Современные технологии строительства домов
С течением времени строительство домов постоянно совершенствуются. На смену старым методам приходят новые технологии, благодаря которым возрастает скорость возведения здания. Теперь на первый план выходят такие термины как качественно и быстро. Кроме того, значительно улучшается комфортность проживания. Это выражается в эффективности эксплуатации за счет установки современных систем коммуникации. Для постройки таких домов используются современное оборудование и новые материалы.
3D-печать
3D-технологии позволяют создавать здания с высокой степенью их детализации. Такой метод дает возможность вести возведение не только всего помещения, а и отдельно его элементов. Сюда относятся крыши, стены, а также различные более сложные архитектурные формы, создать которые традиционными способами не всегда предоставляется возможным.
Суть технологии и материалы
Под 3D-печатью понимается создание объектов в трехмерном измерении с помощью цифровой технологии. В качестве оборудования используются специальные 3D-принтеры, которые выдавливают материал и укладывают его слоями в соответствии с заданной компьютерной моделью.
Исходным материалом является мелкозернистная смесь, сильно отличающаяся от обычного бетона. Существует большое количество рецептов ее приготовления, но основными компонентами являются смола, пластик, пластификаторы и ряд других составляющих.
Заранее приготовленный раствор помещается в бункер принтера, а затем подается непосредственно к головке, через которую он выходит под давлением на заранее подготовленную площадку, где ведется строительство дома.
Для работы используются 3 вида принтеров:
- Портальные. Состоят из рамы, порталов, в количестве 3 единиц и головки. Принтеры обеспечивают возможность ведения постройки здания, как по частям, так и целиком. Основным условием является расположение помещения под его аркой.
- Типа «дельта». Это принтеры, в которых головка располагается на специальных подвешенных рычагах. Такая конструкция предоставляет возможность вести постройку более сложных фигур здания.
- Роботизированные. В данном случае оборудование представляет собой промышленный манипулятор в виде группы роботов. Они объединены общим управляющим компьютером.
Также существует еще ряд других методов 3D-печати. Примеры может служить формирование слоев из порошкового материала, которые соединяются между собой клеющим раствором.
Преимущества 3D-печати
Использование 3D-печати предоставляет в строительстве множество возможностей. Это выражается в следующих преимуществах:
- Возведение не только небольших домов, а и многоквартирных зданий. В процессе выполнения работы сокращаются сроки строительства и уменьшаются почти на 30% затраты использования рабочей силы.
- Здания изготавливаются из экологически чистых материалов.
- Еще на стадии проектирования создаются модели, которые с точностью в деталях отображают будущий дом.
- С помощью 3D-печати можно совершенствовать строительные элементы с учетом особенностей будущего дизайна помещения.
- Новая технология позволяет вести восстановительные и реставрационные работы различных исторических объектов. Сюда также относятся и памятники архитектуры.
- При необходимости всегда можно вести быстрое создание временных жилищ в случае возникновения природных катастроф.
- Постройка домов современным методом увеличивает скорость работы в 2 раза. В некоторых случаях этот срок составляет всего 3 месяца.
- 3D-печать позволяет вести экономию материалов. Достигается это уменьшенным количеством отходов, что снижает затраты почти на 20%.
При помощи 3D-печати фактически создаются строительные сооружения в реальном масштабе.
Модульное строительство
Задачи любых строительных работ состоят в возведении здания с наименьшими затратами. При этом качество не должно пострадать. Технология создания дома предоставляет оптимальное решение этого вопроса: оно дает новый импульс для развития строительного дела. С этой целью изготовление отдельных элементов будущей постройки ведется в заводских условиях.
После их создания сборка всей конструкции на выбранной территории уже происходит буквально за несколько дней.
Этапы строительства
Работа по воспроизведению модульного дома состоит из следующих этапов:
- Составление проекта. На этом этапе все зависит от пожеланий заказчика. Можно выбрать готовый проект, присутствующий в любой строительной компании. Если человек хочет построить помещение, которое отличается своей индивидуальностью, то ему следует заказать отдельно чертежи в соответствии с исходными данными. На конечной стадии первого этапа подготовленная документация согласовывается в муниципалитете. Именно эта организация дает разрешение на начало строительства.
- Подготовка участка. На выбранной для строительства территории закладывается фундамент, и подводятся все необходимые коммуникации. Желательно предварительно провести инженерные изыскания, чтобы понять структуру почвы. В зависимости от результатов исследований выбирается тип фундамента, которые может быть ленточным или свайно-винтовым. Во втором случае его изготовление занимает не более 2 дней, а сваи допускается устанавливать на глинистых грунтах. Также для модульных домов подойдут столбчатые фундаменты, которые изготавливаются из бетонного раствора.
- Производство модулей. На основании разработанных чертежей в заводских условиях производятся модули будущего здания. Они могут быть сделаны сразу с внутренней отделкой, а также с местами для приложения будущих коммуникаций. На изготовление всех элементов конструкции обычно уходит в районе 2 месяцев. Это является очень ответственным этапом, поскольку требуется точно выполнить размеры каждого модуля, чтобы они состыковались между собой. Все работы должны быть выполнены точно по чертежам.
- Доставка элементом к месту возведения. Изготовленные модули заворачиваются в пленку, и доставляются к месту их монтажа. Такая работа осуществляется очень осторожно. Для этого используются низкорамные тралы, погрузка на которые проводится с помощью манипулятора. Обязательным условием является подготовка подъездных путей к месту монтажа, о чем должен позаботиться хозяин строящегося дома. Особенно это касается зимнего периода времени, когда необходимо освободить дорогу от снега. Подвезенные модули также разгружаются с применением манипулятора.
- Сборка дома. Монтаж изготовленных модулей проводится с помощью строительного крана. Связано это с большим весом элементов, составляющим порядка 2-3 т. Их поднять вручную невозможно. Установка частей конструкции ведется на заложенный фундамент. Иногда в модулях заранее не изготавливаются оконные и дверные проемы. В этих случаях их требуется проделать на месте с помощью болгарки. В целом данный этап работы не отличается сложностью и занимает небольшой период времени.
- Отделка помещения. Чаще всего отделочные работы проводятся после сборки модулей. Для этого лучше использовать панели, которые имеют невысокую цену, и устанавливаются за небольшой период времени.
В целом сборка модульного дома представляет собой малоэтажное строительство. На основании расчетов количество этажей не может быть свыше трех.
Преимущества модульных домов
Модульные дома отличаются быстрым возведением. Кроме этого существенного преимущества, технология имеет еще ряд достоинств:
- Изготовление всех элементов ведется в закрытых цехах, поэтому материалы защищены от непогоды.
- Постройки имеют небольшой вес и не требуют закладки мощного фундамента.
- Работы могут проводиться на любых участках местности, включая сложный рельеф.
- При желании всегда можно расширить планировку здания, добавив к нему ряд модулей.
- В случае переезда имеется возможность ведения демонтажа здания с переносом его на новую территорию. По затратам это составит 20% от стоимости помещения.
При строительстве модульных домов основной упор делается на их энергосбережение и энергоэффективность.
Использование экологически чистых материалов
Изготовленный из экологически чистых материалов дом не влияет негативно на окружающую среду. Его эксплуатация не предполагает использование обычного топлива, а для этой цели используются альтернативные источники энергии — солнечная или биотопливо.
Дома, построенные из экологических материалов, предполагают использование современных энергоэффективных технологий, и такое условие закладывается уже на стадии проектирования зданий.
При возведении используются основные экологические методы:
- Сад на крыше. Для этой цели на поверхности домов располагаются растительные насаждения, что улучшает окружающую среду вокруг помещения.
- Установка солнечных панелей. В результате появляется возможность использовать солнечную энергию для производства электричества.
- Применение систем для сбора дождевой воды. Она используется для орошения посевных культур и бытовых нужд.
- Закладка возобновляемых материалов. Сюда относятся переработанные отходы. Примером являются древесно-полимерные композиты или изделия, изготовленные на основе растительных волокон.
С помощью таких методов не только уменьшается загрязнение внешней среды, а и происходит рациональное использование природных ресурсов. Уже давно пришло время обновлять технологии строительства зданий, и сейчас это совершается быстрыми темпами.
Материалы для строительства
Для строительства экологически чистых домов могут использоваться следующие виды материалов:
- Прессованная солома. Исходное сырье получается при обработке сельскохозяйственных культур. Фактически солома является отходом производства. Она обладает небольшим весом и создает минимальную нагрузку на фундамент. Такой дом имеет низкую теплопроводность, поэтому поддержание тепла в нем не требует больших энергетических затрат. Преимуществом использования соломы является ее низкая цена.
- Саман. В данном случае к соломе еще добавляется глина. Все составляющие имеют исключительно природный характер. Строение получается легкое и недорогое. При возведении саманного дома необходимо его постройку вести на 30 см выше стандартного помещения. Связано это с тем, что со временем такое здание обязательно даст усадку. Другой особенностью дома является необходимость проведения обработки саманных блоков штукатуркой, замешанной на основе извести.
- Дерево. Построенные из такого материала дома обладают высокой прочностью и хорошо удерживают тепло. Чтобы в нем не появлялась гниль, древесина обрабатывается специальными растворами. В результат дом может простоять длительное время без разрушения. Недостатком такого помещения является более высокая цена по сравнению с другими вариантами.
- Арболит. Выпускается в виде блоков, состоящих из цемента и дерева. Сверху возведенное помещение может отделываться любым удобным способом. Преимуществом материала является отсутствие необходимости его пропитки, потому что в нем никогда не появляется плесень. Построенному дому не грозит появление трещин в случае его усадки и это является его существенным преимуществом.
- Утрамбованная земля. Для этого используется прессованная почва, которая предварительно пропитывается водой. В результате формируются блоки, которыми ведется кладка помещения, что придает дому пожаробезопасность и надежность. В некоторых случаях вместо блоков используются тканевые мешки, наполненные сухой землей.
С помощью таких методов не только уменьшается загрязнение внешней среды, но и происходит качественное использование природных ресурсов.
Преимущества экологического строительства
Преимущества использования экологически чистых материалов для строительства домов выражаются в следующем:
- В окружающую среду попадает значительно меньше выбросов. В результате сокращается негативное воздействие на водные ресурсы и почву, что способствует сохранению природы.
- Наблюдается экономия энергии. Это связано с повышенной эффективностью здания.
- Происходит улучшение внутреннего микроклимата. В помещении создаются более здоровые условия для проживания.
С учетом всех этих преимуществ возведение домов с помощью экологически чистых материалов все больше занимает нишу в современной строительной индустрии.
Система «умный дом»
Если в помещении внедрены наиболее передовые технологии, то такое здание называется умным домом. В состав системы входят следующие компоненты:
- Климат-контроль. Она позволяет вести следующие виды интеллектуальных работ: вентиляцию, отопление и кондиционирование. Все действия осуществляются с максимальной точностью. За счет правильной регулировки во всех зонах помещения создается оптимальная температура.
- Датчики безопасности. Обеспечивают автоматическую подачу сигнала во время возникновения возможных угроз. К ним относится задымление или появления угарного газа. В результате дому гарантируется повышенная безопасность
- Камеры наблюдения. Обеспечивают круглосуточный обзор всей территории дома.
- Системы сигнализации. Подают знак звуком в случае возникновения опасности.
- Интеллектуальное освещение. Обеспечивает регулировку силы подачи света во всех комнатах квартиры по заранее заданной программе.
- Автоматизированные окна и двери. Данная система осуществляет проверку над попаданием в дом нужного количества тепла и света. Осуществляется это контролем над движением окон и дверей
- Системы автоматического полива. Следит за состоянием грунта в саду, поддерживая необходимую степень влажности.
Все перечисленные функции интегрированы в единую систему умный дом. Ее наличие обеспечивает хозяевам не только хороший уровень жизни, но и высокую степень безопасности. Кроме того, при эксплуатации такого дома осуществляется экономия энергетических затрат.
Энергосберегающий дом
Энергосбережению уделяется особое внимание при строительстве современных домов. Проживания в таком помещении требует затрат минимального количества ресурсов. Возведение дома состоит из следующих этапов:
- Проектирование. Для этого существуют специальные энергосберегающие технологии, на основании которых ведется разработка чертежей.
- Выбор архитектурного решения. Чтобы жилище было энергосберегающим, оно должно иметь правильную геометрию. Также внимание уделяется расположению относительно направления розы ветров и потока солнечных лучей.
- Прокладка теплоизоляции. Утеплению подлежат все стены, кровля и полы.
- Снабжение дома умными системами. Для комфортности проживания квартира снабжается специальными приборами, отвечающими за уровень освещенности в помещении, вентиляцию и отопление.
- Проведение коммуникаций. После постройки дома устанавливаются котлы для подогрева воды, и делается разводка труб. В качестве топлива лучше всего использовать биогаз
- Установка источников энергии. Этому вопросу уделяется особое внимание. С этой целью может быть проведен монтаж солнечных батарей или ветрогенератора.
В качестве материалов для постройки энергосбивающего дома лучше всего использовать натуральное сырье, к которому относится древесина или природный камень.
Существует большое количество современных технологий постройки дома. С каждым годом они постоянно совершенствуются. При этом основным вопросом всегда является их эффективное использование. Достигается это высоким энергосбережением и рациональным использованием ресурсов.
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.