Реставрация культурных объектов
Любые строительные объекты, построенные в древние века, с течением времени разрушаются. Поскольку они имеют высокую культурную ценность, с ними проводятся реставрационные работы, которые представляют собой спланированное вмешательство человека с целью восстановления их материальной и исторической ценности. Данный процесс проводится с большой осторожностью. Он включает в себя ряд этапов, каждый из которых требует предельного внимания, чтобы в конечном итоге культурный объект приобрел свой первоначальный исторический вид. Как проводится строительная реставрация, хорошо описано здесь.
Исторические сведения
Если посмотреть на историю, то реставрационные работы проводились уже много веков назад. Связано это было с непрерывным развитием архитектуры и искусства. Исторические объекты на протяжении времени разрушались и требовали восстановления, поскольку многие из них представляли собой настоящие произведения искусства. До нашей эры к ним относились статуи и храмы Древнего Египта, которые с веками разрушались и требовали восстановления. По тем временам такие работы приводились с использованием имеющихся материалов и доступной техники. Также, кроме статуй и храмов, восстанавливались скульптуры и разрушенные здания.
Позднее, когда появились монастыри и церкви, восстановлению стали подвергаться религиозные ценности. Кроме зданий реставрировались иконы, имеющее культурное значение.
С наступлением эпохи Возрождения проявился большой интерес в Европе к античному искусству, которое требовало восстановления. Однако в те времена были другие представления о реставрации, поэтому архитектурные объекты часто изменялись и дополнялись, что приводило к несоответствию их первоначальному виду.
С наступлением XIX века в восстановлении объектов появился научный порядок. Теперь такими работами стали заниматься организации, которые выполняли их в соответствии с разработанными нормами.
Наконец в XX веке к реставрации стал применяться профессиональный подход. Вся работа проводилась на основании разработанных технологий и современного оборудования. Использование лазерной техники и компьютерных моделей сразу дало качественный толчок в восстановлении культурных объектов.
Преследуемые задачи
Все виды реставрационных работ преследуют решение следующих задач:
- Восстановление первоначального состояния. В данном случае целью является возврат объекта к его первоначальному виду или, по возможности, максимальному выполнению этого условия. Сюда относится ремонт поврежденных участков или замена тех, которые уже утрачены. Также обращается внимание на восстановление цвета всех элементов конструкции. Основная задача состоит в том, чтобы объект возобновил свою функциональность.
- Продление жизни. Такие работы проводятся с объектом, который находится в плохом состоянии. Основной целью является продление его срока существования, чтобы он прослужил еще хотя бы некоторое время.
- Улучшение функциональности. Это относится к зданиям, имеющим высокую историческую ценность, но функционирующим и в настоящее время. Здесь задачей является подведение к современным стандартам.
- Сохранение объекта на будущие времена. Обычно это касается таких объектов, которые не эксплуатируются в данный момент, но нуждаются в реставрации, чтобы они стали наследием будущих поколений.
- Образовательная ценность. В этом случае ведется реставрация здания для обучения людей истории, которая непосредственно связана с данным объектом.
- Повышение эстетики. Такая необходимость возникает тогда, когда исторический объект находится в центральной части города, и существует потребность в улучшении его внешнего вида.
- Поддержка развития. Это касается тех зданий, которые могут еще эксплуатироваться с учетом минимизации рисков воздействия окружающей среды. В таком случае они подвергаются реставрационным работам, что устраняет необходимость возведения новых сооружений.
Целью любой реставрации является популяризация исторических сведений. Наличие качественно восстановленного объекта, построенного много веков назад, как нельзя лучше обеспечивает выполнение этой задачи.
Принципы реставрации
При проведении реставрационных работ всегда руководствуются следующими принципами:
- Уважение к ценности. Каждый объект после окончания реставрационных работ должен соответствовать своему первоначальному облику. Это означает, что во время работы должны быть полностью сохранены все его первоначальные детали и формы, а также использоваться исключительно оригинальные материалы. Только в данном случае у объекта будет сохранена его атмосфера.
- Сохранение аутентичности. Под этим понятием понимается не просто возврат объекту оригинального вида, а его восстановление с учетом техники и стиля первоначальной постройки. Кроме того, должны быть учтены все изменения, произошедшие на протяжении многих последующих веков. Только в этом случае данное сооружение будет по-настоящему привлекать к себе внимание.
- Устойчивость и долговечность. Данный принцип означает, что во время проведения реставрационных работ обязательно должны быть использованы только качественные материалы. Это требуется для того, чтобы последующие восстановительные работы потребовалось проводить только в далеком будущем.
- Минимальное вмешательство. В процессе реставрации требуется сохранять осторожность, чтобы объект сохранил свою историческую атмосферу и передавал ее посещающим туристам. С этой целью требуется минимизировать все изменения.
- Научный подход. Прежде чем заниматься восстановлением, следует исследовать объект на основании существующей документации. А именно подробно изучить его строение и технику работы.
- Доступность. Все реставрационные работы должны проводиться так, чтобы восстановленный объект стал доступен в понимании. Это касается как специалистов, так и общественности.
Данных принципов требуется обязательно придерживаться во время реставрации объекта, поскольку только соблюдение таких условий обеспечит качество выполнения работы. Также следует добавить, что во время ремонта ни в коем случае нельзя экономить, иначе это скажется на конечных результатах. Более подробно мы описывали это здесь.
Факторы ухудшения состояния культурных объектов
На ранней стадии развития цивилизации для возведения культурных объектов использовались органические материалы, не обладающие долговечностью. В первую очередь к ним относилась древесина. Под воздействием стихийных факторов дерево быстро разрушалось.
Только с использованием неорганических материалов у возводимых архитектурных произведений значительно увеличился период существования. Многие сооружения датируются еще бронзовым веком, потому что для их строительства использовались камень, кирпич, бетон.
С течением времени на разрушение исторических ценностей влияют существующие объективные факторы. К ним относятся пожары, влага, различные вредители и непосредственное физическое воздействие.
Также к разрушению античной культуры приводит туризм, поскольку большое количество людей увеличивает в закрытом помещении процент влажности. Это сопровождается повышенной эрозией материала. Вместе с тем, туризм приносит большие экономические выводы, а вырученный капитал может идти на реконструкцию сооружений.
От пожара
Поскольку многие исторические ценности изготавливались из легковоспламеняющихся материалов, ущерб от пожара может быть очень большим. Причинами становятся внутреннее замыкание проводки или внешнее появление огня в результате лесных пожаров или удара молнии. В таком случае восстановление зданий начинается путем замены поврежденных деревянных балок конструкции. Это нужно делать как можно быстрее, потому что есть риск обрушения здания. В дальнейшем уже можно заняться удалением досок сгоревших полов. Все работы проводятся в плановом порядке. Одновременно сгоревшее здание подробно исследуется, чтобы реставрация культурного объекта не привела к изменению его первоначального вида.
Повреждение водой
Жидкость, откуда бы она ни поступала (с внешней или внутренней стороны), часто наносит существенный ущерб любому историческому зданию, что сопровождается большим количеством повреждений, требующих устранения путем реставрации. Авария может произойти из-за разрыва труб или в результате наводнения. Даже при небольшом количестве в любом случае пострадает окраска стен.
При повышенной влажности на внутренней поверхности будет возникать плесень. Во время реставрации ее следует удалить и, если под ней находятся деревянные элементы, то заменить. Это относится и к другим материалам, которые хорошо впитывают воду.
Вредители
Сюда включаются различного вида насекомые, питающиеся древесиной. Это может нанести существенный вред деревянным элементам конструкции исторического здания. Также большой ущерб наносится грызунами, что часто приводит к необходимости замены несущих балок.
Чтобы избежать таких проблем, следует принимать профилактические меры и, при наличии первых признаков вредителей, сразу ставить на них ловушки. Если вовремя не заметить атаки вредителей, то иногда последствия могут принять непоправимый характер. Стачивание несущих элементов опасно тем, что по всему зданию пойдут трещины, и оно уже не будет подлежать реставрации. Этого не следует допускать, потому что многие древние объекты представляют собой настоящую историческую ценность.
Этапы реставрации
Реставрация культурного объекта относится к ответственному мероприятию, поскольку в процессе ее выполнения можно нанести серьезный ущерб исторической ценности. Такие работы состоят из следующего ряда этапов:
- Исследование объекта, который будет реставрироваться, с полным его документированием. Для этого детально изучается история восстанавливаемой ценности, состояние материалов конструкции и техника постройки. До начала работы фотографируются все детали, которые будут подвергаться реставрации. Подготовительный этап является очень важным, поскольку дает возможность провести оценку состояния объекта.
- После подготовки документации на основании полученной информации определяются цели и задачи всей реставрации. В каждом конкретном случае они могут быть разными, поскольку тут все зависит от степени разрушений. Однако они всегда включают в себя потребность сохранения у объекта исторической достоверности, чтобы он не потерял ценность. С этой целью используются такие методы как реконструкция, консервация, репликация и очистка.
- Дальше составляется план действий. Он разрабатывается, исходя из проведенной оценки требуемого комплекса мер. Каждый пункт плана согласовывается и уточняется на основании его необходимости и обоснованности. Здесь наряду с учетом исторической ценности объекта также принимаются во внимание выделенные бюджетные средства и временные ограничения. С этими факторами необходимо тоже считаться, поскольку они накладывают существенный отпечаток на конечные результаты.
- Начинается проектирование будущих изменений. Оно включает в себя разработку чертежей и написание спецификаций. Занимаются этим инженеры, обладающие большим опытом подобной работы. Числятся они в компании, имеющей лицензию на такую деятельность.
- Происходит непосредственное выполнение работы на основании составленного плана и разработанного проекта. Для этого сначала ведется общая очистка объекта от различных загрязнений. В случае необходимости устраняются мелкие повреждения, не занесенные в общую документацию. На основании разработанной спецификации подбираются все стройматериалы, которые требуются для замены поврежденных элементов конструкции и последующей отделки. Основным условием является их подбор в соответствии материалами, использующихся в процессе первоначальной постройки. Также для работы приобретаются специальные инструменты, необходимые для выполнения реставрации.
- Проводится контроль над всеми проведенными реставрационными работами. Проверка состоит в установлении соответствия объекта поставленным целям и задачам. В случае выявления несоответствий проводятся дополнительные работы с учетом требуемых корректировок.
- Последний этап включает в себя составление отчета о проведенных работах. В документацию включается информация об исследовании объекта, использованных материалах, методах и стратегии реставрации. Все эти бумаги создаются для будущих поколений, которые станут заниматься восстановлением данного объекта.
Следует понимать, что реставрация часто не ограничивается только работами с основным сооружением.
Иногда восстановления требуют внутренние принадлежности. К ним относятся мебель, различные предметы обихода и элементы живописи. Для такой работы приглашаются специалисты, являющиеся профессионалами своего дела.
Методы реставрации
Технология реставрационных работ культурных ценностей предполагает использование следующих методов:
- Консервация. Данный метод предусматривает защиту объекта с целью сохранения его от возможного разрушения. Для этого проводятся действия, исключающие влияние различных вредных факторов. Среди них температурные изменения, свет, влага и биологическое воздействие. В процессе ведения консервации сначала поверхность очищается, а сверху наносится защитное покрытие. Также ведется установка систем, контролирующих влияние окружающей среды.
- Реконструкция. Здесь изучаются поврежденные части сооружения и по мере возможности восстанавливаются. В случае их отсутствия элементы заменяются новыми деталями. Реконструкция предусматривает следующие виды работ: нарезание резьбы, восстановление живописи, моделирование. Делается с целью восстановления внешнего вида и целостности объекта.
- Консолидация. В этом случае работа направляются на укрепление поврежденных мест. Для этого применяется инъекция консолидантов или специальные клеи. В результате сохраняется целостность конструкции и прекращается дальнейшее ее разрушение.
- Реставрация цвета. С течением времени у цветов изменяется оттенок, и они нуждаются в восстановлении. Сначала материал очищается от грязи, а затем с него удаляются нанесенные более поздние покрытия. Такая работа проводится с помощью ретуширования или путем смешивания разных цветов с последующим их тонким нанесением на подготовленную поверхность.
- Реставрация текстур и фактуры. В этом случае происходит удаление присутствующих дефектов путем заполнения специальным составом образовавшихся трещин. Для этого используются инструменты, с помощью которых объекту придается первоначальный внешний вид.
Если культурный объект не представляет собой масштабного произведения, то ему требуется обеспечить надлежащее хранение. Для этого строится специальное помещение, в котором постоянно контролируется температура и влажность.
Реставрация культурных объектов позволяет восстанавливать и сохранять на протяжении длительного времени множество исторических ценностей. Сюда включаются крупные сооружения, а также небольшие и среднего размера произведения. Такая работа поставлена на научную основу, поэтому в ней используются доведенные до совершенства методы и технологии.
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.