограммов на метр кубический.
- Коэффициентом теплопроводности 0,13-0,16 ватт на метр на Кельвин при +600 градусов.
Керамическая вата более устойчива к высокой температуре даже чем минеральная. Она не подвержена воздействию агрессивных химических веществ и не деформируется.
Минеральная вата
Минвата бывает шлаковой и каменной. Первая получается из материалов, остающихся вследствие литья цветных и черных металлов. В основе второй лежат горные породы, такие как: базальт, доломит, диабаз, известняк и прочие.
Чтобы связать основу применяется компонент в основе которого лежат фенол или карбамид. Первый меньше боится влаги, поэтому чаще используется при строительстве.
Минеральная вата отличается:
- Нулевой горючестью. Кроме того, она способна противодействовать распространению огня, из-за чего используется как эффективное противопожарное средство.
- Повышенной химической пассивностью и низкой гигроскопичностью.
- Высоким шумопоглощением. Минеральная вата — это практичная звукоизоляция.
- Крайне низкой усадкой. Даже спустя многие годы минеральная вата не изменяет своих размеров. Благодаря этому удается избежать мостиков холода при строительстве.
У минеральной ваты есть один недостаток — это высокая паропроницаемость. При использовании этого материала необходимо укладывать пароизоляционный слой.
Органическая теплоизоляция
Материал отличается высокой пожаробезопасностью, не промокает и не подвержен воздействию биологически активных веществ. Подходит для поверхностей, не нагревающихся выше 150 градусов Цельсия. Органическая теплоизоляция размещается в виде внутреннего слоя. К примеру, оштукатуренные фасады или тройные панели.
Производится из сырья с естественным происхождением. Например, отходы от деревообрабатывающего производства или сельского хозяйства. В их составе также содержатся цемент и некоторые виды пластика.
Пено-поливинилхлоридный утеплитель
В составе материала поливинилхлоридные смолы. ППВХ приобретает пенистую структуру после поризации. Он является универсальным теплоизолятором, ведь поливинилхлорид может быть, как мягким, так и твердым. Производят ППВХ утеплители для каждого вида работ: стеновые, кровельные, фасадные, напольные, для входных дверей.
Пенополиуретановый утеплитель
Основа материала полиэфир с добавление воды, дизоцианата и эмульгаторов. В химическую реакцию они вступают благодаря воздействию катализатора. В результате получается совершенно новое вещество, отличающееся отменным уровнем шумопоглощения, химической пассивностью, а также неспособностью поглощать влагу.
Материал отличается:
- Коэффициентом теплопроводности в пределах 0,019-0,028 ватт на метр на Кельвин. Это одно из лучших значений среди всех изоляционных материалов.
- Плотностью 40-80 килограммов на метр кубический. Если показатель равен 50 и более, ППУ обретает влагостойкость.
Пенополиуретановый утеплитель наносится методом напыления, подходит для потолков сложной конструкции и стен.
Пенополистирол
ППС или пенопласт состоит из воздуха на 98%. 2% — это полистирол, получаемый из нефтепродуктов. Также в составе материала присутствует незначительное количество модификаторов. Как правило, это антипирены.
Отличительными особенностями ППС являются:
- высокие гидроизоляционные свойства;
- повышенная коррозийная устойчивость;
- коэффициент теплопроводности в пределах 0,037-0,042 ватта на метр на Кельвин;
- высокая сопротивляемость микрофлоре и биоагентам.
У материала низкая горючесть. Он самостоятельно затухает, а при возгорании выделят в 7 раз меньше тепловой энергии чем древесина.
Древесноволокнистая изоляционная плита
Состав древесноволокнистой изоляционной плиты схож с ДСП, однако в его основе используются обрезки стеблей кукурузы или соломы, либо древесные отходы, старая бумага и так далее. Материал связывают синтетические смолы, разбавленные антисептиками, антипиренами и гидрофибизирующими веществами.
ДВИП отличается:
- плотностью до 250 килограмм на метр кубический;
- пределом прочности на изгиб до 12 мегапаскалей.
Коэффициент теплопроводности древесноволокнистой изоляционной плиты менее 0,07 ватт на метр на Кельвин.
Пеноизол (мипора)
Мипора получается в результате взбивания водной эмульсии мочевиноформальдегидной смолы. Чтобы избежать хрупкости материала, в сырье добавляется глицерин. Чтобы получить пену в состав вводятся добытые из нефти сульфокислоты. Чтобы масса затвердела, необходим катализатор. В его качестве выступает органическая кислота.
Мипора подается в виде блоков или крошки. Если материал жидкий, его предварительно необходимо залить в специальные полости, где он затвердевает при комнатной температуре.
Пеноизол отличается:
- Коэффициентом теплопроводности в пределах 0,03 ватта на метр на Кельвин.
- Плотностью до 20 килограмм на метр кубический. Если сравнивать с пробкой, то он меньше примерно в 10 раз.
- Температурой возгорания свыше 500 градусов. Если показатель ниже, то материал не горит, а обугливается.
Среди минусов минипоры можно отметить повышенное поглощение жидкости и подверженность воздействию агрессивных химических веществ.
Вспененный полиэтилен
Производится путем добавления к полиэтиленовой основе пенообразующего вещества. В результате получается материал, имеющий внутри многочисленные мелкие поры. У него отменные пароизоляционные свойства.
Материал отличается:
- плотностью 25-50 килограммов на метр кубический;
- температурным диапазоном применения от -40 до +100 градусов;
- низким влагопоглощением;
- высокой биологической и химической пассивностью.
Кроме того, вспененный полиэтилен хорошо защищает сооружение от воздействия внешних шумов.
Фибролит
Материал производится из тонкой древесной стружки с добавлением цемента или магнезиального компонента. Фибролит выпускают в форме плит, которые не подвержены биологически и химически агрессивным воздействиям. Отлично защищает от влаги и шума. Подойдет и для изоляции бассейнов.
К основным характеристикам материала относят высокую огнестойкость, плотность в пределах 300-500 килограммов на метр кубический, а также коэффициент теплопроводности 0,08-0,1 ватт на метр на Кельвин.
Сотопласт
Название материала исходит из его формы в виде шестигранных ячеек. Наполнитель сотопластового утеплителя — это углеродные, целлюлозные, стеклянные, органические волокна или специальная ткань, которые покрываются пленкой. Чтобы связать между собой материал, используется фенольная или эпоксидная термоактивная смола. Внешние стороны панелей — это тонкие слоистые листы из пластика.
Характеристики материала могут быть разными. На них влияет сырье, из которого он изготовлен, количество смолы, а также размеры ячеек.
Эковата
Производится их материалов, остающихся в результате бумажно-картонного производства. В ход идут гофрированный картон, газеты, журналы, бракованные книги и так далее. Если использовать макулатуру, качество эковаты становится несколько хуже. Она будет неоднородной, разносортной и быстро подвергаться загрязнению.
Эковата отличается:
- Высокой звукоизоляцией. Всего 1,5 сантиметра материала способны поглотить шум до 9 децибел.
- Повышенной теплоизоляцией. Но тут есть и один минус — постепенно эковата истончается и утрачивает до 20% от своего первоначального объема.
- Высоким впитыванием влаги. Она способна поглотить 9-15% от своего объема.
Огромное преимущество эковаты в том, что ее можно укладывать способом сплошного напыления. В результате нет швов, а, следовательно, повышаются и все теплоизоляционные характеристики.
Утеплитель из древесностружечных плит
ДСП состоит из мелкой стружки, которая занимает 9/10 всего объема материала. Скреплена она синтетическими смолами, антипреном, гидрофобизатором и антисептическим веществом.
Материал отличается:
- плотностью 500-1000 килограмм на метр кубический;
- пределом прочности на изгиб 10-25 мегапаскалей и растягивания 0,2-0,5 мегапаскалей;
- влажностью 5-12%.
ДСП способен впитывать жидкости в объемах 5-30%.
Арболитовый утеплитель
В составе материала стружка, мелкие опилки, нарезанный камыш или солома. В основу обязательно входят химические добавки (растворимое стекло, сернокислый глинозем и хлористый кальций) и цемент. Получившийся состав обязательно обрабатывается минерализатором.
Арболитовый утеплитель характеризуется:
- плотностью 500-700 килограмм на метр кубический;
- пределом прочности на изгиб 0,4-1 мегапаскаля;
- пределом прочности на сжатие 0,5-3,5 мегапаскаля.
Кроме того, его коэффициент теплопроводности равен 0,08-0,12 ватт на метр на Кельвин.
Смешанная теплоизоляция
Этот вид утеплителей производят из асбестовой смести с добавлением слюды, доломита, перлита или диатомита. Чтобы связать основу, используются минеральные составляющие. Изначально материал выглядит как жидкое тесто. Его наносят на нужные плоскости и ожидают полного высыхания. Также из теплоизоляции смешанного типа производят скорлупы и плиты.
Материал отличается термостойкостью и выдерживает температуру до 900 градусов. У него есть также одна особенность — это способность впитывать влагу. Поэтому при строительстве обязательно используется гидроизоляция. Теплопроводность материала свыше 0,2 ватта на метр на Кельвин.
Отражающая теплоизоляция
Это так называемая рефлекторная изоляция, которая замедляет движение тепла. Любой стройматериал способен как поглощать его, так и впоследствии излучать. Все теплопотери возникают преимущественно вследствие выхода инфракрасных лучей, пронизывающих даже материалы с низкой проводимостью.
К примеру, серебро, очищенный полированный алюминий и золото способны отражать до 99% тепла. Если их взять и создать вокруг барьер из полиэтилена, получается отличный теплоизолятор, который также будет обладать пониженной паропроводностью. Такие материалы зачастую применяются для утепления саун и бань.
Сегодня используются отражающие утеплители в виде одно- или двуслойного полированного алюминия и вспененного полиэтилена. Материал отличается ощутимым эффектом при своей толщине в 1-2,5 сантиметра.
На что обращать внимание при выборе
Чтобы сократить потери тепла, улучшить звукоизоляцию сооружения и снизить расходы на отопление, необходимо ориентироваться на:
- Вес утепляющего слоя. Он не должен значительно утяжелять конструкцию.
- Теплоизоляционные свойства. Прежде чем приобрести материал, изучите его технические характеристики.
- Жесткость и способность сохранить свою форму под воздействием нагрузки. Утеплители бывают мягкими, полужесткими и жесткими.
- Паропроницаемость, которая обеспечивает циркуляцию воздуха и препятствует образованию конденсата. При наружном утеплении этот показатель должен быть минимальным, при внутреннем максимальным.
- Экологичность и срок эксплуатации. Качественный материал не оказывает негативного влияния на здоровье человека и окружающую среду. Способен выполнять свою функцию свыше 20 лет.
- Горючесть, ведь для деревянных конструкций чем показатель выше, тем лучше.
Прежде чем приобрести теплоизоляцию, нужно учесть то, куда она будет монтироваться.
- Для кровли важно, чтобы длина рулонного утеплителя была достаточной для ската. Толщина должна быть больше, чем для отделки стен. Не забывайте про использование мембран под слой теплоизоляции. Так вы защитите материал от влаги и продлите срок его полезного использования.
- Для стен важно учесть множество параметров. Через них теряется до 40% тепла, поэтому правильно выбранный материал способен снизить стоимость эксплуатации жилья и размер оплаты за коммунальные услуги.
- Для фундамента важно учесть, что утеплитель будет регулярно подвергаться воздействию влаги и механическим нагрузкам. Лучше всего подойдут различные марки экструзионного пенополистирола, выпускающегося в виде прочных плит. Они способны сохранить целостность фундамента, но тут также важно использовать гидроизоляцию.
- Для пола используются разные виды утеплителей. Так, например, в деревянном доме лучше применять стекловату и базальтовые материалы. Они отличаются экологичностью, эффективностью и негорючестью. Для теплого пола стоит применять ЭПС, который рассеивает тепло и способствует повышению эффективности системы отопления. Под стяжку важно учесть прочность материала. Тут будет уместен базальтовый утеплитель повышенной прочности или экструзионный пенополистирол. Для пола по грунту стоит учесть почвенную влагу и устойчивость материала к нагрузкам.
Используйте качественные теплоизолирующие материалы. Их цена зависит от технологии изготовления, используемого сырья, а также производителя. Нередко совершая покупку, мы ориентируемся не га назначение материала, а на его стоимость. В результате получаем слабый теплоизоляционный эффект и увеличение затрат на отопление. Кроме того, существует такой минус как это риск разрушения конструкции из-за ее неправильного утепления.
Еще одна часто встречающаяся ошибка — это покупка дешевого материала от неизвестных производителей. Зачастую их производят из некачественного сырья, что ухудшает физические и механические характеристика, а также способно повлиять на состояние здоровья человека.
Важно перед приобретением проверить сертификаты качества и гарантии от завода-изготовителя. Иначе вы рискуете тем, что спустя всего лишь несколько лет придется делать ремонт заново. Как следствие — значительное увеличение расходов не только на коммунальные услуги, но и на содержание строения.
Помните! От качества теплоизоляции зависит комфорт и возможное сокращение затрат на отопление зимой и кондиционирование в жаркое время года. Главная задача теплоизоляции — создать комфортную микросреду в помещении.
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.