ПО для проектирования от ACCA Software

Наткнулся на очень интересный и "условно бесплатный" софт для моделирования и управления от компании ACCA Software. Почти-бесплатность состоит в том, что любую из этих программ можно скачать, поставить и использовать бесплатно. Плата берется только за печать и генерацию выходных документов. Размер платы 10 евро центов за лист А4. Подробнее см. на рус. языке в видео презентации.
Первый раз столкнулся с такой бизнес моделью и она мне положительно нравится, также как само ПО компании при первом знакомстве.

Вот полный список доступного ПО:
- Edificius - 3D архитектурное моделирование
- EdiLus - структурное проектирование и анализ, расчет нагрузок и деформаций
- Primus - составление смет материалов и работ
- Primus-K - составление графиков строительных работ
- Primus-TO - привязка измерений в сметах к чертежам

Для всех программ в большем количестве предоставляются хорошие, а главное короткие видео-демонстрации что и как делать. Изучение проходит очень легко и состоит просто в просмотре большого количества демонстраций. Бесплатно также доступна техническая поддержка, правда я ей пока не пользовался.

Достаточно подробно я уже изучил и попробовал EdiLus, Primus и PrimusTO.

В Edilus я в течении одного дня научился делать давно интересовавшие меня вещи:
- сбор нагрузок на строительные конструкции
- анализ деформаций фундамента и каркасных конструкций
- анализ прочности соединений
- расчет армирования ленточного фундамента
- автоматическая генерация смет конструкций для Primus

Edilus в процессе экспериментов у меня регулярно падал при выполнении расчетов. Правда это происходило, когда я прикладывал слишком большие силы к конструкциям. Когда силы были в разумных пределах, все считается нормально.

В Primus я начал переносить из Excel мои прикидки по стоимости строительства.
Пока тоже все очень нравится. Primus-TO позволяет при составлении сметы брать размеры с чертежей в формате DWG и автоматически их обновлять при изменении чертежей. Это избавляет от необходимости вручную синхронизировать сметы с проектом.

Планирую попробовать Edificius, интересно будет сравнить с Archicad.

Кухня-столовая, связаная с гостинной

В последней планировке возможны варианты связанных друг с другом гостиной и кухни-столовой. При этом возникает вопрос где разместить рабочее место мамы. Просматривается два варианта

Вариант - вход из прихожей в столовую. Рабочее место мамы в гостиной.

Вариант - вход из прихожей в гостиную. Рабочее место мамы в столовой.

Возможен вариант с двумя входами из прихожей - в столовую и в гостиную. Но в этом варианте некуда разместить рабочее место.

Кухня-столовая на юго-западе

У меня очередной вариант планировки дома, главное изменение в котором - это перенос кухни-столовой с северной стороны на юго-западный угол дома. 

По ссылке доступе предыдущий вариант.

А это основные вопросы, которые у меня возникали к нему

- Южные окна левого фасада по полной не использовались для инсоляции. Они оказались в тамбуре и в кладовке, что конечно абсолютно не правильно. 

- Зимний сад на западной стороне - это 100% постоянные перегревы жарким вечерним солнцем

- Кухня с севера - может быть темной

Новый вариант планировки выглядит вот так

Основные изменения в этом варианте
- Кухню-столовую перенес  с северной стороны на юго-западный угол дома
- Зимний сад снова расположил с южной стороны перед гостиной, а вход в дом с западной
- Скомпоновал хозяйственные помещения по северной стороне

В этом варианте максимально используется южная и восточная сторона дома для размещения жилых помещений и столовой , что обеспечивает для них наилучший режим инсоляции.

В данной планировке получилось организовать аж три кладовки-гардеробные
- кладовка(или гардеробная) между входом и кухней
- дальняя кладовка (или гардеробная)
- гардеробная в спальне родителей (нища)

В этом варианте кухня-столовая получилась изолированной. Ее можно соединить с гостиной, есть несколько вариантов, но об это чуть позже.

Принципиальные вопросы, которые у меня есть к этой планировке
- звукоизоляция между ванной и комнатой родителей
- зимний сад закрывает свет для гостиной
- кухня-столовая пока получается изолированной от гостиной

Уменьшить затенение гостиной зимним садом можно, если сделать в зимнем саду стеклянную крышу. В этом варианте сделать это не просто, так как зимний сад встроен в дом. Буду над этим думать.

Дом с такой планировкой лучше прижать к дальней стороне участка, так как северная сторона у него практически без окон (одно из санузла).

Дополнительная система отопления к ТП

Я уже осознал, что теплого пола не достаточно для комфортного отопления дома с сохранением нормируемых температур поверхности пола. Поэтому стою перед выбором второй системы отопления, которая бы компенсировала расчетные тепло потери. Также хочется обеспечить возможность автоматической покомнатной регулировки температуры.

Необходимо заметить, что нагрузка на эту "вторую" систему при низких температурах не маленькая. В доме утепленном в 2 раза лучше, чем по СнИП при -28 за бортом на теплый пол приходится 1/3 тепло поступлений и 2/3 придутся на вторую систему отопления.

Приточная система вентиляции с рекуператором и канальным калорифером может выступить одновременно в качестве второй системы отопления - воздушного. Здесь не идет речь о полноценном воздушном отоплении, а только о подогреве санитарной нормы приточного воздуха до комнатной температуры. Поэтому нет и недостатков воздушных систем - больших потоков воздуха. Но для этого теплый пол должен быть способен компенсировать теплопотери через ограждающие конструкции, а на воздушное отопление остаться только догрев санитарной нормы. Это возможно только в хорошо утепленном доме.

Вот только эти две системы ТП + центральное воздушное отопление не позволяют реализовать покомнатную автоматическую регулировку температуры. Чтобы этого достичь приходится добавлять в эту схему третью - радиаторную систему отопления. В такой тройной схеме системы отопления приточный воздух нагревается рекуператором и центральным калорифером до температуры ниже комнатной. А догрев приточного воздуха до необходимой температуры производит радиатор, снабженный термо клапаном. Идеально, если приточный воздух будет подаваться прямо над батареей, то есть под подоконником.

Над батареями также можно поставить клапаны естественной приточной вентиляции. Их можно использовать до тех пор, пока центральная механическая вентиляция не будет готова.

В итоге я прихожу к стандартной связке ТП+радиаторы в качестве основы. А далее возможны варианты использования как естественной приточки, так и принудительной приточки. При подаче принудительной приточки над батареей возможна автоматическая покомнатная регулировка температуры.

Покомнатная регулировка температуры

Автоматическая покомнатная регулировка температуры однозначно нужна. Вышло солнце, в комнату зашло несколько человек, включили электрический девайс и температура в конкретной комнате поползла вверх. Для компенсации роста нужно в этой комнате поприжать систему отопления. Как это сделать зависит от системы отопления: радиаторное, теплый пол, воздушное. Но похоже, что реально наладить покомнатную регулировку позволяет только радиаторное отопление с термо клапанами на каждом радиаторе.

В радиаторной системе отопления реализовать покомнатную регулировку температуры просто. Достаточно поставить на каждую батарею термо клапаны, которые регулируют расход теплоносителя через радиатор в зависимости от температуры в комнате.
При естественной приточке можно сделать приточный клапан прямо над батареей и тогда батарея будет нагревать приточный воздух.

А теперь возьмем систему отопления теплый пол. Обычно при монтаже водяного пола стараются раскладывать каждую петлю в рамках одного помещения. Если на коллекторе теплого пола на каждую петлю поставить автоматически управляемый клапан расхода, то потенциально можно управлять температурой в помещении. Но из-за большой инертности теплого пола такое управление не позволяет быстро скомпенсировать возникшие в комнате тепло притоки.

Теперь посмотрим на принудительную приточную вентиляцию. В такой системе воздух забирается с улицы в одном месте, а потом раздается по комнатам, предварительно подогреваясь до комнатной температуры с помощью рекуператора и канального калорифера, либо просто калорифера. Минимальный расход воздуха определяется санитарной нормой свежего воздуха для помещения.

Возможны вариации для центральной механической приточки
- воздух подогревается центрально
- воздух подогревается при входе в конкретное помещение
- расход воздуха остается постоянным
- расход воздуха может регулироваться

Часто в системах приточной вентиляции подогрев/охлаждение воздуха происходит центральное, а расход приточного воздуха в помещение постоянен и выставлен с помощью настраиваемых вручную клапанов. В этом случае нет возможности автоматически регулировать температуру в отдельной комнате.

Мне кажется изменением расхода приточного воздуха тоже не особенно удастся понизить температуру. Остается единственный способ - подогревать воздух не центрально, а для каждого помещения отдельно. Но для этого нужно ставить на выходе вентиляции в каждой комнаты канальный калорифер. Греть воздух электричеством дорого, поэтому калорифер должен быть водяной, а это значит, что параллельно с каналами приточной вентиляции нужно разводить трубы.

Почти сразу возникает мысль вместо калориферов для подогрева приточного воздуха использовать обычные радиаторы. Приточный воздух подавать не сверху в помещение, а над радиатором. Тогда радиатор будет догревать приточный воздух центральной механической вентиляции непосредственно в помещении точно также, как это делается при использовании клапана над батареей с естественной приточной вентиляцией. Тем самым реализуется

Получается, что для реализации покомнатной регулировки температуры необходимо устанавливать радиаторною систему отопления.
Такую радиаторную систему отопления можно использовать как с клапанами естественной вентиляции, так и с механической приточкой подаваемой над батареей. Правда остается вопрос как красиво подвести  механическую приточку к батарее.

Теплого пола не достаточно для отопления

Сделал для себя вывод, что теплого пола не достаточно для отопления, если мы хотим оставить температуру пола в рекомендуемых пределах. В дополнение к теплому полу необходима либо приточно-вытяжная система с рекуперацией и подогревом воздуха до комнатной температуры, либо дополнительная радиаторная система отопления.

По СнИП рекомендуемая температура теплого пола 26 градусов. Для детских учреждений даже меньше - 24 градуса. Так как у нас в доме жить дети, буду ориентироваться на температуру теплого пола 24 градуса.

Для примера взял угловую комнату площадью 16м2. Утепление внешних ограждений взял примерно в 2 раза лучше, чем нормируется СнИП. Температура воздуха в помещении 20 градусов. Петли теплого пола разложены равномерно через 15 см.

Все расчеты тепло потерь и температур теплого пола делал в бесплатной программе Valtec.

При наружной температуре -28 тепло потери через внешние ограждения + нагрев воздуха с кратностью обмена 1 раз в час составили 1680 Вт. Из них тепло потери через ограждающие конструкции составили 556 Вт. На подогрев воздуха 1680-556=1124 Вт

Рассмотрел три способа отопления данной комнаты
1. все тепло потери компенсирует теплый пол
  (в комнату поступает холодный воздух, например через клапаны)
2. приточный воздух предварительно подогревается с помощью рекуператора,
  (поступает в комнату подогретый, но не комнатной температуры), остальное догревает теплый пол
3. приточный воздух подогревается с помощью рекуператора и центрального калорифера
  (воздух поступает комнатной температуры), остальное догревает теплый пол

Необходимая мощность теплого пола в этих трех режимах будет разной:
1. 1680 Вт
2. 1680 - 0,5*1124= 1118 Вт  (взял эффективность рекуперации 50%)
3. 556 Вт (полный догрев воздуха в системе вентиляции)

Температура теплого пола (минимальная - максимальная) в этих трех режимах получается следующая:
1. 26,5 - 29,4 С
2. 24,54 - 26,5
3. 22.47 - 23.44

Температуру теплого пола ниже 24 градусов обеспечивает только режим 3. Отсюда вывод, что в дополнение к теплому полу нам нужна дополнительная система отопления. Это может быть воздушная система отопления, либо радиаторная. Они должны будут компенсировать теплопотери 1124 на нагрев приточного воздуха.

Давление грунта на стены погреба в гараже

Стены погреба внутри гаража испытывают боковые давления от грунта. Данное давление складывается из двух составляющих: собственное давление грунта и давление передаваемое от фундамента гаража. Мне стало интересно сравнить эти величины, чтобы понять имеет ли значение расстояние между стеной погреба и фундаментом. У меня сейчас это расстояние составляет 40 см. Или можно вопрос сформулировать по другому - не выдавит ли стену погреба давление от фундамента при их близком расположении. Оказалось, что давление от стен и фундамента как минимум на порядок меньше естественного давления от грунта и можно смело так располагать погреб в гараже.

Гараж на МЗЛФ 40(ширина)*30(высота) см. Стены из шлакоблока толщиной 20 см. Стропила деревянные. Крыша металлочерепица. Фундамент заглублен на всю глубину в землю.(30 см).

Погреб высотой 2 метра. Плоскость верхнего перекрытия на глубине 1 метр. Расстояние между основанием ленты фундамента и перекрытием погреба составляет 1-0,3=0,6 метра.
Расстояние между стеной и внутренним краем фундамента составляет 40 см.

Собственное давление грунта зависит от удельной массы грунта и глубины залегания. Возьмем массу глины m=1800 кг/м3. Вертикальное давление, создаваемое столбом глины на глубине h=2 метра составляет m*g*h = 1800 * 9,8*2= 35280 Па. Здесь g=9,8 ускорение свободного падения. Боковое давление для глины рассчитывается на основе вертикального давление умножением на коэффициент 0,72 и получается 0,72 * 35280 = 25548 Па.

Нагрузка на грунт непосредственно под фундаментом гаража составляет около m = 1000 кг/метр погонный (учел только ленту и стену). Пересчитав в давление на м2 получаем давление на грунт под фундаментом m*g/S = 1000*9,8/(0,4*1)= 24500 Па. Понятно, что чем глубже и дальше от фундамента, тем меньше давление он оказывает на грунт, так как давление перераспределяется.

Для оценки этого давления я использовал формулу (5.6) по ссылке
http://xn--h1aleim.xn--p1ai/sorochan/g5-2-1.html

На глубине 0,7 метра от основания фундамента и на расстоянии 0,6 м от центра передаваемое давление от фундамента составляет 2,2 кПа. Это для верха стены погреба. Ниже давление на стену от фундамента еще меньше. На глубине 1,2 метра от основания фундамента давление от фундамента на стену становится практически нулевым.

Отсюда вывод - можно смело располагать погреб на расстоянии 40 см от ленты. Дополнительное давление, оказываемое фундаментом на стену погреба пренебрежимо малы по сравнению с естественным давлением грунта. Ну и конечно строить лучше сначала погреб, делать обратную засыпку, а потом уже делать ленту и возводить стены.

Генерация электроэнергии в сеть СНТ/ДНП

Прочитал про реальный опыт генерации электроэнергии в сеть СНТ с помощью солнечных батарей. При такой генерации днем при наличии солнца счетчик мотает назад, элекртричество отдается в сеть СНТ. А когда ночью солнца нет и электроэнергия из сети используется, счетчик мотает вперед. Сеть СНТ выступает в роли такого большого аккамулятора, которым потенциально можно пользоваться для сохранения сгенерированной энергии.
http://www.forumhouse.ru/threads/199548/page-20#post-6209333

В моем предыдущем представлении использование солнечных батарей было связано с обязательным использованием аккамуляторов. И еще я понимал, что их использование является узким местом  из-за цен, срока жизни (вроде около 5 лет) и т.д. Необходимость использования батарей сильно увеличивает срок окупаемости по сравнением с данным способом генерации в сеть (чуть ли не на порядок).

Законодательной базы для такой генерации энергии в России нет, но за рубежом такой подход используется. В некоторых странах даже доплачивают за генерацию.

Но технически это возможно и в России и по ссылке выше мы видим пример такой практики. Но для этого необходимо понимание или согласие владельцев частной сети (до трансформатора) или председателя СНТ/ДНП. Наличие таких генераторов в сети выгодно всему СНТ/ДНП, так как они позволяют снизить стоимость общих трат, например уличного освещения.

Для такой работы солнечные батареи подключается к специальному устройству - инвентору,
Также необходимо использовать правильный механический счетчик, например СО-505. 

Набросок воздуховодов системы вентиляции

Начинаю прикидывать воздуховоды и точки притока/вытяжки для системы вентиляции. В конечном итоге мы планируем делать приточно-вытяжную вентиляцию с рекуперацией. Но подбираться к этому будет в два этапа. На первом этапе должна быть сделана принудительная механическая вентилляциях с притоками через вентиляционные клапаны в комнатах.

Разводку воздуховодов предполагаю делать на чердаке, утепляя все воздуховоды. Приточки вы тяжки делать в потолке помещения, делая вводы в них с чердака через потолок.

Устанавливаем вытяжные клапаны в следующих помещениях входной зоны (левая половина дома): двух санузлов, прихожей, кладовки/гардеробной и тамбура. Устанавливаем вытяжной клапан в рабочую зону кухни, а также из под раковины кухни, где будет ведро с мусором. Пока предполагаю, что все эти вытяжки выводим в одну трубу.

По нашим СнИП нельзя объединять вытяжку из санузлов и вытяжку из других помещений, например с кухни. Это можно делать только при постоянно работающей принудительной вытяжной вентиляции, а не только в момент включения света в туалете. В общем тут нужно еще будет подумать.

Помимо основной трубы механической вытяжки, имеются еще три трубы, идущие на крышу. Вытяжка над плитой имеет выход на крышу (со своим вентилятором) и никак не связана с остальной частью вытяжной вентиляции. В бойлерной устанавливаем естественную вытяжку (с внутренним диаметров > 150 мм), также никак не связанную с остальной частью вытяжной вентиляции. В санузле 2 устанавливаем фановый стояк (без дефлектора).

Имеем две ветки принудительной приточной вентиляции. Одна ветка - для комнат. Вторая ветка для гостиной и кухни-столовой.  Должна быть возможность независимо включать приточку для каждой из 2-х веток, чтобы ночью подавать воздух только в спальни. В каждом помещении устанавливаем по 2-3 приточных клапана, чтобы не было застойных зон для воздуха по углам. Воздуховоды для приточки планируется делать сразу, но запускать только на втором этапе после установки рекуператора.

Вентиляция зимнего сада должна заработать на втором этапе, после ввода приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией. Вентиляция зимнего сада полностью независима от дома, со своей приточкой и вытяжкой. Должна включаться при выключенной вытяжки/приточки для остальных помещений дома. Есть еще мысли в приточку зимнего сада вывести воздух из дома, но над этим надо думать детальнее.

Для тамбура и бойлерной предполагается сделать приточку через клапаны в стены. (зеленые стрелки). После ввода принудительной приточной вентиляции эти два клапана продолжат функционировать, как и раньше.

В каждом помещении помимо клапанов центральной системы приточной вентиляции предполагается сделать клапаны в стенах. Они будут нужны на 1 этапе до ввода в работу приточной вентиляции. Пригодятся ли эти клапаны или нет на 2 этапе пока не знаю. Может быть стоит взять окна со встроенным клапанами. 

Все трубы вытяжной и приточной вентиляции сходятся над бойлерной. Как эти все трубы будут соединены с рекуператором, с трубой на крышу через байпасс и т.д. я пока плохо представляю - это следующий этап. Снизу из бойлерной на чердак подводится теплоноситель для подогрева приточного воздуха водяным калорифером. 

Теплые плинтусы своими руками

На forumhouse наткнулся на рассказ про изготовление теплых плинтусов своими руками
http://www.forumhouse.ru/entries/5957/

О преимуществах этого способа отопления я писал ранее
Теплый плинтус вместо радиаторов для отопления дома

Вот так это выглядит у автора в интерьере

Тепловой насос воздух-вода доступнее

Вчера осознал, что тепловой насос - это не только закапывание огромной длины теплообменника в землю. Существует вариант отбора тепла и просто из воздуха. А это значит, что трудо-затраты по его установке сравнимы с обычным кондиционером. Такой тепловой насос можно использовать как для отопления, так и для охлаждения дома.

Со стороны улицы ТН воздух-вода  - это блок аля как у кондиционеров (это вместо гелиоконтура). Со стороны дома - это некий аппарат, выдающий на выходе теплую воду. Оптимально подключение ТН к низкотемпературной систем отопления ТП. (максимальный КПД при температуре воды 35 градусов)

Основная характеристика ТН - это коэффициент эффективности, который можно еще назвать коэффициент умножения энергии. Для ТН грунт-вода он равен 4-4.5. Для ТН воздух-вода данный коэффициент зависит от температуры воздуха за бортом. При низких температурах 2.5, а при температуре +7 достигает значений 4-4.5. 

Использование электричества для отопления/охлаждения выгоднее при эксплуатации, чем прямое использование электричества для отопления, например через электрический котел.
Если коэффициент эффективности ТН воздух-вода при -15 градуса 2.5. Это значит, что если цена на 1кВт электричества 4,2 рубля, то ТН выдаст за эту цену 2,5 кВт. Цена произведенной тепловой энергии будет 1,68 руб за 1кВт. Таким образом ТН можно воспринимать как универсальный умножитель мощности (или уменьшитель стоимости), который позволяет превратить стоимость дневного электричества в стоимость ночного электричества при двухтарифной системе расчета.

Если совместить ТН с двухтарифным тарифом на электричество, то ночью цена энергии будет еще меньше. Плюс энергию ночью можно накапливать с помощью теплоаккамулятора. 

А хватит ли мощности такого ТН чтобы отопить дом? Зависит от энергоэффетивности дома.
При температурах до -15 градусов реально получать 9 кВт мощности. Дом утепленный по СниП с естественной вентиляцией потребляет при -15 около 12 кВт. Но дом энергоэффективнее в два раза потребляет уже 6 кВт на отопление и вентиляцию при -15. А значит он уже укладывается в мощность одного ТН. Нет смысла рассчитывать такую систему на супер холодные температуры. Все равно нужно делать резервную систему на ТТ и в самые холодные дни можно и подтопить при необходимости.

Данный тепловой насос можно использовать в режиме охлаждения. Просто пускать по системе отопления холодную воду для охлаждения дома. Такой способ охлаждения мне нравится больше, чем воздушный простым кондиционером.

Основные но против ТН - это большие начальные вложения. При использовании ТН воздух-вода вложения существенно меньше, правда за счет понижения эффективности при низких температурах.  Решение под ключ для ТП "воздух-вода" дешевле решения гелиоконтуром. В теме на forumhouse проскакивает цифра 500 т.р. под ключ для дома 110-120 м2. Это при ценах 1.5 под ключ для гелио систем (это по моим ошущениям и не очень точная цифра).

В перспективе есть еще одно но против электричества для отопления, даже с использованием ТН. Это введение социальных норм на электричество. Правда я еще не осознал, как это затронет нас.

Ссылки по теме, которые я посмотрел
Тема на forumhouse
Примеры тепловых насосов воздух-вода
Графики эффективности от темературы воздуха

Завезли компоненты для ограждения вокруг поселка

Завезли компоненты для строительства ограждения вокруг нашего поселка. Они складированы возле моста между Бакеево-2 и Бакеево-1, со стороны Бакеево-1.

Мне было все время интересно будут ли делать ограждение между Бакеево-2 и следующей очередью. Или будут делать забор сразу вокруг всего огромного поля?

Ограждения вот такого типа.

Строится третий мост в поселке

Вчера обнаружили, что идет строительство третьего моста для выезда из поселка на Пятницкое шоссе. На рисунке дорога через ручей сверху продолжена серым цветом. Как она пойдет дальше пока не понятно, строители как-то не распространялись по этому поводу, сказали сами пока не знают. Съезд на мост делают широкий, как на центральной дороге. 

В связи с этим возникает два вопроса-предположения

1. Все таки не решаются проблемы с центральным въездом с Пятницкого шоссе, который сейчас перекрыт шлагбаумом

2. Дороги в поселке, которые подходят к этому новому съезду сделаны уже центральной и уже этого съезда. Их будут расширять? 

А может быть это какой-нибудь пожарный выезд.

Скорость нагрева и остывания дома

Решил прикинуть скорость остывания дома при отключении отопления, а также скорость его нагревания при включении отопления. Исходные данные - дом из утепленного бруса на УШП. Площадь УШП около 170 м2. Утепление по СнИП. Получилось, что полностью закупоренный дом остынет с 20 до 15 градусов за 17 часов при -28 за бортом и за 36 часов при при -3. Если дом остынет до -3, то для прогрева всех конструкций до +20  при температуре за бортом -3 потребуется около суток.

воздух внутри дома
V = 150*3 м3
C = 1 кДж/(кг*C)
Плотность = 1,225

150*1000*1,225=551 кДж/С = 153 (Вт * ч)/C

стены из бруса
V = 50 м3
C = 2,3 кДж/(кг*C)
Плотность = 550 кг/м3

50*550*2300 = 63250 кДж/C = 17570 (Вт * ч)/C

Бетон в плите УШП
V = 0,1*170 + 54*0,1*0,4 = 19,16 м3
C = 0,84 кДж
Плотность = 2500 кг/м3

19,16*2500*840 = 40236 кДж = 11177 (Вт * ч)/C

Суммируя полученные значения для воздуха, бруса и бетона, находим, что
для нагрева/отстывания дома на 1 градус нужно 28900 (Вт * ч)/С

Потери через ограждающие конструкции в результате теплопроводности (без вентиляции и инфильтрации) при утеплении по СнИП будут
3977 Вт * ч  (при температуре -3)
8299 Вт * ч (при температуре -28)

7,26 часов чтобы охладить дом на 1 градус при -3 за бортом
3,48 часа чтобы охладить дом на 1 градус при -28 за бортом

для охлаждения с 20 до 15 градусов потребуется
7,22*5 = 36,3 часа, при температуре -3 градуса  за бортом
3,48*5 = 17,4 часа,  при температуре -28 градусов  за бортом

Все это, если дом закупорить, отключить вентиляцию и при минимальный потерях на инфильтрацию. Тут не учтена мебель. Предполагаем, что электричество тоже отключили и никаких источников тепла нет. При обычном режиме эксплуатации эти значения нужно разделить пополам.

Допустим у нас котел мощностью 24 кВт и КПД 90%
Если дом полностью остынет до -3 градусов, то на его нагрев до 20 градусов потребуется
24,9 часов. Воздух можно прогреть быстро, но потом нужно прогревать все конструкции.

Для начального нагрева воздуха в этом случае лучше использовать радиаторы, так теплый пол будет греть массу бетона.

Крафт бумага при утеплении эковатой

В процессе подсчета инфильтрации воздуха осознал важную роль крафт бумаги при утеплении эковатой, проложенной со стороны помещения

Воздухопроницаемость крафт-бумаги где-то в 10 раз меньше, чем у слоя эковаты в 20-40 см.
Крафт-бумага, уложенная под эковату на чердаке, а также между брусовыми стенами и эковатой в 10 раз сокращает количество воздуха, приникающего в утеплитель из помещения. А с воздухом сокращается и количество принесенной влаги, что способствует меньшему намоканию утеплителя, а как следствие и лучшей теплоизоляции.

Кратность смены воздуха за счет инфильтрации

Воздух, проходящий через наружные конструкции дома: стены, окна, перекрытия уносит тепло. Решил вот оценить сколько воздуха приходит/уходит через эти контсрукции и сравнить его с объемами, необходимой на вентиляцию дома (1 объем дома / в час). В результате получил, что при самых сложных условиях для нашего дома инфильтрационный воздух будет меньше в 6-7 раз необходимого объема на вентиляцию. Правда качество монтажа может существенно снизить данные цифры.

Сопротивление инфильтрации зависит от материалов ограждающих конструкций и плотностей различных стыков. Похоже, что для нашего дома инфильтрация будет в основном определяться качеством стыков.

Рассмотрим инфильтрацию через ограждающие конструкции: стены, окна, чердачное перекрытие.

Предполагаемый пирог стены нашего дома снаружи -> внутрь (площадь 116 м2):
- штукатурка
- ветрозащитные плиты изоплат - 0,25 см  (2,5*10-7 м3/м2*с*Па)
- эковата 20 см  (5*10-4 м3/м2*с*Па)
-профилированный бруc - 15 см (не учитываю из-за щелей в пазах при усыхании)
Пленок нет, может быть стоит применить крафт бумагу между брусом и эковатой (еще не решил).

Чердачное перекрытие (чистая внутренняя площадь 150 м2)
- эковата - 400 мм (2,5*10-4 м3/м2*с*Па)
- крафт бумага (2,5*10-5 м3/м2*с*Па)
- черновой потолок - доска 25 мм
- чистовой потолок (???) - пока не учитываю

За рубежом потери на инфильтрацию считают при разности давлений 50 Па. Эта цифра примерно соответсвует температуре -28 и ветре 10 м/c, при которых разность давлений составляет около 45 Па (как рассчитать см. пост Разность давлений на ограждающих конструкциях дома).  Я посчитаю для разновсти давлений 50 и 10 Па. 10 Па соответствуют Т=-28 и ветру V=3,9 (средний за январь).

Для стен свойствами ветрозащиты эковаты можно пренебречь, так как они в 2000 раз хуже, чем у ветрозащитной плиты Изоплат.
Рассчитываем объем воздуха, проходящий через стены
Для разности 10 Па получаем 116 м2 * 2,5*10-7 * 5 Па * 3600 с = 0,522 м3/час
Для разности 50 Па получаем 116 м2 * 2,5*10-7 * 25 Па * 3600 с = 2,61 м3/час

В формуле берется средняя разность давлений - 5 и 25 Па, действующая на единицу площади здания.

Значение воздухопроницаемости для крафт бумаги определяется по методу Герли и задается в количестве секунд за которые 100 мл воздуха пройдут через 6,5 см2 при 1,22 кПа. Для крафт бумаги это значение колеблется в диапазоне за 5-35 с, в зависимости от типа.
Взял значения для крафт бумаги отсюда и описание метода Гарли здесь .

Для чердачного перекрытия с холодным чердаком разность давлений будет определяться только гидростатическим давлением из-за разности температур (без ветрового напора). Возьмем при Tн=-28С и Тв=20С значение dP = 3,47 Па. У потолка будет избыточное давление по отношению к давлению на чердаке, приводящее к тому, что теплый воздух будет подниматься через перекрытие вверх.

Для расчета воздухопроницаемости чердачного перекрытия я взял худшее значение для крафт бумаги 5 с и перевел его в в 2,5*10-5 м3/м2*с*Па. Как видим это значение в 10 раз меньше, чем для слоя эковаты в 40 см, а значит крафт бумагу под эковату на чердаке надо обязательно класть, что может уменьшит потери воздуха через чердачное перекрытие в 10 раз! Как следствие воздухопроницаемостью эковаты я пренебрегаю и считаю инфильтрацию через чердачное перекрытие только исходя из воздухопроницаемости крафт-бумаги.
150 м2 *2,5*10-5 * 3,47 Па * 3600 с = 47,2 м3/час

Для супер плотной крафтбумаги со значением по Герли 35 секунд получаем инфильтрацию 6,75 м3/час. Но такие значения скорее всего не достижимы.
Если из-за теплопотерь на чердаке будет чуть теплее, чем снаружи, то инфильтрация будет меньше.

Инфильтрация современных пластиковых окон на порядок ниже старых деревянных, но далеко не минимально, как можно предположить. Беру значение сопротивление инфильтрации Rin=1,3 м2*ч/кг из книги В.А.Майоров "Передача теплоты через окна" для пластиковых окон класса А. Площадь остекления 50 м2. Рассчитываем количество воздуха при инфильтрации как, не особо углубляя в детали

50м2 * 1/1,3  / 1,29 кг/м3 = 29,8 м3/час 

50м2 * 1/1,3  / 1,29 кг/м3 * (50/10)^(2/3)= 87,1 м3/час

Суммируя инфильтрацию через перекрытие, стены и окна и объемы инфильтрационного воздуха через ограждающие конструкции при разности давлений 10 и 50 Па.

Vin10 = 0,522 + 47,2 + 29,8 =  77,522 м3/час
Vin50 = 2,61 + 47,2 + 87,1 = 136,91 м2/час

Нормативный объем смены воздуха для вентиляции составляет 450 м3/час для нашей площади. Как видим, даже при самых сложных условиях дом пропускает воздуха меньше, а при средних условиях существенно меньше, чем это необходимо для вентиляции.

Вклад каждой конструкции разный. Стены с ветрозащитной плитой практически непродуваемы. Основной вклад в инфильтрацию вносят чердачное перекрытие и окна. В расчете использовались очень хороши окна. Следовательно это получен теоретически достижимый предел для окон. В данных условиях улучшать ветрозащиту перекрытия вроде как не оправдано (надо еще посмотреть с позиции влажности, которую привносит в перекрытие данный воздух).

Опять же надо подчеркнуть, что все это теоретически достижимые значения, на практике при некачественном монтаже и без заделки каждой щели в конструкциях, объемы инфильтрационного воздуха могут стать гораздо больше.

Разность давлений на внешних конструкциях дома

Для того, чтобы рассчитать сколько воздуха уходит/входит в дом, унося драгоценное тепло, необходимо знать разность давлений внутри и снаружи ограждающих конструкций. Уносимое тепло с инфильтрацией прямо пропорционально этой разности давлений и обратно пропорционально сопротивлению инфильтрации конструкции. Разность давлений складывается из статического гравитационного напора воздуха и динамического ветрового давления. Количественные значения могут достигать при

Сначала приведу максимальные значения разности давлений. При наружной температуре -28 градусов и внутренней +20 градусов максимальная разность давлений на ограждающих конструкциях составляет
3,47 Па - при нулевом ветре (только статическое гравитационное давление)
9,92 Па - при среднем ветре за январь 3,9 м
45,8 Па - при ветре 10 м/c
332 Па - при максимальном ветре 28 м/c .

А теперь как это можно посчитать
dP=dP1+dP2 (гравитационное + ветровое)

dP1 = Pн-Pв= (H/2-y)*(gн-gв), где g вычисляются по формуле
g = 3463/(273+t), где t -температарура воздуха
y - высота от пола первого этажа
H высота от пола первого этажа до потолка второго

Гравитационная разность dP1 зависит от температур столба воздуха внутри и снаружи. Она нулевая при одинаковых температурах. На уровне пола давление в помещении меньше и для одноэтажного здания с потолками 3 метра dP1 имеет значение 1,5 Па (при Tн=-3) и 3,47 (при Tн=-28). На высоте 1.5 метра от пола разница гравитационных давлений нулевая, а на высоте 3 от пола метра давление в доме больше на ту же величину.  За счет наличия гравитационной разности при открывании двери сверху выходит теплый воздух, а снизу двери заходит холодный воздух, даже при отсутствии ветра.

Динамическое давление ветра вычисляется по формуле dP2=0,03*gн*V^2
здесь g для наружного воздуха вычисляется по той же формуле, что для статического давления. V - скорость ветра в метрах в секунду. Как видим, зависимость разности давлений квадратичная от скорости ветра.

Гравитационная разность давлений эквивалентно постоянному наличию ветра. Так статическое давление при Tн=-3 соответствует ветру 1,98 м/c, а при Tн=-28 соответствует ветру 2,86. Отличие статического давление от ветрового - его нет на половине высоты помещения. Ветровое давление при постоянном ветре есть с двух сторон здания, с одной стороны напор, с противоположной - разрежение. Поэтому, для получения среднего давления на стены можно общее максимальное давление просто поделить на два.

Гидравлический расчет отопления и водоснабжения

Очень удачно наткнулся на целый ряд хороших статей, посвященных вопросу выполнения гидравлического расчета систем отопления и водоснабжения.

Конструктор водяного отопления
Гидравлика и теплотехника

До недавнего момента я почему-то думал, что гидравлический расчет выполняется примерно так же, как расчет для электрических цепей. Только в роли резистора здесь выступает гидравлическое сопротивление. Но оказалось, есть существенные отличия.

Три важных термина, которые я усвоил - расход, напор, гидравлическое сопротивление. Напор создает насос (например, циркуляционный), чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление и обеспечить определенный расход жидкости в гидравлической системе. Аналог расхода - это ток в электрической схеме, аналог напора - напряжение.

Основное отличие от электрических цепей - это зависимость сопротивления гидравлической системы от скорости движения жидкости по ней. Оно также зависит от типа течения: ламинарного, турбулентного, переходного. В результате две абсолютно разные на взгляд параллельные ветки гидравлической системы могут обладать одинаковым гидравлическим сопротивлением, просто потому, что расход жидкости в этих ветках будет подобран соответствующим образом.

Как я теперь начинаю понимать на этом основаны настройка теплых полов. Либо контуры теплых полов должны быть одинаковыми, либо на коллекторе ставятся расходомеры, с помощью которых производится настройка.

Биологическое загрязнение воздуха в приточной вентиляции

Мой текущий уровень знаний по вопросу бактериального загрязнения такой, что даже просто использование приточной вентиляции вызывает вопросы, а не заведется ли там что-то, чем мы будем дышать. Как я понимаю, заводится. А для того, чтобы не заводилось в вентиляции ставят разные облучатели воздуха. Частным вопросом является использование грунтового теплообменника.

Грунтовый теплообменник применяется для предварительного нагрева воздуха в системе приточной вентиляции. Воздух проходя через трубы, закопанные в землю, нагревается. Это позволяет снизить затраты на подогрев свежего воздуха. Плюс решает проблему обледенения рекуператора из-за низкой температуры входящего воздуха. 

Использовать воздушный грунтовый теплообменник несколько опасаюсь из-за вопросов биологического загразнения воздуха в трубах ГТ. Такой ГТ нужно периодически чистить от биологических загрязнений. В этом вопросе либо нужно очень глубоко разобраться, либо не стоит с этим связываться.

Из открытых форточек поступает более менее свежий воздух. А вот, что поступает из трубы, зарытой в землю - это вопрос. Говорят, что за рубежом были целые эпидемии заболеваний при использовании ГТ, так как в трубах

У Rehau есть решение по созданию воздушного ГТ. В нем применяются специальные трубы с внутренним покрытием, препятствующим бактериальному загрязнению.
http://www.rehau.com/download/796340/rehau-awadukt-thermo-sales-brochure.pdf
http://www.rehau.com/download/785926/awadukt-thermo-domestic-installation-guide.pdf
У нас в основном те, кто делаеют ГТ, укладывают для этого канализационные трубы.

Есть вариант использовать жидкостный грунтовый теплообменник. В этом случае по трубам циркулирует антифриз. А входящий воздух проходит через калорифер, подогреваемый данным антифризом. В этом способе нет проблемы с биологическим загрязнением. Следующий шаг после этого - это тепловой насос.

Окупаются ли энергоэффективные технологии?

Текущие низкие цены на газ в России делают экономически неоправданными применение многих энергоэффективных технологий при строительстве дома, будь то энергоэффективные окна, приточная вентиляция в рекуперацией, солнечные коллекторы для нагрева ГВС, супер утепление оболочки дома. К сожалению.

Я посчитал стоимость газа на отопление+вентиляцию+ГВС нашего дома при утеплении в соответствии с текущими СНиП. С учетом текущих неопределенностей реальных КПД котлов и качества газа (см предыдущий пост), затраты на газ для нашего дома получается в диапазон от 25 до 60 т.р. в год. В принципе диапазон терпимый.

Исходные данные для расчета: Цена газа 4,6 руб/м3, площадь дома 150 м2, высота потолков 3 м, ГВС из расчета 70 литров на человека, проживание 5 человек. Не
Отопительный период 214 дней, средняя температура отопительного периода -3, температура в помещении 20 градусов

Я рассмотрел два сценария - оптимистический и пессимистический
В оптимистическом: тепловыделение при сжигании газа 9,4 кВт/м3, КПД газового котла  90%
В пессимистическом: тепловыделение при сжигании газа 5 кВт/м3, КПД газового котла 70%

Для оптимистического сценария
Отопление: 10181 руб
ГВС: 4355 руб
Вентиляция: 10457 руб
Итого: 24993 руб в год

Для пессимистического сценария получились следующие цифры:
Отопление: 24741 руб
ГВС: 10582 руб
Вентиляция: 25409 руб
Итого: 60773 руб в год

Все энергоэффетивные технологии, которые я рассматривал способны увеличить эффективность дома в 2 раза. А значит дать выигрыш в диапазоне от 12,5 до 30 т.р. в год, так затраты на газ будут в два раза меньше.  Существует мнение, что срок окупаемости в строительстве должен быть не больше 12 лет. Получается, чтобы получить срок окупаемости 12 лет на энергоэффективные технологии я могут потратить в диапазоне 150-360 тысяч рублей.

Совсем другая ситуация в Европе.  Цена газа в Европе в 2014 году в среднем в 6 раз больше, чем в России (см ссылку)

В результате затраты на газ в Европе составили бы от 150 т.р. в год до 360 т.р. в год. Понятно, что при таких затратах задумаешься о внедрении энергоэффетивных технологий. Увеличение эффективности дома в два раза дают выигрыш в диапазоне 75-180 т.р. в год. Умножаем на 12 лет получаем 900 т.р - 2160 т.р. Это деньги, за которые действительно можно увеличить энергоэффективность дома в два раза.

Отсюда в Европе все идеи пассивных домов, толстого утепления стен, рекуперации энергии.
При низких ценах на газ в России (несмотря на их рост) все эти идеи энергоэффективности экономически не очень оправданы.

Затраты на магистральный газ в доме

При попытке рассчитать затраты на газ в доме сразу возникает вопрос сколько энергии образуется при сжигании 1м3 газа. Первая цифра, на которую наталкиваешься в интернете и на которой основаны многие расчеты -10 кВт/м3. При более пристальном рассмотрении оказывается, что даже теоретический газ бывает разный и что его теплотворная способность отличается (например на 16%). А уж практически так и того хуже, чуть ли не в два раза.

В общем я задумался можно ли брать в расчетах затрат на газ цифру 10кВт/м3. Заставили меня задуматься два "практических" сигнала.

Первый сигнал. По этой ссылке описывается реальный эксперимент по нагреву бойлера с помощью газового котла и электричества на одну и ту же температуру. В результате эксперимента оказалось, что при сжигании 1м3 газа удолось сообщить воде только 5 кВт. Эта цифра характеризует как реальную теплотворную способность газа, КПД котла, потери тепла бойлером и трактом. На нам то какая разница из чего состоит эта цифра - факт, что эти 5кВт в текущий момент будут стоить 4,6 рубля (в Московской области).

Второй сигнал. В книге Кокорина Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, кондиционирования теплотворная способность для выполнения оценок затрат на газ берется 5кВт/м3 и КПД котла 0,7 кВт. Либо это делается намеренно для выпячивания преимуществ энергоэффетивных технологий за счет занижения преимуществ конкурирующих. Либо это реальные цифры практика.

Кроме того, газ в каждом газопроводе разный, соответственно и теплотворная способность у него разная.  По следующей ссылке доступе документ, в котором перечислены газопроводы и состав газа в них. Например, в Москву приходят три газапровода
- Саратов-Москва указано 34,16 Мдж/м3 (8160 ккал или 9,48кВт) и содержание метана 78,2 %
- Ставрополь-Москва 1я и 2я ветка 36.09 (8620 или 10,025 кВт) и 36.55 (8730 или 10,1527 кВт) и содержание метана 93,8 и 92,8 %

В инструкциях для европейских газовых котлов указываются расходы для двух типов газа LL и E. Эти типы газа отличаются количественным составом метана.
100% Natural gas E = 93% CH4 + 4,9% CnHm + 1,1% N2 + 1% CO2
100% Natural gas LL = 81,8% CH4 + 3,4% CnHm + 14% N2 + 0,8% CO2
Получается, что в газопроводе из Саратова у нас газ ближе к типу LL, а в ветке из Ставрополя газ ближе к типу E. Для выработки 1кВт расход газа E меньше, чем LL в 1,1638. Как я понимаю, оба типа газа при продаже населению идут по одной и той же цене.

Если для европейского котла написано (см например и брошюру для котла Viessmann Vitidens 200-W), что при 100% нагрузке и мощности 23,7 Вт он сжигает 2,61 м3 газа E или 3,04 м3 газа LL, то это означает, что из 1м3 газа он способен извлечь 23,7/2,61= 9,08 кВт/м3 или 7,796 кВт/м3. Это цифры уже с учетом КПД котла.

В статье дается ссылка на ГОСТ 5542-87 (Газоснабжение СНиП 2.04.08-87), который регламентирует качество газа. По этому ГОСТ минимальное значение теплотворной способности должно быть не ниже 7600 ккал/м3 (31,9 МДж), реально же поставляемый природный газ имеет теплотворную способность 8100-8170 ккал/м3. Также в статье говорится, что данный ГОСТ гармонизирован со стандартами стран Евросоюза. Поэтому нельзя сказать, что в Европе и России газ принципиально разный.

Рассчитывая затраты на газ можно взять лучший и худший сценарий. Если взять КПД 90% и 9,4 кВт/м3 то затраты на газ на наш дом (примерно 150 м2) при утеплении по СНиП получаются 25 т.р. в год, что . А если взять по Кокорину реальное КПД котла 70% и теплотворную способность газа 5кВт/м3 затраты получаются 60 т.р. в год. Вторая цифра примерно равна затратам при использовании ночного тарифа на электричество.

Также существует мнение, что газ в России бодяжится. Но как учесть этот момент я пока не знаю. Может быть этот момент и отражают низки оценки Кокорина.

КПД газового котла - основные факторы

КПД, которое приводится для котлов в маркетинговых брошюрах - это максимально достижимое КПД при оптимальном режиме работы котла. Часто - это режим с максимальной нагрузкой, в котором котел трудится очень малую часть года. Счета на отопление и ГВС сильно зависят от КПД котла в межсезонье.

Какое будет КПД в реальности зависит от следующих основных факторов:
- типа котла: конденсационный или простой
- тип горелки: атмосферная, наддувная
- режима работы для обеспечения меньшей мощности: включение/выключение, двухступенчатая горелка, модулирование пламени
- температуры обратки

Котлы с наддувной горелкой мне кажется должны давать больший КПД.
Но такой котел занимает больше места и шумит. При установке в доме необходимо принимать серьезные меры по звукоизоляции. Либо устанавливать его в отдельной котельной.

На КПД газового котла очень сильно влияет режим его работы, что определяется текущей потребляемой мощностью отопительной системы. Зимой в морозы и в межсезонье потребности дома в тепле разные. Существует несколько способов регулировки котла для обеспечения меньшей мощности: включение/выключение котла, применение двухтактной (или N-тактной) горелки (или как вариант нескольких небольших котлов), модулирование пламени. Для котлов с включением/выключением и двухтактной горелки при неполной загрузке эффективность снижается. Для модуляционных котлов (о чудо!) она наоборот растет.

Диапазон модуляции горелки может быть самый разный. Например, котел с модуляционной горелкой Viessmannn Vitodens 300-W может снижать мощность до 20%.

Более дательный удалось найти вот такой график. На нем видно как себя качественно ведет КПД  для котлов с разными горелками: армосферной, наддувной, модуляционной. Это более пессимистичный график, на нем максимальные КПД котлов находятся в диапазоне 80-90%.
Видно, что для котла с атмосферной горелкой КПД существенно падает при малых нагрузках - аж до 55% при нагрузке в 20%.

Еще один способ повлиять на эффективность работы котла - это использование в системе отопления с газовым котлом теплоаккамулятора. Идея та же, что и с твердотопливным котлом. Обычный газовый котел, работая в режиме полной мощности, нагревает воду в тепло аккамуляторе и отключается. Благодаря теплоаккамулятору количество включений/выключений будет минимизировано, а значит повыситься и КПД котла.

Новые конденсационные котлы позволяют повысить КПД аж до 95-98%.  Но тут нужно уточнить, что максимально достижимый КПД зависит от свойств системы отопления, а именно от температуры обратки. КПД конденсационных котлов в 98% достигается только при малых темпаратурах обратки. Для достижения этого КПД необходимо использовать либо полностью низкотемпературную систему отопления (теплые полы), либо при проектировании системы отопления увеличивать разницу температуры между подаваемым и возвращаемым теплоносителем.

Подтверждение этим графикам можно увидеть и в заявляемых характеристиках котлов, например см. вкладку Характеристики для Котла Buderus Logomax Plus GB072
Видно, что КПД для режима работы 80/60 меньше, чем для режима 50/30 на 8%.
Отсюда вывод - применение конденсационных котлов оправдано в низкотемпературной системе отопления.

Итак, для повышения КПД газового котла способствуют следующие меры
- использование конденсационного котла совместно с низкотемпературной системой отопления
- использование конденсационного котла с увеличением разности температур в высокотемпературной системе (например до 40 градусов возможно ли?)
- использование наддувной горелки с хорошей звукоизоляцией котла от жилых помещений
- использование горелки с модулированием пламени (типично в диапазоне 20-100%)
- использование в системе отопления с одно и двух ступенчатой горелкой теплоаккамулятора