Арматура
Арматура относится к прокату, сделанному в основном из металла. Также для изготовления применяются композитные материалы. Чаще всего она выглядит в виде гладких или рельефных прутков, используемых для сцепления бетонных конструкций. Кроме того, сфера применения арматуры очень широкая, поскольку без нее трудно обойтись при изготовлении различных строительных конструкций.
Общее представление об арматуре
Строительная арматура, выполненная из любого материала, представляет собой изделие, предназначенное для усиления конструкций. Если при изготовлении используется металл, то из нее можно сварить каркас, который становится базой бетонных площадок или фундамента. К основным параметрам арматуры относится ее диаметр — он может варьироваться в пределах 4-80 мм. При этом она выпускается в виде разной длины стержней. Их размеры могут составлять 6-12 м.
Если прутья изготавливаются из стали, то они обеспечивают упругость будущей конструкции. У застывшего бетона значительно повышается способность сопротивляться нагрузкам. При этом нельзя допускать излишнего использования арматуры, поскольку из-за повышенного напряжения в бетонных изделиях могут появляться трещины.
В зависимости от технических характеристик, арматура имеет множество классификаций. Она бывает гладкой, рифленой, волнистой, сварной, с резьбовыми соединениями. В последнем случае отличный пример — арматура с конической резьбой. Более подробно о таком механическом соединении мы рассказывали здесь.
Подразделение на классы
Маркировка арматурного проката ведется в соответствии с разработанным государственным стандартом. В его состав входят буквы и цифры. Количества классов насчитывается три:
- А — так обозначается стержневая арматура.
- Вр — это проволочная арматура, используемая для соединения в конструкции основных элементов.
- К — здесь имеется в виду канатная арматура, используемая в конструкциях для создания необходимого напряжения между деталями. Она находит применение в крупном строительстве, а для индивидуальных целей устанавливается редко. Причина состоит там, что при ее монтаже требуется много усилий.
После букв следуют цифры, значение которых может быть от 1 до 6. Их увеличение указывает на повышение прочности изделий. Выбор необходимого типа арматуры осуществляется еще в момент проектирования железобетонных конструкций. Именно на этой стадии разрабатывается процесс соединения компонентов в единый каркас. Стыковка может вестись сваркой или путем обмотки стальной проволокой.
Стержневая арматура
Арматура класса «А» чаще всего используется в монолитном строительстве. Кроме буквы она маркируется еще цифрами:
- A I (А240). Изготавливается из горячекатаной стали, имеет гладкий профиль и круглое сечение. Материал хорошо сваривается, а после установки бетонный монолит приобретает высокую морозостойкость и пластичность.
- A II (А300). Это рифленые изделия, диаметр которых может составлять 10-50 мм. Арматура в основном используется для формирования в бетоне предварительного напряжения. В результате изготовленная конструкция при длительной эксплуатации не дает трещин.
- A III (А400). Выпускаемые стержни бывают гладкими и рифлеными, а диаметр можно составлять 6-40 мм. Такие изделия применяются в индивидуальном строительстве и при возведении высотных домов. Если на маркировке присутствует Буква «С», то изделия хорошо поддаются сварке.
- A IV (А600). Такая арматура изготавливается из двух видов стальных сплавов, поэтому может использоваться в качестве компонентов для предварительного напряжения бетона. Диаметр выпускаемых прутков составляет 10-32 мм.
- A V (А800). В данный класс входят стержни с рифлением, изготовленные из высокоуглеродистой стали. Они выпускаются диаметром 6-36 мм. Используются изделия для установки в железобетонные конструкции повышенной длины.
- A VI (А1000). Это низколегированные стержни с толщиной 6-32 мм. Они имеют высокие качественные характеристики, поэтому создают большие напряжения в монолитных конструкциях.
- А400С. Изготавливается арматура из горячего проката диаметром до 40 мм. Особенность компонентов — присутствие на поверхности двух продольных ребер. Изделия в основном находят применение в многоэтажном строительстве.
- А500С. После изготовления данный класс арматуры подвергается повышенной термической обработке. Используются изделия в серийных железобетонных конструкциях, на которые не воздействуют большие динамические нагрузки. Данная тема хорошо изложена здесь.
- А600С. Это коррозионностойкие стержни, изготовленные из углеродистого сплава, в котором присутствуют ванадий и молибден. Изделия повышенной прочности нашли применение в местах, где возможны землетрясения.
В целом для изготовления стержневой арматуры чаще всего используется углеродистая сталь, которая является наиболее распространенным конструкционным материалом. Для увеличения прочности иногда еще добавляются легирующие элементы, позволяющие даже в небольших количествах значительно повысить эксплуатационные характеристики арматуры, такие как прочность, пластичность и коррозионная стойкость.
Если в арматуру добавлены легирующие элементы, то получаемый армирующий каркас можно устанавливать в местах, где присутствует повышенная сейсмическая опасность. Также он выдерживает длительную эксплуатацию в регионах с холодной погодой. Обычно такая арматура чаще всего применяется при строительстве объектов, на которых воздействует высокая динамическая нагрузка.
Поскольку углеродистая сталь хорошо поддается термообработке, она подвергается закалке. В таком случае арматура маркируется дополнительно буквами «АТ». Если изделия устойчивы к щелочному воздействию, то на это указывает буква «К». Та арматура, которая хорошо поддается сварке, маркируется буквой «С».
Арматура в виде проволоки Вр
Проволока класса Вр относится к холоднокатаной продукции. Изготавливается она на основании разработанного стандарта диаметрами 3, 4 и 5 мм. Такие изделия по форме профиля выпускают двух видов:
- Гладкая. Это круглый материал с ровной поверхностью.
- Периодическая. На поверхности присутствуют рифы, высота которых может составлять до 0,25 мм, а длина — 1 мм.
С учетом механических свойств арматурная проволока разделяется на два типа:
- Обыкновенная. В качестве исходного материала для изготовления используется низкоуглеродистая сталь. Такая проволока хорошо сваривается, поэтому из нее формируются каркасы для железобетонных конструкций.
- Высокопрочная. Изготавливается из углеродистой стали методом многократного волочения с последующим низкотемпературным отпуском. Высокопрочная арматурная проволока не сваривается, но по прочностным характеристикам значительно превосходит изделия обыкновенного качества.
Все типы арматурной проволоки активно применяются в строительных работах. При этом арматура более высокого качества используется при возведении ответственных объектов.
Канатная арматура
Арматура в виде каната включает в себя несколько свитых проволок. При этом в ней имеется центральная часть, вокруг которой обвивается весь материал. Отличительной особенностью таких изделий является их высокая гибкость. Заложенная в фундамент канатная арматура хорошо воспринимает все изгибающие моменты, не теряя своих первоначальных характеристик. С целью увеличения срока службы уложенные слои пропитаются специальным смазочным составом, а также могут заключаться в полимерную защитную оболочку.
В процессе изготовления канатной арматуры каждая намотанная проволока плотно прилегает к поверхности. В результате создается надежное и прочное сцепление. Количество намотанных проволок может доходить до 12 единиц, а общий диаметр — достигать 14-15 мм.
Поставка канатов ведется в виде бухт, намотанных на специальные деревянные барабаны. Длина каждого размотанного изделия может составлять 1000 м. В некоторых случаях требуется увеличение размера, тогда для этих целей используется сварка. Технологический процесс также предусматривает использование опрессовываемых гильз.
Классификация по типу профиля
Выпускаемая арматура может иметь гладкую или рельефную поверхность. Каждая из них находит применение для выполнения определенных работ. Для изготовления используется разработанные стандарты.
Гладкие изделия
На поверхности гладкой арматуры полностью отсутствуют рифления, поэтому использовать ее в местах, где требуется повышенные прочность, не рекомендуется. При этом такие изделия обладают универсальностью, поскольку могут устанавливаться в любых местах, где отсутствуют увеличенные нагрузки. Примером служат конструкции декоративного назначения. В этом случае гладкая арматура применяется как материал, имеющий меньшую стоимость. Также ее используют в таких случаях:
- Закладывается в швы между кирпичами для лучшего сцепления.
- При формировании стяжки пола.
- В раствор во время укладки тротуарной плитки.
- При возведении бетонных стен, у которых отсутствует несущая нагрузка.
Кроме строительства гладкая арматура может применяться для решения следующих задач:
- Для изготовления метизов в виде шпилек, болтов или гаек.
- При создании заборов.
- Как металлические стержни при заземлении.
Во всех этих случаях нет необходимости использования рифленой поверхности.
Рифленый профиль
Арматура, у которой на поверхности присутствуют различные выступы, относится к рифленым изделиям. Конфигурация бывает следующих видов:
- Кольцеобразная. Преимущество таких выступов — их хорошее сцепление с бетоном. К недостатку относится слабость прутка в месте впадин. Именно здесь при повышенных нагрузках может случиться перелом арматуры.
- Серповидная. На поверхности таких изделий выступы нанесены под углом, что устраняет недостаток кольцеобразной конфигурации. Однако такой вид профиля имеет свой минус, потому что в данном случае наблюдается не такое прочное сцепление с застывшим раствором.
- Смешанная. Этот профиль является оптимальным, потому что в нем отсутствуют оба вида недостатков, присутствующие у кольцеобразной и серповидной арматуры. Однако изготовление таких изделий ведется по более сложной технологии, что увеличивает цену на продукцию.
Все три типа рифленых профилей находят широкое применение при строительных работах. Они являются незаменимым материалом в случае необходимости создания надежных железобетонных конструкций.
Разновидности по способу изготовления
Производителями выпускается арматура, которая может изготавливаться двумя способами:
- Горячекатаный. В качестве исходного материала для изготовления стержней горячекатаным способом используются стальные болванки прямоугольного профиля. Техническим языком они называются «блюмом». На первом этапе такие заготовки разогреваются в печи до пластичного состояния, а затем прогоняются через прокатный стан, в котором установлена серия валков. На последней операции формируется требуемое сечение арматуры. В результате получается конечная продукция, обладающая высокой прочностью. Такая арматура может быть использована в местах, где присутствует большая нагрузка.
- Холоднодеформированный. Кроме горячего способа изготовление арматуры также ведется и механическим методом. Получаемые изделия формируются без предварительно нагрева. В качестве исходного материала используется моток проволоки, которая также пропускается через систему волков. Постепенно она формируется в арматуру нужного диаметра. Перед отправкой потребителю полученная продукция разрезается на мерные заготовки. Изготовленная холоднодеформированным методом арматура хорошо сваривается, поэтому из нее можно изготавливать каркас для железобетонных изделий. Также стержни обладают красивыми эстетическими качествами, поэтому часто идут на создание различных архитектурных форм.
Каким бы способом не изготавливалась арматура, она всегда остается востребованной в различных отраслях народного хозяйства.
Разделение по материалу
В зависимости от исходного материала, арматура разделяется на следующие группы:
- Из углеродистой стали. В качестве исходного материала используется сплав, в котором основными элементами являются железо и углерод. В том случае, когда процент углерода увеличивается, существенно повышается прочность арматуры. При этом у нее понижается способность сопротивляться излому, поскольку появляется хрупкость. Кроме того, повышенное присутствие в арматуре углерода усложняет процесс сварки.
- Из легированной стали. В этом случае кроме углерода еще добавляются хром, титан, марганец, молибден, вольфрам. По количественному составу они могут присутствовать в разном процентном содержании, а их добавление ведется с учетом того, на какие характеристики делается упор в данном изделии. Арматура из легированной стали относительно хуже поддается сварке.
Не во всех случаях для работы следует использовать арматуру с легирующими добавками, поскольку ее цена значительно выше. Часто свойств обычной углеродистой стали для конструкции бывает вполне достаточно.
Арматура по назначению
Во время создания каркаса каждая разновидность прутьев занимает в нем определенное положение. Здесь арматура различается по значению:
- Рабочая. Такая арматура используется в местах расположения длинных конструкций. К ним относятся ленточные фундаменты, плиты перекрытия, вертикальные колонны. Стержни же укладываются вдоль длинных сторон сооружения. Делается для того, чтобы они воспринимали на себя растягивающие усилия и тем самым повышали прочность конструкции.
- Распределительная. Такие изделия носят вспомогательные функции. Они укладываются в местах, где уже присутствуют основные стержни с целью ужесточения каркаса. Делается для того, чтобы возникающие нагрузки равномерно распределялись между всеми элементами строительной конструкции.
- Монтажная. Задачи этой арматуры состоят в обеспечении точности формы каркаса на протяжении его транспортировки, установки в опалубку и последующей заливке раствором. В качестве исходного материала, как правило, используется рифленая арматура.
Разделение арматуры по назначению является важным моментом, поскольку в каждом конкретном случае она должна обладать определенными характеристиками.
Композитная арматура
Альтернативой стальным аналогам выступает композитная арматура. В зависимости от материала изготовления, она разделяется на следующие виды:
- Стеклокомпозитная. В ее состав входят стекловолокно и специальные смолы.
- Базальтокомпозитная. Основой является базальт, который расплавляется и вытягивается в тонкие волокна.
- Комбинированная композитная. Это стекловолокнистые стержни, покрытые сверху пластиковой намоткой.
- Углекомпозитная. В состав арматуры входят углеродные нити, толщина которых составляет 3-5 мкм.
- Арамидокомпозитная. Эти детали, основу которых составляют полиамидные молекулярные цепочки. Прочность и надежность изделиям придают возникающие во время процесса формовки водородные связи.
Арматура относится к популярному материалу, который находит применение во множестве отраслей промышленности и в быту. Причина состоит в высоких качественных характеристиках прутков, простоте их изготовления и невысокой цене. Большинство строительных конструкции невозможно представить себе без арматуры, поскольку заменить ее другими изделиями нельзя. Именно поэтому спрос на арматуру остается постоянно высоким.
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.