Ответ на пост «Чат теплотехников»4
Ух как же у меня горит, хоть утепляй изнутри. Готов как геолог теплотехник обоссать всех говноедов архитектуров, что насрали на физику. Что в вашем понимании снаружи/внутри и причом тут шуба? Вот человек яркий пример с тюленем сбросил. Хомяки архитекторы сами не понимают что несут. Теплоизоляция подразумевает под собой изоляцию от трёх видов излучения: тепломассообмен (конвекция, ветрозащита и проч) передаётся только в среде, теплопроводность ( та самая шуба, которая зависит от видов и границ сред, поэтому пупырчатые пористые материалы рулят) и изучение ( ему похуй на всё, может в вакууме передавать энергию). И как бы вы пизду к верху мехом не выворачивали, если у вас тепломассообмен херачит то грош цена вашей теплопроводности. Можете ватой метровой обмататься и замерзнете как долбоеб насмерть. Ибо на ветру всё выдует. Поэтому снаружи сначала отсекается тепломассообмен ветрозащитой как на фасаде - как мембрана или шкура тюленя. Потом внутри уже идёт уменьшение теплопроводности (что и все понимают как утепление). Ну а финальное можно фольгой захуярить изнутри и уменьшить ещё излучение. Поэтому утепляют не внутри, не снаружи и не в середине, а везде. Послойно и последовательно
Как выбрать светопрозрачную конструкцию
Являясь инженером фасадных конструкций, по роду деятельности столкнулся с повальной безграмотностью мелких контор и бригад при составлении предложения светопрозрачных конструкций для заказчика.
Допустим, Вы - заказчик. Вам захотелось заполнить проем алюминиевой светопрозрачной конструкцией ( пластик не мой конек, здесь я не советчик). Первая дилемма, встающая перед Вами - тёплая или холодная конструкция Вам нужна?
Холодная гораздо дешевле, проще в монтаже и эксплуатации. Чаще всего устанавливают на верандах, террасах, в беседках и каких-то ещё вспомогательных помещениях. Главным критерием такой конструкции является зонирование пространства и "чтоб не дуло". Заполнением конструкции является одинарное стекло или простой однокамерный стеклопакет в случае если к требованиям добавляется "чтоб не так сильно шумело". Ну и если возникает просьба "чтоб не как в аквариуме", на внешнее стекло наклеивают тонировочную плёнку.
По тёплым конструкциям пишут книги, а не статьи, но 90% сводится к 3м позициям:
1) Тёплые окна
2) Теплые двери
3) Теплые витражи
Производители оконных конструкций бьются за 3 показателя, которые имеют наибольшее значение при выборе: стоимость, прочностные характеристики, теплотехника.
В низком и среднем ценовом сегменте доминируют отечественные производители: Красноярск, Татарстан, Екатеринбург. Особняком стоит белорусский производитель, его ценовую политику я так и не смог понять.
Прочностные характеристики имеют значение только в высотном и коммерческом строительстве.
Теплотехника лучше всего у производителей из Германии и Бельгии. Вот теплотехнику хотелось бы осветить подробнее. Не забывайте, что сама конструкция лишь на 20% состоит из алюминия (или пластика), а основной частью ее является стеклопакет.
Главным теплотехническим показателем конструкции является коэффициент сопротивления теплопередаче R0. Чем он выше, тем сильнее конструкция сопротивляется потере тепла. К примеру, R0 у утепленной ЖБ стены равняется 4. А самый тёплый стеклопакет, который Вы сможете заказать в стандартной оконной компании будет иметь R0 не больше 1,2. Как понять, сколько должно быть R0 у Вашей конструкции? Есть нормативные документы, регламентирующие R0 в зависимости от региона. Например, для Урала до августа 2019г. между улицей и жилым помещением должны были устанавливаться конструкции с R0 не меньше 0,65. Т.е. при площади окна 1,5-2 м2 подбирался стеклопакет с R0 около 0,68-0,7.
Так вот, во многих монтажных фирмах даже не знают, как определить R0 в пакете. У них простая арифметика: 2 стекла - холодно, 3 стекла - тепло. И это не развод покупателя на деньги, это банальная безграмотность. Чтобы не попасть впросак, Вам, как заказчику, следует совсем немного вникнуть в тему: гуглим ГОСТ "Стеклопакеты клееные". В конце документа находим приложение - таблица с указанием R0 всех самых популярных пакетов, предлагаемых оконными фирмами. Пока вкратце обозначу зависимость: есть И- стекло(с энергосберегающим напылением) - пакет теплее. Есть аргон - пакет теплее. Есть третье стекло - пакет теплее. Чем шире рамка, тем пакет теплее. Но! 3 стекла без энергосбережения будут холоднее, чем 2 стекла, одно из которых И- стекло, проверьте в ГОСТе. Самый тёплый пакет имеет формулу 4И-20Ar-4м1-20Ar-4И, у него R0 около 1,2. Ещё частенько пытаются продать пакеты с пластиковой дистанционной рамкой (рамка между стёклами в стеклопакете). Такой пакет теплее, но гарантия на него не больше 3х лет. В то время как на пакет с алюминиевой рамкой гарантия от 5 лет, как правило.
Буду понемногу раскрывать тему фасадных конструкций.
Часть 1. Конденсационный котел. КПД 109%
Всем доброго дня! Прочитал тут на днях пост «Мифы строительства 17: Конденсационный котёл — это выгодно?». Спасибо @findeler, что не поленился написать, да еще и с картинками. С чем-то из этого поста я согласился, с чем-то категорически нет. А когда почитал комментарии, стало даже немного обидно за конденсационную технику и за то, что даже тот, кто не понимает, пытается вставить свое некомпетентное слово, вводя в заблуждение честный народ. Простите если кого-то задел своими словами, но это факт!
Эта несправедливость всколыхнула мое нутро, вчера хорошенько все обдумал и решил создать серию постов про отопление. Тема актуальная. Прошу никого не обижаться, а @findeler отдельное спасибо, что поднял эту тему.
Так получилось, что жизнь моя напрямую связана с котельным оборудованием и инженерными системами. Я долгое время занимался проектированием инженерных систем как коммерческих и жилых объектов, так и крупных промышленных объектов. Все объекты я не только выдавал на бумаге, но и вел до запуска в эксплуатацию, поэтому каждому монтажнику приходилось доказывать, что не ты «олень», а он дурак и неправильно делает и как делать нужно. Так я получил драгоценный опыт. На данный момент занимаюсь именно котельным оборудованием и отоплением, а конкретно обучением персонала тому, как делать нужно, а как не нужно.
Заголовок поста говорит о самом горячем обсуждении в комментах к тому посту. Мол такой высокий КПД — это бред, не бывает больше 100%, это открытая система или это коммерческие уловки. Давайте разбираться.
Сразу вспомним физику школьной программы. Помните, когда нужно было посчитать количество энергии, затрачиваемое на испарение 5 литров воды с температурой 100 С. Или типа того. Так вот там фигурировало понятие как скрытая теплота испарения/парообразования = скрытой теплоте конденсации/конденсатообразования. Вспомнили.
Дальше идем к топливу. Любое топливо имеет две теплоты сгорания: высшую и низшую.
Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.
Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара.
Хм… Получается, что высшая теплота сгорания = низшей теплоте сгорания + скрытой теплоте парообразования.
По справочным данным разница между высшей и низшей теплотой сгорания составляет 11% для природного газа.
Разобрались.
Другой момент. @findeler правильно написал, что суть конденсационного котла в том, чтобы охладить дымовые газы до низких температур (ниже точки росы; для сжигания природного газа точка росы – 57С), после чего на поверхности теплообменника начинается выпадение конденсата и выделение скрытой теплоты конденсации. Нормальная температура дымовых газов конденсационных котлов лежит в пределах 40-75С. Большинство современных котлов оснащены датчиком температуры дымовых газов с аварийной отсечкой примерно в 100С, т.е. котел выключается по аварии, если дымовые газы поднимаются до такой температуры. Обычная температуры дымовых газов для традиционных котлов от 120 до 250С. Причем 120 говорит не об эффективности, а наоборот: у атмосферных котлов невозможно регулировать объем подаваемого воздуха, в результате чего дымовые газы разбавляются большим количеством «прохладного» засасываемого воздуха из помещения. Для того, чтобы достичь низкую температуру дымовых газов, нужна бОльшая площадь теплообменника. А это влечет за собой, опять же, повышение КПД.
Итак, опять физика. Q=mc∆T. Т.е. количество теплоты = масса продуктов сгорания*теплоемкость продуктов сгорания*разница температур в начале и в конце процесса. Отсюда получаем, что чем больше разница температур, т.е. чем сильнее охлаждаем дымовые газы, тем больше дополнительной энергии получаем. Производители обозначают эту цифру в 5-7%.
Итого посчитаем, чему равен КПД конденсационного котла:
КПД традиционного современного котла приблизительно равен 92% (практически у любого производителя)
+ КПД за счет конденсации водяных паров – максимум 11%
+ КПД за счет большей площади теплообменника – 5-7%
ИТОГО: КПД 108-110%
Да как так-то? Почему больше 100%?
Ответ кроется в истории теплотехники. Когда выводились теплотехнические формулы ученые уже понимали, что есть высшая и низшая теплота сгорания. Но в то время отсутствовали материалы, способные долгое время выдерживать эксплуатацию в условиях сильно нагретого кислотного коктейля, потому что конденсат из себя представляем смесь кислот (pH = 2,5-5). Точнее был один материал – стекло, на котором и были проведены необходимые практические опыты. Но практического применения стеклянный котел вряд ли бы нашел. Поэтому для расчета КПД приняли низшую теплоту сгорания как международный стандарт. Но в 70-е годы прошлого столетия произошел качественный прорыв в материалах. Появились нержавеющие сплавы, способные без проблем работать в таких условиях. Компании разработали конденсационные котлы с КПД вырывающимся далеко за 100%.
Другими словами КПД 108% - это значение на 8% больше, чем могли предположить наши предки-ученые в практическом применении.
Хорошо! Тогда мир подошел к тому, чтобы использовать высшую теплоту сгорания при расчете КПД. Но это неправильно для традиционных котлов, в них же нет конденсации.
Итак, если пересчитать КПД конденсационного котла по высшей теплоте сгорания, получаем вполне удобную цифру в 97-98%. Весьма и весьма эффективный. Но для сравнения если пересчитать КПД традиционного котла, оно уйдет на отметку в 80-82%.
Так что для сравнения этих показателей многие производители указывают в технических паспортах 2 значения КПД как для традиционных, так и для конденсационных котлов, чтобы их можно было корректно сравнивать.
Надеюсь понятно объяснил. Следующая часть будет про эффективность конденсации с течении года и кривые отопления и отопительные графики.
Часть 2. Конденсационный котел. Эффективность котла в течении года
Часть 1. Конденсационный котел. КПД 109%
Продолжение моего рассказа хотел бы начать с ответа на комментарии, что с нашими ценами на газ и высокими ценами на конденсационные котлы никогда не окупится. Я потрудился и нашел архивные тарифы для населения (где-то могут быть не очень точными, т.к. данных очень много, но общая тенденция понятна). Нетрудно заметить, если бы не события в братском государстве в 2014г, цена на газ уже была бы в районе 10 руб/куб.м. Судя по всему тарифы сейчас каким-то образом сдерживаются, но это не будет продолжаться вечно. Если взять цены на газ в Украине, там скорее всего картина будет вообще печальная. Да даже так видно, что за 10 лет цена на газ выросла в 2,88 раза, примерно на 25% в год. При расчете окупаемости не следует этим пренебрегать.
Далее, чтобы быть объективным, я взял цену на самую простую модель конденсационного котла известного немецкого производителя (На букву V начинается на букву N заканчивается) и прайсы этого производителя с 2011 по 2018 г. Взял цены в евро и среднегодовой курс за определенные года. Тут картина не очень красивая конечно. Зато правда. Видим что цена в евро имеет тенденции к снижению, а цена в рублях крутится как вошь на гребешке. Ну тут опять видим переломный 2014г. Никуда от него не денешься. Но не может не радовать, что производители стараются выйти из сложившейся ситуации. Например здесь же появилась упрощенная модель, которая, на мой взгляд, мало чем отличается от неупрощенной. Цена на графике указана зеленой точкой.
Тут уж как есть. Рассчитывать на окупаемость в течении 1-2 лет на данный момент можно только при использовании сжиженного газа. Но никакие ТЭО (технико-экономические обоснования) не дают реальной картины, это все лишь теория. Поэтому на практике реальные цифры будут составлять 5-7 лет при использовании магистрального газа. Но чем больше мощность, тем меньше сроки окупаемости. Подкрепить какими-то расчетами здесь невозможно. В действительности объекты индивидуальны. Здесь показательны отзывы пользователей, кто поменял обычный котел (а тем более АОГВ) на конденсационный. По их словам расход газа снижается примерно на 20-25%. Цены же конденсатников выше традиционных котлов ориентировочно на 20-50%.
Ближе к теме...
Понятно, что интенсивность конденсации меняется с течением года. Как именно, мы увидим ниже. Сразу оговорюсь, что для конденсационной техники крайне важно работать в погодозависимом режиме. Вся система отопления рассчитывается на температуру наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 (Строительная климатология СП 131.13330.2012). Смысл погодозависимого регулирования в том, что чем теплее на улице, тем меньше теплопотери строения, тем более низкую температуру теплоносителя мы можем подавать потребителю. Чем ниже температура теплоносителя, тем эффективнее происходит конденсация водяных паров на теплообменнике.
Возьмем низкотемпературный график отопления 40/30. Чаще всего такой график можно встретить на любой всеми системе теплого пола.
Зеленая линия - температура точки росы. При сжигании природного газа это значение равно 57С. Мы видим, что круглый код, даже при расчетной температуре наружного воздуха -28С для г.Москва наш график отопления находится ниже точки росы, а следовательно и конденсация, и максимально возможный КПД (109% если угодно))) круглый год будут на максимально возможном уровне.
В практическом применении данный график настраивается непосредственно на контроллере котла, но фигурирует там только температура подачи. Называется он - кривая отопления. Наружный датчик температуры устанавливают на улице. Контроллер соотносит усредненное значение наружной температуры и кривую отопления, таким образом высчитывает температуру подачи и подает теплоноситель именно этой температуры.
Кстати, кто-то писал комментарий про систему отопления только теплыми полами. К сожалению, такое встречается, т.к. обычно все считают на коленке не вдаваясь в причины и подробности.
Откроем СП 60.13330.2016 "Отопление, вентиляция и кондиционирование"
6.4.9 Среднюю температуру поверхности строительных конструкций со встроенными нагревательными элементами в расчетных условиях следует принимать не выше, °С:
- 70 - для стен;
- 26 - для полов помещений с постоянным пребыванием людей;
- 23 - для полов детских учреждений согласно СП 118.13330;
- 31 - для полов помещений с временным пребыванием людей, а также для обходных дорожек, скамей крытых плавательных бассейнов
Что это значит? Это значит, что при правильно выполненной системе теплого пола с соблюдением температуры на поверхности, она (не берем какие-то супер-пупер энергоэффективные дома с нулевыми теплопотерями, хотя таких не бывает) не сможет покрыть все теплопотери здания (максимум около 50% при расчетной наружной температуре). Нарушение же температуры на поверхности чревато отсутствием комфорта, стоять на таком полу можно только в тапочках, и, главное, сильному конвективному потоку от пола. В результате этим потоком воздуха вся пыль и вредные микроорганизмы будут постоянно летать в воздухе помещения и вы будете этим дышать! Поэтому если вы дорожите здоровьем своей семьи, делайте так, как того требуют нормы. Они как и правила ТБ, написаны кровью.
Из сказанного выше становится понятно, что одними теплыми полами не обойтись. Все таки чаще используют высокотемпературное радиаторное отопление (либо теплый пол + радиаторы).
Выше представлен высокотемпературный график. Мы видим, что условно этот график делится на 3 зоны. 1 - от -25С и ниже, температура подачи и обратки выше точки росы, 2 - от -10 до -25С, подача выше, обратка ниже точки росы, 3 - выше -10С, подача и обратка ниже точки росы.
Характеристики зон:
1 - Конденсации на теплообменнике не возникает, котел работает как традиционный. Но его КПД на 5-7% больше за счет увеличенной площади теплообмена (читать предыдущий пост). Отсюда нюанс, подбор мощности котла для высокотемпературно графика следует осуществлять по мощности для графика 80/60 (см. паспорт котла)
2 - Когда температура обратки опускается ниже точки росы, начинается частичная конденсация. Во второй зоне прирост КПД за счет конденсации будет от 1 до 11% для природного газа в зависимости от наружной температуры.
3 - Аналогична низкотемпературному отоплению. Конденсация в полном объеме.
А как долго длятся эти периоды? Здесь нам поможет таблица ниже.
Итак для Москвы: 47ч/год - т.е. 2 суток в год в среднем котел работает без конденсации вообще, 38 суток с частичной конденсацией, оставшиеся 165 суток отопительного периода - с максимальным КПД.
Практика показывает, что если есть хотя бы 1 контур теплого пола, мы имеем более низкую температуру обратки и избавляемся от 3 зоны.
Вторым вариантом является расчет системы отопления на более низкую максимальную температуру (увеличение площади радиаторов как следствие) и избавление от 3 и частично 2 зоны.
Дальше поговорим, наверное, про дымоходы. А лучше пишите в комментариях, что еще интересно узнать.
Конденсат в стене
Товарищи строители, приветствую!
Живу я в Республике Коми, конкретно в моей местности морозы несколько раз за зиму могут перевалить за -30, самую низкую температуру прошлой зимой увидел -39.
Недавно наткнулся на просторах интернета на калькулятор теплотехнического расчёта и возникли вопросы.
Вот, к примеру, стена из арболитовых блоков толщиной 400 мм (тёплый материал, говорили мне).
Правильно ли я понимаю, что синяя зона конденсации означает, что в стене будет конденсироваться влага, замерзать там же и из-за того, что лёд занимает больший объём, чем вода, в последствии стена будет разрушаться?
Потому что если так, то ситуация печальная.
Подумал, что, может быть, имеет смысл утеплить стену минеральной ватой.
Как видим, зона конденсации сместилась в утеплитель. Значит ли это, что стене ничто не угрожает? Или намокший утеплитель не будет выполнять свою функцию и с течением зимы зона конденсации будет постепенно смещаться в стену?
Попробовал аналогичную стену изобразить из газобетона:
Ситуация аналогична арболиту.
На этом моменте вспомнил, что существует такой тип как каркасная стена.
Но и тут не всё так гладко, при низких температурах всё равно зона конденсации в утеплителе.
При этом абсолютно во всех случаях во вкладке Влагонакопление указано, что "Защита от переувлажнения конструкции. В ограждающей конструкции нет условий для образования конденсата." и "Защита от переувлажнения конструкции: Rп(в) > Rп.тр(1), Rп(в) > Rп.тр(2). Слой ограждающей конструкции удовлетворяет нормам по защите от переувлажнения."
Наращивание толщины утеплителя ситуацию не меняет, зона конденсации оказывается в утеплителе.
В одном посте про каркасники, в комментариях кто-то рекомендовал использовать алюминиевую фольгу в качестве пароизоляции.
И только тут зона конденсации пропала. Значит только вот так можно строить? Обычную пароизоляцию не использовать?
Для интереса решил вернуться к арболиту, но использовать фольгу как пароизоляцию (с обычной пароизоляцией всё равно зона конденсации в стене).
Так всё таки доверять визуальной картинке, в соответствии с которой зона конденсации может быть в стене? Конденсат в стене это ведь всегда плохо? Или верить словам, что "Слой ограждающей конструкции удовлетворяет нормам по защите от переувлажнения." и не обращать внимание на картинку?
Если же использовать фольгу, то стоит ли брать фольгированный пенофол?
AD7793 + термопара (Arduino)
AD7793 — малошумящий 24-разрядный сигма-дельта АЦП с тремя дифференциальными аналоговыми входами. АЦП AD7793 предназначен для высокоточного измерения постоянного напряжения, может применяться для измерения напряжения термопар и других датчиков с выходным напряжением в несколько единиц или десятков мВ.
Более подробно об АЦП AD7793 можно узнать из — http://rcl-radio.ru/?p=128932
На базе АЦП AD7793 можно сделать высокоточный измеритель температуры термопары. Для примера в измерителе температуры будут применены наиболее популярные характеристики термопар ТХА и ТХК.
Термопара ТХА
Тип: К
Обозначение: ТХА
Материал: хромель/алюмель
Рабочая температура: -270…+1372°С
Термопара ТХК
Тип: L
Обозначение: ТХК
Материал: хромель/копель
Рабочая температура: -200…+800°С
Для компенсации температуры холодного спая будет использован цифровой датчик температуры DS18B20. Для предотвращения саморазогрева датчика, обращение микроконтроллера к датчику будет проводится один раз в 10 секунд. В состав измерителя входит плата разработчика Arduino Nano, дисплей LCD1602 с модулем I2C, одна тактовая кнопка, датчик температуры (моуль) DS18B20, АЦП AD7793.
Для точного измерения температуры термопары подсоединение термопары к измерителю должно быть через термокомпенсационный провод с характеристикой аналогичной термопаре.
Схема измерителя термопары
Температура термопары с учетом температуры окружающей среды
ЭДС термопары (без учета температуры окружающей среды)
Тип термопары (выбор кнопкой ХА/ХК)
Температура окружающей среды
Выбранный тип термопары заносится в EEPROM. В настройке и калибровке измеритель термопары не нуждается.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Добавив в схему несколько простых компонентов можно сделать простой терморегулятор.
При помощи энкодера можно настроить температуру регулирования, а кнопкой энкодера выбрать тип термопары.
Температура термопары с учетом температуры окружающей среды
ЭДС термопары (без учета температуры окружающей среды)
Индикатор нагрева
Тип термопары (выбор кнопкой энкодера)
Температура регулирования
Выбранный тип термопары и температура регулирования заносится в EEPROM. В настройке и калибровке измеритель термопары не нуждается, единственный параметр который может нуждаться к корректировке это гистерезис: float gis=0.2; // гистерезис 0,2 гр.ЦельсияСкетчи - http://rcl-radio.ru/?p=128968






















