CC BY
15УДК 721.021 DOI 10.46920/2409-5516_2022_6172_78 EDN: FYXLOD
Визуальное
проектирование систем теплоснабжения
Visual design of heating systems
Анастасия ПЕСТРИКОВА Магистрант НИУ МГСУ e-mail: ShilovaLA@mgsu.ru
Любовь ШИЛОВА
Доцент кафедры информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве НИУ МГСУ к. т. н. e-mail: ShilovaLA@mgsu.ru
Anastasia PESTRIKOVA Master's student of MGSU e-mail: ShilovaLA@mgsu.ru
Lyubov SHILOVA
Ph.D., Associate Professor, Associate Professor of the Department of Information Systems, Technologies and Automation in Construction of MGSU e-mail: ShilovaLA@mgsu.ru
Район Аэропорт, Москва Источник: localfeed.ru
Аннотация. В статье рассматривается потенциал и возможности визуального проектирования энергоэффективных систем отопления в зданиях жилищно-гражданского назначения. Дается оценка перспектив использования визуального программирования для создания системы автоматизированного подбора оборудования. Авторами разработана цифровая информационная модель здания жилищно-гражданского назначения на примере модели многоэтажного жилого дома с техническим этажом и машинным помещением, который расположен в Северном административном округе города Москвы на территории муниципального района Аэропорт. При этом стоит отметить, что представленный в статье подход может быть использован относительно любого другого здания, расположенного в других климатических условиях.
Ключевые слова: энергетическое строительство, визуальное проектирование, энергоэффективность, тепловая энергия, информационное моделирование зданий.
Abstract. The article discusses the potential and possibilities of visual design of energy-efficient heating systems in housing and civilian buildings. Prospects for using visual programming to create a system of automated eguipment selection is given. The authors have developed a digital information model of the Housing and Civil Building on the example of a model of a multi-storey residential building with a technical floor and a machine room, which is located in the Northern Administrative District of the city of Moscow in the territory of the municipal area of the Airport. It should be noted that the approach presented in the article can be used with respect to any other building located in other climatic conditions.
Keywords: energy construction, visual design, energy efficiency, thermal energy, information modeling ofbuiidings.
11
Активное внедрение программных продуктов систем автоматизированного проектирования позволило сильно сократить сроки подготовки проекта
Введение
Одной из ключевых задач при проектировании зданий жилищно-гражданского назначения является подбор оборудования и проектирование систем отопления. Данная задача является комплексной и должна учитывать как требования нормативных документов, так и климатические условия, в которых будут эксплуатироваться здания [1].
В тоже время сократить время решения подобной задачи позволяет использование инструментов Индустрии 4.0, обеспечивающих цифровую трансформацию строительной отрасли. В статье представлен подход кавтоматизации подбора оборудования при проектировании систем отопления в зданиях жилищно-гражданского назначения для оценки перспектив использования визуального программирования.
Для апробации данного подхода была разработана специальная информационная модель многоэтажного жилого дома с использованием проекта из реестра типовой рабочей документации на официальном сайте Минстроя России.
Многоквартирный 15-этажный жилой дом с техническим этажом и машинным помещением расположен в Северном административном округе города Москвы на территории муниципального района Аэропорт.
Здание выполнено из монолитного железобетона, несущими вертикальным элементами являются пилоны, стены и ядра жесткости, которые образованы стенами лестничных клеток и лифтовых шахт. Фундамент запроектирован в виде монолитной железобетонной фундаментной плиты постоянной толщины 600 мм.
СЧ СЧ
<
О
СХ
<
О
ш
Московский международный деловой центр «Москва-Сити»
Источник: hotwalls.ru
гч гч
<
о
СЦ <
С
Пилоны подземной и надземной части запроектированы монолитными железобетонными, толщиной 250 мм. Стены лестнично-лифтовых блоков, лестничных узлов - монолитные железобетонные толщиной 200 и 250 мм. Наружные стены подвала утепленные, толщиной 200 мм и 250 мм. Внутренние стены подвала - 200 и 250 мм. Межквартирные стены и стены, смежные с коридором - из газобетонных блоков толщиной 200 мм. Наружные стены самонесущие из газобетонных блоков толщиной 250 мм с поэтажным опиранием на железобетонное перекрытие.
Кровля здания - плоская неэксплуати-руемая с покрытием из битумнополимер-
Подбор оборудования и проектирование систем отопления должны учитывать как требования нормативных документов, так и климатические условия, в которых будут эксплуатироваться здания
ного материала, стяжки из керамзитобе-тона. В качестве теплоизоляции применен экструзионный пенополистирол толщиной 200 мм.
Типовое решение по этажам - лестничные марши сборные железобетонные, площадки - монолитные. Лестницы в машинном отделении и выход на кровлю - монолитные. Перекрытия и покрытие запроектированы монолитными железобетонными толщиной 200 мм.
В отделке фасадов жилого дома использованы фиброцементные плиты на подсистеме вентилируемого фасада. В качестве теплоизоляции применен двухслойный минераловатный утеплитель, толщиной 150 мм.
Витражное заполнение проемов помещений первого этажа выполнено с применением стеклопакетов из алюминиевого профиля до пола. Заполнение оконных проемов жилых квартир выполнено стеклопа-кетами ПВХ.
В качестве ограждающих конструкций балконов принята кирпичная кладка на высоту 1,2 м,облицованная фиброцементны-ми плитами по подсистеме вентилируемого фасада без утепления. Остекление балконов выполнено алюминиевыми витражами.
Двери входов в подвал - металлические утепленные. Входные двери в жилую часть
здания со стороны дворового фасада - металлические утепленные с армированным остеклением. Со стороны главного фасада входные двери в общественные помещения и в места общего пользования жилой части - алюминиевые, с остеклением.
В подземной части здания располагаются помещение подвала для сбора и прохождения сетей инженерных коммуникаций, помещение индивидуального теплового пункта (ИТП), вводно-распределительного устройства (ВРУ) и насосной холодного водоснабжения (ХВС).
В надземной части здания запроектированы помещения без конкретной технологии (БКТ), места общего пользования (МОП) и жилые квартиры. В состав помещений БКТ входят тамбуры и санузлы.
Относительная отметка 0,000 первого этажа, соответствует абсолютной отметке 161,4.
На первом этаже размещены: входной вестибюль жилой части здания;помещение дежурного по подъезду, с санузлом; лифтовой холл; камера мусороудаления; два помещения БКТ с отдельными входными группами.
Квартиры расположены на жилых этажах со2 по15. На отметке 49,7 располагается машинное помещение лифта. На рис. 1 представлена информационная модель объекта исследования.
Для создания
автоматизированной системы подбора оборудования при проектировании отопления была разработана специальная информационная модель типового многоэтажного жилого дома
Материалы и методы
Одним из важных шагов для создания системы автоматизированного подбора оборудования является выбор программных продуктов. В рамках реализации представленного исследования использованы такие программные продукты, как Autodesk Revit и Dynamo. Первый программный продукт - Autodesk Revit -является программным комплексом, который базируется на технологии информационного моделирования зданий (Building Information Modeling) и предоставляет возможности для архитектурного проекти-
Рис. 1. Информационная модель объекта исследования
Источник:данные авторов
1 2 3
- южный и северный фасады,
- западный и восточный фасады,
- ЗО-модель многоквартирного жилого дома
о
К возможностям платформы визуального программирования относят построение сложной геометрии, криволинейное армирование, размещение компонентов по правилам, составление ведомости отделки
рования, проектирования инженерных систем и строительных конструкций. Достоинством Autodesk Revit является возможность комплексного использования этих инструментов для решения общих задач. Этим обеспечивается точность и качество совместной работы проектировщиков.
На сегодняшний день программный комплекс Autodesk Revit включает в себя три направления проектирования: архитектурное проектирование (Revit Architecture), проектирование строительных конструкций (Revit Structure) и проектирование 51 инженерных систем (Revit MEP).
Для решения поставленных в представленном исследовании задач использовались Revit Architecture и Revit MEP.
Revit Architecture - специализированное решение для архитектурно-строительного проектирования с применением технологии информационного моделирования зданий и сооружений в промышленном и гражданском строительстве.
Revit MEP - это специализированное решение, предназначенное для проектирования и расчета внутренних инженерных систем, а также выпуска документации по ним. Программный продукт предлагает готовые решения и удобные инструменты для специалистов отопления, кондиционирования, вентиляции, электроснабжения, канализации и водоснабжения, что позволяет проектировать и строить инженерные системы любой сложности. Функционал позволяет создавать пользовательские типоразмеры воздуховодов и трубопроводов, наклонные трубы. Системы отопления и вентиляции создаются средствами 3D-моделирования воздуховодов и трубопроводов. Работа с моделью осуществляется на планах, на разрезах и фасадах, а также и на Эй-виде, что в разы повышает производительность работы с системами трубопроводов.
Новый ЖК на Кутузовском проспекте Источник: loft-arena.ru
о
Кутузовский проспект, Москва
Источник: wallbox.ru
Еще одним инструментом, использованным в работе, является платформа визуального программирования Dynamo, которая относится к одному из набирающих популярность встроенных программных продуктов для ускорения процесса проектирования.
Функционал Dynamo позволяет создавать алгоритмы в наглядном для понимания пользователей формате, не требующем определенных знаний языков программирования. Dynamo встроен в Autodesk Revit в виде модуля, который дает возможность работать одновременно в двух этих системах.
Данная альтернатива обычному программированию предоставляет возможность написания скриптов, которые не только предназначены для автоматизации типовых задач, что в значительной степени упрощает рабочий процесс, но и помогают решить более сложные проблемы проектирования. Для этого достаточно лишь соединять узлы (носят название «ноды»), которые содержат в себе определенный код для реализации конкретных операций. Система Dynamo поддерживает собственный язык программирования Design Script. С помощью такой записи алгоритма можно сделать программу более эффективной. В интерфейсе Dynamo все ноды представлены в библиотеках.
Косновным возможностям платформы визуального программирования относят построение сложной геометрии по формуле, криволинейное армирование, размещение компонентов по правилам, составление ведомости отделки, обновление семейств, подключение новых параметров сразу многим объектам, инженерные расчеты (теплотехнический, гидравлический, балансировочный расчёты, расчёт инсоляции) и др.
Вместе с тем, в современных условиях существования российской экономики и рынка программных продуктов возника-
Данная альтернатива обычному программированию предоставляет возможность написания скриптов для автоматизации типовых задач и помогает решить более сложные проблемы проектирования
IN IN
<
О
СХ
<
О
Информационное моделирование зданий (BIM), разработка решений:
Технологии информационного моделирования для разработки цифровых информационных моделей (ЦИМ)
Название отечественного ПО
Компания
Область применения ПО
о
Архитектура.
Конструкции.
Водоснабжение
и водоотведение.
Отопление.
Вентиляция
и кондиционирование.
Сети связи.
Технологические
решения
Renga
УМНАЯ ВОДА
АЛЬФА СЭ
Архитектура. Конструкции.
Водоснабжение и водоотведение. Отопление. Renga Software Вентиляция.
Система газоснабжения. Сети связи.
Технологические решения (в гражданском строительстве)
«Элита» и «СанТехПроект»
Программа для проектирования систем внутреннего водопровода и канализации зданий. Имеет интеграцию с Renga
САПР-АЛЬФА
Модуль электрорасчётов для BIM-решения Renga
Конструкции nanoCAD BIM Конструкции Нанософт разработка Проектирование металлических и железобетонных конструкций зданий/ сооружений в *dwg-среде платформы nanoCAD
Model Studio CS Строительные решения CSoft Development Инженерный программный комплекс для создания зданий и сооружений объектов промышленного и гражданского строительства и выпуска проектной/рабочей документации. Предназначен для разработки архитектурно-строительной части (марки АР АС, КЖ, КМ). Для работы требуется nanoCAD
сч сч
<
о
СЦ <
о
nanoCAD Инженерный BIM Нанософт разработка Комплект профессиональных инструментов для инженеров-проектировщиков, позволяющий быстро и качественно разрабатывать инженерные системы объектов и сооружений. Возможно приобретение и использование отдельных модулей
Водоснабжение и водоотведение nanoCAD BIM ВК Нанософт разработка Программа позволяет проектировать и моделировать внутренние системы горячего и холодного водоснабжения и канализации, а также водяного пожаротушения с использованием пожарных кранов. В nanoCAD BIM ВК объединены расчетная и графическая части раздела проектирования «Внутренний водопровод и канализация»
Model Studio CS Водоснабжение и канализация CSoft Development Разработка внутренних сетей водоснабжения и канализации (марка ВК). Для работы требуется nanoCAD
nanoCAD BIM Вентиляция Нанософт разработка Программный продукт предназначен для автоматизированного проектирования и информационного моделирования систем вентиляции и кондиционирования зданий и сооружений
Вентиляция, отопление и кондиционирование nanoCAD BIM Отопление Нанософт разработка Программа позволяет проектировать и моделировать системы отопления зданий и сооружений. В nanoCAD BIM Отопление представлены расчетная (гидравлический и тепловой расчет системы водяного отопления по СП 60.13330.2016) и графическая части раздела проектирования «Отопление» и автоматическое специфицирование
Таблица 1. Варианты импортозамещения программного обеспечения для технологий информационного моделирования Autodesk Revit
Источник: [2]
(а) Принципиальная схема установки радиатора
(6) Вид спереди и вид слева
(в) Модель секции радиатора
Рис. 2. Разработка семейства отопительного прибора
Источник:данные авторов
ет необходимость подбора отечественных аналогов1.
В таблице 1 представлена выдержка из расширенного перечня Минстроя России, отечественного ПО «Импортозаме-щение программного обеспечения для технологий информационного моделирования».
Результаты
Для разработки семейств оборудования и отопительных приборов использовалась программа Revit. В качестве отопительного прибора был принят наиболее популярный на рынке России секционный радиатор RIFAR Base трех моделей, каждая из которых различна по определенным параметрам (таблица 2).
Использование указанных программных продуктов для реализации поставленной в исследовании цели обусловлено тем, что статья была подготовлена до введения санкций на использование зарубежного ПО.
Разработка семейства отопительного прибора
Для создания семейства отопительного прибора на первом этапе было создано семейство секции радиатора на основе шаблона «Метрическая система, типовая модель» [1].
Согласно принципиальной схеме установки радиатора (рис. 2(а), при помощи элемента выдавливания была подготовлена секция радиатора и нанесены размеры для задания параметров (рис. 2(6) и рис. 2(в). Помимо этого, были созданы три типоразмера для этого семейства, соответствующие моделям, которые представлены в таблице 1. Для корректной работы семейства необходимо задать категорию «Оборудование».
На следующем этапе создается семейство на основе шаблона «Метрическая система, типовая модель на основе грани»,
Таблица 2. Основные технические характеристики отопительных приборов
Источник: сайт компании «Рифар», https://rifar.ru/products
Модель Межосевое расстояние, мм Габаритные размеры 1 секции, мм Масса 1 секции, кг Номинальный тепловой поток 1 секции, Вт Внутренний объем 1 секции, л Максимальная температура теплоносителя, °С
В 500 500 577 100 81 1,84 197 0,2 135
В 350 350 427 100 81 1,25 139 0,18 135
В 200 200 277 100 81 0,9 100 0,16 135
Рис. 3. Результат работы с формулами для определения положения Источник:
соединителей (а) и полученное семейство секционного радиатора (б) данные авторов
в которое следует загрузить семейство секции радиатора. Вложенное семейство размещается параллельно грани поверхности. Для определения расстояния от пола и от стены до поверхности радиатора задаются опорные плоскости и наносятся размеры.
На следующем этапе создается параметр, определяющий типоразмер секции радиатора. Данный параметр следует назначить на вложенное семейство секции.
Следующий созданный параметр «Тип» определяет тип присоединения подающей и обратной магистрали, в данном случае рассмотрено 4 типа присоединения: одностороннее, верхнее, нижнее и по диагонали.
Для дальнейшей работы с семейством необходимо добавить следующие параметры: мощность одной секции (определяется по характеристикам данного радиатора, полученных от производителя); общий параметр ADSK_Тепловая мощность, который в дальнейшем может использоваться для
вывода значений в спецификациях (необходим для определения тепловой мощности прибора и рассчитывается по формуле: (Мощность одной секции) ■ (Количество секций); расход (вычисляемое значение по формуле: ADSK_Тепловая мощность/(20 ■ 4196 ■ 1000 ■ (1 Дж / 1 м3)), где значение 1000 требуется для перевода в кВт, 20 - разность температур, 4196 - удельная теплоемкость воды, предварительно требуется изменить единицы проекта с британских тепловых единиц на джоули); условный диаметр Ду.
Следующий этап предполагает создание соединителей, которые меняют свое местоположение в зависимости от типа подключения. Для этого предварительно создается ряд параметров, благодаря которым соединитель будет перемещаться относительно осей Х и У и поворачиваться на определенный угол: Хо, Уо, УГОЛо - для обратной магистрали, Хп, Уп, УГОЛп - для подающей магистрали.
Рис. 4. Информационная модель системы отопления многоквартирного жилого дома (а) и этажный распределительный узел (б)
Источник: данные авторов
(а)
<с
о и:
<с о
(б)
Для дальнейших операций необходимо добавить параметры коэффициентов, уменьшающих значения в зависимости от высоты радиатора, а также ввести формулы для перемещения соединителя подающей магистрали в точку, соответствующую расположению типа присоединения.
Аналогичным образом следует поступить и с определением местоположения соединителя обратной магистрали, отличительными аспектами являются: параметр направления воды (в данном случае примет значение «Наружу»), классификация систем (обратная жидкость).
В результате получаем расположение соединителей трубопроводов подающей и обратной магистрали в соответствии с выбранным типом присоединения (рис. 3(а).
Загрузив в проект полученное семейство (рис. 3(6), можно переходить к следующему этапу разработки системы.
Разработка информационной модели системы отопления многоэтажного жилого дома
На следующем этапе разрабатывается модель (рис. 4(а) двухтрубной системы отопления с поквартирной внутрипольной разводкой на этажах. Этажный узел подключения квартир расположен в общественном коридоре (рис. 4(6).
Магистрали и стояки систем радиаторного отопления запроектированы из стальных водогазопроводных труб по ГОСТ [3] и стальных электросварных труб по ГОСТ [4].
В качестве приборов отопления используются радиаторы с боковым подключением. Допустимые параметры теплоносителя:
- максимальная температура - 120°С;
- максимальное рабочее избыточное давление при толщине стального листа 1,4мм1 Мпа;
Регулирование теплоотдачи производится с помощью термостатических клапанов, встроенных в нагревательные приборы или размещаемых на подводке к приборам.
Отопительные приборы размещены под световыми проемами в местах, доступных для осмотра, ремонта и очистки.
Трубопроводы укладываются в подготовке пола в теплоизоляции, фиксируются прижимными пластмассовыми крюками к плите перекрытия.
Выводы
Активное внедрение программных продуктов систем автоматизированного проектирования позволило в значительной степени сократить сроки проектирования за счет автоматизации рутинной работы и оперативного устранения ошибок проектировщиков.
При этом одной из ключевых задач при проектировании зданий жилищно-гражданского назначения является подбор оборудования и проектирование систем отопления. Данная задача является комплексной и должна учитывать как требования нормативных документов, так и климатические условия, в которых проектируется здание. При этом значительно сократить время решения задачи позволяет использование инструментов визуального программирования, что наглядно продемонстрировано результатами исследования.
Несмотря на то, что в статье для достижения поставленной цели использовано зарубежное ПО, описанный подход может быть реализован и с использованием отечественных программных продуктов, однако в части визуального программирования единственным отечественным продуктом в настоящее время остается система визуального программирования САПФИР-Генератор.
Использованные источники
1. Ерёмкин,А. И. Тепловой режим зданий: учебное пособие / А. И. Ерёмкин, Т. И. Королева. - М.: Изд-во АСВ, 2000. - 368 с. (дата обращения: 10.05.2020).
2. Расширенный перечень отечественного ПО «Импортозаме-щение программного обеспечения для технологий информационного моделирования» [Электронный ресурс]. - URL: https://minstroyrf.gov.ru/docs/182926/ (дата обращения: 23.05.2022).
3. ГОСТ3262-75. Трубы стальные водогазопроводные. Технические условия. [Электронный ресурс]//«Техэксперт». -URL:http://docs.cntd.ru/document/T2000014n (дата обращения: 15.05.2020).
4. ГОСТ 10704-91. Трубы стальные электросварные пря-мошовные. Сортамент. [Электронный ресурс] // «Техэксперт». - URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-10704-91 (дата обращения: 15.05.2020).
