К вопросу выбора радиаторов для систем водяного отопления

До сих пор их выбор основывался в основном на каком-либо одном или нескольких, взятых произвольно, по мнению проектировщика основных, показателях, приводимых производителями того или иного радиатора. Наиболее часто приводится пять-шесть показателей. Например,в инструкции к биметаллическому радиатору «Сантехпром-БМ» указаны: ❏ максимальное рабочее избыточное давление — 1,6 МПа, испытательное давление — не менее 2,4 МПа; ❏ температура теплоносителя — до 130°C;  глубина — 100 мм; ❏ номинальный тепловой поток секции в эксплуатационном режиме (в зависимости от марки) — для одной секции РБС 500 — 195 Вт; ❏ срок службы — не менее 25 лет; ❏ цена без НДС и с НДС (в зависимости от марки и с учетом количества секций) — для трехсекционнного РБС 500 — 953,72 (без НДС) и 1125,38 руб. (с НДС) и для четырех–пятнадцатисекционных — 4768,61 (без НДС) и 5626,96 руб. (с НДС). Однако, среди перечисленного не учитываются другие, не менее важные, показатели нагревательных приборов. Например, тот же радиатор «Сантехпром-БМ» может поставляться с предварительно установленной арматурой различного назначения. Нагревательный прибор может быть нестандартной формы, например, дугообразной (рис.1). Совершенно естественно, когда с учетом объемно-планировочного решения какого-либо помещения выбирается дугообразный нагревательный прибор либо, по желанию заказчика, радиатор с определенной фактурой, например, деревом (модель Knockonwood, JAGA, Бельгия) [1] или прибор малой тепловой инерционности. К таким можно отнести нагревательные приборы, производимые JAGA по технологии Low-Н₂О — они значительно быстрее других создают в отапливаемых помещениях комфортную температуру (рис. 2). Очевидно, что при выборе нагревательных приборов недостаточно руководствоваться только габаритами, теплоотдачей, ценой и/или их дизайном. Это многофакторная задача, которая должна решаться на основе соответствующего подхода. К сожалению, методики «оптимального выбора» для комплексного соотнесения между собой многочисленных параметров, характеризующих нагревательные приборы, до сих пор нет. В этой статье авторами предложен метод выбора оптимальных нагревательных приборов с учетом конкретных условий систем водяного отопления проектируемых зданий. Методикой предусмотрено [3, 4] выделение и качественно-количественное определение приоритетного базового или основного фактора Ф₀, а также ряда второстепенных факторов Ф_кi, так или иначе оказывающих влияние на основной фактор и друг на друга. В качестве основного фактора принят интегрированный показатель, связанный с функциональной задачей отопления, — поддержанием комфортных условий в помещении в течение расчетного срока эксплуатации системы водяного отопления, в целом по всему зданию. Параметры устанавливаются в результате совместного проведения теплотехнических и гидравлических расчетов (согласно действующих норм) с использованием соответствующих подходов [5] и, разумеется, с учетом пожеланий заказчика. На данном этапе разработки методики нами выделено 11 объективных внешних факторов влияния на выбор оптимальных нагревательных приборов: ❏ стоимость нагревательного прибора (удельную, отнесенную к стоимости 1 м² нагревающей поверхности или к стоимости 1 кВт выделяемого тепла) — Ф_к2.; ❏ расчетное рабочее давление — Ф_к3; ❏ масса нагревательного прибора (отнесенная к его теплоотдаче) — Ф_к4; ❏ допускаемая температура теплоносителя — Ф_к5; ❏ срок службы нагревательного прибора — Ф_к6; ❏ предпочтительная схема теплоснабжения (открытая или закрытая) — Ф_к7; ❏ дизайн нагревательного прибора — Ф_к8; ❏ ремонтопригодность нагревательного прибора — Ф_к9; ❏ требуемое качество теплоносителя — Ф_к10; ❏ теплоотдача нагревательного прибора — Ф_к11; ❏ тепловая инерционность нагревательного прибора — Ф_к12. Многие факторы перекликаются между собой и вычленить их возможно с определенными допущениями. Естественно, объективных внешних факторов может быть выделено, в зависимости от конкретных условий, как больше, так и меньше 11. После оптимизации следует оценивать влияние каждого принятого допущения на общий вывод, в соответствии с которым был выбран тот или иной вид нагревательных приборов. Составление семантической и математической моделей и алгоритма решения задачи определения «оптимального» вида нагревательного прибора включает три этапа: ❏ составление общей структурной схемы связи основного фактора и 11 объективных внешних факторов в виде орграфа [6] (рис. 3); ❏ определение связей факторов (направление стрелки указывает на приоритетный фактор, для конкретного случая они могут отличаться от принятых на рис. 3); ❏ распределение факторов на основе множества сочленений с алгебраической записью в виде матриц инциденций [7] Ai всех возможных сочленений (табл. 1). В этой матрице на основе установленных связей (рис. 3) каждому из 12 факторов (элементы матрицы A) присвоены «0» (отсутствие доминирования) либо «1» (доминирование одного фактора над другим). Численно степень доминирования факторов (т.е. значимость одного фактора по отношению к другому) определяется весом строки, равным сумме ее элементов. Для расширения диапазона численных значений, а также исключения одинакового веса строк, матрица инциденций А преобразуется в матрицу S (табл. 2): S = А + А² + А⁴. (1) Данная операция производится с помощью специальных компьютерных программ, например, Matriza [3]. Для каждого элемента (внешнего фактора) результирующей матрицы S определяется вес строк, g_i, в баллах. Это количество баллов рассматривается как верхний предел изменения соответствующего фактора. Нижним пределом изменения фактора будет верхний предел (значение) нижеследующего по весу фактора плюс один балл. Из табл. 2 следует, что наивысший вес имеет фактор Ф_к11 (g₁)— тепловая мощность нагревательного прибора (81 балл); второй по весу фактор Ф_к2 (g₂)— стоимость нагревательных приборов (41 балл), третий — фактор Ф_к10 (g₃)— требуемое качество теплоносителя (39 баллов) и т.д. Фактор Ф_к9 (g₁₁)— ремонтопригодность нагревательного прибора — имеет наименьший балл 14. Для удобства пользования диапазон численных значений между предыдущим и последующим факторами расширяется путем замены: 100g_i = Y_i. (2) Каждому внешнему фактору с учетом балльности присваивается уровень значимости Y_i в замкнутой системе с установленным диапазоном изменения количества баллов (табл. 3). Каждый уровень Y_iподразделяется на подуровни y_i–j (табл. 4). Данная методика реализуется путем составления паспортов (табл. 5 и 6) на каждый вид конкурирующих между собой нагревательных приборов для проектируемой системы водяного отопления какого-либо здания. Далее для каждого вида нагревательного прибора подсчитывается общая сумма баллов во всех подуровнях, ∑y_ij, (сумма значений четвертого столбца табл. 5 и 6). На данном этапе рассмотрения вопроса, ввиду приблизительного назначения цифровых параметров для y_ij, расхождения в значениях ∑y_ijдо 5% следует считать незначительными. Приоритет в таких случаях следует отдавать нагревательным приборам по главному признаку для конкретных условий. Это могут быть стоимость, дизайн, а также другие объективные внешние факторы. При расхождениях более 5% приоритетным следует считать нагревательный прибор, у которого полученная ∑y_ijбудет меньшей. То есть комфортные условия в помещениях будут обеспечиваться при более низких суммарных значениях параметров нагревательных приборов, принятых в качестве оптимальных для конкретной системы водяного отопления. В нашем случае 33062 – 30731 = 2331, что составляет 7,6%. Это позволяет считать оптимальным алюминиевый радиатор. Для реализации предлагаемой методики должен проводиться детальный сбор, изучение и анализ соответствующего нормативного и фактического материала по различным видам нагревательных приборов, а также по проектированию, эксплуатации и ремонту в зданиях разного типа. Особенно это касается высотных домов, так как практических данных по таким зданиям еще не накоплено. Естественно, предлагаемую методику нельзя считать завершенной полностью. Требуется еще уточнить правильность принятия уровней значимости для некоторых параметров, не исключена возможность увеличения их количества. Но самое главное, предлагаемая методика нуждается в тщательной проверке при реализации конкретных проектов с использованием нагревательных приборов систем водяного отопления в жилых домах и объектах соцкультбыта различной конструкции и этажности, с различными теплотехническими показателями и т.п

1. Стальные панельные радиаторы на российском рынке.— Журнал «С.О.К.»,№3/2005. 2. Материалы IV российской выставки «Трубопроводные системы. Строительство, эксплуатация, ремонт», 22–25 ноября 2005 г. — М.:ВВЦ (ВДНХ). 3. С. В. Храменков, В.А.Орлов, В.А. Харькин. Оптимизация восстановления водоотводящих сетей. — М.: «Стройиздат», 2002. 4. В.А. Харькин, В.А.Орлов, А.А.Отставнов. К оптимальному выбору участков для бестраншейной реконструкции на примере самотечных трубопроводов с использованием графоаналитического метода.— Журнал «Полимерные трубы»,№1/2005. 5. А.А.Отставнов, В.С.Ионов. Гидравлический расчет полимерных и металлических трубопроводов систем водяного отопления зданий.— «Арктический СНиП»,№2(14), 2003. 6. Э.Майника. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. — М.: «Мир», 1981. 7. Ф.Р. Гантмахер. Теория матриц. — М.: «Наука», 1988.