… Будущее наступило
Смартфоны, планшеты и другие мобильные устройства, обеспечивающие доступ в Интернет, стали совершенно неотъемлемой частью современного быта, работы и бизнеса.
Подавляющее большинство современных людей пользуются мобильными устройствами для общения с друзьями, родными и близкими, для просмотра новостей, управления личными финансами и для решения множества других повседневных задач.
Мобильные устройства постепенно входят в мир домашней автоматизации, предоставляя возможности управления бытовой техникой и удаленного контроля с помощью систем видеонаблюдения.
Эти тенденции не могут не коснуться задач управления инженерным оборудованием зданий, так как, с точки зрения оператора, современная система автоматизации, в плане повседневной эксплуатации, представляет собой набор контроллеров, оснащенных экранами, с которых считывается информация о состоянии системы и производится управление ее параметрами.
При этом, какими бы современными ни были контроллеры систем автоматизации, возможности визуализации информации на встроенных в них терминалах не идут ни в какое сравнение даже с простейшим смартфоном, особенно с учетом ставшего уже привычным сенсорного управления.
… Инновации против консерватизма
Напрашивается естественный вывод о необходимости интеграции контроллера и смартфона для использования последнего в качестве пульта управления системой автоматизации. Однако решение этой задачи требует оснащения контроллеров соответствующими беспроводными интерфейсами, разработки и поддержки приложений для основных платформ — Android и iOS, что под силу только наиболее продвинутым в технологическом отношении компаниям — производителям систем автоматизации.
Таким потенциалом обладает лидер рынка систем автоматизации инженерных систем зданий — компания CAREL, предлагающая комплексные решения в области управления климатическим оборудованием различного назначения.
Современные линейки свободнопрограммируемых и параметрических контроллеров CAREL обладают возможностью управления с помощью мобильного приложения APPLICA, при этом обмен данными между контроллером и мобильным устройством может осуществляться с помощью интерфейсов Bluetooth, NFC или WiFi — в зависимости от типа контроллера и поддержки того или иного протокола смартфоном.
…Ключевое слово — «юзабилити» — удобство использования Применяя APPLICA, оператор получает возможность беспроводного подключения к системе управления, что существенно упрощает задачу обслуживания инженерных систем — теперь пользователю, в большинстве случаев, нет необходимости находиться в непосредственной близости от контроллера, что особенно важно в случае расположения оборудования в труднодоступных местах.
В целом основное назначение APPLICA состоит в том, чтобы обеспечить максимальное удобство пользователю при взаимодействии с системой управления — на уровне интуитивно понятного интерфейса, доступного в едином формате мобильного устройства, привычного каждому современному человеку.
…Бесконечное множество пользовательских интерфейсов в одном приложении
Чрезвычайно важной особенностью концепции APPLICA является возможность отображения уникального интерфейса пользователя, соответствующего приложению только того контроллера, к которому производится подключение в данный момент. Это означает, что пользователь наблюдает различный вид пользовательского интерфейса в зависимости от того, к какой установке — чиллеру, центральному кондиционеру, ИТП и так далее — в данный момент он подключился с помощью APPLICA.
…Готовая мобильная платформа для пользовательских интерфейсов
Такой подход снимает все вопросы разработки и поддержки мобильного приложения как такового, размещения его на ресурсах Google Play Market или Apple App Store. Пользователь может полностью сосредоточиться на разработке и использовании визуального интерфейса для собственного оборудования, не отвлекаясь на второстепенные для него (и достаточно сложные) вопросы инфраструктуры, используя единое приложение — APPLICA.
Пользовательские интерфейсы размещаются в облачном хранилище, что позволяет APPLICA загружать соответствующий интерфейс только тогда, когда подключение к определенному типу контроллера происходит впервые. В дальнейшем, при подключении к контроллеру с таким же приложением, обращения к облаку не потребуется, так как интерфейс будет сохранен APPLICA на мобильном устройстве.
…Профили пользователей для разграничения полномочий
Важная особенность APPLICA состоит в поддержке множества профилей пользователей, имеющих различные степени доступа к переменным и параметрам контроллера, что обеспечивает требуемый уровень защиты системы управления от несанкционированного или неквалифицированного вторжения. Указанная возможность крайне важна в плане обеспечения безопасного и надежного обслуживания как для сервисных служб предприятий — изготовителей инженерного оборудования, так и для служб эксплуатации объектов недвижимости. Профили определяются на этапе разработки приложений — таким образом, автор программного обеспечения может самостоятельно решить, какая группа пользователей — «Сервис», «Производитель», «Клиент» и так далее — будет иметь к доступ к каждому из параметров системы как для просмотра, так и для изменения.
…«Поделиться» теперь можно не только фоточками Пользователи смартфонов с наслаждением обмениваются бесконечным количеством фотографий, видеороликов, ссылками на ресурсы в Интернете. APPLICA поставила функцию «Поделиться» на службу специалистов сервиса инженерных систем зданий и конечных пользователей, которые могут отправить коллеге или специалисту более высокого уровня готовый файл с полным набором параметров системы или список тревог системы для анализа и выдачи рекомендаций по дополнительной настройке. Более того, коллега таким же путем может поделиться с сервисным инженером файлом конфигурации с обновленными значениями параметров, который тут же может быть загружен в контроллер через APPLICA. Очевидно, что при таком тесном взаимодействии специалистов, которое предоставляет APPLICA, решение вопросов обслуживания оборудования становится гораздо менее затратным — как в плане времени, так и в плане стоимости командировок по объектам.
…Актуальная документация всегда «под рукой»
APPLICA предоставляет еще одну интересную возможность — контент пользовательского интерфейса того или иного контроллера может включать, в том числе, файлы документации, необходимые для работы с данным оборудованием. Таким образом, пользователь, открыв вкладку «Документация» в интерфейсе APPLICA, увидит именно те инструкции и руководства, которые ему действительно нужны в данный момент, и ему не потребуется бороздить просторы Интернета для поиска нужной документации.
…Обновление программного обеспечения контроллера «на лету»
Разработчики CAREL наделили наиболее современные из контроллеров возможностями, которые еще недавно выглядели фантастически — с помощью APPLICA возможно обновить микропрограммное обеспечение контроллера без необходимости применения каких-либо конверторов и вообще проводов! APPLICA уведомит пользователей, если контент для оборудования изменился, в том числе из-за появления новой версии программного обеспечения контроллера, после чего пользователь может решить, в какой момент ему будет удобнее произвести обновление. Разумеется, для обновления все-таки нужно будет приехать на объект, но, в любом случае, поддержание оборудования в оптимальном состоянии с использованием APPLICA становится гораздо менее сложным и затратным, чем ранее.
…Какое оборудование поддерживает APPLICA? Казалось бы, такая продвинутая технология должна быть доступна преимущественно для систем автоматизации сложного и дорогостоящего оборудования, однако компания CAREL расставила приоритеты иначе — поддержка APPLICA интегрирована даже в параметрические контроллеры семейств MPXone и HEEZ, предназначенных для простейших прилавков для супермаркетов, а также в контроллеры uChiller для небольших холодильных установок типовых конфигураций. Такое решение объясняется широким распространением такого оборудования, и, как следствие, множество специалистов сервисных служб смогут по достоинству оценить нововведения CAREL. В зависимости от модификации контроллеров такого типа они оснащаются только интерфейсом NFC или, в дополнение к NFC, еще Bluetooth.
Интересной особенностью NFC является возможность обмена данными с контроллером даже в выключенном состоянии, то есть, при необходимости, можно обновлять контроллеры прямо на складе, даже не доставая их из упаковки.
В то же время и свободнопрограммируемые контроллеры семейств pCO и c.pCO могут быть подключены к APPLICA с использованием опциональных шлюзов RS485/Bluetooth и RS485/WiFi, также предлагаемых CAREL. Удобство данного решения состоит в возможности подключения такого шлюза к существующей или вновь добавленной в контроллер линии диспетчеризации по протоколу Modbus.
Наконец, для расширения спектра возможностей применения APPLICA, особенно в проектах жилой и коммерческой недвижимости, разработчики компании CAREL интегрировали функцию точки доступа WiFi в новые модели сенсорных терминалов pGDX типоразмеров 4,3” и 7”. Это позволит подключаться с помощью приложения APPLICA к контроллерам, подключенным к интегрированной системе управления, оснащенной такими терминалами.
…Впереди новые открытия Влияние новых технологий на рынок автоматизации инженерных систем зданий еще предстоит оценить, но уже сейчас понятно, что мобильные приложения как интерфейс между человеком и автоматикой порождают новые бизнес-возможности как для производителей инженерного оборудования, так и для инжиниринговых компаний, предоставляющих услуги проектирования, монтажа, пусконаладки и сервисного обслуживания.
Более того, многие новые подходы проявятся и станут понятны только по мере применения предлагаемых решений — просто потому, что мы сейчас еще не вполне готовы даже просто осознать ценность тех или иных возможностей, которые предоставляют мобильные приложения.
Компания CAREL уверенно смотрит в будущее, в котором пользователи систем управления инженерного оборудования предпочитают мобильный телефон с установленным приложением APPLICA уходящим в прошлое пультам с механическими кнопками и примитивной графикой.
Представительство CAREL в России Санкт–Петербург, тел.: +7 (812) 318-0236 Москва, тел.: +7 (499) 750-7053 info@carelrussia.com www.recuperator.eu www.carelrussia.com
Какие виды промышленного оборудования для увлажнения воздуха наиболее популярны сегодня на российском рынке? Какие бренды занимают лидирующие позиции по объемам продаж? Какова структура спроса на данное оборудование сейчас и в каких направлениях спрос будет расти? Ключевые участники рынка делятся своим экспертным мнением.
Изотермические или адиабатические?
«Несмотря на явное превосходство адиабатических увлажнителей в части энергоэффективности, изотермические (или паровые) остаются весьма популярными в сегменте оборудования малой производительности, когда потребителю в условиях малой вентиляции необходимо постоянно поддерживать заданный уровень влажности», — утверждает Андрей Здрок, главный конструктор Группы компаний «Вирстон».
По мнению Андрея Брука, генерального директора ООО «Карел Рус», доля паровых увлажнителей составляет не менее 80% от всего объема продаж.
«Изотермические электродные и ТЭНовые увлажнители пока более популярны не только потому, что их лучше знают проектировщики и монтажники, но и потому, что заказчиками не всегда принимается в расчет экономия электроэнергии», — разъясняет причины сложившейся ситуации Ирина Бернштейн, директор по развитию бизнеса в России Condair Global Sales AG.
Виктор Гагуа
Виктор Гагуа, генеральный директор ООО «Аква Технолоджис», официального дистрибьютора систем увлажнения компании Munters Europa A.B, отмечает, что изотермические увлажнители обходятся дешевле только на стадии капитальных вложений, в эксплуатации же они труднее и затратнее. «Колоссальный расход электроэнергии в перспективе 3–5 лет делает паровые увлажнители значительно дороже адиабатических сотовых, что приводит к массовой замене первых на вторые службами эксплуатации зданий и их собственниками», — подчеркивает Виктор Гагуа. Он также обращает внимание на тот факт, что адиабатические увлажнители более прихотливы к качеству воды.
«За последние 5 лет мы значительно увеличили долю продаж адиабатического оборудования, но в этих случаях решение, как правило, принимал тот, кто будет эксплуатировать объект в дальнейшем, а не тот, кто заинтересован только в снижении капитальных затрат любой ценой — в том числе и ценой резкого роста стоимости обслуживания», — делится опытом Ирина Бернштейн.
Андрей Васильев
Подобную тенденцию отмечает и Андрей Васильев, ведущий специалист по развитию бизнеса Buhler-AHS Russia. «Так как в последнее время в России все чаще поднимается вопрос об энергоэффективности как в жилом, так и в коммерческом секторе, на рынке наблюдается тенденция роста спроса именно на адиабатические системы увлажнения», — утверждает он.
При этом эксперты отмечают, что для решения определенных задач необходимо применять именно паровые увлажнители. «Неоспоримым преимуществом изотермических увлажнителей является то, что только они позволяют получить стерильный пар», — отмечает Андрей Брук. По его мнению, это делает данный вид оборудования по-прежнему востребованным в медицинских учреждениях, а также в жилых помещениях в случае наличия у жильцов астмы, аллергии и других проблем с органами дыхания. Ирина Бернштейн убеждена, что в недалеком будущем мы обязательно придем к тому, что паровые увлажнители с электрическим нагревом будут использоваться только там, где это действительно необходимо — в медицине, фармацевтике, лабораториях и т. д.
Если адиабатический — то какой?
Андрей Брук
«В развитии систем увлажнения до сих пор основным фактором была стоимость, что привело к развитию дисковых и сотовых увлажнителей», — считает Андрей Здрок. При этом он отмечает возросшую популярность более эффективных систем, объясняя это ростом значимости таких критериев, как точность, возможность автоматизации, энергоэффективность и общая стоимость владения.
«Дисковые увлажнители из-за высокого уровня шума имеют узкую нишу применения (холодильные камеры и овощехранилища), а сотовые из-за низких гигиенических показателей постепенно теряют популярность, несмотря на их дешевизну», — замечает Андрей Брук.
«Сотовые адиабатические увлажнители воздуха являются наиболее популярными в связи со своей неприхотливостью к качеству воды и простоте монтажа», — утверждает Виктор Гагуа.
Андрей Васильев объясняет высокий уровень востребованности сотовых и ультразвуковых систем увлажнения прежде всего их ценовой привлекательностью. «В свою очередь на рынке элитного жилья все большую популярность набирает форсуночное увлажнение, являясь наиболее гигиеничным и инновационным решением в данной области», — отмечает он.
Ирина Бернштейн
По мнению Андрея Брука, для жилых и небольших производственных помещений наиболее востребованы ультразвуковые увлажнители, для промышленных предприятий, складов и других больших объемов — форсуночные.
Ирина Бернштейн также считает определяющим назначение объекта, на котором устанавливается оборудование. «Для помещений, где постоянно находятся люди и уровень гигиеничности играет наиболее значимую роль, мы рекомендуем использовать гибридные установки с форсунками низкого давления и дополнительным блоком поверхностного испарения», — рассказывает она. По утверждению Ирины Бернштейн, форсуночные увлажнители высокого давления, не говоря уже о сотовых или бытовых ультразвуковых установках, не могут обеспечить требуемых гигиенических показателей, а отсутствие надлежащей водоподготовки и опасность застаивания воды в элементах агрегата может создать угрозу здоровью людей.
Насколько востребована автоматизация?
По мнению Андрея Васильева, доля объектов с подключением к системе диспетчеризации на сегодняшний день составляет 10–15% от общего количества на рынке. «Сформулировано однозначное требование на возможность автономной работы системы увлажнения, чтобы корректное функционирование продолжалось даже в случае сбоев в системе диспетчеризации», — утверждает он, замечая при этом, что диспетчеризация рассматривается как средство контроля на сложных объектах и она не должна влиять на базовые функции системы увлажнения.
«В последнее время опция диспетчеризации стала действительно востребована рынком, мы наблюдаем рост количества запросов и объемов продаж систем автоматизации управления увлажнителями», — делится наблюдениями Виктор Гагуа. Андрей Брук отмечает рост количества запросов на возможность встраивания увлажнителей в системы диспетчеризации при реализации проектов в области элитного жилищного строительства и промышленности.
«Мы рекомендуем обязательно предусмотреть возможность подключения к системам диспетчеризации на любом объекте — технологии и потребности в этих технологиях развиваются быстро, а установка дополнительного оборудования на неприспособленный к этому агрегат в любом случае будет дороже и сложнее», — рассказывает Ирина Бернштейн.
«Сегодня потребителю недостаточно просто добавить в воздух воды, сегодня требуется в условиях значительного воздухообмена постоянно поддерживать заданную влажность без конденсации и каплепадения», — считает Андрей Здрок. По его мнению, это обуславливает рост популярности более дорогих систем с повышенной степенью автоматизации и контроля, рост количества многоуровневых систем, в которых предусмотрено дублирование элементов для повышения надежности, и стоимость самого принципа достижения заданной влажности уже не имеет решающего влияния на общую стоимость с учетом элементов контроля, автоматизации, удаленного доступа, архивирования, визуализации и анализа данных.
В поиске лидера
Андрей Здрок
По мнению Андрея Здрока, развитие рынка увлажнителей во многом определялось деловой активностью самих производителей и поставщиков (импортеров) оборудования. «В настоящее время на рынке присутствуют различные принципы увлажнения, которые мирно сосуществуют, доминируя в определенных сегментах», — считает он.
Говоря о распределении долей рынка среди представленных в России производителей, Виктор Гагуа в первую очередь отметил необходимость его сегментирования. «На данный момент на рынке существуют два ценовых сегмента поставщиков увлажнителей — это низкий и средний и премиальный», — отмечает он. Долю низкого и среднего ценового сегмента эксперт оценивает в 55–70% и причисляет к нему российских производителей, а также часть китайских и европейских. Доля премиального, к которому относится оборудование Munters, по мнению Виктора Гагуа, составляет 30% от всего объема реализуемых проектов с использованием увлажнителей в РФ. Андрей Брук определяет распределение долей следующим образом:
Сarel — 40%;
Nordmann — 15%;
Корея ОЕМ-бренды (Корея + Китай) — 15%;
Condair — 10%;
Hygromatik — 5%;
Vapac — 4%;
Devatec — 2%;
Прочие — 9%.
Ирина Бернштейн считает задачу оценки долей рынка промышленных увлажнителей затруднительной. «Такие системы зачастую поставляются в составе импортируемых вентиляционных установок или в комплекте с технологическим оборудованием, а таможенная статистика по этой продукции до последнего времени точностью не отличалась», — отмечает она.
Точки роста
«Так как во многих регионах России относительная влажность воздуха в помещениях зимой составляет 10–15% при комфортных значениях в 35–45%, все чаще возникает потребность в увлажнении как в жилом, так и в коммерческом секторах», — отмечает Андрей Васильев.
«Наиболее востребованы увлажнители воздуха на производственных предприятиях с технологическими требованиями к параметрам воздушной среды, в офисных зданиях и в жилых помещениях», — утверждает Ирина Бернштейн, называя также в числе традиционных постоянных заказчиков систем увлажнения медицинские учреждения и лаборатории, а в числе активизировавшихся в последнее время — серверные и ЦОДы.
«В России системы комфортного увлажнения по-прежнему популярны в элитном жилье и медицине, но устойчиво растет спрос на увлажнения и в производственной сфере: машиностроение, нефтехимия, деревообработка, холодильные камеры и овощехранилища в аграрном секторе», — отмечает Андрей Брук. Он обращает внимание и на такую новую тенденцию, как оснащение паровыми увлажнителями квартир в строящихся жилых комплексах премиум-класса в качестве одного из важных элементов инфраструктуры жилища.
«Наиболее широкую популярность в последнее время набирает идея увлажнения воздуха и в квартирах, и в частных домах», — считает Андрей Васильев. По его мнению, это обусловлено несколькими факторами. Во-первых, люди все чаще задумываются о своем здоровье, а увлажнение положительно влияет на качество вдыхаемого нами воздуха, в случае его применения снижается риск распространения респираторно-вирусных инфекций, происходит естественное пылеподавление и т. д. Во-вторых, вся мебель, паркетная доска и прочие элементы интерьера из дерева требуют минимум 35% влажности в помещении, в сухом же воздухе фурнитура, двери, напольные покрытия из дерева начинают трескаться и рассыхаться, что приводит к их порче.
«Все больше и больше наши соотечественники осознают важность поддержания здорового климата не только дома, но и на рабочих местах, поэтому требуют от арендодателей поддержания правильного микроклимата в офисных помещениях, в связи с чем мы наблюдаем рост спроса на увлажнение в бизнес-центрах», — рассказывает Виктор Гагуа.
«Мы видим значительные перспективы в росте рынка увлажнителей в связи со стремлением потребителей повысить комфортность условий труда сотрудников», — рассказывает Андрей Здрок. По его наблюдениям, если ранее потребитель систем увлажнения стремился обеспечить требования технологического процесса для недопущения брака (типографии, производство ткани, бумажные и деревообрабатывающие производства), то теперь многие заказчики желают бороться с запыленностью и запахами, снижать температуру, повышать влажность до требований СанПиН, что говорит о стремлении к улучшению условий труда персонала. «Таким образом, системы увлажнения отходят от узкой специализации предприятий и становятся широко востребованы для организаций любого профиля», — считает Андрей Здрок.
Проблема энергосбережения и повышения энергетической эффективности зданий путем совершенствования конструктивных решений фасадных систем, безусловно, актуальна. Комплексная оценка показателей различных типов фасадных систем в настоящее время отсутствует. Объектом исследования в данной статье является фасад жилого многоквартирного дома, проектируемого в составе жилого комплекса для условий холодного российского климата (ГСОП = 7649 Ксут/г.). Рассмотрены два типа современных фасадных систем — фасадная теплоизоляционная композиционная система и навесная фасадная система. Выполнен сравнительный анализ теплотехнических, экономических и эксплуатационных характеристик этих фасадных систем. По итогам технико-экономического анализа фасадных систем сделан вывод о том, что фасадные теплоизоляционные композиционные системы являются более надежными и экономически обоснованными системами, что открывает широкие возможности их дальнейшего изучения с целью эффективного применения в современном строительстве.
Ключевые слова: фасадная система, ограждающая конструкция, тепловая защита, экономический анализ, срок службы, пожар.
Введение
Проблема энергосбережения и повышения энергетической эффективности зданий путем совершенствования конструктивных решений фасадных систем, безусловно, актуальна [1, 2].
Конструкции стеновых ограждений с фасадными теплоизоляционными композиционными системами (СФТК) и навесными фасадными системами (НФС) имеют определенное своеобразие. В стенах расположены большие оконные проемы. Снаружи к стене примыкают балконные плиты, непосредственно связанные с междуэтажными перекрытиями. Здания имеют углы. Для крепления теплоизоляционного слоя к основанию стены применяют дюбели со стальным сердечником. Используемые для крепления подконструкции навесного фасада к основанию стены кронштейны создают в толще теплоизоляционного слоя металлические теплопроводные включения. Следовательно, по площади наружной стены практически нет участков, в пределах которых передачу теплоты можно было бы считать проходящей по одномерной схеме. За счет перечисленных конструктивных особенностей потери теплоты по всей площади ограждения оказываются часто большими, чем теплопотери, рассчитанные в предположении одномерности теплового потока [3–6].
Применение НФС предупреждает переувлажнение конструкций за счет устройства вентилируемых воздушных прослоек [7, 8]. В стенах с СФТК возможно образование плоскости максимального увлажнения в толще теплоизоляционного слоя или на стыке с наружным штукатурным слоем [9, 10]. Расположение плоскости максимального увлажнения зависит, главным образом, от конструктивного решения ограждения и параметров окружающей среды. Несмотря на то, что влагозащитные свойства ограждающих конструкций с СФТК, как правило, обеспечены, сближение профилей парциального давления водяного пара и давления насыщенного пара в конструкции указывает на возможность повышения влажности материала теплоизоляционного слоя.
Область применения СФТК и НФС обусловлена не только новым строительством, но и реновацией зданий и сооружений [11–15].
Рис. 1. Фасадная теплоизоляционная композиционная система (СФТК) [16]
Рис. 2. Навесная фасадная система (НФС) [16]
Обзор литературных источников показал, что комплексная оценка показателей современных фасадных систем в настоящее время отсутствует. Этим определяется актуальность данного исследования.
Цель исследования: комплексная оценка теплотехнических, экономических и эксплуатационных показателей СФТК и НФС.
Задачи исследования:
— расчет приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен при различном конструктивном исполнении фасадов;
— оценка соответствия стен поэлементным требованиям по тепловой защите зданий;
— общая сравнительная оценка факторов, влияющих на срок службы фасадных систем.
Объектом исследования является фасад жилого многоквартирного дома, проектируемого в составе жилого комплекса. Проектируемый объект имеет 5 этажей. Количество секций — 1. Пункт строительства — г. Свободный Амурской области (ГСОП = 7649 К×сут/г.) (табл. 1).
Таблица 1. Расчетные условия
Наружные стены запроектированы с основанием из монолитного железобетона толщиной 160 мм и наружной теплоизоляцией из минераловатных плит на синтетическом связующем. Расчетная теплопроводность материала теплоизоляционного слоя lут = 0,042 Вт/(м×К). Толщина теплоизоляционного слоя составляет 200 и 250 мм (по вариантам расчета). Для сравнительного анализа выбраны два типа фасадных систем — СФТК и НФС (рис. 1, 2). При этом для НФС рассмотрены два типа подконструкции — из коррозионностойкой (нержавеющей) стали (НФС1) и алюминия (НФС2). В качестве наружного облицовочного слоя в НФС приняты плиты из керамогранита.
Методы
Оценка соответствия стен поэлементным требованиям по тепловой защите зданий выполнена согласно СП 50.13330.2012.
Для правильного расчета тепловых потерь через ограждения сложной конструкции используют так называемое приведенное сопротивление теплопередаче ограждения Rопр. Величина Rопр характеризует усредненную по площади плотность потока теплоты через фрагмент теплозащитной оболочки здания в стационарных условиях теплопередачи.
Наиболее точно величина Rопр может быть определена по результатам расчета температурного поля [3]. Однако чрезвычайно высокая трудоемкость расчета температурных полей, отсутствие доступных специалистам программ и программно-вычислительных комплексов, необходимых для расчета, трудность интерпретации результатов расчета сдерживают широкое применение этого метода в проектной практике.
В СП 50.13330.2012 используют элементный способ расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждения. Расчет основан на представлении фрагмента теплозащитной оболочки здания в виде набора независимых элементов, каждый из которых влияет на тепловые потери через фрагмент. Удельные потери теплоты, обусловленные каждым элементом, находят на основе сравнения потока теплоты через узел, содержащий элемент, и через тот же узел, но без исследуемого элемента. Использование табличных данных СП 230.1325800.2015 позволяет частично или полностью исключить расчеты температурных полей в процессе проектирования или экспертной оценки конструкций. Влияние кронштейнов в НФС дополнительно учтено на основе данных СП 345.1325800.2017.
Приведенное сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должно быть не меньше требуемых (Rотр) или нормируемых (Rонорм) значений.
Экономическое сравнение различных фасадных решений выполнено на основании данных, представленных в открытых источниках сети Интернет. Расчет выполнен по укрупненным показателям без учета стоимости доставки материалов на объект. В связи с этим представленные ниже результаты расчета являются оценочными и не претендуют на полноту и повышенную точность.
Сравнение прогнозируемых сроков службы рассматриваемых типов фасадных систем также выполнено на основании представленных в открытых источниках.
Результаты и обсуждение
В процессе проектирования тепловой защиты зданий основное внимание уделено разработке энергосберегающих конструктивных решений узлов наружных стен.
В составе наружной стены узел примыкания оконных блоков к стене является наиболее распространенным теплозащитным элементом. Толщина рамы в расчете принята равной 70 мм. Оконный блок расположен сразу за слоем теплоизоляции. Нахлест теплоизоляции составляет 20 мм.
При наружной теплозащите стен торцы междуэтажных плит перекрытий закрыты слоем теплоизоляции, поэтому они не являются «мостиками холода». Для выбранного типа наружных стен следует учитывать только стыки с балконными плитами, так как в этих местах происходит разрыв теплоизоляционного слоя. Толщина плит перекрытия составляет 180 мм. Для уменьшения потерь теплоты через балконные плиты предусмотрена перфорация.
При креплении теплоизоляционных плит к основанию стены расстояние от края стального распорного элемента до тарелки дюбеля принято равным 30 мм. Диаметр металлического распорного элемента — не более 5 мм.
Сопряжения наружной стены с перекрытием над техподпольем и чердачным перекрытием имеют небольшую протяженность и эффективную теплоизоляцию, поэтому тепловые потери через указанные участки в расчете не учитывались.
Применение указанных конструктивных решений узлов наружной стены приводит к уменьшению удельных тепловых потерь через узел и практически исключает возможность конденсации влаги на внутренней поверхности стены в холодный период года.
Результаты теплотехнических расчетов наружных стен с рассматриваемыми фасадными системами приведены на рис. 3.
Рис. 3. Результаты теплотехнических расчетов наружных стен
Как видно из рис. 3, приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен с СФТК при одной и той же толщине слоя теплоизоляции выше, чем у стен с НФС. Наружные стены с СФТК теплотехнически более однородны по сравнению с наружными стенами с НФС. С увеличением толщины теплоизоляционного слоя влияние теплотехнически неоднородных участков стены возрастает. Наибольшее влияние таких участков отмечается для НФС с алюминиевой подконструкцией и толщиной теплоизоляционного слоя 250 мм.
Результаты расчетов показывают, что только один вариант фасадов — СФТК с толщиной слоя теплоизоляции 250 мм, соответствует поэлементным требованиям СП 50.13330.2012 без дополнительных ограничений.
Все остальные варианты фасадов соответствуют нормативным требованиям по тепловой защите только в том случае, если при выполнении расчета удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания по методике приложения Г СП 50.13330.2012 выполняются требования п. 10.1 к данной удельной характеристике, т. е. зависят от множества других характеристик проектируемого объекта: формы и размеров здания, теплотехнических характеристик наружных ограждающих конструкций, кратности воздухообмена, величины бытовых и солнечных теплопоступлений, инженерных решений.
Таким образом, по итогам выполненных теплотехнических расчетов можно утверждать, что проектное решение наружных стен с СФТК для рассматриваемого объекта при толщине теплоизоляционного слоя 250 мм является наиболее обоснованным.
Результаты экономической оценки рассматриваемых фасадных систем представлены на рис. 4.
Рис. 4. Экономическое сравнение наружных стен
Из рис. 4 видно, что СФТК являются наиболее экономичными. НФС примерно в два раза дороже, чем СФТК, при одинаковой толщине теплоизоляции.
Ввиду отсутствия надежных экспериментальных данных достоверно установить срок службы СФТК и НФС в российских климатических условиях не представляется возможным. Территория России отличается значительным разнообразием климатических условий, поэтому фактический срок службы фасадных систем, даже при наличии отказов, должен учитывать условия их эксплуатации и интенсивность климатических воздействий.
При оценке срока службы фасадных систем следует учитывать риски, связанные с пожаром. Наличие вентилируемой воздушной прослойки между слоем теплоизоляции и облицовочным слоем способствует быстрому распространению пламени по фасаду, поэтому риск повреждения фасадов в результате огневого воздействия на НФС выше, чем на СФТК (рис. 5).
Рис. 5. Повреждение НФС многоквартирных жилых домов в результате пожара: а) г. Владивосток, ЖК «Атлантис» [17]
Рис. 5. Повреждение НФС многоквартирных жилых домов в результате пожара:б) г. Москва, ул. Ивана Бабушкина
Рис. 5. Повреждение НФС многоквартирных жилых домов в результате пожара:в) г. Грозный, ЖК «Олимп»
Рис. 5. Повреждение НФС многоквартирных жилых домов в результате пожара:г) г. Красноярск, ул. Шахтеров
Следует отметить, что в подавляющем большинстве случаев основной причиной значительного повреждения НФС являлось применение на фасадах алюминиевых композитных панелей [21].
Результаты общей сравнительной оценки факторов, влияющих на срок службы рассматриваемых типов фасадных систем, приведены в табл. 2.
Таблица 2. Общая сравнительная оценка факторов, влияющих на срок службы фасадных систем
При эксплуатации НФС в условиях городской среды высока вероятность попадания пыли на внешнюю поверхность минераловатных изделий, в результате чего ускоряется процесс коррозии несущих металлических элементов НФС [22] и снижается долговечность фасадной системы в целом. Данное обстоятельство также следует учитывать при прогнозировании срока службы фасадных систем.
Заключение
По совокупности всех рассмотренных выше факторов СФТК являются более надежными и экономически обоснованными системами, что открывает широкие возможности их дальнейшего изучения с целью эффективного применения в современном строительстве.
Литература
1. Geng Y., Ji W., Wang Z., Lin B., Zhu Y. (2019). A review of operating performance in green buildings: Energy use, indoor environmental quality and occupant satisfaction. Energy and Buildings. 2019. Vol. 183. Pp. 500–514.
2. Kauskale L., Geipele I., Zeltins N., Lecis I. (2016). Energy Aspects of Green Buildings — International Experience. Latvian Journal of Physics and Technical Sciences. 2016. No. 53 (6). Pp. 21–28.
3. Korniyenko S. V. (2014). The experimental analysis and calculative assessment of building energy efficiency. Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 618. Pp. 509–513.
4. Корниенко С. В. Повышение энергоэффективности зданий за счет снижения теплопотерь через краевые зоны ограждающих конструкций // Academia. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С. 348–351.
5. Statsenko E. A., Ostrovaia A. F., Musorina T. A., Kukolev M. I., Petritchenko M. R. (2016). The elementary mathematical model of sustainable enclosing structure. Magazine of Civil Engineering. 2016. No. 8 (68). Pp. 86–91.
6. Попова Е. Е., Городилова А. Е., Куколев М. И. Повышение энергоэффективности домов с помощью навесных вентилируемых фасадов // Ростовский научный журнал. 2017. № 12. С. 367–378.
7. Statsenko E. A., Ostrovaia A. F., Olshevskiy V. Ya., Petrichenko M. R. (2018). Temperature and velocity conditions in vertical channel of ventilated façade. Magazine of Civil Engineering. 2018. No. 4 (80). Pp. 119–127.
8. Корниенко С. В. О применимости методики СП 50.13330.2012 к расчету влажностного режима ограждающих конструкций с мультизональной конденсацией влаги // Строительство и реконструкция. 2014. № 5 (55). С. 29–37.
9. Гагарин В. Г., Зубарев К. П., Козлов В. В. Определение зоны наибольшего увлажнения в стенах с фасадными теплоизоляционными композиционными системами с наружными штукатурными слоями // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 1 (54). С. 125–132.
10. Корниенко С. В., Ватин Н. И., Горшков А. С. Оценка влажностного режима стен с фасадными теплоизоляционными композиционными системами // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 6 (45). С. 34–54.
11. Dotzler C., Botzler S., Kierdorf D., Lang W. (2018). Methods for optimising energy efficiency and renovation processes of complex public properties. Energy and Buildings. 2018. Vol. 164. Pp. 254–265.
12. Hamid A. A., Farsäter K., Wahlström A., Wallentén P. (2018). Literature review on renovation of multifamily buildings in temperate climate conditions. Energy and Buildings. 2018. Vol. 172. Pp. 414–431.
13. Korniyenko S. V. (2018). Renovation of Residential Buildings of the First Mass Series. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. No. 463(2), 022060.
14. Borodinecs A., Zemitis J., Sorokins J., Baranova D. V., Sovetnikov D. O. (2016). Renovation need for apartment buildings in Latvia. Magazine of Civil Engineering. 2016. No. 68(8). Pp. 58–64.
15. Gorshkov A. S., Vatin N. I., Rymkevich P. P., Kydrevich O. O. (2018). Payback period of investments in energy saving. Magazine of Civil Engineering. 2018. No. 2 (78). Pp. 65–75.
16. Технический портал ТехноНИКОЛЬ [сайт]. URL: http://nav.tn.ru/systems/fasad-i-stena/tn-fasad-profi/ (дата обращения: 29.07.2019).
17. Nevsedoma. URL: http://nevsedoma.com.ua/?newsid=15773 (дата обращения: 11.06.2019).
18. URL: http://fishki.net/23545-v-moskve-zagorelas-vysotka-91-foto.html (дата обращения: 11.06.2019).
19. The Kiev Times. URL: http://thekievtimes.ua/video/220483-pozhar-v-odnoj-iz-vysotok-kompleksa-groznyj-siti.html (дата обращения: 11.06.2019).
20. DелаRu [сайт]. URL: http://dela.ru/lenta/127745/ (дата обращения: 11.06.2019).
21. Машенков А. М., Чебурканова Е. В. Проблемы пожарной безопасности навесных вентилируемых фасадов // АВОК. 2007. № 8. С. 32–41.
22. Умнякова Н. П. Влияние загрязнений окружающей среды города на конструкции вентилируемых фасадов // Вестник МГСУ 2011. № 3. С. 221–226.
Какому из перечисленных вызовов следует отдать предпочтение? Рассмотрим эту задачу на примере многоквартирных домов, составляющих подавляющее большинство зданий в городах. На отопление этих зданий расходуется большая часть вырабатываемой тепловой энергии, а для жителей — это наибольшая статья в оплате коммунальных услуг. При проектировании систем отопления МКД и тепловой защиты этих зданий, непосредственно влияющей на тепловую нагрузку системы отопления, должны соблюдаться перечисленные требования, и они регламентируются соответствующими правительственными постановлениями и нормативными положениями.
Так, энергетическая эффективность зданий устанавливается Постановлением Правительства Российской Федерации от 25 января 2011 года № 18 «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений и сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов» с изменениями от 20 мая 2017 года № 603, по которым требования энергетической эффективности должны предусматривать уменьшение показателей, характеризующих удельную величину годового расхода энергетических ресурсов для вновь создаваемых зданий с 1 января 2018 года — не менее чем на 20% по отношению к базовому уровню, с 1 января 2023 года — не менее чем на 40% и с 1 января 2028 года — не менее чем на 50% также по отношению к базовому уровню. Базовый уровень соответствует значениям, указанным в СНиП 23-02-2003, поскольку с 2003 года федеральными документами этот уровень не пересматривался.
К сожалению, к 1 января 2018 года Минстрой России не смог реализовать свои возможности по повышению энергетической эффективности строящихся и капитально ремонтируемых зданий, но мы сейчас как никогда близко стоим к готовности выполнения этой задачи — по заданию Президента Российской Федерации разработан проект Федерального закона «О внесение изменений в ФЗ № 261 … и в нормативно-правовые акты Правительства Российской Федерации и федеральных органов исполнительной власти в части установления класса энергетической эффективности общественных зданий, строений, сооружений». Учитывая отставание в реализации требований повышения энергоэффективности всех зданий, мы считаем, что в связи с подготовкой этого проекта закона созданы условия для подталкивания реализации повышения энергоэффективности не только общественных зданий, но и наиболее массовых теплопотребителей в городах и несущих наибольшую социальную значимость для населения — многоквартирных домов.
Поэтому для выполнения Постановления Правительства РФ № 603 о снижении удельного годового расхода энергетических ресурсов строящихся зданий с 1 января 2023 года на 40% по отношению к базовому значению, при нарушенном выполнении 1-го этапа снижения в 2018 году на 20%, следует в качестве 1-го этапа поставить задачу снижения удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию строящихся зданий на 25% с 1 января 2020 года. Одновременно на такой же процент следует увеличить нормируемое сопротивление теплопередаче несветопрозрачных наружных ограждающих конструкций зданий, сооружаемых с 2020 года. Приведенное сопротивление теплопередаче светопрозрачных ограждений (окон и витражей) должно быть увеличено для районов с величиной показателя градусо-суток менее 4000 до 0,55 м2·°С/Вт, от 4000 до 8000 включительно — 0,8 м2·°С/Вт, выше 8000 — не менее 1,0 м2·°С/Вт.
Требование это не является избыточным, такое снижение энергопотребления на отопление и вентиляцию строящихся зданий было установлено перед московской строительной отраслью Постановлением Правительства Москвы № 900-ППМ от 05.10.2010. Постановлением № 460-ППМ от 03.10.2011 было подтверждено его выполнение: «в результате модернизации производственной базы индустриального домостроения достигнуто производство трехслойных панелей наружных стен и окон с повышенными теплотехническими показателями приведенным сопротивлением теплопередаче наружных стен не менее 3,5 м2·°С/Вт, а оконных и балконных дверных блоков из ПВХ-профилей с двухкамерными стеклопакетами — более 0,8 м2·°С/Вт, удельный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию многоквартирных домов не превышает 71 кВт·ч/м2» (при ГСОП = 4943 градусо-суток базовое значение этого показателя по МГСН 2.01-99 «Энергосбережение в зданиях. Нормы тепло-водо-электроснабжения» составляло 95 кВт·ч/м2).
В развитие Федерального закона «О внесение изменений в ФЗ № 261 …» НП «АВОК» передало в Минстрой и Минэкономразвития России свои предложения по изменению действующих нормативных правовых актов Правительства Российской Федерации и федеральных органов исполнительной власти, указанных в Перечне, приведенном в проекте этого закона, в части повышения энергетической эффективности и установления класса энергоэффективности зданий. Полагаем, что внесенные нами изменения и дополнения в нормативные правовые акты позволят сдвинуть с мертвой точки реализацию повышения энергоэффективности не только общественных зданий, но и наиболее массовых теплопотребителей в городах и несущих наибольшую социальную значимость для населения — многоквартирных домов. Обоснование части из этих предложений приводится в настоящей статье. Экологические требования о снижении выбросов углекислого газа, в том числе при сжигании ископаемого топлива для получения тепловой и электрической энергии, регламентируются международным соглашением, к которому присоединилась и Россия. Вопрос цены определен утвержденными Правительством России требованиями повышения энергетической эффективности зданий, в том числе за счет обеспечения такого же повышения приведенного сопротивления теплопередаче стен и совмещенных покрытий, перехода на применение окон с сопротивлением теплопередаче 0,55 м2·°С/Вт для районов с величиной показателя градусо-суток менее 4000, для районов от 4000 до 8000 градусо-суток включительно — 0,8 м2·°С/Вт, выше 8000 градусо-суток — не менее 1,0 м2·°С/Вт. Достижение заданных сопротивлений теплопередаче наружных ограждений абсолютно реально, что подтверждается опытом стран ЕС [1], и должно быть безусловно реализовано, а в зависимости от местных условий возможны вариации по выбору конструкции и теплоизоляционного материала исходя из их стоимости.
В статьях Г. П. Васильева («Энергосбережение» № 6-2011), А. С. Горшкова («Энергосбережение» № 4-2014), И. А. Башмакова и А. Д. Мышак («Энергосовет» № 3–5, 2015), Ю. А. Табунщикова и И. Н. Ковалева («Энергосбережение» № 6 и № 8-2017) доказано, что «экономически оптимально для всех регионов увеличить толщину имеющихся утеплителей примерно в полтора раза. Соответствующие инвестиции окупаются в интервале 6–8 лет при стабильном индексе доходности в диапазоне 0,5–0,7» (выделенное в кавычках — цитата из статьи И. Н. Ковалева и Ю. А. Табунщикова «Особенности оптимизации толщины утеплителя наружных стен зданий. Системные аспекты» [2]).
Качество поддержания микроклимата в отапливаемых помещениях МКД при проектировании системы отопления обеспечивается нормированием санитарно-гигиенических условий пребывания жителей в этих помещениях в соответствии с СП 60.13330.2016. Эти условия включают «обеспечение расчетной температуры воздуха в жилых помещениях по ГОСТ 30494 в холодный период года 20 °С как минимальную из оптимальных температур». Вентиляционный воздухообмен в квартирах нормируется в зависимости от заселенности (табл. И.1 СП 60): «при общей площади квартир на одного человека менее 20 м2 — 3 м3/ч наружного воздуха на 1 м2 жилой площади квартиры, а более 20 м2 в квартирах с естественным проветриванием — 30 м3/ч наружного воздуха на человека, но не менее 0,35 воздухообмена в час, определяемого по общему объему квартиры».
Причем эти параметры микроклимата обоснованы гигиенистами, многолетним опытом применения, соответствуют международным нормам и не должны подвергаться изменениям в задании на проектирование. При проектировании домов премиум-класса возможно повышение в них по сравнению с муниципальными домами общей площади квартир на человека, увеличение высоты этажа, применение каких-то излишеств в отделке, но санитарно-гигиенические нормы остаются для всех многоквартирных домов одинаковыми, так как они установлены врачами-гигиенистами и не зависят от толщины кошелька предполагаемых жителей. Увеличение воздухообмена в квартирах или повышение расчетной температуры внутреннего воздуха приводит к увеличению расхода тепловой энергии на отопление, а соответственно к сжиганию большего количества топлива и росту выбросов СО2, что нарушает принятые страной экологические обязательства перед мировым сообществом. В конце концов не обязательно в холодный период года разгуливать в квартире в одних трусах или из-за излишней жары в квартире жаловаться, что нечем дышать.
Оценка заложенного в проекте жилого дома воздухообмена в квартире и расчетных теплопотерь, по которым подбираются отопительные приборы
Проследим, как выполняются данные требования при проектировании МКД, например, в городах Москве и Волгограде. Так, в статье [3] приводится описание технических решений проекта вентиляции 6-этажного 21-квартирного жилого дома премиум-класса, сооружаемого в г. Москва, и заявлено, что максимальный воздухообмен в холодный период года принят не менее однократного объема квартиры в час. Зачем так завышается воздухообмен, ведь такое количество воздуха надо нагреть, какая же будет энергоэффективность такого здания? При примерно одинаковых долях трансмиссионных теплопотерь с базовым уровнем теплозащиты наружной оболочки здания и на нагрев наружного приточного воздуха в объеме нормативного воздухообмена увеличение воздухообмена примерно в 3 раза (1/0,35 = 2,85) приведет к увеличению расчетных теплопотерь в 2 раза [(1+1·3)/(1+1) = 2]!
Далее там же записано, что в проекте предусмотрено авторегулирование приточной вентиляции в квартирах по потребности, которое означает, что при отсутствии жителей воздухообмен снижается по датчику СО2 — параметру, характеризующему присутствие людей в квартире, до «минимального значения, равного расходу вытяжного воздуха из грязных помещений». Но, согласно СП 60.13330, это не минимальный объем приточного воздуха, а нормативный. Вентиляция по потребности означает, что при отсутствии жителей воздухообмен снижается ниже нормативного значения по вытяжке (жителей же в квартире нет), но не менее обмена в 0,35 объема квартиры в час, который и является минимальным при вентиляции по потребности. Причем при заселенности, когда нормируемый минимальный воздухообмен ограничивается 0,35 ч-1, вентиляция по потребности не может быть осуществлена, потому что преобладающей вредностью в окружающем воздухе не является СО2. Такое наступает исходя из равенства: 30·n = 0,35·Акв·h, откуда Акв /n = 85,7/h (где n — количество жителей в квартире; Акв — общая площадь квартиры без летних помещений; h — высота этажа от пола до потолка). Исходя из этого равенства при стандартной высоте этажа h = 2,7 м вентиляция по потребности не может быть реализована при заселенности Акв /n ≥ 31,7 м2 на чел., при h = 3,5 м — Акв /n ≥ 24,5 м2/чел. Напомним, что в рассматриваемом доме заселенность квартир составляет 45 м2 на чел. и авторегулирование вентиляции по потребности не может быть реализовано.
В отношении расчетной температуры внутреннего воздуха в помещениях квартир в проекте записано, что в холодный период года эта температура составляет 18–24 °С? В жилых комнатах (исключая угловые помещения) принята расчетная температура воздуха 21°С. Но по СП 60.13330 она должна быть 20 °С! На такую же температуру должны рассчитываться теплопотери ванных комнат, повышение температуры внутреннего воздуха до 25 °С обеспечивается полотенцесушителем, подключенным к системе централизованного горячего водоснабжения.
Традиционно в соответствии со СНиП и СП «Отопление, вентиляция и кондиционирование» расчет теплопотерь жилых зданий выполняется с учетом бытовых тепловыделений в квартирах и нагрева наружного воздуха для вентиляции системой отопления. Как следует из [2, 3], можно предположить, что особенность проекта рассматриваемого жилого дома премиум-класса заключается в том, что при расчете теплопотерь и определении площади поверхности нагрева отопительных приборов внутренние теплопоступления в квартирах от жителей и их жизнедеятельности, освещения и системы горячего водоснабжения не учитываются, а нагрев воздуха для вентиляции квартир обеспечивается за счет приточных квартирных установок механической вентиляции, оборудованных электрокалориферами. В квартирах площадью более 250 м2 применялись приточно-вытяжные установки с рекуперацией теплоты вытяжного воздуха производительностью по воздуху более 700 м3/ч. Таких квартир в доме было 3, остальные 18 квартир были без рекуператоров.
Ознакомиться с проектом отопления и вентиляции, несмотря на обращение к авторам статьи [3], не представилось возможным, поэтому оценим, исходя из каких условий выполнялся расчет системы отопления рассматриваемого дома, по выкопировке части плана 2-го этажа в [4], где приводятся покомнатно итоговые величины расчетных теплопотерь помещений (для подбора площади поверхности нагрева отопительных приборов) для 2 квартир: одной общей площадью Акв = 142,2 м2 (жилая площадь Аж = 63,8 м2, их отношение составляет 63,8/142,2 = 0,45) и другой — общей площадью Акв = 153,4 м2 (жилая площадь Аж = 69,7 м2, их отношение составляет также 69,7/153,4 = 0,45).
Для установления принятой в проекте методики расчета, определим для условий г. Москвы расчетный расход тепловой энергии на отопление помещений типовой 3-комнатной квартиры общей площадью Акв = 142,2 м2 жилого дома премиум-класса по Всеволожскому пер., влад. 5. Исходные данные: заселенность квартиры при количестве жителей n = 3 чел. Акв /n = 142,2/3 = 47 м2/чел.; нормируемый минимальный воздухообмен в квартире при такой заселенности и высоте этажа h = 3,45 м: Lвент.тр = 0,35·Акв·h = 0,35·142,2·3,45 = 172 м3/ч; принятый в проекте воздухообмен (однократный от объема квартиры в час) Lвент.пр = 1,0·142,2·3,45 = 490 м3/ч; удельная величина бытовых теплопоступлений при заселенности более 45 м2/чел. qбыт = 10 Вт/м2 жилой площади квартиры; приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен Rст.пр = 3,16 м2·оС/Вт при нормируемом базовом значении (для ГСОП Москвы = 4551 оС·сут.) Rст.тр = 3,0 м2·оС/Вт; приведенное сопротивление теплопередаче окон в квартирах — 2-камерный стеклопакет СПД 4М1-12-4М1-12-4М1 в одинарном деревянном переплете Rок.пр = 0,54 м2.оС/Вт, при нормируемом базовом значении Rок.тр = 0,49 м2.оС/Вт; расчетная температура воздуха в помещениях жилых комнат tв = 20 оС, кухне 18 оС, ванных 20 оС (до 25 оС догрев осуществляется полотенцесушителем), в угловых помещениях температура повышается на 2 оС, полуугловых (на половину длины наружной стены) на 1 оС; расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления tн.р = -25 оС.
Таблица 1. Определение трансмиссионных теплопотерь покомнатно и в целом по квартире
Примечания.
1. Геометрические размеры помещений квартиры приняты по выкопировке плана 2-го этажа из [4];
2. В графу коэффициента теплопередачи окон внесена разность коэффициентов теплопередачи окна и стены: Кто – Кнс = 1/0,54 – 1/3,16 = 1,85 – 0,32 = 1,53 Вт/(м2.оС), поскольку площадь стены принимается с окном;
3. В соответствии с табл. В.3 стандарта СТО НОП 2.01-2014 [5], 2-камерные стеклопакеты представлены следующими характеристиками:
— двухкамерный стеклопакет (межстекольное расстояние 12 мм) из стекла обычного СПД 4М1-12-4М1-12-4М1 в одинарном деревянном или ПВХ-переплете Rок = 0,54 м2.оС/Вт, а в алюминиевом переплете — Rок = 0,45 м2.оС/Вт;
— то же с мягким селективным покрытием (I-стекло*) внутреннего стекла СПД 4М1-12-4М1-12-4И*, соответственно 0,68 и 0,55 м2.оС/Вт;
— то же СПД 4М1-12Ar-4М1-12Ar-4И* (с заполнением аргоном) — соответственно 0,75 и 0,59 м2.оС/Вт.
Поскольку в проекте раздела энергоэффективность не указано покрытие стекол и заполнение межстекольного пространства, принимаем окна из обычного стекла без заполнения камер по 1-му варианту.
Потребность в теплоте на нагревание вентиляционной нормы наружного воздуха в квартире определяется по формуле (Б.15) из [5] для 2 вариантов воздухообмена: нормативном и принятом в проекте.
Величина бытовых теплопоступлений определяется по формуле:
Qбыт = qбыт · Аж = 10·63,8 = 638 Вт.
Итого, теплопотери на нагрев вентиляционной нормы наружного воздуха в целом на квартиру с учетом бытовых теплопоступлений составят при воздухообмене 0,35ч-1: Qинф-быт тр= 2616 – 638 = 1978 Вт, а при однократном воздухообмене: Qинф-быт пр= 7453 – 638 = 6815 Вт. При посемейном заселении они распределяются по помещениям пропорционально их площади пола: для помещения 5.9, в долях от суммарной площади помещений представленных в вышеприведенной таблице (Аж + Акух + А1ванна + А2ванна = 63,8 + 21,8 + 8,6 + 8,2) = 102,4 м,будет — 8,6/102,4 = 0,084; помещения 5.8 — 17,6/102,4 = 0,172; помещения 5.7 — 8,2/102,4 = 0,08; помещения 5.6 — 20,5/102,4 = 0,20; помещения 5.3 — 21,8/102,4 = 0,213; помещения 5.2 — 25,7/102,4 = 0,251.
Суммарные теплопотери помещений квартиры, по которым должна подбираться площадь поверхности нагрева отопительных приборов, указанные на выкопировке из плана 2-го этажа рассматриваемого дома в [4], оказались в 9900/6925 = 1,43 раза выше требуемого, определенного исходя из приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен Rст.пр = 3,16 м2·оС/Вт, окон Rок.пр = 0,54 м2.оС/Вт, удельной величины бытовых теплопоступлений qбыт = 10 Вт/м2 жилой площади квартиры и вентиляционного воздухообмена 0,35 ч-1 от объема квартиры. Это означает, что в проекте при расчете отопительных приборов принимался воздухообмен выше нормативного более чем в 2 раза (при однократном воздухообмене расчетные суммарные теплопотери квартиры за вычетом бытовых теплопоступлений составили 11 762 Вт). Таким образом, в системе отопления сложился запас мощности Кзап = 1,43, и для предотвращения перегрева отапливаемых помещений должны быть пересчитаны расчетные параметры теплоносителя, циркулирующего в системе отопления.
Таблица 2. Определение расчетных теплопотерь помещений квартиры, по которым определяется площадь поверхности нагрева отопительных приборов при коэффициенте запаса β2 =1,0
Оценка энергетической эффективности проекта жилого дома премиум-класса
Проанализируем энергоэффективность дома в целом, используя данные соответствующего раздела, выполненного в проекте по методике, изложенной в разделе 10 СП 50.13330.2012, хотя в Постановлении Правительства РФ от 26.12.2014 № 1521 этот раздел был исключен из перечня обязательных требований этого СП, как не отвечающий требованиям постановления Правительства РФ от 25.11.2011 № 18 о повышении энергоэффективности зданий и из-за ошибок в пересчете удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий в удельную тепловую характеристику этого расхода.
Согласно расчетам удельная теплозащитная характеристика здания составила Коб = 0,119 Вт/(м3·°С), удельная вентиляционная характеристика при заданном воздухообмене в квартирах 0,35 ч-1 составила Квент = 0,101 Вт/(м3·°С). Удельная характеристика бытовых теплопоступлений завышена в 3,7 раза из-за того, что при заселенности квартир более 45 м2/чел. удельную величину бытовых теплопоступлений следует принимать qбыт = 10 Вт/м2 жилой площади квартиры, а не 17 Вт/м2, как в проекте, и жилая площадь составляет не 3276 м2 (это общая площадь квартир Акв), а жилая согласно предыдущим расчетам будет Аж = 0,45·Акв = 0,45·3276 = 1474 м2. Поэтому:
При этом расчетная удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания в соответствии с формулой Г.1 СП 50 будет:
= [0,119+0,101 – (0,016+0,046)·0,788 · 0,95]·(1 – 0,1)·1,07 = 0,167 Вт/(м3·°С), а не 0,063 Вт/(м3·°С), как в проекте.
Тогда отклонение полученной расчетной удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания будет меньше базового по СП 50 значения 0,336 Вт/(м3·°С) на: (0,167 – 0,336)·100/0,336 = -50% — это означает, что проектная энергоэффективность здания в 1,5 раза выше по сравнению с базовым значением, рассчитанным на базовые показатели сопротивления теплопередаче наружных ограждений, — в этом ошибка СП 50.13330, на которую мы обращали внимание авторов СП 50 еще на стадии рассмотрения проекта этого СП. Требование Постановления Правительства РФ № 603 от 20 мая 2017 года, развивающее постановление № 18 о повышении энергоэффективности на 50% в 2028 году, уже выполнено сейчас при наружных ограждениях, нормируемых еще в 2000 году. Конечно, зачем при этом их повышать, как это было трижды реализовано европейцами?
По нашим расчетам, выполненным по стандарту СТО НОП 2.01-2014 [5], в основу которого положен СНиП 23.02.2003 «Тепловая защита зданий», расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию наземной части дома (Акв = 3276 м2, Аж = 1474 м2, Аобщ = 200 м2, при воздухообмене в квартирах 0,35 ч-1 и qбыт = 10 Вт/м2 жилой площади, остальные исходные данные — те же, что для расчета квартиры) за тот же отопительный период равен:
Удельная величина этого расхода — qот.год = Qот.год.тр/Акв+общ= 327 900/(3276+200) = 94,3 кВт·ч/м2, что не многим отличается от базового расхода по приказу Минстроя РФ № 399 от 06.06.2016 — 101 кВт·ч/м2. Отклонение составляет (94,3 – 101)·100/101 = -6,6%, что соответствует только нормальному классу энергоэффективности D, а не высочайшему А+, как в проекте! При однократном воздухообмене удельная величина этого расхода составит 169,5 кВт·ч/м2 и класс энергоэффективности будет наинизший [(169,5 –101)·100/101 = +68%].
Возвращение Минстроя к расчету энергоэффективности по СНиП 23-02-2003
Приведенное выше еще раз доказывает правильность наших расчетов по сравнению с рекомендациями раздела 10 и приложения Г СП 50.13330. Окончательное подтверждение этого на федеральном уровне изложено в ответе заместителя директора Департамента ЖКХ Минстроя России от 12.10.2018 № 41653-ОО/04 на запрос Департамента градостроительной политики г. Москвы, как определять отапливаемый объем помещений МКД, который в приказе Минстроя РФ от 17 ноября 2017 г. №1550/пр используется при расчете удельного годового расхода энергетических ресурсов, потребляемых на стадии проектирования всех типов зданий, в том числе и МКД. В этом письме указано, что «к отапливаемому объему помещений здания относится объем, определяемый через умножение высоты помещений на общую площадь квартир и полезную площадь нежилых помещений МКД», а не как записано в п. 10.1 СП 50.13330.2012 «к отапливаемому объему здания», который, согласно п. 10 Приложения Б того же СП, «ограничен внутренними поверхностями наружных ограждений здания» и включает помимо объема квартир объемы лестнично-лифтовых узлов с межквартирными коридорами и объемы внутренних стен и перекрытий.
Поэтому, при переходе к размерности показателя удельного годового расхода энергетических ресурсов в кВт·ч/м2, как принято по европейским нормам и в ГОСТ 31427-2010 «Здания жилые и общественные. Состав показателей энергоэффективности», следует годовой расход потребляемых энергетических ресурсов при проектировании МКД делить на суммарную площадь квартир и полезную площадь нежилых помещений (при их наличии), которая получается от деления отапливаемого объема помещений на их высоту. Тогда в приказе Минстроя России № 1550 (где ранее пунктами 4 и 5 Правил выполнение требований энергетической эффективности при проектировании МКД обеспечивалось путем достижения значения удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию, отнесенного на 1 м3 отапливаемого объема помещений) не остается различий в определении удельного годового расхода энергетических ресурсов, который, согласно постановлению Правительства РФ от 25.11.2011 № 18, «является показателем энергетической эффективности при проектировании, экспертизе, строительстве, вводе в эксплуатацию и в процессе эксплуатации построенных, реконструированных или прошедших капитальный ремонт отапливаемых зданий» (п. 2 Правил).
Следовательно,при проектировании зданий, как и при эксплуатации существующих оценивать их энергетическую эффективность необходимо по удельному годовому расходу энергетических ресурсов, отнесенных к площади квартир и полезной площади нежилых помещений МКД или полезной площади помещений общественных зданий, то есть как сформулировано в СНиП 23-02-2003.
Продолжение статьи читайте в следующем номере журнала.
Литература
1. О. Сеппанен. Требования к энергоэффективности зданий в странах ЕС. «Энергосбережение» № 7-2010.
2. Ковалев И. Н., Табунщиков Ю. А. Особенности оптимизации толщины утеплителя наружных стен зданий. Системные аспекты. «Энергосбережение», № 8-2017.
3. Агафонова И. А., Милованов А. Ю., Шилкин Н. В. Многоэтажный жилой дом премиум-класса с гибридной вентиляцией. «АВОК», № 3-2019.
4. Агафонова И. А., Милованов А. Ю., Шилкин Н. В. Инженерные системы многоэтажного жилого дома премиум-класса. «АВОК», № 4-2019.
5. Стандарт организации СТО НОП 2.01-2014 «Требования к содержанию и расчету показателей энергетического паспорта проекта жилого и общественного здания». Издание Национального объединения проектировщиков. Москва 2014, с. 188.
Известно [1], что аэродинамические характеристики свободных радиальных колес с лопатками, загнутыми назад, незначительно отличаются от характеристик тех же колес внутри спиральных корпусов. Неслучайно на базе этих колес созданы модели высокоэффективных канальных прямоточных вентиляторов в квадратных и прямоугольных корпусах [2]. У свободных колес с лопатками, загнутыми вперед, разница в характеристиках с колесами в спиральных корпусах достигает таких величин, которые не имеют внятного объяснения на основе общепринятых представлений о воздействии спирального корпуса [2, 3]. Просто постулируется, что колеса с лопатками, загнутыми вперед, работают только в спиральных корпусах. Здесь предпринята попытка дать объяснение этому феномену.
Назначение спирального корпуса (улитки) обычно ограничивают двумя функциями [2, 3]. Во-первых, это сборная камера потока из колеса для вывода его в нагнетательный патрубок. Во-вторых, улитка — диффузор, частично преобразующий динамическое давление в статическое. Исходя из этих функций — собрать и преобразовать, улитке отводится относительно пассивная роль, тогда как активность колеса, подача в улитку требуемых субстанций: расхода воздуха, статического и динамического давления — выходит на первое место.
Попытка продвижения в направлении активности колеса как такового приводит к противоречию. У колес с лопатками, загнутыми назад, аэродинамические характеристики относительно слабо зависят от переноса колеса в спиральный корпус [1]. Поэтому, устанавливая колесо в улитку, мы легко предсказываем характеристики вентилятора. Зато у колес с лопатками, загнутыми вперед, мы не имеем возможности даже оценить характеристику вентилятора по характеристике свободного колеса из-за их радикального расхождения. Это наводит на мысль, что улитка не настолько пассивна, как может показаться на первый взгляд. Она не только собирает и преобразовывает субстанции, выходящие из колеса, но может прямо воздействовать на формирование потока в колесе, обеспечивающего выход этих субстанций.
Для иллюстрации сказанного на рис. 1 приведена обработка характеристик нескольких вентиляторов и их свободных колес с лопатками, загнутыми вперед (табл. 1). В качестве параметра, характеризующего вентилятор или свободное колесо как некую цельность, выбрана среднеинтегральная по коэффициенту расхода безразмерная аэродинамическая мощность повышения статического давления
φ
νs = (1/φ)∫ (φ ψs)dφ. (1)
0
Расчет для вентиляторов νs(У) и свободных колес νs(СК) проведен до наибольшего значения коэффициента расхода по графикам [1, 4]. На рис. 1 отложены отношения
νs(СК)/ νs(У) в зависимости от густоты решетки τ (она же — гидравлическая длина межлопаточного канала). В логарифмических координатах точки хорошо укладываются на прямую. С ростом гидравлической длины канала отношение νs(СК)/ νs(У) приближается к единице, что свидетельствует о сближении полей характеристик свободного колеса с колесом в улитке. Напротив, при укорочении канала (самый короткий у Ц14-46) поле характеристик свободного колеса убывает до исчезающих величин.
Все это укрепляет идею воздействия улитки на течение в колесе с лопатками, загнутыми вперед. Что же происходит с колесом, лишенным такого воздействия, т. е. свободным колесом?
Рассмотрение теоретических треугольников скоростей у колес с лопатками, загнутыми вперед, показывает, что приращение статического давления тем меньше, а приращение кинетической энергии (динамики) тем больше, чем короче межлопаточный канал и больше угол β2. Вентилятор Ц14-46 с самым гидравлически коротким каналом имеет наибольшую разницу в полной и статической характеристиках. Теоретически любое колесо такого типа превращается в генератор динамики со специфической структурой — выходящий поток вращается быстрее колеса (см., например, [8], где показано, что c̅u3 = 1,2 – 1,5).
Можно предположить, что, стоит убрать улитку, и вращение потока около колеса «разлетится», увлекая за собой внутриканальные структуры и переводя колесо в тривиальный источник закрученной веерной относительно вялой струи. При этом исторгаемые колесом массы будут стремиться пройти через межлопаточные каналы по наикратчайшей траектории с углами выхода, сильно отклоняющимися от углов β2. Опытные данные по углам выхода потока из свободного колеса представлены в [4, 5]. В [4] исследованы четыре колеса с лопатками, загнутыми назад, два колеса с лопатками вперед и одно с радиальными лопатками. Измерения в относительном движении показали, что отклонение угла выхода потока от угла лопатки (Δβ2) лежит в пределах 6–100 на нормальных режимах у колес с лопатками назад и может превысить 400 у колес с лопатками вперед. В [5] исследованы модельные колеса с узким выходом на основе модели вентилятора М-61. Варианты с лопатками, загнутыми вперед, приведены в табл. 1. Зафиксированное отклонение потока лежит в диапазоне 28–560.
Ограниченность экспериментального материала позволяет лишь наметить тенденции к возрастанию угла отклонения с уменьшением гидравлической длины канала (см. рис. 2). Для узких колес типа М-61 [5] эта зависимость достаточно пологая (лишь одна опытная точка для колеса с углом β2 = 1700 по непонятным причинам резко выпадает). У относительно широких колес [4] зависимость значительно более крутая. Линейная экстраполяция этой зависимости на широкое колесо Ц14-46 с τ = 1,2 дает оценку величине Δβ2 ≈ 800. При β2 = 1650 у колеса Ц14-46 получается β2′ = 850, что означает практически радиальный выход потока в относительном движении. Такая деформация кинематической картины возможна только при наличии развитых отрывных течений внутри каналов колеса. Скорее всего, масштаб вихревых зон, примыкающих к обеим сторонам лопатки, столь значителен, что они формируют почти радиальное протекание потока через канал в относительном движении. Массы, циркулирующие в вихревых зонах, образуют возвратные затекающие потоки в каждый канал. Загромождение проходного сечения канала вихревыми зонами катастрофически снижает эффективный расход. При этом фактический расход воздуха через свободное колесо уменьшается далеко не так сильно, как эффективный. Тем не менее падает радиальная составляющая абсолютной скорости. Тангенциальная составляющая приближается к окружной скорости, и коэффициент полного давления опускается до теоретического предела ψ = 2, а коэффициент статического давления опускается ниже единицы. Вектор абсолютной скорости направлен почти по касательной к колесу.
Вращательное движение быстро затухает в тонком слое вокруг колеса, образуя, как было сказано, вялую веерную струю. Такое малорасходное отслоение резко закрученных масс может играть роль наружной защитной смазки для замкнутых циркуляционных зон, угнездившихся в колесе. Можно предположить, что циркуляционные зоны в межлопаточных каналах свободного колеса — хаотичные, короткоживущие, быстро сменяющие друг друга образования. В этом смысле аэродинамика свободного колеса в целом есть хорошо организованная хаотичная диссипирующая структура, имеющая шокирующие последствия: мощность на валу свободного колеса практически равна мощности колеса внутри улитки. Это означает, что свободное колесо Ц14-46 превращается в эффективный гидродинамический нагреватель (диссипация 95% энергии) [3].
Возвращаясь к активации колеса улиткой, следует вспомнить, что еще 80 лет назад на основе исследования работы вентиляторов типа Сирокко и дутьевого (лопатки, загнутые вперед, широкое колесо, гидравлически короткие каналы) в [6] были сделаны выводы о необходимости учитывать влияние распределения давления в кожухе на работу отдельных и параллельных межлопаточных каналов, «имея в виду… чрезвычайно усложняющее задачу обстоятельство, что само это распределение давлений в кожухе есть функция расхода воздуха через отдельные каналы» (выделено нами). Фактически была обнаружена способность улитки влиять на структуру течения в межлопаточных каналах колес барабанного типа.
Во многих последующих работах [4, 5, 7, 8] отмечалось обратное влияние безлопаточных диффузоров и улиток на работу колеса в системе «колесо — улитка». В частности, неоднократно упоминалось влияние размеров улитки на оптимальный режим работы колеса или появление неравномерности работы колеса по окружности при производительности, существенно меньшей, чем номинальная [7]. Однако нигде не рассматривалась возможность полной перестройки течения в колесе после переноса его в спиральный корпус. Прямые измерения в оптимальном спиральном корпусе вентилятора Ц10-51, сходного с Ц14-46, показали [8], что относительные величины тангенциальной скорости в спиральной камере вентилятора Ц10-51 вблизи выхода из колеса лежат в диапазоне от 1,2 до 1,5 против ~1 у свободного колеса. В принципе, это было прямое свидетельство сильного обратного влияния, полной перестройки течения, значительного увеличения угла выхода потока из колеса и вращения этого потока быстрее колеса. Однако автор [8] оставил полученную информацию без внимания.
Каков механизм активации колеса? Рассмотрим короткий период пуска колеса из состояния покоя. В нестационарном уравнении импульсов в Эйлеровом представлении, помимо обычных членов, присутствует слагаемое, характеризующее локальное изменение во времени количества движения внутри контрольной поверхности. Поскольку при пуске колеса основной действующей составляющей можно считать ударное нарастание массовой (центробежной) силы, то этому будет соответствовать такое же ударное изменение количества движения, или ускорение массы воздуха в межлопаточных каналах. Физически оправданно предположить, что возникнет импульсное практически безотрывное обтекание лопаток, выход потока из колеса с углом, близким к углу лопаток β2, и сформируется треугольник скоростей, характерный для колес с лопатками, загнутыми вперед, когда вращение истекающего потока опережает вращение колеса Cu2 > u2.
Дальнейшая судьба этой структуры зависит от конфигурации пространства, в котором развивается течение. Если мы имеем дело со свободным колесом, то ничто не помешает быстрой перестройке структуры внутри колеса в гидродинамический нагреватель (см. п. 3). Если колесо размещено в улитке, то упорядоченное изначально внутреннее течение будет удерживаться потоком в улитке, вращающимся быстрее колеса. Колесо, размещенное в корпусе другой конфигурации, в зависимости от соотношения между полной свободой и степенью и формой ограничения, получает большую или меньшую деформацию внутренней структуры. Например, колесо в квадратном корпусе, наподобие прямоточных вентиляторов (испытания автора), практически не улучшили характеристику свободного колеса. Вращающийся со скоростью колеса радиальный безлопаточный диффузор несколько улучшает характеристики [3]. Если бы такой диффузор вращался быстрее колеса, то характеристики были бы еще лучше.
Что физически происходит при взаимодействии колеса с вращающимся быстрее его потоком? Во-первых, несмотря на постоянную подпитку из колеса вращающегося потока, его можно рассматривать как независимую составляющую. Как всякая вращающаяся гидродинамическая структура, он становится некоей цельностью. В данном случае поток в улитке представляет собой потенциальный вихреисточник. Во-вторых, улитка с вращающимся потоком расположена ниже по течению по отношению к колесу, и это означает, что от вращающегося потока вверх по течению уходят импульсы давления (информация) для согласования характеристик набегающего потока (в данном случае потока, вытекающего из колеса) с предстоящим вхождением его во вращающийся поток. В системе «колесо — улитка» эта информация не только не препятствует организованной аэродинамике в колесе, но активно стимулирует ее, и поток в колесе не перестраивается в радиальную форму выхлопа в относительном движении, характерную для свободного колеса. Допустим, в силу какого-либо случайного воздействия, при прочих неизменных условиях, нарушилась структура течения в колесе и расход уменьшился на небольшую величину. Для простоты будем считать, что это изменение произошло осесимметрично и привело к уменьшению угла выхода потока и относительной скорости. Неизбежно упадет полное давление. Но самое главное состоит в том, что если вращающийся поток, как самостоятельная сущность, перестает получать от своего источника требуемое пополнение расхода, то локальная «недостача» массы немедленно оборачивается разностью давлений между вращающимся потоком и источником и компенсируется поступлением от восстановленной структуры течения в колесе.
В заключение для объяснения феномена активации колеса улиткой проделаем следующий мысленный эксперимент. Представим себе, что свободно работающее колесо с соответствующими характеристиками мгновенно перемещается в улитку. В начальный момент истечение по всему периметру соответствует режиму свободного колеса: вектор относительной скорости направлен под углом почти 900 к касательной, относительная тангенциальная скорость близка к единице, малость меридиональной составляющей (расхода) делает вектор абсолютной скорости практически совпадающим с касательной. Как отмечено в п. 3, острозакрученное истечение (но с вращением не быстрее колеса) затухает в тонком слое, формируя раскручивающуюся веерную струю. Однако спиральное нарастание по периметру пространства для развития струи нарушает симметрию. Прежде всего в области начала языка возникает «первое» торможение расширению и раскручиванию веерной струи. В этот же момент межлопаточные каналы, которые оказались источниками истечения в области начала языка, получают информацию от заторможенных масс (импульсы давления вверх по потоку) о наличии препятствия на пути расширения и раскручивания струи. Расшифровывая информацию, переносимую импульсами давления, можно утверждать, что свободное расширение и раскрутка веерной струи, обеспечиваемые структурой потока в колесе, больше не могут иметь места, поскольку не согласуются с ограничением спиральной стенки. Согласование контакта набегающих масс со спиральной стенкой (в нашем понимании снижение ударных потерь энергии) должно быть направлено в сторону увеличения закрутки потока при вхождении его в контакт со спиральной стенкой. Другими словами, веерная струя в спиральном пространстве улитки должна перестраиваться в структуру потенциального вихреисточника. Это «информационное пожелание» может быть реализовано только одним способом — увеличением абсолютной скорости потока на выходе, т. е. увеличением расхода путем подавления циркуляционных зон в межлопаточных каналах с увеличением угла выхода в относительном движении. Такую информацию получают не только первые из упомянутых каналы. Поскольку поток за колесом в области начала языка движется пока еще медленнее, чем вращается колесо, то эта информация попадает и в последующие межлопаточные каналы. Через промежуток времени, соответствующий одному обороту колеса, все каналы получат эту информацию, причем достаточно быстро она начнет поступать не только из области начала языка, но и из всех точек спиральной стенки. Произойдет требуемая перестройка течения в межлопаточных каналах, способствующая активной замене веерной струи в улитке на структуру, питающую потенциальный вихреисточник.
Проведенный мысленный эксперимент не следует интерпретировать как подведение явления неживой природы под законы информационного обмена и реагирования, действующие в живых организмах. Система «колесо с лопатками вперед — улитка» — достаточно сложный в своей нелинейности объект, допускающий приложение общих законов функционирования.
Выводы
1. При резком разгоне колеса с лопатками, загнутыми вперед, импульсно формируется внутренняя аэродинамическая структура с параметрами, близкими к теоретическому треугольнику скоростей.
2. В свободном колесе после пуска течение перестраивается в хаотичную диссипирующую структуру с исчезающими выходными параметрами, рассеивающую мощность, практически равную мощности колеса внутри улитки. Свободное колесо Ц14-46 превращается в тривиальный гидродинамический нагреватель.
3. Основным воздействием спирального корпуса при резком разгоне колеса становится принудительное удержание импульсно организованной структуры в колесе, согласованно питающей вращающийся в улитке быстрее колеса поток (потенциальный вихреисточник).
4. Воздействие спирального корпуса на перенос в него свободного колеса с характерной для него структурой выражается в перестройке внутреннего течения в колесе в структуру, обеспечивающую формирование потенциального вихреисточника в самой улитке.
5. В отличие от колес с лопатками, загнутыми назад, в рассматриваемом случае улитка в очень малой степени способствует переходу динамического давления в статическое.
Литература
1. Соломахова Т. С., Чебышева К. В. Центробежные вентиляторы. Справочник. М.: Машиностроение.1980.
2. Караджи В. Г., Московко Ю. Г. Вентиляционное оборудование. Технические рекомендации для проектировщиков и монтажников — М.: АВОК-ПРЕСС, 2010. — 432 с.
3. Соломахова Т. С. Радиальные вентиляторы: Аэродинамика и акустика / Т. С. Соломахова; Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского. — М.: Наука, 2015, — 460 с.
4. Локшин И. Л. Исследование потока за колесами центробежных вентиляторов в относительном движении // Промышленная аэродинамика. Сборник № 12. Вентиляторы и воздухопроводы. М.: Гос. изд. оборонной промышленности. 1959.
5. Локшин И. Л. Применение результатов испытаний вращающихся круговых решеток к аэродинамическому расчету колес центробежных вентиляторов / Промышленная аэродинамика. Выпуск № 25. Вентиляторы. М.: Оборонгиз. 1963.
6. Поликовский В. И., Абрамович Г. Н. Экспериментальная проверка основных допущений расчета спиральных кожухов центробежных нагнетателей и вентиляторов // Труды ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского. Вып. 328. М.: Изд. ЦАГИ. 1937.
7. Бычков А. Г. Общие закономерности изменения аэродинамических характеристик центробежных машин со спиральными кожухами // Промышленная аэродинамика. Сборник № 10. Вентиляторы и воздуховоды. М.: Гос. издательство оборонной промышленности. 1958.
8. Коваленко В. М. О работе спиральных кожухов центробежных вентиляторов // Промышленная аэродинамика. Выпуск № 17. Вентиляторы. М.: Оборонгиз. 1960.
… Будущее наступило
Применяя APPLICA, оператор получает возможность беспроводного подключения к системе управления, что существенно упрощает задачу обслуживания инженерных систем — теперь пользователю, в большинстве случаев, нет необходимости находиться в непосредственной близости от контроллера, что особенно важно в случае расположения оборудования в труднодоступных местах.
Пользователи смартфонов с наслаждением обмениваются бесконечным количеством фотографий, видеороликов, ссылками на ресурсы в Интернете. APPLICA поставила функцию «Поделиться» на службу специалистов сервиса инженерных систем зданий и конечных пользователей, которые могут отправить коллеге или специалисту более высокого уровня готовый файл с полным набором параметров системы или список тревог системы для анализа и выдачи рекомендаций по дополнительной настройке. Более того, коллега таким же путем может поделиться с сервисным инженером файлом конфигурации с обновленными значениями параметров, который тут же может быть загружен в контроллер через APPLICA. Очевидно, что при таком тесном взаимодействии специалистов, которое предоставляет APPLICA, решение вопросов обслуживания оборудования становится гораздо менее затратным — как в плане времени, так и в плане стоимости командировок по объектам.
Казалось бы, такая продвинутая технология должна быть доступна преимущественно для систем автоматизации сложного и дорогостоящего оборудования, однако компания CAREL расставила приоритеты иначе — поддержка APPLICA интегрирована даже в параметрические контроллеры семейств MPXone и HEEZ, предназначенных для простейших прилавков для супермаркетов, а также в контроллеры uChiller для небольших холодильных установок типовых конфигураций. Такое решение объясняется широким распространением такого оборудования, и, как следствие, множество специалистов сервисных служб смогут по достоинству оценить нововведения CAREL. В зависимости от модификации контроллеров такого типа они оснащаются только интерфейсом NFC или, в дополнение к NFC, еще Bluetooth. 
Влияние новых технологий на рынок автоматизации инженерных систем зданий еще предстоит оценить, но уже сейчас понятно, что мобильные приложения как интерфейс между человеком и автоматикой порождают новые бизнес-возможности как для производителей инженерного оборудования, так и для инжиниринговых компаний, предоставляющих услуги проектирования, монтажа, пусконаладки и сервисного обслуживания.
