А. С. Селиванов, старший преподаватель кафедры «Теплоэнергетика на железнодорожном транспорте» РУТ МИИТ
Рассмотрены проблемы износа систем водотеплоснабжения с учетом коррозионных характеристик водной среды и интенсивности ее накипеобразования на железнодорожных предприятиях РФ. Приведен опыт применения разработанного в РУТ МИИТ энергетического метода водоподготовки (ЭМВ) для улучшения качества воды и проведения экологичной антикоррозионной и антиадгезионной обработки систем водотеплоснабжения. Проанализированы возможности метода для снижения электрохимической, биомикрологической, межкристаллитной коррозии, а также продления ресурса эксплуатации и повышения энергоэффективности указанных систем.
1. Аспекты проблемы износа систем водотеплоснабжения и энергетический метод водоподготовки (ЭМВ) для ее решения.
В 2005–2006 гг. износ систем водотеплоснабжения в России составлял, по литературным данным, 60–70% [1] при критическом износе 30%. К 2010 году при сохранении этой тенденции ожидался выход из строя 2/3 всех существующих трубопроводов. О том, что происходит на сегодняшний день, можно судить по официальным данным, например, в Тульской области.
Износ сетей в ней составляет 85–89%. 80% труб не менялись десятилетиями. Отсутствие водоподготовки, превышение ПДК по железу, жесткости, сухому остатку, стабильному стронцию. Более 43% жителей области не получают воду надлежащего качества. К этому стоит добавить загрязнение воздуха, в том числе и объектами теплоэнергетики.
Эти проблемы пытаются решить в рамках государственных программ путем замены трубопроводов и оборудования на новые, в том числе активно применяя пластик. Но при этом коррозионность и интенсивность накипеобразования используемой водной среды останутся прежними, т. е. превышающими нормативные показатели.
Распространяя наши технологии практически по всей стране, в частности, на котлах, тепловых сетях, водопроводах, системах водотеплоснабжения и калориферных ветвях внутрироссийских и международных вагонов (рис. 1–2), мы убедились в вышесказанном.
Так, скорость коррозии на некоторых объектах превышала аварийные значения (0,2 мм в год) в 1,3–8,0 раза (рис. 3), интенсивность накипеобразование — в 2–6 раз (рис. 4). Толщина отложений варьировалась от 2 до 12 и более мм.
Рис. 3. Данные по коррозионной агрессивности воды в водозаборах ремонтных предприятий ОАО «ФПК» в регионах России
Рис. 4. Данные по интенсивности накипеобразования воды в водозаборах ремонтных предприятий ОАО «ФПК» в регионах России
В связи с этим любая замена трубопроводов и оборудования без проведения антикоррозионной и антиадгезионной обработки водной среды будет вряд ли эффективна, да и средств на выполнение всего колоссального объема работ вряд ли хватит.
Пластик, по мнению японских инженеров, имеющих большой опыт по его применению, будет в 3–3,5 раза дороже стали [2]. Стоимость оценивается соотношением стоимости одного килограмма материала к величине его удельной прочности. Характерный вид разрушений пластмассовых конструкций представлен на рис. 5. Некоторые сравнительные характеристики трубопроводов из черных металлов и пластика — в табл. 1.
Рис. 5. Образование «отдулин» (указано стрелкой) на поверхности трубопроводов после двух лет эксплуатации. На этом месте произойдет разрушение конструкции
Таблица 1. Некоторые сравнительные характеристики трубопроводов из черных металлов и пластмассы
ПараметрыМатериал
Отношение стоимости 1 кг материала к его удельной прочности [2], йены
Интенсивность биообрастаний [3],мг/см2 /100 час
Стойкость материала к хлорированию
Экологическая безопасность материала
Черный металл
0,9
40±3,0
Стоек
Инертен
Пластмасса
3,5
25±5,0
Не стоек
Может выделять вредные вещества
Обращает на себя внимание довольно высокая интенсивность биообрастания пластика [3]. Работая с пластмассовыми конструкциями, мы столкнулись и с биокоррозией, когда вследствие жизнедеятельности железистых бактерий (типа gallionella) в воде резко увеличивается содержание железа. Обработка нами пластиковых трубопроводов с применением ЭМВ показала, что рН после обработки возрастает более 7,0, а остаточное железо с 2,14 уменьшается до 0,03 мг/л в течение года.
Таким образом, для решения проблемы износа сетей и оборудования необходимо уменьшить коррозионность и интенсивность накипеобразования и продлить ресурс стальных и чугунных труб, опираясь на перспективные отечественные технологии.
В 90-х годах прошлого века учеными-железнодорожниками разработан и внедрен на территории России энергетический метод водоподготовки (ЭМВ) [4]. Суть метода состоит в введении в систему одним циклом на срок до 7 лет химически нейтральных составов, разрешенных для применения в питьевой воде и прошедших активацию в зависимости от состояния объекта (водно-химический режим — ВХР, коррозионность среды, степень износа). Электрическое поле природных веществ, входящих в составы, накладывается на двойной электрический слой границы фаз (жидкость — поверхность), меняя направленность физико-химических процессов на границе раздела. Указанные задачи выполняются экологично, с улучшением качества воды в рамках соблюдения санитарных норм без нарушения целостности материалов и превышения ПДК в сточных водах в рамках единой технологии. Обработано более 1000 км тепловых и водопроводных сетей, более 200 водяных и паровых котлов, систем водотеплоснабжения и калориферных ветвей 1500 пассажирских вагонов (рис. 6) внутрироссийского и международного сообщений, системы охлаждения дизелей локомотивов, судов и промышленного оборудования. Никаким другим образом качественно, с получением положительных экономических и экологических показателей, выполнить указанные задачи в рамках единой технологии не представляется возможным.
Рис. 6. Поточная обработка систем водотеплоснабжения пассажирских вагонов в эксплуатационном депо
С некоторыми результатами применения технологии можно познакомиться по материалам нашей статьи в журнале «Инженерные системы» [4]. Приведем только несколько характерных примеров.
Рис. 7. Результаты применения ЭМВ на паровом котле. Без химводоподготовки
Рис. 7. Результаты применения ЭМВ на паровом котле. Через 8 месяцев после ЭМВ
Полученный результат достигнут при одноразовой обработке, рассчитанный на срок 5–7 лет. Защита от накипно-коррозионных отложений может быть достигнута на весь срок эксплуатации оборудования и трубопроводов путем последовательных обработок, проводимых с целью приближения фактических параметров ВХР среды к требованиям нормативных документов.
Динамика изменения скорости коррозии на тепловых сетях ОАО «РЖД» в результате обработки представлена на рис. 8. В результате кратного уменьшения скорости коррозии можно увеличить ресурс эксплуатации стальных труб до 50–70 лет. По сравнению с другими используемыми методами [5] обеспечивается обработка всего контура трубопроводов вместе со сварными стыками. При этом не изменяется размер проходного сечения, а образующееся тонкое и прочное покрытие, работающее и при малоцикловых нагрузках, обладает высокими антикоррозионными и антиадгезионными свойствами. Его теплопроводность сопоставима с теплопроводностью основного материала трубы.
На рис. 9 приведены данные по экономии теплоты в результате обработки. Такие результаты получены за счет уменьшения температуры теплоносителя в обратных сетях. По литературным данным, эти показатели находятся в соответствии с нормами только у 17% потребителей [6].
На рис. 10 приведен пример применения метода на изношенных сетях. Возможна замена 2/3 сильно изношенных трубопроводов после обработки на новые. При этом электрический потенциал с обработанных участков переносится на замененные.
Во всех случаях параметры ВХР, коррозионность и интенсивность накипеобразования приведены в соответствие нормативным документам. Значительно снижены скорость коррозии (в 40–280 раз), затраты ТЭР (9–20%), теплоты (10–15%). Значительно продлен ресурс эксплуатации.
Рис. 8. Кратное уменьшение скорости коррозии в тепловых сетях «РЖД» в результате применения ЭМВ (в 285 раз)
Рис. 9. Данные по экономии теплоты в результате обработки
Рис. 10. Динамика изменения скорости коррозии и внешнего вида трубопроводов после обработки систем энергетическим методом и их эксплуатации
Несмотря на исходное состояние тепловых сетей, в результате резкого уменьшения скорости коррозии после ЭМВ не было отмечено ни одной аварии за весь срок наблюдений (7 лет).
Также наблюдалось уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу в 1,5–2,5 раза и кратное уменьшение содержания вредных компонентов в сточных водах. О важности этих факторов свидетельствует утвержденная государственная программа «Охрана окружающей среды на период до 2030 года» [8].
2.ЭМВ для уменьшения процессов электрохимической и микробиологической коррозии
При изучении коррозионных процессов в тепловых сетях и в системах охлаждения дизелей тепловозов (рис. 11) отмечено два вида коррозии: электрохимическая, о снижении скорости которой мы уже говорили, и микробиологическая, обусловленная жизнедеятельностью так называемых железистых бактерий, в том числе типа gallionella. О том, что эти бактерии жизнеспособны до t = 80–85 оС, свидетельствуют работы специалистов Института микробиологии РАН [9, 10]. Бактерии заведомо присутствуют как в тепловых сетях, так и в системах водяного охлаждения дизелей тепловозов.
Поперечный разрез бугорка биоржавчины представлен на рис. 12. Он состоит из налета живых бактерий и продуктов их жизнедеятельности (довольно прочных). Биоржавчина зчительно уменьшает теплоотдачу материала. Создаются идеальные условия для развития под бугорком электрохимической коррозии. Кроме того, возникают термические напряжения, исчерпываются упруго-пластические свойства материала, и происходит разрушение конструкции.
Рис. 12. Размытие «колпаков» микробиологической коррозии в результате применения ЭМВ
В результате применения ЭМВ происходит размытие бугорков биоржавчины и образование по поверхности металла защитного слоя. Эффект особенно ощутим при сравнении внешнего вида конструкции до и после обработки — рис. 13. Через 3 месяца после ЭМВ толщина отложений составляла 10–15 мм, через 12 месяцев — 2–5 мм.
Рис. 13. Сравнительное состояние трубы подачи воды от дизеля к радиаторам через 3 и 12 месяцев после обработки
Также известно, электрохимическая коррозия устраняется ингибиторами, а микробиологическая — окислителями (хлор и его соединения) [11]. В существующие добавки, применяемые, в частности, в водяных системах локомотивов, вводят ингибиторы, а они усиливают биокоррозию.
О прекращении жизнедеятельности железистых бактерий в результате применения ЭМВ в системах водоохлаждения дизелей тепловозов свидетельствует кратное уменьшение содержания остаточного Fe с 11,4 до 0,03 мг/л за год, а также результаты микробиологических исследований.
При этом скорость электрохимической коррозии была снижена нами в 4 раза. Скорость слива (что свидетельствует об очистке системы) увеличена с 0,294 до 0,748 л/с. Расчетный показатель суммарного эффективного сечения трубок вырос с 9 до 66%. (рис. 14). Характеристики охлаждающей воды приведены в соответствие нормативам Минтранса. В частности, жесткость после ЭМВ составила 1,2 мг-экв/л при допустимой 2,5 мг-экв/л, содержание взвесей — 0.
Рис. 14. Динамика изменения технических параметров системы охлаждения дизеля тепловоза в результате обработки
Внешний вид маслоохладителя и места крепления радиатора после ЭМВ приведены на рис. 15–16.
Рис. 15. Общий вид маслоохладителя после обработки, гидравлической промывки и механической очистки
Рис. 16. Состояние системы в местах подключения радиаторов после обработки
3. ЭМВ для устранения межкристаллической коррозии нержавеющих сталей
Рассмотрим довольно-таки сложный случай. Обработка ЭМВ системы охлаждения технологического оборудования для термохимической подготовки электроизоляционных смол (рис. 17). Источник водоснабжения — технический водопропровод завода. Частичное обессоливание исходной воды происходит в нерегулируемом ионообменном фильтре совместного действия Purotap 500 (рис. 18). Оборудование немецкое, изготовленное из нержавеющей стали АISI 321 (аналог — сталь аустенитного типа 08XI8HIOT). Изготовитель гарантирует, что оно работает при любом химическом составе технической воды.
Рис. 17. Технологическое оборудование для термохимической подготовки электроизоляционных смол (производство Германии)
Рис. 18. Система обессоливания Purotap 500
Но вода в системе гидрокарбонатно-кальциевого класса с повышенной жесткостью и щелочностью находится в псевдоустойчивом химическом состоянии, что объективно отражает диаграмма Пурбе (рис. 19). Так, в зависимости от замеренных соотношений рН (от 6,45 до 10,74) и ОВП (от 0 до +0,2) могут наблюдаться зоны с преобладанием восстановительной, окислительной сред и с выпадением из воды железистого осадка Fe(OH)3 (рис. 19).
Рис. 19. Состояние воды в системе водоохлаждения оборудования
При аэрации воды кислород воздуха мгновенно окисляет Fe+2 в Fe+3 c выпадением осадка ржавчины. В бескислородных условиях протекает очень интенсивная углекислотная коррозия, в данном случае нержавеющей стали (рис. 20).
Рис. 20. Коррозионные разрушения системы водоохлаждения импортного оборудования (Германия), выполненного из нержавеющей стали из-за употребления воды низкого качества (псевдоустойчивой)
Коррозионные разрушения (межкристаллитная коррозия) нержавеющей стали наблюдаются в районах линии сварки корпуса с секциями греющей рубашки. Поэтому немецкая фирма и обратилась к нам за помощью.
Уже через месяц после применения ЭМВ вода в системе становится абсолютно прозрачной и образуется защитная пленка (рис. 21). При этом произошло кратное уменьшение скорости коррозии, рН повысился с 6,77 до 7,23.
Рис. 21.Состояние оборудования и воды до и после ЭМВ
Заключение
В результате применения ЭМВ происходит:
Повышение ресурса и энергоэффективноти систем, выполненных из различных конструкционных материалов и находящихся в эксплуатации длительное время.
Повышение ресурса новых стальных трубопроводов до 50–70 лет ввиду кратного снижения скорости электрохимической коррозии.
Защита от накипно-коррозионных отложений на весь срок эксплуатации.
Устранение причин возникновения микробиологической коррозии в трубопроводах из черных, цветных металлов, пластиков.
Устранение причин возникновения межкристаллической коррозии в нержавеющих сталях.
Уменьшение вредных выбросов в атмосферу на котельных в 1,5–2,5 раза.
Кратное уменьшение содержания вредных веществ в сточных водах.
Литература
Торопов М. Н., Износ — проблема общая. Технология машиностроения. 6/2004 г.
Вернадский В. Н., Маковецкая О. К. Сталь и алюминий — основные материалы сварочного производства. Технология машиностроения. 2/2005 г.
Менча М. Н. Формирование биообрастаний на традиционных материалах оборудования системы питьевого водоснабжения. Сборник докладов 7 Международного конгресса «Вода: экология и технологии». 2006 г. Часть 1, стр. 597.
Торопов М. Н., Перков И. Е., Бегунов П. П. Энергоэффективная экологическая технология повышения надежности и ресурса систем водотеплоснабжения. «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад, 1/2019 г.
Продоус О. А., Иващенко В. В. Гидравлический потенциал стальных и чугунных металлополимерных труб для систем водоснабжения. «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад, 3/2019 г.
Лупей А. Г. О диагностике состояния систем отопления потребителей тепловой энергии. Реформа ЖКХ 4/2004.
Торопов М. Н. О возможностях выполнения в России решений Киотской конференции. Технология машиностроения. 2/2005 г.
Коваленко А. В., Шкапов Д. А., Палей Е. Л. Экологические приоритеты котельного оборудования в России. Реальности и перспективы. «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад, 4/2019 г.
Розанова Е. П., Ентальцева Л. А. Распространение сульфатвосстанавливающих бактерий в трубопроводах тепловой сети и причины появления в воде сероводорода. Микробиология. 1999, том 68, № 1.
Розанова Е. П., Дубинина Г. А. и др. Микроорганизмы в тепловых сетях и внутренняя коррозия стальных трубопроводов. Микробиология. 2003, том 72, № 2.
Воинцева И. И., Новиков М. Т., Продоус О. А. Продление периода эксплуатации систем водотеплоснабжения из стальных и чугунных труб. «Иженерные системы» АВОК Северо-Запад, 1/2019.
На заводе «Грундфос Истра» открылась измерительная лаборатория по контролю качества компонентов для производства насосов. Лаборатория оснащена самым современным оборудованием. Среди уникальных контрольно-измерительных приборов лаборатории – первый в России 3D-сканнер Creaform HandySCAN Black Elite. Открытие лаборатории входит в проект локализации, направленный на усиление присутствия компании в России.
Концерн Grundfos — член Ассоциации «АВОК СЕВЕРО-ЗАПАД» — продолжает проект локализации, направленный на усиление своего присутствия в России. В рамках первого этапа на заводе «Грундфос Истра» была открыта измерительная лаборатория, которая будет осуществлять два вида контроля компонентов: входной и на этапах производства. Инвестиции в лабораторию составили более 45 млн руб[i]. (4,5 млн датских крон).
«GRUNDFOS предъявляет строгие требования к качеству своей продукции. С повышением уровня локализации увеличивается доля локальных компонентов, и для того, чтобы убедиться в их соответствии международным требованиям, единым для всех предприятий Концерна, мы открыли измерительную лабораторию. Контроль продукции будет осуществляться специалистами с помощью новейшего оборудования, и наши клиенты могут быть уверены в неизменно высоком качестве насосов GRUNDFOS», – говорит генеральный директор завода ООО «Грундфос Истра» Анатолий Слободинский.
Лаборатория оснащена многофункциональными машинами ZEISS Contura G4, ZEISS O-inspect, а также оптической контрольно-измерительной машиной MAHR MarShaft SCOPE 1000. Оборудование будет использоваться для контроля качества изделий из чугуна, поставляемых локальными производителями, и измерения компонентов электродвигателей, которые в перспективе компания будет выпускать под собственной маркой GRUNDFOS на российском заводе.
Уникальное оборудование, представленное в лаборатории, – инновационный 3D-сканер Creaform HandySCAN Black Elite. Устройство позволяет сканировать компоненты практически любой формы и получать их 3D-модель для последующего анализа. Особенностью данного сканера является способность работать с поверхностями чёрного цвета, а также с хромированными и зеркальными поверхностями.
Особое внимание компания уделила поиску и отбору локальных поставщиков. Приоритет отдавался производителям, использующим аналогичное высокоточное измерительное оборудование. Это позволит специалистам лаборатории синхронизировать процесс измерений с поставщиками и отслеживать качество компонентов на разных этапах производства в реальном времени.
Концерн GRUNDFOS объявил о планах по усилению своего присутствия в России в сентябре 2019 года. В рамках проекта локализации компания планирует, в том числе, расширить линейку насосного оборудования, выпускаемого на российском заводе «Грундфос Истра», а также увеличить долю используемых отечественных компонентов. Так, в России будет расширен модельный ряд выпускаемых установок пожаротушения и станций повышения давления серии HYDRO, а также насосов для водоотведения. Кроме того, на российском заводе будут производиться энергоэффективные электродвигатели класса IE3/IE4 малых и средних типоразмеров мощностью 0,75 – 22 кВт под собственным брендом GRUNDFOS. Общий объём финансовых вложений составит 35 млн евро, период инвестирования – пять лет, срок окупаемости – 10 лет.
[i] Курс рубля рассчитан по состоянию на конец февраля 2020 года.
С. М. Якушин, генеральный директор ООО «ХЛ-РУС», технический представитель фирмы HL Hutterer & Lechner GmbH
Л. А. Сугробов, технический представитель фирмы HL Hutterer & Lechner GmbH
В ноябре 2019 года фирма HL Hutterer & Lechner GmbH (Австрия) начала производство парапетных воронок. Теперь их можно приобрести и в России.
В тех случаях, когда требуется отвести дождевые и талые воды с плоской кровли небольшой площади, применение кровельных воронок для внутренних водостоков может быть нерациональным и непрактичным решением. В этих случаях можно применять так называемые парапетные воронки с горизонтальным выпуском для отведения дождевых вод в наружный водосток. Чаще всего они используются для балконов, террас и лоджий и т. п. Также парапетные воронки применяют для аварийного водоотведения в дополнение к основной системе водостока.
Идя навстречу многочисленным пожеланиям клиентов, фирма HL приступила к выпуску парапетных воронок серии HL68.
Применение парапетных воронок дает следующие преимущества:
— не нарушается теплоизоляция, отсутствуют мостики холода;
— отсутствует шум внутри здания (водосточные трубы находятся снаружи здания);
— экономится пространство (отсутствует отводящая труба внутри здания);
— отсутствуют отверстия в перекрытии, тем самым не ослабляется конструкция перекрытия;
— нет необходимости делать углубление в кровельном пироге под корпус воронки, не нужно размещать отводящую трубу в пироге кровли;
— не нужно делать сложную разуклонку к воронке, а можно сделать более простую разуклонку в одну сторону — к парапету.
Однако следует принимать во внимание следующие особенности парапетных воронок:
— пропускная способность парапетных воронок ниже, чем у кровельных воронок для плоских кровель. Например, кровельная воронка HL62Н/1 с вертикальным выпуском DN110 имеет пропускную способность 10,7 л/с, кровельная воронка HL64Н с горизонтальным выпуском DN110 пропускает 6,0 л/с, тогда как парапетная воронка HL68H.0/110 пропускает 0,8* л/с. Дело в том, что пропускная способность воронок определяется в соответствии с DIN при определенной толщине слоя воды над гидроизоляцией (в данном случае для воронок с диаметром выпуска 110 мм толщина водяного слоя над гидроизоляцией составляет 35 мм). У воронок для плоских кровель этот слой воды находится выше корпуса воронки, создается гидростатический подпор на входе воды в воронку. У парапетных воронок такого подпора воды нет и пропускная способность определяется формой и размерами приемного отверстия парапетной воронки;
— наружный водосток, как правило, требует обогрева. При этом греть нужно весь трубопровод — не только вертикальную водосточную трубу, но и горизонтальную его часть (парапетную воронку). Для внутреннего водостока с кровельными воронками для плоских кровель обогрева требует только сама воронка и те участки труб, которые проложены в необогреваемых помещениях;
— монтаж парапетных воронок сложнее, чем монтаж водосточных воронок на плоской кровле. Требуется обеспечить герметичность соединения корпуса воронки с гидроизоляцией на двух поверхностях (вертикальной и горизонтальной);
— уклон кровли делается к парапету. Во время осадков вода находится у вертикальных примыканий гидроизоляции к парапету. Возможно образование сырости и плесени у парапетов на теневой стороне кровли.
* Пропускная способность парапетных воронок для различной высоты водяного слоя над кровлей приведена на сайте: www.hlrus.com в разделе: Парапетные воронки.
Парапетная воронка
Парапетная воронка на традиционной кровле
Парапетные воронки серии HL68 состоят из корпуса и отводящей трубы. Для защиты от листьев, хвои и другого мусора воронка должна быть укомплектована листвоуловителем. Чаще всего парапетные воронки используются для основной системы водоотведения, в этом случае для комплектации воронок следует заказывать листвоуловитель HL068.1E. В случае если парапетные воронки применяются для аварийного водостока, следует заказывать листвоуловитель HL068.1Safe для создания слоя воды не менее 35 мм. Вместо листвоуловителя может устанавливаться дренажный либо водоприемный элемент, воронки можно комбинировать с другими комплектующими производства HL, что позволяет встраивать их во все виды плоских кровель.
Корпуса парапетных воронок выпускаются в трех исполнениях: из ПВХ для соединения с ПВХ гидроизоляционными мембранами (серия HL68P); из ПП для соединения с ТПО (ПП) гидроизоляционными мембранами (серия HL68F); комбинированный, с фартуком из полимербитумного материала для соединения с гидроизоляционными материалами на основе битума (серия HL68H). Корпуса воронок с фартуком из полимербитумного материала (серия HL68H) оснащены встроенной вставкой из нержавеющей стали, которая служит для защиты корпуса воронки при нагреве горелкой с открытым пламенем, корпус из эластомера обладает достаточной гибкостью для облегчения монтажа воронки. Нужный тип корпуса (с фартуком из полимербитумного материала, ПВХ или ПП фланцем) выбирается в зависимости от материала гидроизоляции кровли.
Применение кровельной воронки HL64 с парапетной воронкой HL68
Отводящая труба с помощью двухстороннего многоязычкового уплотнения герметично соединяется с корпусом воронки и надежно фиксируется с помощью хомута из нержавеющей стали. Отводящие трубы производятся из полипропилена (ПП) со специальными добавками, которые делают их устойчивыми к ультрафиолетовому излучению. Существуют три размера отводящих труб — диаметром 50, 75 и 110 мм. Можно заказывать воронку как в сборе (корпус + отводящая труба с хомутом), так и по частям (отдельно корпус, отдельно отводящая труба с хомутом), которые соединяются между собой при монтаже. Независимо от диаметра все отводящие трубы (после соединения с корпусом парапетной воронки) имеют уклон 4 ± 0,5%.
Если нужно отводить воду с гидроизоляции, расположенной в середине кровельного пирога, например, в инверсионных кровлях или эксплуатируемых кровлях, если плитка уложена на слой гравия или опоры, то вместо листвоуловителя применяют дренажный элемент HL163 (или дренажный элемент HL163Safe для аварийного водостока). Для утепленных кровель вместо дренажного элемента следует использовать водоприемный элемент HL164. Дренажные элементы HL163 и HL164 могут использоваться с надставными элементами HL37N, HL3000, HL85N(H) с гидроизоляционными комплектами серии HL83, удлинителем HL340N и дренажным кольцом HL180. С помощью этих элементов возможно осуществить отведение воды со всех уровней кровельного пирога.
Несколько выступов в нижней части листвоуловителей и дренажных элементов сделаны большей длины, чем остальные, — для компенсации высоты листвоуловителя (или дренажного элемента) при разной толщине гидроизоляционных материалов. При необходимости выступы могут быть подрезаны по месту при монтаже.
Что делать, если требуется отвести воду через парапет, но по каким-то причинам нет возможности использовать воронки для плоских кровель, при этом требуется сохранить высокую пропускную способность и расположить ендову дальше от парапета? Существует компромиссное решение, которое позволит максимально использовать преимущества как парапетных воронок, так и воронок для плоских кровель. В этом случае в комбинации с трапом для балконов и террас (например, HL5100T) или кровельной воронкой с горизонтальным выпуском (серия HL64) парапетные воронки могут быть использованы для того, чтобы герметично провести трубу DN75 через парапет. Парапетная воронка ставится на уровень пароизоляции, выпускной патрубок трапа или кровельной воронки соединяется с корпусом парапетной воронки с помощью горизонтальной трубы, проложенной с уклоном в пироге кровли, через резиновое уплотнительное кольцо HL0114D.
Таким образом, парапетные воронки могут успешно применяться для отведения осадков с кровель зданий как совместно с воронками для плоских кровель, так и взамен них. Наиболее оправданно применение парапетных воронок для кровель небольшой площади.
В I полугодии 2020 года фирма HL планирует разработать чертежи семейства моделей парапетных воронок в формате Revit. Познакомиться с воронками «вживую» можно на выставке «Акватерм» в Москве, которая пройдет с 11 по 14 февраля 2020 года, на стенде фирмы HL, номер стенда С1077, зал 15. Ждем вас!
Технические специалисты компании ООО «ХЛ-РУС» могут выполнить для вас чертеж узла водоотведения для конкретного кровельного пирога. Вы предоставляете информацию о кровельном пироге и требования к воронке или трапу (вертикальный или горизонтальный выпуск, пропускная способность, нагрузка, требуемый предел огнестойкости перекрытия, материал отводящих труб) — и получаете чертеж узла водоотведения в АвтоКАДе или формате .pdf.
При наличии вопросов по оборудованию HL обращайтесь к дилерам или техническим представителям компании. Чертежи, фотографии и описание парапетных воронок размещены на сайте: www.hlrus.com.
Существует очень много технических решений по применению парапетных воронок, о них мы расскажем в следующей статье. Ждите продолжение.
Дано сравнение гидравлического потенциала трубопроводов из разных полимерных материалов, и показано влияние значений гидравлических характеристик труб на выбор характеристик насосов для напорных трубопроводов. На примере показано снижение энергозатрат насоса на 9,42% при уменьшении потерь напора по длине на 3,49%. Предложено при проектировании трубопроводов из полимерных материалов при выборе характеристик насосов учитывать гидравлический потенциал трубопроводов.
Ключевые слова: гидравлический потенциал, трубы из полимерных материалов, потери напора, характеристики насоса.
Под гидравлическим потенциалом трубопровода любого назначения следует понимать оценочный эксплуатационный критерий, характеризуемый совокупностью значений расхода q, м3/с, при заданном давлении PN, МПа, средней скорости потока жидкости V, м/с, и потерь напора на трение по длине труб i, м/м, конкретного диаметра и вида материала труб [1].
Для подбора насосных агрегатов для конкретного трубопровода необходимо задать рабочую точку — q, заданный расход в м3/с и H — высоту подъема воды в максимально удаленную точку, м, то есть учесть высотную конфигурацию трубопровода. Однако для трубопроводов из полимерных и металлополимерных материалов (полиэтилен, поливинилхлорид, стеклопластик, ВЧШГ с полиуретановым покрытием внутренней и наружной поверхности, стальные электросварные трубы с полимерным покрытием внутренней и наружной поверхности) необходимо также учитывать то обстоятельство, что в них фактические потери напора на сопротивление по длине iф зависят от шероховатости внутренних стенок труб, влияющей на величину фактически транспортируемого расхода qф [2, 3, 4].
Гидравлический расчет трубопроводов из шести видов труб, выпускаемых из полимерных материалов, выполнен согласно требованиям действующего норматива [5]. Результаты гидравлического расчета труб без учета величины технологических допусков по стандартам на эти трубы сведены в табл. 1.
Для сравнения в табл. 2 приведен гидравлический потенциал трубопроводов с фактическим внутренним диаметром труб с учетом величин технологических допусков.
Таблица 1
Материалтруб
Диаметр труб
Толщина стенки без допусков e, мм
Гидравлический потенциал труб
номинальный наружный, мм
номинальныйвнутренний, мм
qн,м3/с
Vн,м/с
λ*
1000 iн,мм/м
ПНД поГОСТ 185992001
630,0
552,2
37,4
0,300
1,24
0,0150
2,128
ПВХ поГОСТ 52134-2013
630,0
591,4
19,3
0,300
1,09
0,0146
1,495
ПВХ-О 500 по ГОСТ 56927-2016
630,0
599,4
15,3
0,300
1,09
0,0147
1,405
Стеклопластик поГОСТ 32415-2013
630,0
608,9
10,71
0,300
1,18
0,0148
1,314
электросварные«Амеркот-391» по ГОСТ 20295-85
630,0
622,0
4,0
0,300
1,01
0,0146
1,172
ВЧШГ ПУпо EN 545-2010
635,0
625,4
4,8
0,300
0,99
0,0147
1,151
* Расчет при температуре воды + 10 ՞С. υ = 0,00000131 м2/с.
Таблица 2
Материалтруб
Диаметр труб
Толщина стенкиe, мм
Допуск на толщину стенки по стандарту Δ e, мм
Шерохо-ватостьRa, мкм
Гидравлический потенциал труб
номинальный наружный с учетом допуска, мм
фактический внутренний, мм
qф ,м3/с
Vф,м/с
λ*
1000 iф,мм/м
ПНД PE 100 поГОСТ 18599-2001
635,70
550,1
37,4
+5,4
0,410
0,300
1,26
0,0150
2,205
ПВХ поГОСТ 52134-2003
632,20
589,2
19,3
+ 2,2
0,350
0,299
1,10
0,0146
1,529
ПВХ-О 500 по ГОСТ 56927-2016
631,75
597,7
15,3
+ 1,75
0,350
0,300
1,07
0,0147
1,435
стеклопластик поГОСТ 54560-2015
617,0
607,8
10,71
+ 1,5
0,370
0,300
1,03
0,0148
1,317
стальные электросварные с покрытием«Амеркот-391» по ГОСТ 20295-85
633,0
619,0
4,0
+ 3,0
0,298
0,301
1,00
0,0146
1,202
ВЧШГ с внутренним полиуретановым покрытиемпо EN 545-2010
635,0
621,6
4,8
+ 1,9
0,304
0,300
0,99
0,0147
1,181
* Коэффициент гидравлического сопротивления трения по длине труб, рассчитанный по нормативу [5] при температуре воды t=10 ՞C (υ = 0,00000131 м2/с).
С учетом значений технологических допусков по стандарту фактический внутренний диаметр труб определяется по формуле [1]:
м (1)
, м,
где:
dн — номинальный наружный диаметр труб, м;
Δd — технологический допуск на номинальный наружный диаметр по стандарту, м;
e — толщина стенки трубы по стандарту, м;
Δe — технологический допуск на толщину стенки по стандарту, м.
Покажем это на примере. По трубопроводу длиной 1050 п. м транспортируется в наивысшую точку трассы (емкость на отметке 75 м) заданный расход q= 0,300 м3/с. Требуется подобрать характеристики насосного агрегата с минимальными энергозатратами для трубопровода при двух материалах труб из ПНД с учетом и без учета технологических допусков.
Сравнение значений номинальных внутренних диаметров труб (без допусков, табл. 1) и значений фактических внутренних диаметров (с учетом допусков, табл. 2) труб из разных полимерных материалов показывает расхождение этих значений. В табл. 3 приведены результаты сравнения этих значений для труб одного и того же диаметра из разных полимеров.
Таблица 3
Значения внутренних диаметров
Материал внутренней поверхности труб
ПНД
ПВХ
ПВХ-О 500
СП
«Амеркот-391»
ВЧШГПУ
, м
0,5501
0,5892
0,5977
0,6078
0,6190
0,6216
, м
0,5522
0,5914
0,5994
0,6089
0,6220
0,6254
Процент расхождения значений %
0,38
0,37
0,28
0,18
0,48
0,61
Из табл. 3 следует, что процентное расхождение значений
и
колеблется для труб одного и того же диаметра в диапазоне значений от 0,18 до 0,61%. Такое колебание значений диаметров, естественно, вызовет и колебание значений потерь напора по длине (табл. 1, 2), а также изменение энергозатрат насоса, транспортирующего заданный расход.
Анализ результатов гидравлического расчета удельных потерь напора 1000 iнтруб без учета допусков отличается от результатов гидравлического расчета труб с учетом допусков 1000 iф.
Например, сравнение значений 1000 i(табл. 1, 2, 3)для труб из ПНД показывает, что
мм/м <
мм/м меньше на 3,49%, или в 1,04 раза, а внутренний диаметр без учета допусков для сравниваемых труб отличается в большую сторону
м >
м на 0,38% за счет влияния суммарных значений величин технологических допусков по стандарту.
Даже за счет небольшого расхождения величин сравниваемых диаметров энергозатраты насоса для заданных условий будут отличаться.
Решение задачи
Для подбора характеристик насосного агрегата для условий поставленной задачи построим график зависимости q= f(H), м3/с, для двух труб одного и того же диаметра 630 мм из ПНД PE100 по ГОСТ 18599-2001 без учета и с учетом технологических допусков по стандарту. Зададим диапазон расходов q= 0,1 ÷ 0,5 м3/с, для которого подсчитаем потери напора по длине по формуле [6]:
, м, (2)
где:
Нг — геометрическая высота подъема воды, м;
1,1 — коэффициент, учитывающий влияние местных сопротивлений на величину фактических потерь напора;
λф(н) — фактический (номинальный) коэффициент гидравлического сопротивления, рассчитанный с учетом влияния (без влияния) технологических допусков;
q— заданный расход, м3/с;
l — длина трубопровода, м;
— фактический (номинальный) внутренний диаметр труб с учетом (без учета) влияния технологических допусков на толщину стенки e и номинальный наружный диаметр dн, м.
Результаты расчета Нн для труб из ПНД без учета допусков представлены в табл. 4, а в табл. 5 — результаты расчета Нф с учетом допусков по стандарту.
Характеристики труб из ПНД без допусков Таблица 4.
Заданный расходq, м3/с
Расчетный расходq2, м3/с
Нн = 75 + 233,11 q2, м
0,1
0,01
77,33
0,2
0,04
84,32
0,3
0,09
95,98
0,4
0,16
112,30
0,5
0,25
133,28
Характеристики труб из ПНД с допусками Таблица 5.
Заданный расходq, м3/с
Расчетный расходq2, м3/с
Нф = 75 + 343,95 q2, м
0,1
0,01
78,44
0,2
0,04
88,76
0,3
0,09
105,96
0,4
0,16
130,03
0,5
0,25
160,99
Анализ значений величин Н в табл. 4–5 показывает, что наибольший процент расхождения значений потерь напора для труб из ПНД при заданном расходе q= 0,300 м3/с составляет:
или 9,42 %.
На основе анализа значений потерь напора Н для сравниваемых труб из ПНД построены графики зависимости q = f(H), приведенные на рис. 1, для насосного агрегата «Грундфос» LS 350-250-630В.
Рис. 1. График зависимости q = f(H) для труб из ПНД
Сравним энергозатраты выбранного насоса при его установке на трубопроводе из ПНД-труб без учета и с учетом технологических допусков. Расчетная формула имеет вид [6]:
, кВт, (3)
где: η — КПД насосного агрегата. Для практических расчетов принимают η = 0,7;
кВт;
кВт.
Экономия энергозатрат насоса «Грундфос» LS 350-300-580Д при его установке на трубопроводе из труб ПНД без учета допусков будут меньше на
445,49 кВт – 403,53 кВт = 41,96 кВт, или на 9,42%, или в 1,10 раза.
Таким образом, при выборе характеристик насосных агрегатов для напорных трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения из полимерных материалов необходимо всегда учитывать значения гидравлических характеристик труб, которые зависят от следующих показателей:
— шероховатости внутренних стенок труб;
— значений величин технологических допусков на толщину стенок труб e и их номинальный наружный диаметр
— величина фактического внутреннего диаметра
труб зависит от допусков, влияющих на фактические потери напора по длине и, как следствие, на энергозатраты насосных агрегатов, транспортирующих воду на расстояние.
Из графиков на рис. 1 видно, что для условий данной задачи при прочих равных условиях сравнения в зависимости от изменения характеристик гидравлического потенциала трубопровода (
, Vф, iф) изменяются энергозатраты насосного агрегата, Nдв. При расходе q= 0,300 м3/с расхождение в энергозатратах насоса составляет 9,42%.
На основе анализа представленных данных для конкретного примера следует, что при гидравлическом расчете полиэтиленовых труб по ГОСТ 18599-2001 приоритетно использовать значение номинального внутреннего диаметра
(без технологических допусков), обеспечивающее меньшие потери напора по длине iн в сравнении со значениями потерь напора iф при использовании фактического внутреннего диаметра
(с учетом технологических допусков).
Однако гидравлический расчет с использованием значений номинального внутреннего диаметра труб
является заниженным, не соответствующим реальным характеристикам трубопровода и насоса.
Поэтому при проектировании и выборе характеристик насосного оборудования следует всегда использовать реальное значение фактического внутреннего диаметра труб
, обеспечивающее точность выбора характеристик насосного агрегата с учетом влияния технологических допусков на толщину стенок труб и их номинальный наружный диаметр.
Литература
Продоус О. А. Таблицы для гидравлического расчета труб напорных из полиэтилена. Справочное пособие. Издание 3-е — дополненное. СПб.: ООО «Свое издательство», 2017. — 240 с. ил.
Продоус О. А., Терехов Л. Д. Сравнительная оценка величин потерь напора для обоснования выбора материала труб из разных полимерных материалов. Журнал «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение», 2018/9 (129). — С. 38–42.
Продоус О. А. Об энергопотреблении насосов в трубопроводах из полимерных материалов. Журнал «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение», 2017/12 (120). — С. 36–38.
Продоус О. А., Терехов Л. Д. Пропускная способность напорных трубопроводов из полимерных материалов. Журнал «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение», 2019/5 (137). — С. 52–56.
СП 40-102-2000 Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2001. http://docs.cntd.ru/document/1200007490
Лезнов Б. С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. М.: Энергоатомиздат. 2006. — 360 с. ил.
Журнал «Инженерные системы» — информационный партнер крупнейших отраслевых мероприятий, информирует своих читателей об отмене и переносе ближайших из них.
В соответствии с исполнением требований постановления Правительства Санкт-Петербурга № 121от 13 марта 2020 года «О мерах по противодействию распространению в Санкт-Петербурге коронавирусной инфекции (COVID-19)» перенесены:
с 19-20 марта на 3-4 декабря 2020 года — Международная Конференция «Применение в дорожной отрасли вторичных ресурсов в условиях нового природоохранного законодательства. Проблемы и решения» (https://www.asdor-np.ru/meropriyatiya/konferentsii.html);
16 апреля 2020 года XXII практическая конференция «Развитие строительного комплекса Санкт-Петербурга и Ленинградской области» (http://www.stroysoyuz.ru/news/12407/)
Аннотация. Показано, что совершенствование методов расчета влажностного режима ограждающих конструкций открывает широкие возможности создания энергоэффективных, экологически безопасных и экономичных наружных ограждений, формирующих комфортную среду в помещениях зданий. Выполнен экспресс-анализ влагозащитных свойств многослойной стеновой конструкции с лицевым кирпичным слоем для влажной климатической зоны. Расчет произведен для двух вариантов конструктивного исполнения ограждения: с невентилируемой и вентилируемой воздушной прослойкой. Анализ годового баланса влаги показывает, что систематического влагонакопления в конструкции с невентилируемой воздушной прослойкой в течение года не происходит, однако в период влагонакопления отмечается прирост влаги в конструкции. Устройство вентилируемой воздушной прослойки полностью исключает влагонакопление, что позволяет улучшить влажностный режим наружной стены.
Защита от влаги — актуальная проблема строительства и архитектуры [1–5]. Переувлажнение строительных ограждающих конструкций приводит к ухудшению их эксплуатационных свойств. Прежде всего снижаются теплозащитные свойства, что объясняется ростом теплопроводности строительных материалов с увеличением влажности. Накопление влаги на внутренней поверхности теплозащитной оболочки здания приводит к ухудшению микроклимата в помещениях, что связано с ростом плесневых грибов, являющихся источником аллергических заболеваний. Кроме того, влажные строительные материалы в составе ограждающей конструкции быстро разрушаются от коррозии, недостаточной морозостойкости и влагостойкости, биологических процессов, тем самым снижая долговечность конструкций. Поэтому при проектировании зданий необходимо предусматривать мероприятия и разрабатывать конструктивные решения, предотвращающие чрезмерное увеличение влажности [6–10].
Рис. 1. Влага в ограждающих конструкциях
Различают следующие виды влаги в ограждающих конструкциях: строительную, грунтовую, метеорологическую (атмосферную), эксплуатационную, гигроскопическую (сорбционную) и конденсационную (рис. 1). Наибольшую опасность для ограждающих конструкций в процессе их эксплуатации представляет конденсационное увлажнение. Оно возникает при термической конденсации водяного пара на внутренней поверхности или в толще конструкции.
Требования по защите от переувлажнения ограждающих конструкций содержатся в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Оценку влагозащитных свойств конструкции производят по предельно допустимому состоянию увлажнения на основе определения плоскости максимального увлажнения, относительно которой, используя уравнения баланса влаги, выполняют проверку необходимости устройства дополнительной пароизоляции в конструкции.
В СП 345.1325800.2017 «Здания жилые и общественные. Правила проектирования тепловой защиты» предложен упрощенный способ определения плоскости максимального увлажнения. Координату плоскости максимального увлажнения определяют по температуре в этой плоскости в зависимости от климатического и конструкционного факторов. Разделение факторов на климатический, зависящий от параметров микроклимата помещения и наружного климата, и конструкционный, зависящий от теплофизических свойств материалов и теплотехнических свойств ограждающей конструкции, повышает качество проектирования зданий. Однако недостаточная ясность алгоритма нахождения плоскости максимального увлажнения в конструкции сдерживает широкое применение этого метода на практике [11, 12].
Главным недостатком указанных выше норм является отсутствие возможности оценки влагонакопления в ограждающих конструкциях по месяцам в годовом цикле, что затрудняет детальный анализ влажности [13, 14].
В целях совершенствования российской нормативной базы и повышения качества проектирования зданий авторским коллективом [15] разработаны предложения по корректировке раздела «Защита от переувлажнения ограждающих конструкций» СП 50.13330.2012. Указанные предложения содержат принципиальные основы оценки влагозащитных свойств ограждающих конструкций по предельно допустимому состоянию увлажнения в годовом цикле и гармонизированы с международным стандартом ISO 13788 Hygrothermal performance of building components and building elements — Internal surface temperature to avoid critical surface humidity and interstitial condensation — Calculation methods. В отличие от метода расчета влагозащитных свойств, принятого в российских нормах, предлагаемый экспресс-метод позволяет выполнить анализ динамики влагонакопления в конструкции в годовом цикле. По сравнению с международным стандартом ISO 13788 этот метод дает более точную оценку влажностного режима современных многослойных ограждающих конструкций с повышенным уровнем теплозащиты.
Расчет влажностного режима ограждающих конструкций выполняют в следующей последовательности.
По профилям парциального давления водяного пара и давления насыщенного водяного пара определяют плоскость конденсации влаги в ограждающей конструкции в наиболее холодный месяц года.
По разности удельных потоков влаги — приходящего к плоскости конденсации и уходящего от нее — определяют приращение количества влаги в плоскости конденсации в течение каждого месяца. Положительное приращение означает накопление влаги в конструкции, отрицательное приращение — испарение влаги из конструкции.
Путем суммирования локальных приращений влаги определяют количество влаги, накопленной в ограждении с начала расчета.
По годовому балансу влаги оценивают влажностный режим и влагозащитные свойства ограждения.
Экспресс-анализ влагозащитных свойств ограждающих конструкций в годовом цикле эксплуатации является приближенным, но вместе с тем позволяет ответить на два принципиальных вопроса:
Будет ли в ограждении накапливаться влага? Отсутствие плоскости конденсации в конструкции в наиболее холодный месяц года гарантированно указывает на отсутствие влагонакопления в течение всего года.
Возможно ли переувлажнение материалов конструкции. Переувлажнение материалов конструкции отсутствует в том случае, если максимальное количество влаги в плоскости конденсации в период влагонакопления не превышает требуемых значений.
Ответы на указанные вопросы позволяют обоснованно выбрать конструктивное решение с требуемыми влагозащитными свойствами.
Ниже выполнен анализ влагозащитных свойств ограждающих конструкций, широко применяемых в практике гражданского строительства.
Объектом исследования является многослойная наружная стеновая конструкция с лицевым кирпичным слоем. С целью оценки влияния конструктивного решения наружных стен на их влажностный режим расчет выполнен для двух вариантов конструктивного исполнения ограждения:
с невентилируемой воздушной прослойкой (вариант 1);
с вентилируемой воздушной прослойкой (вариант 2).
Указанные варианты конструктивного решения наружных стен приведены на рис. 2.
Рис. 2. Расчетные схемы наружной стены (а — по варианту 1; б — по варианту 2): 1 — внутренняя штукатурка; 2 — внутренний слой кирпичной кладки; 3 — теплоизоляция; 4 — воздушная прослойка; 5 — лицевой кирпичный слой
Расчет выполнен для жилого помещения, влажностный режим помещения — нормальный.
Климатический пункт — Санкт-Петербург, влажная зона (рис. 3).
Расчетные условия эксплуатации ограждающей конструкции — Б.
Расчетная оценка влажностного режима основана на определении максимального количества влаги в зоне конденсации в годовом цикле. Подробное описание конструкций приведено в [15].
Рис. 3. Годовой ход температуры (а) и относительной влажности (б) наружного воздуха в г. Санкт-Петербурге (трехчасовые фактические значения [16])
На основе имеющихся климатических данных (рис. 3) определены среднемесячные значения параметров, использованные в расчете.
Исходными данными для расчета являются:
параметры наружного климата (среднемесячные значения температуры и относительной влажности наружного воздуха);
параметры микроклимата в помещении (среднемесячные значения температуры и относительной влажности внутреннего воздуха);
теплотехнические показатели материалов ограждающей конструкции;
граничные условия.
Параметры наружного климата и микроклимата в помещении приведены в табл. 1.
Таблица 1. Параметры наружного климата и микроклимата в помещении
Месяц
Параметры наружного климата
Параметры микроклимата в помещении
температура, °С
относительная влажность
температура, °С
относительная влажность
Январь
-6,6
0,86
20,0
0,33
Февраль
-6,3
0,84
20,0
0,34
Март
-1,5
0,78
20,0
0,39
Апрель
4,5
0,73
20,0
0,45
Май
10,9
0,66
20,5
0,51
Июнь
15,7
0,68
22,9
0,56
Июль
18,3
0,71
24,2
0,58
Август
16,7
0,77
23,4
0,57
Сентябрь
11,4
0,81
20,7
0,51
Октябрь
5,7
0,84
20,0
0,46
Ноябрь
0,2
0,87
20,0
0,40
Декабрь
–3,9
0,88
20,0
0,36
Расчетные теплотехнические характеристики материалов ограждающей конструкции приведены в табл. 2.
Таблица 2. Расчетные теплотехнические характеристики материалов слоев
Номер слоя
Материал слоя
Теплопроводность, Вт/(м×К)
Паропроницаемость, мг/(м×ч×Па)
1
Раствор сложный
0,87
0,098
2
Кладка из пустотелого камня
0,35
0,14
3
Плиты теплоизоляционные
0,039
0,389
4
Воздушная прослойка
—
—
5
Кладка из пустотелого кирпича
0,55
0,13
Граничные условия включают в себя сопротивления тепло- и влагообмену у внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции [15].
За начало расчета принят октябрь.
Результаты расчета показывают, что в конструкции с невентилируемой воздушной прослойкой образуется плоскость конденсации влаги в наиболее холодный месяц года. Плоскость конденсации влаги расположена на стыке невентилируемого воздушного зазора и наружного слоя кирпичной кладки. Координата этой плоскости x = 0,43 м.
Результаты расчета влажностного режима наружной стены в годовом цикле приведены на рис. 4.
Рис. 4. Влажностный режим наружной стены с невентилируемой воздушной прослойкой в годовом цикле
Анализ полученных результатов показывает, что в период с ноября по март в конструкции с невентилируемой воздушной прослойкой происходит влагонакопление. Максимальное приращение влаги в конструкции за месяц отмечается в январе (0,05 кг/м2), максимальное количество влаги с начала расчета — в марте (0,151 кг/м2). Анализ годового баланса влаги показывает, что систематического влагонакопления в конструкции в течение года не происходит. Однако в период влагонакопления отмечается прирост влаги в конструкции.
В конструкции наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой конденсация влаги в наиболее холодный месяц года отсутствует. Влагонакопление в течение года также отсутствует. Таким образом, устройство вентилируемой воздушной прослойки позволяет улучшить влажностный режим наружной стены.
Заключение
Выполнен экспресс-анализ влагозащитных свойств многослойной стеновой конструкции с лицевым кирпичным слоем для влажной климатической зоны. Расчет влагонакопления в годовом цикле произведен для двух вариантов конструктивного исполнения ограждения: с невентилируемой и вентилируемой воздушной прослойкой. Анализ годового баланса влаги показывает, что систематического влагонакопления в конструкции с невентилируемой воздушной прослойкой в течение года не происходит, однако в период влагонакопления отмечается прирост влаги в конструкции. Устройство вентилируемой воздушной прослойки полностью исключает влагонакопление, что позволяет улучшить влажностный режим наружной стены.
Литература
1. Ананьев А. И. Долговечность наружных стен зданий, облицованных керамическими материалами // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2019. № 5. С. 52–57.
2. Гагарин В. Г., Козлов В. В., Зубарев К. П. Анализ расположения зоны наибольшего увлажнения в ограждающих конструкциях с различной толщиной теплоизоляционного слоя // Жилищное строительство. 2016. № 6. С. 8–12.
3. Корниенко С. В., Ватин Н. И., Горшков А. С., Ольшевский В. Я., Пестряков И. И. Эксплуатационная влажность автоклавного газобетона в стеновых конструкциях // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2018. № 8 (71). С. 22–40.
4. Chung W. J., Lim J. -H. Cooling operation guidelines of thermally activated building system considering the condensation risk in hot and humid climate // Energy and Buildings. 2019. No. 193. Pp. 226–239.
5. Мусорина Т. А., Наумова Е. А., Шонина Е. В., Петриченко М. Р., Куколев М. И. Теплотехнические свойства энергоэффективного материала на основе растительной добавки (сухой борщевик) // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 12. С. 1555–1571.
6. Bondi P., Stefanizzi P. Hygro-thermal performance of hollow bricks and current standards // Energy and Buildings. 2001. No. 33 (7). Pp. 731–736.
7. Pavlík Z., Černý R. Experimental assessment of hygrothermal performance of an interior thermal insulation system using a laboratory technique simulating on-site conditions // Energy and Buildings. 2008. No. 40 (5). Pp. 673–678.
8. 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.
9. Arslan O., Kose R. Thermoeconomic optimization of insulation thickness considering condensed vapor in buildings // Energy and Buildings. 2006. No. 38 (12). Pp. 1400–1408.
10. Немова Д. В., Ватин Н. И., Петриченко М. Р., Корниенко С. В., Горшков А. С. Воздушный режим трехслойной стеновой конструкции // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 6 (45). С. 102–114.
11. Куприянов В. Н. Совершенствование метода расчета по защите от переувлажнения ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 2017. № 5. С. 38–43.
12. Перехоженцев А. Г. О необходимости корректировки СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2017. № 8. С. 54–57.
13. Корниенко С. В. Предложения по корректировке СП 50.13330.2012 в части защиты от переувлажнения ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 2015. № 7. С. 31–34.
14. Sovetnikov D. O., Baranova D. V., Borodinecs A., Korniyenko S. V. Technical problems in churches in different climatic conditions // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2018. № 1 (64). С. 20–35.
15. Корниенко С. В., Ватин Н. И., Петриченко М. Р., Горшков А. С. Оценка влажностного режима многослойной стеновой конструкции в годовом цикле // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2015. № 6. С. 19–33.
16. Погода и климат [сайт]. URL: http:// http://pogodaiklimat.ru (дата обращения: 16.01.2020).
Монтаж инженерных коммуникаций, в том числе систем тепло-, холодо- и водоснабжения, — один из наиболее сложных этапов капитального строительства. Как показывает практика, до завершения работ «доживает» менее 50% подрядчиков. За этими цифрами — целый комплекс проблем, обусловленных как ошибками в планировании, так и низким качеством проектирования и монтажа инженерных систем.
Часто можно видеть, как проект теплового пункта или холодильного центра выполняет одна компания, его монтаж начинает другая, а заканчивает третья. Порой эта цепочка еще длиннее. Результат — срыв сроков сдачи объекта, работа подрядчика «в ноль» или «в минус», хозяйственные споры с заказчиком и масса проблем при последующей эксплуатации. Может показаться, что от самих подрядчиков здесь зависит немногое, ведь они являются заложниками ситуации и мало на что могут повлиять. Однако опыт компании «ОМП-Инжиниринг» показывает, что разорвать порочный круг можно, но для этого необходимо полностью переосмыслить подходы к проектированию и монтажу.
Факторы риска при организации работ
Проблемы, которые ведут к срыву сроков и снижению рентабельности подрядных работ, возникают не одномоментно: они накапливаются в течение всего периода реализации проекта. В их числе следует выделить наиболее существенные:
Низкое качество проектирования и некомплектность рабочей документации. Прежде всего это отсутствие монтажного проекта. Нередко проектирование осуществляется без должного учета особенностей конфигурации инженерных помещений, удобства монтажа и последующей эксплуатации оборудования. Точность позиционирования элементов системы также часто оставляет желать лучшего, а 3D-модель если и присутствует, то является схематичной. Зачастую весь проект или отдельные элементы системы приходится «подгонять» уже по месту, причем делает это прораб монтажной бригады. В результате сроки монтажа увеличиваются, а его качество снижается.
Задержки предоставления строительной готовности под монтаж. При традиционном подходе к организации работ подрядчик не может повлиять на этот фактор и вынужден ждать. Ожидание часто сопряжено с простоем и ведет к росту производственных затрат. При этом, несмотря на простои по вине смежников, заказчик нередко требует завершить монтаж вовремя. Например, если необходимо сдать объект к определенной дате (чемпионат по футболу, визит официального лица, начало учебного года и т. п.) или к началу отопительного сезона.
Задержка поставок оборудования (насосы, теплообменники и пр.), в том числе в результате финансовых трудностей у заказчика. В подобной ситуации монтажные работы могут быть приостановлены на неопределенный срок с теми же последствиями, что и в случае задержки стройготовности.
Низкое качество планирования сроков производства монтажных работ, отсутствие нормирования.
Сумма перечисленных проблем становится причиной резкого увеличения трудоемкости проекта на завершающем этапе его реализации. На площадке возникают «авралы», которые либо ведут к срыву установленных сроков, либо преодолеваются путем различных нарушений технологии и регламентов производства работ, в ущерб их качеству.
График изменения трудоемкости во времени при традиционном способе организации монтажных работ
«В своей практике мы пересмотрели организацию проектных работ, отказались от применения традиционных для отечественных проектировщиков программных средств и перешли к конструированию с использованием системы машиностроительного проектирования SOLID WORKS. Важно, что в нашем случае этим занимается инженер-конструктор, а не прораб «на коленке». При этом, конечно, учитываются не только технические требования к системе, но и особенности ее пространственной 3D-компоновки для обеспечения эффективности, удобства монтажа и эксплуатации в условиях конкретного объекта».
Качество проектирования — необходимое условие успешной и своевременной реализации проекта. Здесь хороший пример подают европейские компании, которые зачастую тратят на проработку проекта и рабочей документации куда больше времени, чем на строительство.
Такой подход не просто обеспечивает значительно более высокую степень детализации и точности (до миллиметров), но и позволяет получить из 3D-модели чертежи отдельных деталей и узлов, которые необходимы для их производства в заводских условиях. Кроме того, рабочая документация в обязательном порядке содержит сборочные схемы и монтажный проект, включающий все необходимые металлоконструкции, опоры, монтажные инструкции и пр. и обеспечивающий 100%-ную собираемость системы на объекте.
«Фактически монтажные работы начинаются сразу после утверждения проектной документации, независимо от того, на какой стадии строительства находится сам объект. В период ожидания поставки оборудования и стройготовности площадки работа идет в цеху. За счет распараллеливания процессов риски срыва сроков реализации проекта существенно снижаются».
Высокое качество проектирования и проработки рабочей документации позволяет не просто сократить время и повысить качество монтажа, но и перенести значительную часть операций с объекта в производственный цех. Благодаря этому сегодня большую часть сборочно-сварочных операций (в частности, трубное производство и практически весь объем сварочных работ в диапазоне диаметров до 600 мм) «ОМП-Инжиниринг» выполняет не на стройплощадке, а на собственном производстве.
Сейчас на производстве компании в подмосковной Ивантеевке используется промышленное оборудование ведущих мировых производителей: системы плазменной резки труб, сварочное оборудование и монтажные столы, трубогибочные станки, покрасочно-сушильные камеры и пр. На очереди — роботизация сварочного производства. Есть и собственные разработки, например, универсальная оснастка и фланцевые кондукторы, которые позволяют унифицировать все процессы технологического цикла компании. Благодаря этому изготовление любых элементов сводится к стандартизированному набору операций, выполняемых в соответствии с технологической картой и нормированных по времени. Такой подход позволяет гарантировать высокое качество отдельных узлов, собираемость конструкции и своевременное завершение работ.
Готовые элементы трубопроводов и сварные соединения проходят ВИК-контроль (его осуществляют аттестованные НАКС технологи) и промежуточные гидравлические испытания на опрессовочном стенде собственной разработки компании. Еще раз холодильный центр или тепловой пункт, как и положено, будет опрессован уже в сборе, на объекте. Кроме того, производится выборочный УЗК- либо рентген-контроль отдельных узлов в аттестованной лаборатории.
График изменения трудоемкости во времени при использовании технологии оптимизации монтажных процессов
Алексей Панафидин:
«На сегодняшний день степень заводской готовности наших решений составляет 60–80%. После завершения роботизации сварочных операций этот показатель станет еще выше. На объекте остается выполнить минимум работ, фактически — собрать по инструкции конструктор из готовых элементов. Отсутствие сложного монтажа и сварки позволяет сделать это за минимальное время. Поэтому проблемы сроков у нас нет. Даже если поставки элементов системы от других производителей задерживаются, благодаря высокой точности производства мы можем использовать вместо них временные макеты и не допускаем простоев».
Эффективность и контроль
Как показала практика, помимо технологических преимуществ оптимизация монтажных процессов приносит и экономическую выгоду ввиду существенного снижения уровня рисков.
При этом заказчик имеет возможность контролировать процесс с момента начала проектирования. Действующая на предприятии система оперативно-календарного планирования на базе облачного решения Fieldwire протоколирует результаты работы на каждом этапе производства и позволяет дистанционно контролировать реализацию проекта, вносить замечания и устранять недочеты в режиме реального времени.
В условиях кризиса строительной отрасли и растущего дефицита оборотных средств оптимизация монтажных процессов становится одним из факторов снижения рисков при одновременном повышении качества и сокращении сроков выполнения монтажных работ.
Прошлый год закончился для российского подразделения WOLF более чем продуктивно. В 2019 году основной вектор был направлен на территориальное развитие, и компания вполне справилась с этой задачей. По промышленной вентиляции у WOLFRussia важнейшие объекты от Иркутска до Калининграда, по отоплению — мощный проект в Армении, куда идут поставки именно через российское представительство.
«Молл Балтии»: погрузка оборудования WOLF
Максим Гончаров, генеральный директор ООО «Вольф Энергосберегающие системы», направление HVAC: «Калининград стал для нас знаковым регионом с проектом «Молл Балтии» группы компаний «Гамма Инвест Групп», куда мы поставили порядка 80 вентиляционных климатических установок. Многофункциональный центр «Молл Балтии» — крупнейший торговый объект в Калининградском регионе, общей площадью 55 000 квадратных метров, откроется весной 2020 года. Мы надеемся, что в этом центре благодаря вентиляционным установкам WOLF будет комфортно находиться посетителям многочисленных магазинов, фудкортов и крупнейшего семейного парка развлечений.
WOLF в крупных строительных объектах Центральной России — это уже традиция. Достаточно интересным в этом плане стал новый современный завод компании FUCHS по производству смазочных и сопутствующих материалов в Калужской области. С точки зрения технического решения он необычен тем, что завод имеет 2 корпуса — производственный и лабораторный, и для обоих цехов разные требования по климату. Соответственно, на один проект были поставлены и вентиляционные установки со встроенными теплогенераторами в комплекте с газовыми горелками WEISHAUPT — для производственной части, и установки со специальными требованиями — для химической лаборатории, оснащенной высокотехнологичным оборудованием, осуществляющей сложную систему контроля качества при производстве и эксплуатации продуктов компании.
Проект в Иркутске — это бассейн в школе. Для WOLF, поставляющей установки для бассейнов далеко не первый год, это достаточно стандартный объект в плане технического решения, необычным для нас является сама школа. «Умная школа» — новейший образовательный проект, инициированный Тиной Канделаки, в котором учатся дети с разными стартовыми возможностями. Образовательная программа этой школы аккумулирует методики инклюзивного образования, социальной адаптации, психолого-педагогического и медицинского сопровождения. Мы рады, что можем пригодиться своим опытом установки климатической техники для бассейнов в гигиеническом исполнении там, где это особенно важно. Спасибо нашим партнерам в Иркутске за такую возможность. За детьми будущее — а WOLF заботится о своем будущем сегодня!»
«Фукс Ойл Калуга»
Эльвира Богданова, генеральный директор ООО «Вольф Энергосберегающие системы», направление Heat: «Отопление обычно хвастается реализованными штуками, но и проектные продажи у нас в этом году были внушительные. Один из крупнейших проектов, в котором нам удалось поучаствовать, — реконструкция отеля «Двин» в центре Еревана (Армения) с нашим партнером SanTech. Новый отель будет в два раза больше старого, он будет занимать площадь 78 000 квадратных метров, будет 5-звездочным, с автостоянкой на 400 автомобилей, ресторанами с кухнями мира, пятью бассейнами, ночным клубом и салонами красоты. Своей оснащенностью и новаторством отель будет конкурировать с лучшими отелями мира, и мы гордимся, что WOLF поучаствовал в этом значимом для Армении проекте газовыми конденсационными котлами MGK-2-1000 в количестве десяти штук. При общей мощности котельной в 10 мВт эти котлы имеют небольшой вес и габариты, что позволит реализовать в этом проекте крышную котельную. Это значительно сократит потери тепла, сэкономит место, решит ряд эстетических и юридических моментов и значительно повысит энергоэффективность установок. Оборудование уже поставлено, открытие отеля состоится в 2020 году».
«Фукс Ойл Калуга»: поставка оборудования
Стоит отметить также, что на недавно прошедшей выставке AquaTherm-2020 WOLF получил почетную награду Международной отраслевой Премии AquaTherm Moscow Awards 2020 в номинации «Энергоэффективность и энергосбережение», выступив с экосистемой WOLF, одновременное использование которой в одном доме приводит к максимальной энергоэффективности, — отопительный газовый конденсационный котел, гелиосистема, бытовая вентиляция и единый модуль управления WOLF. Экспертный совет премии отметил отсутствие другого подобного комплексного продукта на рынке.
Радиальные колеса барабанного типа с лопатками, загнутыми вперед, имеют принципиально различающиеся характеристики при их размещении в спиральном корпусе и в свободном состоянии [1]. Обратное влияние спирального корпуса на течение в колесе отмечалось всегда [1, 2]. Однако и в [1, 2], и в более ранних работах его влияние на работу колес ограничено случаем прямого функционального назначения корпуса.
Анализ экспериментальных работ [3] привел к выводу, что спиральный корпус не только собирает массовый расход и преобразовывает динамическое давление. Он прямо воздействует на формирование потока в колесе с лопатками, загнутыми вперед, упорядочивая аэродинамическую структуру в межлопаточных каналах колеса. Именно этим обеспечивается многократное повышение аэродинамических характеристик вентиляторов с колесами барабанного типа с лопатками, загнутыми вперед.
Объяснение феномену, данное в [3], показалось нам недостаточным. Поэтому возникла необходимость к нему вернуться.
1. Факт радикального упорядочения течения в колесе типа Ц14-46 при установке его в спиральный корпус выводит задачу за рамки традиционных представлений о воздействии «здесь и сейчас» и не позволяет называть тривиальным принуждение, которое оказывает спиральный корпус на течение в колесе. Сильное влияние вверх по потоку аэродинамических структур, расположенных за колесом, а также действие положительной обратной связи [3] наводят на мысль о принадлежности феномена к явлениям самоорганизации.
Эта область знаний об эволюции природных объектов и процессов называется синергетикой [4] (см. главу 2, «Синергетика как новая парадигма»). Объектами синергетики являются открытые неравновесные системы. В общем случае такая система представляет собой выделенную область пространства, заполненную некоей средой. Система контактирует с внешним окружением, имеет источники и стоки различных субстанций (массы, вещества, импульса, энергии и т. д.), обменивается субстанциями с внешним окружением. Все процессы в системе можно обозначить одним понятием — перенос субстанций — даже для таких усложненных случаев, как фазовые переходы и химические реакции. Субстанция переносится самопроизвольно от источника к стоку или, предельно упрощая, из области, где ее «много», в область, где ее «мало», из области высокого потенциала в область низкого.
Пока плотности потоков переносимых субстанций малы, сам перенос носит диффузионный характер (теплопроводность, молекулярная вязкость и т. д.). Система считается локально квазиравновесной. Потоковые структуры в таких системах имеют монотонно изменяющиеся параметры. Применительно к ним используют термин «организация», поскольку монотонная структура принудительно и однозначно организована линейными законами переноса субстанций и граничными условиями.
Возрастание интенсивности источников и стоков повышает плотности потоков субстанций — система удаляется от равновесия, однако до поры до времени изменения остаются количественными, новых качеств не возникает. Лишь начиная с некоторого критического момента монотонные потоковые структуры теряют устойчивость и разрушаются. На их месте самопроизвольно возникает новый вид порядка, обеспечивающий перенос субстанций с потоками более высокой плотности. В этой перестройке отсутствуют какие-либо механизмы принуждения и целеполагания, она совершается за счет внутренних стимулов сложной нелинейной системы и обозначается термином «самоорганизация» [4]. Примерами могут служить в теплопереносе ячейки Бенара, в химии — реакции Белоусова — Жаботинского, в гидродинамике — вихри Тейлора, дорожки Кармана и переход от ламинарного течения к турбулентному.
Современные представления о роли самоорганизации в эволюции получили развитие не только в части возможности сверхбыстрого протекания процессов, за которым стоит нелинейная положительная обратная связь. Главное, получил обоснование дуализм эволюции, заключающийся в неразрывной связи энтропийных процессов, направленных к равновесию в соответствии со вторым началом термодинамики (организация), и антиэнтропийных процессов, направленных к неравновесности (самоорганизация) [5]. Завершая короткий экскурс в вопросы синергетики, отметим, что ее возможности сегодня сделали реальностью материалистические объяснения многих парадоксальных явлений, например, даже таких, как будущее организует настоящее [4].
2. Вентилятор перемещает массу из области пониженного давления в область повышенного. В отличие от описанной системы для организации такого движения требуется затрата механической энергии. Система допускает в своем составе источники любого вида энергии, в том числе кинетической. Передача энергии среде есть процесс, приводящий к появлению макроскопических движений среды, или, попросту, течений. Это переводит рассмотрение в область гидродинамических систем. Простая разность давлений на границах системы приведет к течению жидкости (потоку массы) в направлении уменьшения давления. Направленное введение в систему кинетической энергии может обратить течение жидкости в сторону повышения давления.
Тангенциальные напряжения (на стенках и между спутными течениями) формируют в системе потоковые структуры с диффузионным переносом импульса в пограничных слоях (каналах) или в свободных слоях сдвига. Потеря устойчивости этих структур в соответствующих системах порождает не только упомянутые вихри Тейлора, дорожку Кармана, но и турбулентность, т. е. переход к самопроизвольному хаотическому движению жидкости в макромасштабе с последующей полной диссипацией энергии.
3. В нашем случае передача энергии воздуху осуществляется радиальным колесом барабанного типа с лопатками, загнутыми вперед, с гидравлически короткими межлопаточными каналами. Действие массовых (центробежных) и поверхностных сил формирует протекающий через колесо поток, который в случае свободного колеса почти целиком заворачивает назад в межлопаточные каналы, образуя циркуляционные зоны [3]. Лишь малая часть этого потока выходит из колеса в свободное пространство, формируя расход и избыточное статическое давление. Свободные колеса Ц14-46 можно уподобить перемешивающим устройствам, создающим интенсивное принудительное перемешивание среды. Движение заполняет внутреннее пространство колеса, выходит в его наружную окрестность и поддерживается введением в поток механической энергии с практически полной ее диссипацией (95%). Свободное колесо типа Ц14-46 превращается в гидродинамический нагреватель [1].
Среда, заполняющая свободное колесо и протекающая через него, хаотизирована не только на микроуровне, но и в движениях на макроуровне. Последние поддерживаются непрерывным введением в поток кинетической энергии и приобретают сугубо специфический характер искусственной турбулизации.
В естественном турбулентном движении структура пульсаций есть результат наложения движений различных масштабов: от самых крупных, порядка размеров системы, до самых мелких, в которых существенной становится вязкость жидкости. Такая структура соответствует представлению о развитой турбулентности [6]. При этом центральным моментом становится переход энергии от турбулентных пульсаций (вихрей) с большими масштабами к пульсациям с меньшими масштабами практически без диссипации. Собственно диссипация, т. е. переход кинетической энергии в тепло, происходит в самых мелкомасштабных (вязкостных) пульсациях.
Модель развитой естественной турбулентности [6] была успешно использована в перемешивающих устройствах для обоснования зависимостей тепло- и массопереноса [7]. Это означает, что в пространстве масштабовискусственно турбулизированной жидкости также возникает непрерывный поток энергии от крупно- к мелкомасштабным пульсациям. В физическом пространстве между каналами лопаточной решетки и внутри них на фоне всеобщего хаотического пульсационного движения будут просматриваться рециркуляции массы с незначительными отслоениями и протоками за пределы колеса. Гипотетически эти протоки можно рассматривать как результат случайных возмущений потока энергии в пространстве масштабов. Из них складывается расход свободного колеса. Чем сильнее возмущения в пространстве масштабов, тем выше уровень порядка в физическом пространстве и больше расход через колесо. В пределе полное подавление макроскопического хаоса восстанавливает структуру течения в колесе в спиральном корпусе.
Таким образом, гипотетически полная потоковая структура свободного колеса представляет собой сопряженные потоки двух субстанций: кинетической энергии в пространстве масштабов и массы в физическом пространстве через межлопаточные каналы колеса.
4. Обычно рассматривают раздельно два крайних случая: свободное колесо и вентилятор. Вместо этого зададим открытую неравновесную систему в виде радиального колеса, вращающегося в пространстве с варьируемым ограждением, в котором имеется регулируемый выход воздуха наружу. Выбрасываемый колесом поток воздуха создает в пространстве за колесом вращающееся кольцевое течение (крутку). Ограждение может быть удаленным от колеса настолько, что колесо остается свободным. В этом случае кольцевое течение принимает форму относительно вялой раскручивающейся веерной струи. Приближение ограждения к колесу с постепенным приданием ограждению спиралевидной формы переформировывает свободный поток из колеса, усиливая крутку.
По мере приближения ограждения к колесу скорость и масштаб крутки нарастают. Предельная конфигурация ограждения — спиральный корпус — завершает перестройку кольцевого течения в потенциальный вихреисточник. Это течение подтверждено измерениями на выходе из колеса в спиральном корпусе [1]. Его ядро занимает около 70% ширины колеса вблизи заднего диска. Величина тангенциальной составляющей скорости c̄2u лежит в диапазоне от 1,6 до 2,1 при коэффициентах расхода φ = 0,35 – 0,7. В области оставшихся 30% ширины колеса (у переднего диска) возникают возвратные течения, особенно при малых расходах. По измерениям [8] тангенциальная скорость ядра потока в спиральном корпусе составляет c̄3u = 1,2 – 1,5.
По отношению к течению внутри колеса вращающийся поток за колесом можно рассматривать как внешний независимый фактор системы, оказывающий кольцевое тангенциальное воздействие на структуру течения в колесе. Внешний организующий фактор определяет положение системы на термодинамической ветви, т. е. степень удаления системы от термодинамического равновесия и приближения ее к режиму с критической плотностью потока переносимой субстанции. В нашей системе, как было сказано, одной из сопряженных переносимых субстанций является проток массы через колесо, из которого формируется охватывающая колесо крутка. Малейшая активизация крутки, обусловленная приближением ограждения и связанная, в первую очередь, с увеличением угла выхода потока из колеса в относительном движении, посылает вверх по потоку (в межлопаточные каналы) информацию о возникшем несоответствии имеющего место в колесе течения требованиям локализованной ниже по потоку крутки. В связи с этим можно говорить о приходе системообразующей информациииз «будущего» в структуру, «живущую сейчас» внутри колеса.
Применительно к явлениям гидродинамики в этом утверждении нет ничего из ряда вон выходящего. Когда масштабы наблюдаемого позволяют одномоментно охватить все, что происходит ниже по течению и выше по течению, возникает очевидная аналогия с ходом времени. Появляется «настоящее» — структура, расположенная в данном месте, «прошлое» — структура выше по течению и «будущее» — то, что ниже, дальше, потом. Моделирование взаимодействия «будущего» с «настоящим» — отдельная задача синергетики, имеющая материалистическое толкование [4]. Здесь речь будет идти только о гидродинамической интерпретации такого взаимодействия.
5. На основе организующего фактора определяют так называемый управляющий параметр. В гидродинамике это, большей частью, число Рейнольдса, в свободной конвекции — число Релея. По достижении критического значения параметра потоковая структура теряет устойчивость, флуктуации разрастаются, и система переходит на другую ветвь развития. Управляющий параметр нашей неравновесной системы связан с кольцевым тангенциальным воздействием, в частности, со степенью опережения кольцевой круткой вращения колеса. Можно принять в качестве управляющего параметра коэффициент тангенциальной скорости на выходе из колеса c̄2u и рассматривать тангенциальное воздействие в режимах превышения тангенциальной проекцией линейной скорости вращения колеса c̄2u ≥ 1. Существует некоторое критическое значение (c̄2u)кр, при котором потоковая структура свободного колеса станет неустойчивой и начнется выстраивание порядка.
Флуктуации потоковой структуры на основе молярного переноса, по всей видимости,
представляют собой локальные случайно возникающие нарушения в пространстве масштабов, оборачивающиеся в физическом пространстве очагами регулярных движений. В свободном колесе таковыми можно считать беспорядочные выбросы воздуха, образующие в среднем расход колеса. Устойчивость потоковой структуры к флуктуациям обеспечивается у свободного колеса стабилизирующим воздействием относительно вялой быстро раскручивающейся веерной струи с управляющим параметром не более единицы. Даже небольшая активизация крутки на выходе из колеса (увеличение управляющего параметра c̄2u) усилит флуктуации, т. е. увеличит их частоту, продолжительность и объем областей регулярного движения в колесе. Внутри них начнут развиваться элементы структурированного течения в межлопаточных каналах, которые приведут к росту расхода и дополнительному увеличению управляющего параметра c̄2u.
6. Наиболее частый случай взаимодействия «будущего» и «настоящего» — это распространение вверх по потоку информации-импульсов давления, которые переформировывают набегающий поток, готовя его к контакту, например, с расположенным впереди обтекаемым телом или перетеканием в канал другой формы и направления. Такого рода влияние будущего на течение в колесе вентилятора наглядно демонстрируется системой «колесо — ограждение» на основе одномерной симметричной модели течения в колесе и в корпусе без потерь [1, 2].
Обычно по заданному углу выхода потока из колеса (абсолютной скорости) α20 определяют требуемые размеры спирального корпуса: раскрытие обечайки А̄ = А/D2, ширину корпуса В̄ = В/D2. Обратим логику задачи. При заданных размерах корпуса и реализации в нем течения типа вихреисточника будем искать требуемый угол выхода потока из колеса. Расчетная зависимость имеет тот же вид, что и для прямой задачи [1, 2]:
tg α20 = (1/2π) (В̄ / b̄2) ln (1 + 2А̄). (1)
При выводе выражения (1) геометрия колеса не оговаривалась. Было лишь обозначено, что на выходе из колеса имеют место составляющие скорости с2r и c2u, связанные с углом выхода потока равенством
c2u = с2r сtg α20, (2)
которое с учетом (1) становится характеристикой спирального корпуса. Поэтому (1) справедливо для любого колеса. Смысл его состоит в том, что в колесе (т. е. в «настоящем») должна установиться такая структура, которая независимо от угла выхода лопатки β2 обеспечит угол выхода потока, требуемый сложившимся в заданном корпусе течением (т. е. «будущим», поскольку корпус расположен по потоку ниже колеса). Режим с этим углом выхода называют режимом согласованной работы колеса и корпуса (можно перефразировать в «режим согласованного c будущим настоящего»). Показано [1, 2], что при идеальной характеристике свободного колеса, имеющей вид
c̄2u = 1 – c̄2r ctg β2, (3)
коэффициент радиальной скорости для реализации режима согласованной работы должен равняться
c̄c2r = (ctg β2 + ctg α20) -1. (4)
Выражение (4) получается как пересечение характеристики корпуса (2) с характеристикой колеса (3) в координатах c̄2u, c̄2r. Таким образом, для режима согласованного взаимодействия «настоящего» с «будущим» необходима «самоподгонка настоящего», которая протекает в рамках предсказуемости в соответствии с (3), является очевидным результатом принуждения по (1) и поэтому не имеет отношения к самоорганизации.
Подобных примеров в технике много. У тех же вентиляторов рабочая точка определяется пересечением характеристики вентилятора и характеристики сети. Применительно к нашей гидродинамической аналогии хода времени вентилятор — объект «настоящего». Сеть, независимо от расположения ее относительно вентилятора, есть объект «будущего», поскольку требования сети первичны по отношению к возможностям вентилятора и его реакции. Здесь «будущее» (сеть) точно так же принуждает «настоящее» (вентилятор) занять детерминированную рабочую точку.
7. Характеристики свободных колес барабанного типа не описываются выражением (3), и поэтому рассмотренное выше согласование не имеет места. Для описания взаимодействия колеса со спиральным корпусом требуется моделирование перестройки течения в колесе. Покажем, как можно моделировать данную ситуацию на основе тех же выражений (1) — (4) с идеализированным одномерным течением. Для этого расширим систему «колесо — ограждение» возможностью варьировать геометрию колеса, в частности, изменять угол выхода лопаток β2* (звездочкой отмечена варьируемость угла). Этим достигается возможность приближенно моделировать происходящее в реальном колесе отклонение угла выхода потока в относительном движении от угла выхода лопатки β2 через угол β2*. В целом можно наблюдать самоперестройку всей структуры от свободного колеса до колеса внутри спирального корпуса. При этом ограждение всегда остается в форме спирального корпуса, и при любых размерах в нем развивается течение типа вихреисточника. Ситуация свободного колеса приближенно моделируется ограждением с большой величиной раскрытия, например, А̄ >10.
Перенесем рассмотрение в поле характеристик в координатах c̄2u, c̄2r на рис. 1. Прямые, исходящие из точки (1,0), — характеристики радиальных колес, имеющих углы выхода β2* в диапазоне от 150 до 1650. Лучи, проведенные из начала координат, — характеристики спиральных корпусов с углами входа α20 от 60 до 300 и соответствующими им раскрытиями А̄ от 0,47 до 18,3 (далее всюду принято В̄ / b̄2 = 1).
Относительно характеристик колес следует оговориться. В [1, 2] под выражением вида (3) подразумевается характеристика свободного колеса. Для колес с лопатками, загнутыми назад (β2* < 900), это справедливо, поскольку их реальные характеристики мало отличаются от ситуации расположения в спиральном корпусе. Для колес с лопатками, загнутыми вперед (β2* > 900), характеристики свободных колес не имеют ничего общего с видом (3). Поэтому их условные изображения на рис. 1 следует понимать для ситуации расположения колес внутри спирального корпуса. Поле возможных режимов с положительным статическим давлением на рис. 1 ограничено линией полуокружности с радиусом c̄2r = 1, на которой коэффициент статического давления равен нулю, что соответствует условию
(c̄2r)max ≤ sin β*2. (5)
Все точки пересечения характеристик одного семейства с другим внутри границы (5) есть режимы согласованной работы колеса с корпусом (4).
Рассмотрим вначале процесс удаления ограждения от колеса. Выберем в качестве исходного варианта точку Е1 для колеса с β2 = 1650 в спиральном корпусе с раскрытием А̄ = 0,47 (α20 = 60). Для моделирования перевода колеса в свободное состояние начнем увеличивать раскрытие корпуса, принимая во внимание требование варьируемого вихреисточника к изменению положения согласованного режима внутри области (5). Понятно, что с ростом А̄ точка Е начнет перемещаться вниз по некоторой траектории, уменьшая угол β*2. Зададим условие вариации, например, в виде постоянной относительной аэродинамической мощности системы
N̄a = (c̄2u) (c̄2r) = const. (6)
В исходной точке N̄a (Е1)= 0,277. Траектория постоянной мощности с этим значением изображена на рис. 1 пунктирной линией. Она достигает минимального угла в области колес с лопатками, загнутыми назад (ориентировочно при β*2 = 500 , А̄ ≈ 267 и α20 ≈ 450), — точка Е2, что соответствует очень сильному отклонению потока от β2 = 1650 в относительном движении. Поскольку в реальном свободном колесе Ц14-46 такое отклонение достигает угла 900 [3], логично прервать траекторию в точке Е3 ее пересечения с характеристикой колеса при β*2 = 900.
Можно интерпретировать этот результат следующим образом. Перенос колеса с углом β2 =1650 из согласованного спирального корпуса (точка Е1) в практически свободное пространство, в котором влияние вихреисточника исчезающе мало (точка Е3, величина раскрытия около 2,8), резко уменьшает управляющий параметр c̄2u от 1,65 до 1. А это изменяет требования к формированию выходящего из колеса потока в сторону упрощения структуры путем увеличения угла выхода абсолютной скорости α20 до 16,50 в точке Е3. В рамках разрешенной нашей системой трансформации такое увеличения угла α20 становится возможным только при значительном уменьшении угла выхода лопатки β*2 (или угла относительной скорости).
Полученный результат демонстрирует хорошее качественное совпадение с реальной ситуацией в части угловых параметров. Однако идеальная модель одномерного движения без потерь, да еще при условии неизменной аэродинамической мощности, не допускает полного качественного совпадения с реальностью. Так, угол 900 в реальном свободном колесе сформирован не трансформированными лопатками колеса, а отрывными циркуляционными зонами, угнездившимися в каналах круговой решетки. Расход (c̄2r) в идеальной модели при перемещении к точке Е3 не уменьшается, а увеличивается. И хотя последнее обстоятельство не так далеко от истины, в рамках данной модели невозможно отразить возникающую в свободном колесе мощную рециркуляцию масс и затрачиваемую на это энергию (потери) с многократным уменьшением полезной аэродинамической мощности. Поэтому главный результат моделирования — это перестройка течения в колесе с изменением угла выхода потока.
В конечном счете нас интересует траектория обращенного движения точки Е от почти свободного колеса до его нормального размещения в спиральном корпусе. Соблюдение условия (6) гарантирует идентичность траектории Е3 – Е1 с увеличением управляющего параметра c̄2u и угла выхода β*2. Обращенная трансформация структуры потока в колесе, названная выше «самоперестройкой» и опирающаяся на трансформацию круговой решетки, может рассматриваться как упрощенный аналог самоорганизации под действием внешнего фактора — интенсивности крутки охватывающего колесо потока. Термин «самоорганизация» используется здесь с оговоркой, поскольку описанная самоперестройка — результат жесткого модельного детерминизма. При этом рост формального в данном случае управляющего параметра c̄2u напрямую связан с уменьшением величины раскрытия корпуса А̄.
8. Информация из «будущего» диссипативной системы — это, в конечном счете, отрицание возможности существования в «настоящем» монотонных потоковых структур. Как это происходит?
Под действием внешнего организующего фактора возрастающая плотность потоков субстанций в существующих структурах достигает критического значения. С дальнейшим усилением воздействия возникает рассогласование между требуемым результатом переноса субстанций и реально проходящим на пределе возможного потоком. Допуская некоторую образность выражений, можно уподобить диссипативную систему конструкции «сеть — насос» и говорить о «вакууме будущего» из-за доведенной до предела «сети настоящего». Рассогласование между требуемым и предельно возможным есть один из тех внутренних стимулов сложной нелинейной системы, который ставит вопрос о радикальном изменении характеристики «сети настоящего», т. е. видоизменении самой сети. Он и включает механизм случайных возмущений. Малые возмущения перестают рассасываться, нарастают и переходят в нелинейную стадию развития, полностью деформируя потоковую структуру. На ее месте без какого-либо принуждения самопроизвольно формируется новая «сеть», соответствующая «вакууму будущего» и позволяющая реализовать перенос с бóльшими плотностями.
Факт радикального влияния «будущего» на «настоящее» не является чем-то уникальным. В синергетике формирование ячеек Бенара есть не что иное, как реагирование жидкой среды на «требование» пропускать поток тепла более высокой плотности от горячего источника к холодному. Здесь и свершается «будущее» в рамках заданной системы — диссипация тепловой энергии в холодном источнике.
Движение тела в жидкой среде — один из наиболее ярких примеров гидродинамики. В масштабах движущегося тела жидкость считается сплошной средой (реальная дискретность на микроуровне). Однако в передней критической точке тела сплошность среды нарушается. Завихренные телом слои жидкости разъединяются и растекаются. После отрыва слоев от тела и перехода в свободное состояние из них формируются макроскопические жидкие структуры (вихревые зоны), в которых происходит перенос массы, импульса и энергии, направленный на придание вихревым движениям такого вида, при котором, по возможности, быстрее рассеивались бы квазинарушения сплошности. С возрастанием интенсивности таких нарушений (при больших числах Рейнольдса) движение жидкости за телом принимает автоколебательный характер: образуется шахматная вихревая дорожка Кармана. «Настоящее» частиц жидкости с той или с другой стороны движущегося тела определяется «будущим» в виде периодического воздействия образующихся и отрывающихся вихрей за телом и изменения циркуляции на нем.
Важнейшим аспектом практически всех случаев самоорганизации систем является повышение масштаба кажущейся дискретности среды. Сплошная среда заполняется немонотонными макроструктурами: вихрями Кармана, ячейками Бенара, в турбулентности — каскадом вихрей с убывающим масштабом.
Упорядочение течения в межлопаточных каналах колес барабанного типа демонстрирует такой же эффект повышения уровня дискретности среды. Масштабы геометрические, временные, импульса и кинетической энергии струй, истекающих из межлопаточного пространства, значительно превышают соответствующие аналоги вихревых образований свободного колеса.
9. Поступление информации из будущего включает, в нашем случае, положительную обратную связь между структурами в межлопаточных каналах и наружным вихреисточником. Посыл в колесо структурирующей информации приводит к росту порядка (увеличению расхода, уменьшению угла выхода потока в относительном движении), а это, в свою очередь, способствует дальнейшему формированию вихреисточника и усилению его тангенциального воздействия. Возвращаясь к образным толкованиям, вихреисточник, как инициатор «вакуума будущего», изменяет характеристику «сети настоящего», увеличивая ее пропускную способность. Этим подпитывается интенсивность вихреисточника и неослабевающий «вакуум будущего». Положительная обратная связь помогает совершить эту метаморфозу в ускоренном режиме. Поэтому переход к ограждению типа спирального корпуса практически скачком преобразовывает течение в колесе к виду, обеспечивающему характеристику типа (2) и режим согласованной работы колеса и корпуса в смысле выполнения условий (1) и (4).
10. Рассмотренные здесь аспекты феномена колес барабанного типа дают ясное понимание невозможности воспроизвести феномен без течения типа вихреисточника, охватывающего снаружи колесо и имеющего тангенциальную скорость, превышающую скорость вращения колеса. Оказалось, что в отсутствие спирального корпуса никакие конструктивные ухищрения не способствуют сколько-нибудь заметному приближению к характеристикам стандартного вентилятора. Размещение колеса с лопатками, загнутыми вперед, в прямоугольном или круглом корпусе (опыты автора) по аналогии с прямоточными радиальными вентиляторами [9] имеет нулевой эффект. Установка в той же конструкции вокруг колеса четырех спиральных лопастей (опыты автора) ничего не добавляет к предыдущему результату. В варианте с вращающимся вместе с колесом радиальным безлопаточным диффузором — продолжением колеса [1] намечается небольшое улучшение характеристики. Однако и этот результат далек от колеса в спиральном корпусе. Возможно, вращение отделенного от колеса диффузора с частотой, большей частоты вращения колеса, могло бы добавить упорядочение течения в колесе и повысить характеристику. Однако конструктивное усложнение варианта не сможет оправдать предполагаемый результат.
ВЫВОДЫ
Феномен радиальных колес барабанного типа, состоящий в разительном отличии характеристик свободного колеса и колеса в спиральном корпусе, имеет прямое отношение к явлениям самоорганизации. Скачкообразная трансформация структуры потока в колесе с таким же скачкообразным ростом характеристик при переносе колеса в спиральный корпус есть результат упорядочения, лишенный прямого принуждения заданной геометрией колеса и действующими силами. Один из главных стимулов — это информация, распространяющаяся вверх по потоку из внешнего к колесу пространства и способствующая поддержанию упорядоченного течения в межлопаточных каналах. Генератором стимулирующей информации является развитое течение типа вихреисточника, охватывающее снаружи колесо и имеющее тангенциальную скорость, превышающую скорость вращения колеса. Именно по этой причине никакие
конфигурации окружающего колесо пространства, не создающие потока, вращающегося быстрее колеса, не могут воспроизвести феномен. В отсутствие спирального корпуса этому могут лишь частично способствовать конструкции типа вращающегося диффузора.
Литература
1. Соломахова Т. С. Радиальные вентиляторы: Аэродинамика и акустика/Т. С. Соломахова; Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского. — М.: Наука, 2015. — 460 с.
2. Соломахова Т. С. К расчету спирального корпуса центробежного вентилятора // Промышленная аэродинамика. Выпуск 2 (34). 1987. — М.: Оборонгиз, с. 77–85.
3. Марр Ю. Н. О взаимодействии радиального колеса с лопатками, загнутыми вперед, со спиральным корпусом. Инженерные системы — АВОК — Северо-Запад. № 3. 2019. С. 10–14.
4. Князева Е. Н., Курдюмов С. П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. — М.: Наука, 1994. — 236 с.
5. Руденко А. П. Самоорганизация и синергетика. АНО «Центр междисциплинарных исследований» (ЦМИ) [Электронный ресурс]. Режим доступа: Сайт С. П. Курдюмова. (дата обращения 15.01.2020).
6. Ландау Л. Д., Лифшиц В. М. Гидродинамика. Теоретическая физика. Т.VI. — М.: Наука. 1988. — 736 с.
7. Барабаш В. М., Брагинский Л. Н. Об оценке интенсивности тепло- и массообмена в потоках с искусственной турбулизацией. — ИФЖ, 1981, т. ХL, № 1, с. 16–18.
8. Коваленко В. М. О работе спиральных кожухов центробежных вентиляторов // Промышленная аэродинамика. Выпуск № 17. Вентиляторы. — М.: Оборонгиз. 1960.
9. Караджи В. Г., Московко Ю. Г. Вентиляционное оборудование. Технические рекомендации для проектировщиков и монтажников. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2010. — 432 с.
10 марта 2020 года в ЦВК «Экспоцентр», в Москве, в рамках выставки «Мир Климата» прошел XVIII Международный конгресс «Энергоэффективность. XXI век. Архитектура. Инженерия. Цифровизация. Экология».
По традиции модератором главного события деловой программы форума – пленарной сессии на тему «Энергоэффективность при реализации нацпроектов: нормативное регулирование, технологическое обеспечение и международный опыт» — стал президент Ассоциации «АВОК СЕВЕРО-ЗАПАД» Александр Гримитлин.
— Нельзя повысить комфорт и санитарную безопасность, не применяя энергоэффективные технологии и экологически чистые материалы, — констатировал Александр Гримитлин, открывая восемнадцатый конгресс. — Нельзя сохранить окружающую среду, не используя эффективные современные фильтрационные и инженерные системы. Все эти задачи необходимо решать в комплексе.
Поэтому, как было отмечено в дальнейшей дискуссии, а также в связи с переходом в цифровой формат, изменением нормативно-технической и правовой баз, внедрением энергосберегающих технологий и экологичных материалов повышается роль проектировщиков. С докладом на эту тему выступил на форуме президент НОПРИЗ, народный архитектор, академик Михаил Посохин.
— Действительно, многое в энергосбережении зданий зависит от проектировщиков и архитекторов, от скорости внедрения BIM-технологий, так как именно они позволяют сегодня просчитать сценарии на всех этапах жизненного цикла объектов, — заявил Михаил Посохин. – Но нельзя забывать о том, что многое в энергосбережении зависит и от технологий, применяемых при реализации проекта.
Этот тезис поддержал, выступая на конгрессе, вице-президент НОСТРОЙ Антон Мороз.
— Проектировщики сегодня применяют и закладывают современные технологии и энергосберегающие материалы, — обратил внимание участников конгресса Антон Мороз. – Но в реальности мы получаем объекты с невысоким классом энергоэффективности. Это проблема не только экономическая. Сегодня есть заказчики, готовые вкладываться в технологии. Есть нормативные нестыковки.
Тему нормотворчества, а также реализацию процесса «регуляторной гильотины», затронул далее на пленарной сессии председатель секции энергосбережение Экспертного совета по жилищной политике и ЖКХ Государственной Думы, первый вице-президент Международной ассоциации фондов жилищного строительства и ипотечного кредитования Валерий Казейкин. Он также представил ряд практических примеров внедрения энергоэффективных технологий в современных условиях.
Примерами из практики наполнил свое выступление на конгрессе и вице-президент НОЭ Леонид Питерский.
Интерес у участников дискуссии вызвал доклад директора Национального центра энергоэффективности Министерства экономического развития РФ Екатерины Кваши о развитии сферы энергосбережения и энергоэффективности в России.
Как уже говорилось выше, BIM – технологии и создание информационной модели для современного проектировщика уже перестали быть экзотическими терминами.
Но прогресс не стоит на месте и сегодня в наш обиход входят уже такие понятия как математическое, или CFD, моделирование и энергомоделирование.
Это современные инструменты, используемые для проверки проектных инженерных решений на их соответствие функциональным задачам.
О CFD и энергомоделировании на ранних стадиях проектирования зданий рассказали заместитель руководителя инженерной мастерской ООО «Проектное бюро АПЕКС» Дмитрий Климов и руководитель группы математического моделирования этого проектного бюро Эмиль Султанов.
Завершилась дискуссия совместным докладом инженера-архитектора агентства проектного консалтинга «Содействие» Татьяны Яцюк и д.т.н., профессора Московского энергетического института Ильдара Султангузина об отражении цифровизации в строительной отрасли и новых возможностях для энергосбережения, а также для эффективного и разумного использования энергии.
Далее деловую работу конгресса продолжили секции: «Энергоэффективные технологии в строительстве» и «Способы снижения энергопотребления системами ОВК».
Ведущими первой из них стали д.т.н, научный руководитель группы компаний «ИНСОЛАР» Григорий Васильев и д.т.н, и.о. зав. кафедрой «Архитектура зданий и сооружений», профессор кафедры «Урбанистика и теория архитектуры» ФГБОУ ВО «ВолгГТУ» Сергей Корниенко.
К участию в дискуссии были приглашены директор ООО НПП «Донские Технологии» Владимир Паршуков, руководитель отдела научно-технического сопровождения ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» Игорь Юрченко, исполнительный директор «ОМП-Инжиниринг» Алексей Панафидин, инженер-эколог ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» Марина Колесова, генеральный директор ООО «Зеленый Офис», руководитель «Лаборатории и клуба зеленых офисов» Екатерина Кузнецова, руководитель направления «Энергоэффективность зданий» ООО «ТЕХНОНИКОЛЬ Строительные Системы» Станислав Щеглов, директор по развитию ООО «НЕОСАН ЭНЕРДЖИ РУС» Дмитрий Капко, к.т.н., доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции «НИУ МГСУ» Сергей Тихомиров и директор ООО «Новатор Плюс» Игорь Ли.
В рамках мероприятия участники обсудили умное энергоэффективное, энергосберегающее, экологически чистое домостроение, комбинированное использование грунта, атмосферного воздуха и вентиляционных выбросов как источника низкопотенциальной тепловой энергии для ТСТ ГВС МКД, монтаж инженерных систем в эпоху «индустрии 4.0» (холодильные центры, тепловые пункты), влияние социальных факторов на требуемый уровень влагозащиты ограждающих конструкций, районирование территорий РФ по эффективности теплонасосных систем для горячего водоснабжения и кондиционирования МКД, а также инновационные технологии для повышения энергоэффективности объекта процессов управления строительством объектов.
В завершение работы секции была рассмотрена оценка размера тепловых потерь энергии через конструкции МКД, заглубленные в грунт, анализ получаемого экономического эффекта, перспективы применения при строительстве в России солнечных электростанций и корректировка инженерной методики расчета площади поверхности плоских солнечных коллекторов для нужд ГВС общественных зданий на основе экспериментальных данных г. Ростова-на-Дону.
В рамках второй секции участники и гости конгресса обсудили способы снижения энергопотребления системами отопления, вентиляции и кондиционирования.
Со-модераторами дискуссии, по традиции, выступили к.т.н, председатель подкомитета НОСТРОЙ по инженерным системам, председатель Союза «ИСЗС-Монтаж» Алексей Бусахин и д.т.н., профессор, вице-президент, координатор НОПРИЗ по СЗФО, президент АС «АВОК СЕВЕРО-ЗАПАД» Александр Гримитлин.
В ходе дискуссии были обсуждены применение вентиляционного оборудования VENTART и AIRONE для исполнения Федерального закона № 384-ФЗ и СП 60.13330.2016 в многоквартирных зданиях, обеспечение энергоэффективности на практике с помощью энергетического клапана BELIMO, итоги и перспективы развития рынка ОВК, практические результаты применения BIM-технологий в проектировании объектов различного назначения, показатели энергетической, экологической и экономической эффективности систем холодоснабжения и вопросы вентиляции многоквартирных жилых домов.
В работе секции приняли участие генеральный директор ООО «Вентарт Групп» Роман Миронов, директор по продажам и маркетингу «Сервоприводы БЕЛИМО Руссия» Евгений Абрамов, генеральный директор маркетингового агентства «Литвинчук-Маркетинг» Георгий Литвинчук, генеральный директор ООО «ВАК-ИНЖИНИРИНГ» Евгений Болотов, к.т.н., главный специалист АО «ЦНИИПРОМЗДАНИЙ» Андрей Стронгин, к.т.н. профессор кафедры теплогазоснабжения и вентиляции «НИУ МГСУ» Елена Малявина и преподаватель кафедры теплогазоснабжения и вентиляции «НИУ МГСУ» Каминат Агаханова.
В завершение работы секции к.т.н., член ТК 061, советник по научным разработкам ООО «ИННОВЕНТ» Юрий Московко рассказал об аэродинамической эффективности в новых российских стандартах по вентоборудованию.
В ходе конгресса «Энергоэффективность. XXI век. Архитектура. Инженерия. Цифровизация. Экология» также прошло обсуждение актуализированных профессиональных стандартов:
