Теплогазоснабжение и вентиляция (пособие)

Введение

Трудно назвать отрасль народного хозяйства, в которой не применялась бы тепловая энергия. Обеспечение нормальных микроклиматических условий в помещениях жилых, общественных зданий и зданий промышленного назначения, обеспечение нормального хода технологических процессов в промышленности, обеспечение чистоты атмосферы в помещениях и на рабочих местах — далеко не полный перечень сторон разнообразной деятельности и жизни человека, требующих применения тепловой энергии. Поэтому так остро поставлены вопросы развития техники теплогазоснабжения и вентиляции.

Теплогазоснабжение и вентиляция как самостоятельная отрасль науки и техники сформировалась относительно недавно, однако отдельные ее составляющие имеют многовековую историю. К самому древнему разделу этой науки можно отнести отопление, которое с момента возникновения человеческого общества служило для обогрева жилья. По мере развития общества развивалась и отопительная система. Укрупнение отдельных источников получения тепловой энергии явилось причиной создания централизованного отопления, а создание электростанций большой мощности вызвало появление крупных систем теплоснабжения, объединяющих тепловые станции, тепловые сети, отопление и вентиляцию, что позволило резко снизить затраты на выработку тепловой энергии.

В настоящее время большое значение придается вопросам сохранения здоровья и оздоровления населения. Эту задачу должна решить, совместно с другими отраслями науки и техники, вентиляция, занимающаяся обеспечением чистоты атмосферы в помещениях зданий и сооружений, а также очисткой воздуха, выбрасываемого из помещений в окружающую среду.

Основой энергоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий является газоснабжение. Газ как топливо используется для выполнения технологических процессов на производстве, для приготовления тепловой энергии на теплостанциях, для приготовления пищи и т.д., поэтому в настоящее время добыче, транспорту и рациональному использованию газообразного топлива придается большое значение.

I . Проблематика систем ТГСиВ

1.1 Теплозащита зданий и сооружений

Экономичная теплозащита зданий и сооружений стала в последнее время важнейшей проблемой строительства и проектирования, прямо связанной с состоянием мировой энергетики и экономики.

Теплозащита зданий, в которых люди пребывают длительное время, имеет значение с точки зрения сохранения их здоровья, а также стоимости эксплуатации (экономия энергии) и стоимости строительства зданий.

Достаточная теплозащита является предпосылкой для создания здоровых и комфортных условий в помещениях. Ощущение человеком комфортных условий в помещениях зависит от многих факторов, в том числе возраста, состояния здоровья, выполняемой работы и др. Человек реагирует на окружающие условия, например на температуру поверхностей ограждающих помещение конструкций, на температуру, влажность и движение воздуха в помещении.

Поверхность тела человека имеет температуру в среднем 306 К (32 – 33^О С). Если температура окружающих человека предметов ниже 291 – 297 К (18-24^О С) (комфортные условия), теплоотдача человеческого тела повышается и может возникнуть ощущение озноба. При повышении температуры окружающей среды направление теплоотдачи меняется, и человек реагирует на это выделением пота.

Подача тепла или, наоборот, охлаждение воздуха способствуют сохранению в помещении комфортных условий. При этом теплозащитная способность ограждающих помещение конструкций определяет величину притока тепла и прежде всего температуру поверхностей этих конструкций.

Для теплозащиты в летних условиях должны быть сформулированы дополнительные требования, в частности по теплоаккумулирующей способности, которые не являются предметом рассмотрения данного приложения. Повышенная теплозащита рассматриваемая в приложении, относится ко всей передающей тепло ограждающей поверхности здания. Напротив, минимальные требования, основанные на положениях строительной физики, сформулированные в DIN.

Трансмиссионные теплопотери могут быть описаны с помощью средних коэффициентов теплопередачи k_ср . Вследствие различий климатических условиях влияние вентиляции на колебания фактических теплопотерь учитывается путем предъявления прямых требований к степени уплотнения окон и швов между отдельными конструкциями.

Соблюдение определенных значений k_ср для всего здания дает более широкую свободу при формировании фасада здания и в применении требуемых теплозащитных мероприятий при устройстве наружных стен, окон, перекрытий и крыш. Следует без всяких исключений принимать во внимание все части ограждающей поверхности здания. Так, уменьшение эффективности теплозащиты наружных стен может быть компенсировано улучшением теплозащитных качеств окон или крыши. Это создает возможность выбора наиболее экономичного способа строительства.

Коэффициенты теплопередачи k_ср , задаются в зависимости от величины отношения площади ограждающей поверхности F к заключенному в ней объему V. Здания с малыми значениями отношения F/V (например, компактные многоэтажные сооружения) по сравнению со зданиями с большими значениями отношения F/V(например, дачные домики, одноквартирные дома) имеют значительно меньшие по отношению к их объемам или поверхностям теплопотери, конечно, если при этом предполагаются сравнимые теплотехнические качества всех поверхностей здания. Требования к теплозащите.

Требования, которые предъявляются к теплозащите помещений, предназначенных для длительного пребывания людей. Требования к теплозащите по действующим Дополнениям к DIN в значительной мере включены в качестве указаний для строительного надзора. Они подразделяются по вида конструкций и действительны для всех зданий с помещениями, предназначенными для длительного пребывания людей. В указаниях определен минимальный уровень теплозащиты различных конструкций, т.е. уровень минимального качества конструкции. Но это еще ничего не говорит об общем количестве тепла, проходящего через конструкцию. Суждение об этом дает лишь значение коэффициента теплопередачи и показатели конкретных условий, в которых находится конструкция (в частности, температур наружного и внутреннего воздуха, соответствующей назначению помещения). Известно, что применение конструкции с теплопередачей, соответствующей максимальным значениям норм, приводит к тому, что через оболочку здания теряется огромное количество тепловой энергии. Если оказывается, что здание в целом будет иметь чрезмерные теплопотери, то ограничение теплопередачи путем назначения соответствующего значения коэффициента k является единственной возможностью их снижения, тем более, если принимается во внимание вся отводящая тепло поверхность здания.

Выбор теплоизоляции, вариантов отделок стен для большинства заказчиков-застройщиков задача сложная. Слишком много противоречивых проблем требуется решить одновременно. Данная страничка поможет Вам во всем этом разобраться.

В настоящее время теплосбережение энергоресурсов приобрело большое значение. Согласно СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника», сопротивление теплопередаче определяется исходя из:

· санитарно-гигиенических и комфортных условий (первое условие),

· условий энергосбережения (второе условие).

Для Москвы и ее области требуемое теплотехническое сопротивление стены по первому условию составляет 1,1 °С·м. кв./Вт, а по второму условию:

· для дома постоянного проживания 3,33 °С·м. кв./ Вт,

· для дома сезонного проживания 2,16 °С·м. кв./ Вт.

Таблица толщин и термических сопротивление материалов для условий Москвы и ее области

Из этих таблиц видно, что большинство загородного жилья в Подмосковье не удовлетворяют требованиям по теплосбережению, при этом даже первое условие несоблюдается во многих вновь строящихся зданиях. Поэтому, подбирая котел или обогревательные приборы только по указанным в их документации способности обогреть определенную площадь, Вы утверждаете, что Ваш дом построен со строгим учетом требований СНиП II-3-79*. Из вышеизложенного материала следует вывод. Для правильного выбора мощности котла и обогревательных приборов, необходимо рассчитать реальные теплопотери помещений Вашего дома.Ниже мы покажем несложную методику расчета теплопотерь Вашего дома. Дом теряет тепло через стену, крышу, сильные выбросы тепла идут через окна, в землю тоже уходит тепло, существенные потери тепла могут приходиться на вентиляцию. Тепловые потери в основном зависят от:

· разницы температур в доме и на улице (чем разница больше, тем потери выше),

· теплозащитных свойств стен, окон, перекрытий, покрытий (или, как говорят ограждающих конструкций).

Ограждающие конструкции сопротивляются утечкам тепла, поэтому их теплозащитные свойства оценивают величиной, называемой сопротивлением теплопередачи. Сопротивление теплопередачи показывает, какое количество тепла уйдет через квадратный метр ограждающей конструкции при заданном перепаде температур. Можно сказать и наоборот, какой перепад температур возникнет при прохождении определенного количества тепла через квадратный метр ограждений.

R = ΔT/q,

где q – это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности. Его измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/м. кв.); ΔT – это разница между температурой на улице и в комнате (°С) и, R – это сопротивление теплопередачи (°С/ Вт/м. кв. или °С·м. кв./ Вт). Когда речь идет о многослойной конструкции, то сопротивление слоев просто складываются. Например, сопротивление стены из дерева, обложенного кирпичом, является суммой трех сопротивлений: кирпичной и деревянной стенки и воздушной прослойки между ними:

R(сумм.)= R(дерев.) + R(воз.) + R(кирп.).

Распределение температуры и пограничные слои воздуха при передаче тепла через стену

Расчет на теплопотери проводят для самого неблагоприятного периода, которым является самая морозная и ветреная неделя в году. В строительных справочниках, как правило, указывают тепловое сопротивление материалов исходя из этого условия и климатического района (или наружной температуры), где находится Ваш дом.

Таблица – Сопротивление теплопередачи различных материалов при ΔT = 50 °С (Т_нар. = –30 °С, Т_внутр. = 20 °С.)

Как видно из предыдущей таблицы, современные стеклопакеты позволяют уменьшить теплопотери окна почти в два раза. Например, для десяти окон размером 1,0 м х 1,6 м экономия достигнет киловатта, что в месяц дает 720 киловатт-часов.

Для правильного выбора материалов и толщин ограждающих конструкций применим эти сведения к конкретному примеру. В расчете тепловых потерь на один кв. метр участвуют две величины:

· перепад температур ΔT,

· сопротивления теплопередаче R.

Температуру в помещении определим в 20 °С, а наружную температуру примем равной –30 °С. Тогда перепад температур ΔT будет равным 50 °С. Стены выполнены из бруса толщиной 20 см, тогда R= 0,806 °С·м. кв./ Вт.

Тепловые потери составят 50 / 0,806 = 62 (Вт/м. кв.). Для упрощения расчетов теплопотерь в строительных справочниках приводят теплопотери разного вида стен, перекрытий и т.д. для некоторых значений зимней температуры воздуха. В частности, даются разные цифры для угловых помещений (там влияет завихрение воздуха, отекающего дом) и неугловых, а также учитывается разная тепловая картина для помещений первого и верхнего этажа.

Рассмотрим пример расчета тепловых потерь двух разных комнат одной площади с помощью таблиц.

Пример 1.

Угловая комната (первый этаж)

Характеристики комнаты:

· этаж первый,

· площадь комнаты – 16 кв.м. (5х3,2),

· высота потолка – 2,75 м,

· наружных стен – две,

· материал и толщина наружных стен – брус толщиной 18 см, обшит гипсокартонном и оклеен обоями,

· окна – два (высота 1,6 м, ширина 1,0 м) с двойным остеклением,

· полы – деревянные утепленные, снизу подвал,

· выше чердачное перекрытие,

· расчетная наружная температура –30 °С,

· требуемая температура в комнате +20 °С.

Рассчитаем площади теплоотдающих поверхностей.

Площадь наружных стен за вычетом окон: S_стен (5+3,2)х2,7-2х1,0х1,6 = 18,94 кв. м.

Площадь окон: S_окон = 2х1,0х1,6 = 3,2 кв. м.

Площадь пола: S_пола = 5х3,2 = 16 кв. м.

Площадь потолка: S_{потолка} = 5х3,2 = 16 кв. м.

Площадь внутренних перегородок в расчете не участвует, так как через них тепло не уходит – ведь по обе стороны перегородки температура одинакова. Тоже относится и к внутренней двери. Теперь вычислим теплопотери каждой из поверхностей:

Суммарные теплопотери комнаты составят: Q_{суммарные} = 3094 Вт.

Заметим, что через стены уходит тепла больше чем через окна, полы и потолок. Результат расчета показывает теплопотери комнаты в самые морозные (Т нар.= –30 °С) дни года. Естественно, чем теплее на улице, тем меньше уйдет из комнаты тепла.

Пример 2

Комната под крышей (мансарда)

Характеристики комнаты:

· этаж верхний,

· площадь 16 кв.м. (3,8х4,2),

· высота потолка 2,4 м,

· наружные стены; два ската крыши (шифер, сплошная обрешетка, 10 см минваты, вагонка), фронтоны (брус толщиной 10 см, обшитый вагонкой) и боковые перегородки (каркасная стена с керамзитовым заполнением 10 см),

· окна – четыре (по два на каждом фронтоне), высотой 1,6 м и шириной 1,0 м с двойным остеклением,

· расчетная наружная температура –30°С,

· требуемая температура в комнате +20°С.

Рассчитаем площади теплоотдающих поверхностей.

Площадь торцевых наружных стен за вычетом окон: S_{торц.стен} = 2х(2,4х3,8-0,9х0,6-2х1,6х0,8) = 12 кв. м.

Площадь скатов крыши, ограничивающих комнату: S_{скатов.стен} = 2х1,0х4,2 = 8,4 кв. м.

Площадь боковых перегородок: S_{бок.перегор} = 2х1,5х4,2 = 12,6 кв. м.

Площадь окон: S_окон = 4х1,6х1,0 = 6,4 кв. м.

Площадь потолка: S_{потолка} = 2,6х4,2 = 10,92 кв. м.

Теперь рассчитаем тепловые потери этих поверхностей, при этом учтем, что через пол тепло не уходит (там теплое помещение). Теплопотери для стен и потолка мы считаем как для угловых помещений, а для потолка и боковых перегородок вводим 70-процентный коэффициент, так как за ними располагаются неотапливаемые помещения.

Суммарные теплопотери комнаты составят: Q_{суммарные} = 4504 Вт.

Как видим, теплая комната первого этажа теряет (или потребляет) значительно меньше тепла, чем мансардная комната с тонкими стенками и большой площадью остекления.

Чтобы такое помещение сделать пригодным для зимнего проживания, нужно в первую очередь утеплять стены, боковые перегородки и окна. Любая ограждающая конструкция может быть представлена в виде многослойной стены, каждый слой которой имеет свое тепловое сопротивление и свое сопротивление прохождению воздуха. Сложив тепловое сопротивление всех слоев, получим тепловое сопротивление всей стены. Также суммируя сопротивление прохождению воздуха всех слоев, поймем, как дышит стена. Идеальная стена из бруса должна быть эквивалентна стене из бруса толщиной 15 – 20 см. Приведенная ниже таблица поможет в этом.

Для объективной картины теплопотерь всего дома необходимо учесть:

1. Потери тепла через контакт фундамента с мерзлым грунтом обычно принимают 15% от потерь тепла через стены первого этажа (с учетом сложности расчета).

2. Потери тепла, связанные с вентиляцией. Эти потери рассчитываются с учетом строительных норм (СНиП). Для жилого дома требуется около одного воздухообмена в час, то есть за это время необходимо подать тот же объем свежего воздуха. Таким образом, потери связанные с вентиляцией, составляют немногим меньше сумме теплопотерь приходящиеся на ограждающие конструкции. Получается, что потери тепла через стены и остекление составляет только 40%, а потери тепла на вентиляцию 50%. В европейских нормах вентиляции и утепления стен, соотношение тепловых потерь составляют 30% и 60%.

3. Если стена «дышит», как стена из бруса или бревна толщиной 15 – 20 см, то происходит возврат тепла. Это позволяет снизить тепловые потери на 30%, поэтому полученную при расчете величину теплового сопротивления стены следует умножить на 1,3 (или соответственно уменьшить теплопотери).

Суммировав все теплопотери дома, Вы определите, какой мощности генератор тепла (котел) и отопительные приборы необходимы для комфортного обогрева дома в самые холодные и ветряные дни. Также, расчеты подобного рода покажут, где «слабое звено» и как его исключить с помощью дополнительной изоляции.

Рассчитать расход тепла можно и по укрупненным показателям. Так, в одно- и двухэтажных не сильно утепленных домах при наружной температуре –25 °С требуется 213 Вт на один квадратный метр общей площади, а при –30 °С – 230 Вт. Для хорошо утепленных домов – это: при –25 °С – 173 Вт на кв.м. общей площади, а при –30 °С – 177 Вт.

Выводы и рекомендации

1. Стоимость теплоизоляции относительно стоимости всего дома существенно мала, однако при эксплуатации здания основные затраты приходятся именно на отопление. На теплоизоляции ни в коем случае нельзя экономить, особенно при комфортном проживании на больших площадях. Цены на энергоносители во всем мире постоянно повышаются.

2. Современные строительные материалы обладают более высоким термическим сопротивлением, чем материалы традиционные. Это позволяет делать стены тоньше, а значит, дешевле и легче. Все это хорошо, но у тонких стен меньше теплоемкость, то есть они хуже запасают тепло. Топить приходиться постоянно – стены быстро нагреваются и быстро остывают. В старых домах с толстыми стенами жарким летним днем прохладно, остывшие за ночь стены «накопили холод».

3. Утепление необходимо рассматривать совместно с воздухопроницаемостью стен. Если увеличение теплового сопротивления стен связано со значительным уменьшением воздухопроницаемости, то не следует его применять. Идеальная стена по воздухопроницаемости эквивалентна стене из бруса толщиной 15…20 см.

4. Очень часто, неправильное применение пароизоляции приводит к ухудшению санитарно-гигиенических свойств жилья. При правильно организованной вентиляции и «дышащих» стенах она излишня, а при плохо воздухопроницаемых стенах это ненужно. Основное ее назначение это предотвращение инфильтрации стен и защита утепления от ветра.

5. Утепление стен снаружи существенно эффективнее внутреннего утепления.

6. Не следует бесконечно утеплять стены. Эффективность такого подхода к энергосбережению – не высока.

7. Вентиляция – вот основные резервы энергосбережения.

8. Применив современные системы остекления (стеклопакеты, теплозащитное стекло и т.п.), низкотемпературные обогревающие системы, эффективную теплоизоляцию ограждающих конструкций, можно сократить затраты на отопление в 3 раза.

Варианты дополнительного утепления конструкций зданий на базе строительной теплоизоляции типа «ISOVER», при наличии в помещениях систем воздухообмена и вентиляции.

1.1.1 Теплопотери через ограждающие конструкции

Теплозащита помещения зависит от сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (стен, перекрытий), которые в современных зданиях значительно отличаются одна от другой. Для их изготовления применяют различные материалы; соответственно этому они выполняют специфические функции. Каждому материалу соответствуют свои значения коэффициента теплопроводности  и принятая рациональная толщина d, и сопротивления теплопередаче оказываются различными. К ограждающим конструкциям относятся также окна и двери. Их сопротивление теплопередаче существенно меньше, чем прочих конструкций. Дополнительное влияние на теплозащиту оказывает соотношение площадей проемов и сплошных стен.

Насколько значительны теплопотери через поверхности, которые ограждают помещение от наружного воздуха, настолько невелики теплопотери через внутренние конструкции, поэтому теплозащита помещения зависит также от его геометрии и положения в здании. Глубокое помещение с малой поверхностью наружных стен требует меньшего подвода тепла, чем широкое помещение такой же площади с большей поверхностью наружных стен. Угловое помещение дома в верхнем этаже с тремя наружными поверхностями имеет большую потребность в тепле, чем помещение примерно такого же размера, расположенное в середине одного из промежуточных этажей, поэтому при проектировании теплозащиты следует обращать внимание на отношение доли наружных поверхностей к объему помещения.

Теплозащита зависит также от воздухопроницаемости конструкций, которые ограждают помещение от наружного воздуха, а также их теплоаккумулирующей способности.

Стены и перекрытия если они оштукатурены, характеризуются очень малой воздухопроницаемостью, поэтому теплопотери вследствие переноса тепла воздухом незначительны.

Организационно-технологическое проектирование дополнительной теплозащиты стеновых ограждающих конструкций

Т ехнология строительного производства состоит из двух аспектов – технического и организационного. Технический аспект включает в себя: – технику производства строительной продукции с использованием новейших достижений научно-технического прогресса в строительных производственных процессах; – методы производства, как принципы реализации новейших достижений научно-технического прогресса при воздействии на объект производства производительных сил с использованием средств производства и информационных ресурсов.

Организационный аспект объединяет принципы строительного или ремонтно-строительного производства, представляющие собой методы выражения связей между производительной продукцией и количественными значениями параметров, характеризующих объекты производства, средства производства, производительные силы и информационные ресурсы, а также достижения строительной науки применительно к материально-техническому аспекту производства продукции строительного или ремонтно-строительного производства.

Технический и организационный аспекты материально-технического производства строительной продукции неотъемлемы друг от друга. Вопросы организации технологических процессов не могут рассматриваться только как результаты технических решений. Многолетняя практика строительства подтвердила необходимость совместного изучения и анализа технических и организационно-технологических решений. Принятие рациональных организационных решений оказывает большое влияние на параметры технологических процессов, и, наоборот, с повышением технологичности проектных решений возникают возможности применения более прогрессивных и эффективных форм и методов организации строительного и ремонтно-строительного производства.

Любой технологический процесс, в результате которого получается готовая продукция, может быть реализован различными методами, различающимися между собой применяемыми материалами, механизмами, инструментами, технологическим оборудованием, качественным и количественным составом бригад и звеньев рабочих и др. Каждый из выше названых факторов в свою очередь характеризуется определенными техническими или технико-экономическими показателями. Поэтому в создании технического проекта здания или сооружения кроме архитекторов и конструкторов должны активно участвовать и технологи, что особенно важно на стадии альтернативных решений при вариантном проектировании.

Своевременная и высококвалифицированная оценка технологичности проектных решений при вариантном проектировании реконструкции зданий позволяет в процессе работы над проектно-сметной документацией осуществлять выбор рациональных вариантов из нескольких возможных, направив усилия разработчиков на доведение именно этих вариантов.

Технологичность проектов устройства дополнительной теплозащиты зданий

О дним из важнейших критериев оценки проектов возведения и реконструкции зданий и сооружений является технологичность их реализации. До 60 % затрат на возведение зданий и сооружений зависит от технологичности проектных решений. Это утверждение в еще большей степени относится к реконструкции жилых зданий. Поэтому вполне объяснимо то внимание, которое ученые уделяли и уделяют вопросам технологичности проектов.

Исследованию технологичности сборных железобетонных конструкций и технологичности возведения промышленных зданий и сооружений посвящены фундаментальные труды С.С. Атаева, С.Н. Булгакова, А.А. Гусакова,Б.В. Прыкина,В.К. Черненко,Т.Н. Цая,Р.Б. Тяна, Е.П. Уварова.

Проблемы выбора технологичных решений при строительстве гражданских зданий подробно рассмотрены в работах Ю.Б.Монфреда, С.В. Николаева, Е.Д. Белоусова. Вопросам повышения технологичности и выбора рациональных вариантов организационно-технологических решений при выполнении отдельных технологических процессов возведения различных типов зданий и сооружений, их реконструкции посвящены работы Б.А. Крылова,А.А. Афанасьева,Л.И. Абрамова,А.К. Шрейбера, К.А. Шрейбера и ряда других авторов.

Технологичность проектов представляет собой совокупность технических свойств объемно-планировочных и конструктивных решений строительных объектов, характеризующих их соответствие требованиям строительного производства и эксплуатации, является основой комплексной характеристикой технического уровня и совершенства проектов, предопределяющей на стадии проектирования объектов организационно-технологическую надежность строительного производства.

Несмотря на большое количество исследований, выполненных в области технологичности проектных решений зданий и сооружений, на практике, в настоящее время, вариантная проработка проектов почти не применяется. Это связано, во-первых, с низкой стоимостью проектирования, несмотря на то, что в последнее время объекты проектирования значительно усложнились и в несколько раз возрос объем капитальных вложений. В то же время немногие примеры вариантного проектирования и более глубокой творческой проработки проектов убедительно показывает, что получаемый в результате этого эффект во много раз превышает затраты на проектирование.

Изучение зарубежного опыта показало, что важным направлением повышения качества проектных решений является вариантная системотехническая проработка технико-экономических обоснований. Это позволяет сократить стадийность разработок и сроки проектирования. В США вопросам выбора основных решений ранней стадии проектирования, оценки стоимости проектирования и строительства придается первостепенное значение, и полученные решения закладываются в основу дальнейшей работы. При этом затраты на обоснование решений составляют примерно 15…20 % обычных затрат на проектирование. Обоснованность принятых решений позволяет совмещать проектирование и строительство.

Недостаточное выделение средств на технико-экономические обоснования и вариантное проектирование в отечественной практике существенно снижают качество проектов.

Проектными организациями допускаются значительные недоработки в части индустриализации проектных решений, повышения уровня сборности основных конструктивных элементов, сокращения типоразмеров конструкций, затрат ручного труда в строительстве. Особенно это сказывается на отделочных работах, реконструкции и в том числе устройстве дополнительной теплозащиты здания.

Ошибки так же допускаются при определении сметной стоимости строительства объектов. Более половины проектов, рассматриваемых ежегодно в порядке выборочного контроля, не имеют расчетов сметной стоимости в полном объеме.

Общая сметная стоимость строительства рассматриваемых ежегодно проектов снижается. С другой стороны, каждый год происходит непредвиденное увеличение сметной стоимости уже строящихся объектов, что уменьшает надежность не только планирования материально-технического обеспечения, но и экономических оценок проектов, поскольку все экономические показатели проектов основаны на сметной стоимости.

Во-вторых, отсутствуют научно обоснованные методы формирования и обоснования необходимого и достаточного состава показателей оценки технологичности, методологическое единство в подходах к ее оценке и даже в самом определении технологичности проектных решений. В технической литературе и в научных трудах встречается около 400 разнородных показателей оценки технологичности: повторяемость конструкций, сборность, весовое единообразие, трудоемкость стыкования, общий показатель строительной типизации, коэффициент неравенства количественных параметров объемно-планировочных решений, разновысотность зданий, размеры рабочих зон, коэффициент концентрации и расчленения конструкций, степень серийности элементов, весовая разновидность конструкций, коэффициент ожидания, степень заводской готовности конструкций, показатель однотипности вида, коэффициент равновестности элементов, удельный расход сырьевых и энергетических ресурсов, приведенные затраты и т.д.

Среди показателей оценки технологичности проектных решений встречаются технические, экономические, технико-экономические, относительные и абсолютные, дифференцированные и комплексные, количественные и качественные.

Большинство исследователей считают необходимым оценивать технологичность проектных решений по комплексным показателям (технологичность изготовления материалов, изделий, конструкций; технологичность возведения зданий и сооружений; технологичность эксплуатации зданий и сооружений), получая такие показатели путем свертки дифференциальных показателей.

Нельзя не согласится с мнением Шрейбера К.А. в том что, такой подход к формированию комплексного показателя оценки технологичности представляется правомерным лишь при прогнозировании эффективности проектных решений на государственном уровне.

При оценке технологичности проектных решений, принимаемых в индивидуальных проектах разового применения (а устройство дополнительной теплозащиты зданий в силу разнотипности по своим архитектурно-конструктивным решениям и техническому состоянию осуществляется практически всегда по индивидуальным проектам), целесообразно ставить и решать задачу через совершенствование производственно-хозяйственной и финансово-экономической деятельности подрядных организаций за счет повышения качества проектно-сметной документации. Поэтому, при многокритериальной оценке проектов реконструкции жилых зданий без большого ущерба для репрезентативности результатов можно пренебречь показателями технологичности в сопряженных с ремонтно-строительным производством отраслях. Этот аспект технологичности может и должен быть рассмотрен в тех случаях, когда проектные решения предусматривают использование принципиально новых материалов, изделий, требующее значительных материальных затрат на перестройку промышленно-производственной базы строительных или ремонтно-строительных организаций. Во всех остальных случаях учет технологичности изготовления (заводской технологичности) приведет к непомерному усложнению расчетов, значительно затруднит выделение дифференцированного показателя оценки технологичности устройства дополнительной теплозащиты зданий и сооружений (строительной технологичности).

Технологичность эксплуатации зданий и сооружений после завершения их возведения или реконструкции является важной подсистемой комплексного показателя оценки технологичности проектных решений, определяя наряду с комфортабельностью потребительские свойства построенных или реконструированных зданий в течение всего срока их эксплуатации.

Эксплуатационная технологичность определяется ремонтной способностью и ремонтопригодностью конструктивных элементов, систем и зданий в целом, возможностью комплексной механизации, автоматизации и диспетчеризации технического обслуживания, максимально достижимой равнопрочностью и долговечностью отдельных элементов и систем, составляющих здание. Однако отсутствие, каких бы то ни было методик определения целевой функции, соответствующей подсистеме эксплуатационной технологичности проектов строительства и реконструкции жилых зданий, не дает формировать комплексный показатель оценки решений с учетом эксплуатационной технологичности, которая частично учитывается при технико-экономической оценке проектов.

Учитывая вышеизложенное, предлагается в рамках многокритериальной оценки проектов устройства дополнительной теплозащиты жилых зданий использовать критерий оценки технологичности собственно проведения теплозащитных мероприятий, названный строительной технологичностью.

На основании всестороннего анализа многочисленных показателей оценки технологичности проектных решений, используемых в теории и практике нового строительства, предлагается технологичность проектов устройства дополнительной теплозащиты стен жилых зданий (строительную технологичность) оценивать по удельной трудоемкости осуществления теплозащиты, т. е. суммарной трудоемкости реализации проекта, отнесенной к 1 м2 площади наружных стен здания, получаемой в результате осуществления проекта.

Строительную технологичность подразделяют на проектную и построечную. Под проектной технологичностью понимают ту часть трудозатрат на теплозащиту стен здания, которая непосредственно определяется техническими решениями, принимаемыми в процессе проектирования, и может с изменением того или иного решения уменьшаться или увеличиваться.

Построечная технологичность определяется уровнем организации труда и организации производства в подрядных подразделениях, осуществляющих теплозащиту. Повышение построечной технологичности (т. е. снижение удельной трудоемкости устройства теплозащиты) целиком и полностью является прерогативой подрядных организаций и достигается осуществлением комплекса организационно – технологических мероприятий, среди которых можно выделить следующие основные направления:

· повышение уровня комплексной механизации ремонтно-строительных работ;

· совершенствование организационно-технологической подготовки ремонтно-строительного производства;

· совершенствование управления ремонтно-строительным производством;

· внедрение научно-технического прогресса в ремонтно-строительное производство.

Понятие комплексной механизации включает в себя обеспеченность машинами и механизмами, ручным механизированным инструментом, ручным немеханизированным инструментом и приспособлениями.

Следует отметить, что уровень комплексной механизации ремонтно-строительного производства в настоящее время крайне низок даже в сравнении со строительным производством. Данные уровни комплексной механизации ремонтно-строительного производства (по видам работ) приведены в табл.1.

Таблица 1 . Уровни комплексной механизации

Такое положение объясняется целым рядом объективных и субъективных причин, в числе которых нетехнологичные проектные и организационно-технологические решения, препятствующие широкому использованию машин и механизмов при ремонте и реконструкции зданий; низкая механовооруженность ремонтно-строительного производства, обусловленная в первую очередь отсутствием необходимого количества и номенклатуры машин, механизмов и средств малой механизации, предназначенных специально для выполнения малообъемных работ в стесненных условиях, характерных для ремонтно-строительного производства (в настоящее время механовооруженность ремонтно-строительных организаций в 2…3 раза ниже аналогичного показателя в капитальном строительстве); недостаточная оснащенность ручным немеханизированным инструментом и приспособлениями, их низкое качество.

Внедрение научно-технического прогресса в ремонтно-строительное производство в большой степени обуславливается прогрессивностью и новизной технических решений, принимаемых в процессе проектирования, поэтому данному вопросу надлежит уделять самое пристальное внимание особенно при вариантном проектировании, дающем возможность сопоставления новых проектных решений с традиционными, содержащимися в типовых проектах, в проектах-аналогах, альтернативных вариантах проектных решений.

Повышение проектной технологичности достигается в процессе вариантного проектирования путем выбора из нескольких вариантов такого, удельная трудоемкость реализации которого будет наименьшей. Повышение проектной технологичности и, как следствие, строительной технологичности, достижимо только в условиях вариантного проектирования реконструкции жилых зданий.

1.1.2 Теплопотери через оконные проемы

Общие теплопотери в зоне проемов складываются из трансмиссионных теплопотерь и теплопотерь, связанных с вентиляцией. Если рассматривать только трансмиссионные теплопотери и сравнить между собой безрамное остекление с остеклением в створчатых и раздельных (составных) переплетах (рис. 1), то оказывается, что теплопотери на рисунке 1б, ниже вследствие значительно меньшей теплопроводности деревянных переплетов.

Значительная воздухопроницаемость и, следовательно, большой перенос тепла (рис. 2а) заметно уменьшаются с установкой в притворе уплотнения (рис. 2б). В то же время подобные уплотнения уменьшают приток в помещениях свежего воздуха, вследствие чего воздухообмен становится меньше требуемого для здоровья и хорошего самочувствия людей.

В наружных стенах жилых помещений рекомендуется устраивать окна с двойными или спаренными переплетами. Теплопотери окон определяются воздухопроницаемостью швов, поэтому на их герметизацию следует обращать особое внимание.

Сокращение теплопотерь через оконные и балконные заполнения жилых зданий

Требования, предъявляемые к оконным и балконным заполнениям

О конные и балконные заполнения являются неотъемлемой частью фасадов, они составляют порядка 30…45 % площади наружных стен жилых зданий и предназначены для обеспечения необходимой естественной освещенности помещений и возможности контакта с окружающей средой.

Конструкции светопрозрачных ограждений подвержены силовым и не силовым воздействиям: снаружи на них воздействуют ветровые нагрузки, атмосферные осадки, переменные температура и влажность воздуха, солнечная радиация, шум, пыль и водорастворимые химические примеси в атмосферной влаге; изнутри – потоки тепла и пара, шум. Оконные и балконные заполнения также должны вписываться в архитектурный облик всего здания, легко монтироваться, быть ремонтнопригодными.

Установлено, что в зимний период теплопотери через окна жилых зданий составляют порядка 22…30 % (через стены 18…27 %) общих потерь тепла зданием. Это говорит о том, что какой бы хорошей не была дополнительная теплозащита стен, без проведения мероприятия по сокращению теплопотерь через окна, она не даст ожидаемого эффекта.

Согласно «Изменению № 3 СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника» требуемое сопротивление теплопередаче окон изменилось не более чем в 1,5 раза (для стен в 2,5…3 раза). Фактически, значения сопротивлений теплопередаче окон зданий опорного жилищного фонда отличаются от нормативных гораздо более, чем в полтора раза. Главной причиной такого отклонения является их воздухопроницаемость, вызванная проникновением холодного воздух в межстекольную полость окон (соответственно и внутрь помещений), через не плотности и щели в притворах переплетов и фальцев (четвертей со стеклами). Это вызывает усиленную конвекцию воздуха в межстекольной полости и влечет снижение теплозащитной способности, нередко более, чем в три раза по сравнению с новыми нормами.

В новых нормах установлено, что воздухопроницаемость светопрозрачных ограждений жилых зданий должна быть такой, чтобы через каждый квадратный метр оконных и балконных заполнений в помещение проникало за час не более 6 кг воздуха. Это ограничение величины воздухопроницаемости позволяет уменьшить теплопотери.

Проблема воздухообмена через окна и воздухонепроницаемости окон в настоящее время особенно актуальна, и между этими факторами существует непосредственная связь. Изготовителей современных окон, как правило, упрекают в том, что создаваемые ими окна с высокой степенью уплотнения вместе с тем отрицательно воздействуют на условия микроклимата в жилых помещениях, что приводит к необходимости проведения определенных мероприятий в устройстве вентиляции. Ее чаще всего организовывают за счет периодического открывания соответствующих отверстий в окнах, обеспечивающих гарантированное поступление внутрь помещений требующегося количества свежего воздуха. Причем за такой вентиляцией должны следить жильцы домов, которым необходимо разъяснять, что правильная организация воздухообмена означает обеспечение необходимой, соответствующей потребностям вентиляции, а не длящегося часами открывания окон.

Задача воздухообмена (вентиляции) – гарантировать качество воздуха в зависимости от назначения помещения, обеспечить достаточный приток воздуха при включенных газовых плитах и создать определенное движение воздуха, исключающее возможность образования конденсата.

Требования к уплотнению окон устанавливаются нормами не только по воздухопроницаемости, но и с точки зрения предотвращения неконтролируемого проникания дождевой влаги через швы в окнах, которое может привести к повреждению стен здания в местах оконных и балконных проемов. От уплотнения в большей степени, чем теплозащита, зависит изоляция помещений от шума. Исследования проведенные в Германии показали, что звукоизоляция с помощью системы остекления и переплетов лишь тогда может составлять 100 %, когда коэффициент проницаемости швов (a), будет меньше 1. При увеличении коэффициента проницаемости швов (a) до 3 изоляция звука с помощью остекления снижается до 60…70 %. Это означает, что остекление окон, которое может изолировать шум до 40 дБ, при неплотных окнах со значением коэффициента (a) от 3 до 4, может обеспечить изоляцию шума не более 28 – 30 дБ.

Таким образом, теплозащитные свойства окон – это не только проблема экономии энергии, но и условие обеспечения комфортных условий внутри помещений.

Конструктивно-технологические решения окон и балконных дверей

Т ребования, предъявляемые в настоящее время к окнам, за исключением требований к внешнему виду, как правило, могут быть удовлетворены при использовании трех основных видов материалов – древесины, пластмассы и алюминия, а так же их комбинации. Каждый материал характеризуется специфическими свойствами, которые могут способствовать как достоинствам, так и недостаткам конструкции. Свойство материалов, а также воздействие окружающей среды и предъявляемые к ним требования следует принимать в расчет как при изготовлении, так и при монтаже окон и их эксплуатации.

Главными требованиями являются сохранение формы под воздействием климатических факторов, длительный срок службы, небольшие затраты на содержание и ремонт и благоприятное влияние на микроклимат помещения.

За последние два-три года российский рынок окон и балконных дверей претерпел существенные изменения.

Освоенные западными производителями в 80-е годы конструкции деревянных и поливинилхлоридных (ПВХ) окон с применением стеклопакетов, поворотно-откидных приборов и новых типов уплотняющих прокладок уверенно вытесняют из индивидуального и коттеджного строительства России низкокачественные деревянные окна отечественного производства.

Современные конструкции окон привлекают к себе, прежде всего удобством эксплуатации красивым внешним видом, а также высокими показателями по сопротивлению воздухопроницанию и звукоизоляции.

Базовыми элементами этих конструкций являются стеклопакеты. Основой для их широкого применения стало освоение новых мобильных и относительно недорогих технологий с применением надежных герметиков и термополированных стекол.

Варьируя различными видами стекол и пленок с теплоотражающими (и другими) покрытиями, межстекольными расстояниями и составом газонаполнения стеклопакетов, можно изготавливать окна с любыми заданными параметрами в пределах возможности основного конструктивного решения.

Сложность состоит в точном определении этих возможностей и правильном выборе конструкций окон с учетом эксплуатационных характеристик температурных, ветровых и др. нагрузок, присущих климатическим условиям России.

Многих потребителей окон в России беспокоит вопрос о возможности применения ПВХ окон в условиях отрицательных температур. Сейчас можно с уверенностью сказать, что поливинилхлоридные профили, сертифицированные в системе Минстроя России и прошедшие испытания на долговечность в независимом испытательном центре «Стройполимертрест», могут применяться при минусовых температурах – 40 °С. Ведущие германские фирмы «КВЕ», «Gealan», «Rehau» провели испытания и подтвердили возможность эксплуатации своих изделий при температуре – 50С. Поэтому применение ПВХ профилей в конструкциях окон (с учетом рекомендаций Минстроя России, установленных в сертификатах соответствия) не вызывает опасения, тем более, что ПВХ профили успешно проходят гигиенические испытания в организациях санэпидемнадзора России и других стран.

Что касается ценовых показателей, то практика западного рынка показывает, что качественные окна из древесины дороже аналогичных из поливинилхлорида (хотя для условий российского производства соотношения ценовых показателей могут быть иными).

Сложность применения новых конструкций в условиях России состоит в другом: результаты испытаний стеклопакетов на долговечность показывают, что герметичность стеклопакетов может быть гарантирована (при строгом соблюдении технологии их изготовления) в течении 10…15 лет эксплуатации. Потеря герметичности влияет на образование конденсата внутри стеклопакета в холодные периоды года и снижение коэффициента светопропускания. С точки зрения теплозащиты, стеклопакет может работать еще длительное время. Однако при условии заполнения стеклопакета газом или использовании стекол с теплоотражающим покрытием потеря герметичности резко изменит эксплуатационные показатели изделия.

Технология изготовления стеклопакетов, качество применяемых герметиков и организация контроля качества на российских предприятиях, изготавливающих стеклопакеты, в настоящее время являются наиболее слабым местом в общем процессе производства окон и балконных дверей.

Теоретически опасность разгерметизации стеклопакета усиливается при его эксплуатации при температурах – 30 оС и ниже. В этих условиях следует применять конструкции, в которых стеклопакет защищен от резких температурных перепадов впереди стоящим стеклом, т.е. конструкция, «стекло + стеклопакет» по аналогии с ГОСТ 24699-81.

В настоящее время в стеклопакетах иногда применяют стекла с нанесенными на их поверхность определенных покрытий на основе оксидов металлов, стойких к атмосферным воздействиям. Существуют два типа такого рода покрытий: «твердое» (К-стекло) и «мягкое» (Е-стекло).

К-стекло получают на заводе методом химической реакции при высокой температуре (метод пиролиза). Получение Е-стекла предусматривает нанесение на его поверхность низкоэмиссионных оптических покрытий. Технология нанесения требует использования высоковакуумного оборудования с системой магнетронного распыления.

Тем не менее, наивысшее термическое сопротивление имеют конструкции с применением газонаполненных стеклопакетов (заполнение криптоном) с теплозащитными стеклами, и в Северной климатической зоне без применения таких конструкций трудно обеспечить нормируемое сопротивление теплопередаче окон и балконных дверей.

Другой проблемой является узкая коробка (до 60 мм) ряда конструкций окон из ПВХ и деревянных окон со стеклопакетами, что повышает возможность образования мостиков холода на границе узлов примыкания к стеновым панелям. Увеличение ширины коробки удорожает и без того дорогостоящие изделия. Опасность возникновения «мостиков холода» накладывает дополнительные требования к качеству монтажа изделий и правильному проектированию узлов примыкания. Следует отметить, что проектирование узлов примыкания и выбор материалов для заполнения монтажных зазоров должны учитывать изменение линейных размеров окон ПВХ, возникающее при эксплуатации этих изделий (зависящее также от способа крепления коробок окон к стенам проема). Российским производителям стандартных конструкций деревянных окон необходимо усилить работу по модернизации этих изделий на базе применения новых светопрозрачных элементов, уплотняющих прокладок и фурнитуры.

Хорошую перспективу имеет улучшенная конструкция спаренной столярки по ГОСТ 11214-86 при ее изготовлении с двойным притвором и тепловым экраном на основе полиэтилентерефталатной пленки с теплоотражающим покрытием, установленной в межстекольном пространстве. Даже при условии потери качественных показателей пленки за 8…10 лет эксплуатации, тепловой экран легко заменяется на новый. Сопротивление теплопередаче таких окон 0,65 м² ·°С/Вт.

При замене внутреннего стекла по ГОСТ 111-90 деревянных окон с тройным остеклением (ГОСТ 16289-86) на стекло с теплозащитным покрытием и использовании конструкций с усиленным сечением профилей показатель сопротивления теплопередаче таких окон повышается до 0,65 м² ·°С/Вт, а при дополнительной установке теплового экрана в спаренной части окон – до 0,85 м² ·°С/Вт.

Вполне возможно, что проблема климатических нагрузок России потребует разработку новой конструкции дерево – пластмассовых окон, где древесина, отделанная полимерными материалами, будет применяться для изготовления коробок, а пластмасса – для изготовления створок.

Российские конструкции окон ближайшего будущего определяются в первую очередь растущими пропорционально ценам на энергоносители требованиями повышения сопротивления теплопередаче, что видно из табл. 3.2, рекомендованной Минстроем России (письмо № СП-232/13 от 17 апреля 1997 г.) в свете подготовки изменения СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника» и начатой работы по пересмотру действующих стандартов на оконные блоки.

Таблица требует определенных пояснений, которые следует учитывать как проектирующим организациям, так и изготовителям окон:

· сопротивление теплопередаче профилей из ПВХ принято 0,60 м² ·°С/Вт (трехкамерная конструкция профиля);

· эмиссионная способность стекол и пленок с теплоотражающими покрытиями 0,1-0,2;

· в тех случаях, когда межстекольное расстояние в стеклопакетах не приведено, имеются в виду базовые конструкции 4-14-4 (4-16-4) для однокамерных стеклопакетов и 4-6-4-6-4 для двухкамерных стеклопакетов;

· под усиленными сечениями профилей деревянных окон следует понимать сечения, установленные для окон общественных зданий в ГОСТ 11214-86, ГОСТ 16289-86, ГОСТ 24699-81. Усиленные сечения ПВХ окон должны иметь профиль коробки шириной не менее 70 мм и профиль створки, позволяющий устанавливать стеклопакет толщиной до 36 мм. Специальные варианты усиленных сечений профилей следует предусматривать в технических условиях на новые конструкции окон, согласованных с Минстроем России.

Примечания:

1. До внесения изменений в ГОСТ 11214 – 86, ГОСТ 16289 – 86, ГОСТ 24699 – 81, ГОСТ 24700 – 81 рекомендуется по согласованию с Минстроем России проводить работы по модернизации конструктивных решений окон с учетом современного опыта их производства и применения. При этом в конструкциях окон с сопротивлением теплопередаче выше 0,4 м² ·°С/Вт рекомендуется применять 2 ряда уплотнительных прокладок.

2. Сопротивление теплопередаче глухой части балконных дверей должно быть не менее чем в 1,5 раза выше сопротивления теплопередаче светопрозрачной части этих изделий.

3. Справочное значение Roприведено для конструкций с отношением площади остекления к площади заполнения светового проема 0,7…0,75.

Приведенные в таблице конструктивные решения не исключают применения других вариантов конструкций окон. Тем не менее, возможность их применения должна быть подтверждена типовыми испытаниями на сопротивление теплопередаче в испытательном центре НИИ строительной физики и других центрах (лабораториях), аккредитованных в Системе сертификации ГОСТ-Р в строительстве на право проведения таких испытаний.

Следует, однако, подчеркнуть, что главным фактором для окон является их функция, материал же из которого они изготовлены, является вторичным фактором. Возникновение проблем вызывается, как правило, не самим материалом, а его неправильным применением, неудачной конструкцией окон или чрезмерными требованиями к его прочности или термическим свойствам.

В научном отделении института оконной техники в Розенхайме разработана таблица, дающая представление о том, какие критерии играют или могут играть роль при оценке оконных переплетов (для оценки применяется четырехбальная шкала). С помощью данной таблицы можно легко выбрать материал оконных и балконных переплетов для определенных условий их замены и эксплуатации.

Методы сокращения теплопотерь через оконные и балконные заполнения

С окращения теплопотерь через оконные заполнения зданий опорного жилищного фонда можно добиться заменой старых окон на новые или проведением мероприятий, направленных на доведение теплозащитных качеств окон до нормативных требований, действующих в настоящее время.

Замена окон может быть полная или частичная, она зависит в основном от конструктивного решения оконного проема (с четвертью или без нее), состояния и конструкции оконной коробки, материала новых окон, проводимой теплозащиты стен и наличия жильцов в доме.

В большинстве зданий опорного жилищного фонда установку оконных и балконных заполнений производили в стеновые проемы, имеющие четверть или без нее.

Коробку устанавливали в проем и крепили гвоздями к деревянным пробкам в бетонных стенах или ершами, забиваемыми в швы кладки в каменных стенах. Защиту сопряжения коробки со стеной от инфильтрации холодного воздуха в каменных и бетонных стенах обеспечивали: верхняя и боковые четверти в проемах; уплотнение зазоров между коробкой и стеной конопаткой; специальные внутренние наличники или штукатурка откосов. В стенах, не имеющих четверти, стык коробки со стеной защищали наружным наличником. Защита коробки от увлажнения и гниения в бетонных и каменных стенах достигалась выполнением ее из сухой антисептированной древесины и наружной оберткой по контуру гидроизоляционным материалом (чаще всего прокладочным рубероидом).

Как уже указывалось, качество окон и срок их эксплуатации зависит от качества монтажа. При этом материал, из которого изготовлены окна и балконные двери существенного значения не имеет, а в большинстве случаев наибольшее влияние оказывают условия монтажа и квалифицированное и правильное его выполнение, в том числе учет практического опыта, собственных ошибок, извлеченных из неудачных примеров модернизации.

При замене оконных и балконных заполнений необходимо сделать правильный выбор между полной и частичной заменой окон. Он производится на основе изучения всех возможных технологий монтажа.

Полная разборка старых окон является правильным решением в тех случаях, когда выполнение этой работы не представляет трудностей. Например, в случае, когда оконный проем не имеет четверти, а дополнительная теплоизоляция стены устраивается с наружной стороны, разборка старых конструкций оконных и балконных заполнений снаружи является относительно простым делом. После того, как сняты внешние декоративные элементы, а оконная коробка освобождена от крепления к проему и подоконнику, конструкция окна вынимается наружу. При этом не создается много грязи в квартире и больших неудобств для проживающих в ней людей.

Технология работ по монтажу оконных и балконных заполнений в этом случае заключается в следующем: проемы освобождают от остатков цементного раствора; устанавливают и выравнивают оконные и балконные заполнения, которые по всем направлениям на 5 мм должен быть меньше старых коробок; в зависимости от конструкции и материала окон и балконных заполнений производят закрепления их в проемах; швы примыкания заполняют строительным герметиком, например «MAKROFLEX» (вспененный полиуретановый пластик, расширяющийся при нанесении на поверхность); обрамление окна наличниками с наружной стороны производят параллельно с работами по утеплению фасадов, а с внутренней – непосредственно после установки.

При наличии четверти полная разборка рациональна, когда теплозащита стены производится с внутренней стороны, а работы ведутся с отселением жильцов. Это связано с тем, что при вынимании окон из проемов не происходит повреждения фасадов, но создаются большие неудобства для жильцов квартир.

В связи с тем, что большинство зданий опорного жилищного фонда имеют четверти, а объемы работ, направленных на повышение теплозащитных качеств ограждающих конструкций, довольно значительны, то во многих случаях об отселении жильцов не может быть и речи. Поэтому, наиболее целесообразной является частичная разборка оконных и балконных заполнений.

Замена окон рекомендуемым способом характерна тем, что отсутствуют сопутствующие работы, направленные на восстановление поврежденных участков стены, которые могут замедлять и удорожать модернизацию окон. Правда, установка в старые оконные коробки новых окон, специально изготовленных для этой цели, дает преимущество лишь тогда, когда эти рамы подрезаны насколько возможно, так как в противном случае очень большая ширина крайних элементов существенно искажает внешний вид окон. Подрезка старых оконных коробок требует определенного опыта, так как связана с применением ручных циркулярных пил и подрезания старых рам до самой стены в соответствии с проектом. Соответствующей квалификации требует не только подрезка, но и остальные рабочие операции. Например, старые оконные коробки в процессе выполнения работы могут рассыпаться. Поэтому, чтобы обеспечить их надежное крепление, приходится применять специальные дюбели, которые служат опорой нового окна.

При частичной замене окон особое внимание необходимо обратить на правильную герметизацию при уплотнении старых и новых элементов и возникающих при этом соединительных швов. Для этого после установки окна монтируют внутренний наличник, который должен закрыть следы монтажа и открытые швы, чтобы придать эстетический вид окну изнутри.

С наружной стороны окно обрамляют наличником, который полностью закрывает старую оконную коробку, при этом окно сохраняет свой первоначальный внешний вид. Этот элемент выполняет, кроме того, особую задачу, состоящую в создании плотных примыканий, препятствующих воздействию климатических факторов. Работы по установке наружного наличника ведутся одновременно с утеплением стен, после установки слива.

Однако бытует мнение, что при технологии, основанной на частичной замене оконных и балконных заполнений, получаемые конструкции будут иметь небольшой срок службы. Это обосновывают тем, что старое дерево поражено грибком, и поэтому очень скоро и новая часть дополнительного переплета будет повреждена. В [10] доказано, что это мнение неверно, так как наибольшее распространение имеет оконный грибок, который развивается в заболонной части древесины (прежде всего сосны) под влиянием постоянного увлажнения. Требуемое для развития грибка поступление влаги, составляющее 30…40 %, можно исключить, благодаря правильному конструктивному решению и ведению работ, что одновременно исключает опасность дальнейшего поражения грибком старой древесины, а также новых рам.

Полная замена старых окон не такое уж дешевое дело, поэтому в практике повышения их теплозащитных качеств существуют мероприятия, благодаря которым менее дорогим способом может быть достигнуто повышение изолирующей способности эксплуатируемых окон.

К ним можно отнести установку дополнительных съемных переплетов, закрепляемых на существующих с помощью фиксаторов. При спаренных переплетах третий устанавливают со стороны помещения, а при раздельных – в межстекольное пространство на внутреннем переплете. Установка третьего переплета позволяет увеличить сопротивление теплопередаче (с раздельными переплетами) от 0,42 до 0,55 м² ·°С/Вт и повысить температуру внутренней поверхности окна с 6 до 8,1 °С.

Иногда в практике повышения теплозащитных качеств окон используют стеклопакеты, вставляемые вместо одинарного стекла или навешиваемые вместо внутренних створок.

Снижение теплопотерь через остекление и улучшение тепловой и световой обстановки можно обеспечивать также применением специальных стекол и светотехнических пленок. Установка пленочных теплоотражающих стекол разбивает межстекольное пространство на два воздушных зазора меньших размеров, но с суммарным термическим сопротивлением большим, чем сопротивление исходного межстекольного пространства.

При устройстве дополнительных мероприятий по повышению теплозащитных качеств окон необходимо учесть, что их конструктивные элементы в период эксплуатации получили определенную деформацию и разгерметизацию за счет воздействия воздушных (ветровых) напоров, температурных воздействий и периодических увлажнений деревянных элементов. Воздушные потокис постоянно изменяющимися углами атаки своими порывистыми ударами вызывают волновые изгибные колебания большеразмерного оконного стеклянного листа в самых разнообразных направлениях по всей его плоскости. Испытывая колебания, кромки стекла передают отрывные усилия на полки фальцев и на штапики, расположенные с наружной стороны стекла. Поскольку фальцы служат стационарными упорами для стекла, а деревянные штапики являются податливыми элементами, то они испытывают отрывные усилия, и это ослабляет крепление штапиков, разрушает наружные слои замазки и разгерметизирует фальцы. Прочность соединения штапиков в фальцах наружных створок переплетов постепенно ослабевает, между ними и стеклом образуются сквозные щели и полости, через которые в помещения проникает холодный воздух, пыль, газы и дождевая вода.

Например, при размерах окна 1,5 х 1,5 м общая длина щелей и неплотностей в результате их разгерметизации может составлять порядка 12 м. То есть инфильтрация холодного воздуха может происходить по всему периметру фальцев и по периметру окна через притворы наружных створок. В стандартных окнах размер горизонтальной полки фальца равен 15 мм, вертикальной – 7 мм, высота штапика, прижимающего с наружной стороны стекло, 10 мм. Штапики обычно устанавливают на 1…2 слоя замазки, и их кромки оказываются выше кромок калевки на переплетах не менее чем на 3…5 мм. Таким образом, дождевая вода, которая собирается и накапливается снаружи в промежутке между штапиком и стеклом на горизонтальных участках переплетов, всегда оказывается выше внутренней калевки, просачивается через щели в замазке и переливается в межстекольную полость окна. В неравнобоком профиле фальца наружных переплетов стандартных окон происходит и более активный процесс ослабления и отрыва штапиков. Такой характер разгерметиации можно представить как действие элементарного отрезка рычага стекла на штапик, передающего на него ветровое отрывное усилие: чем меньше высота вертикальной полки фальца, тем больше отрывное усилие, и наоборот.

В связи с этим в Брестском политехническом институте разработан метод герметизации окон при реконструкции. Суть этого способа заключается в установке дополнительного стандартного штапика на замазке или краске на калевках по внутреннему периметру переплетов. Дополнительный штапик увеличивает высоту полок фальцев и тем самым способствует значительному уменьшению отрывных ветровых усилий, передающихся от стекла на наружные штапики, а также обеспечивает герметизацию стекла в фальцах.

Таким образом, можно констатировать, что все решения, стоимость реализации которых меньше или равна половине стоимости полной модернизации окна, позволяют значительно улучшить изолирующую способность окон. Вместе с тем следует также учитывать, что рентабельность конструкции зависит от срока ее службы, который для новых высококачественных окон принимается равным 50 годам.

Для теплозащиты конструкций окон имеют значение так называемые временные теплозащитные устройства. Речь идет об эффективности жалюзей, ставней, раздвижных ставней и т.п. Эти элементы не только предохраняют конструкции окон от разрушения, но и существенно уменьшают теплоотдачу через окна в ночные часы, когда окнами не пользуются

1.1.3 Теплопотери в системах вентиляции

Воздухообмен с помощью окон, особенно в зимнее время, нельзя считать эффективным мероприятием. Если же такой вид вентиляции принят в соответствии с проектом, то необходимо использовать оконные конструкции, позволяющие фиксировать створку с небольшой щелью.

К этому виду вентиляции, которая возможна лишь при действии ветра и наличии разности температур между внутренним и наружным воздухом, относится также вентиляция с использованием вентиляционных шахт. Их надежность снижается с уменьшением высоты шахты, которая вместе с разностью температур между внутренним и наружным воздухом определяет тягу. На рисунке 3 показаны два наиболее известных типа таких шахт: отдельные независимые каналы из каждого этажа (рис.3а) и вентиляционные шахты со сборным каналом (рис. 3б). В вентилируемом помещении давление снижается, что вызывает отсос воздуха из соседних помещений, куда свежий воздух поступает через швы и окна.

Вентиляционные установки простейшего вида, так называемые устройства принудительной вентиляции подают воздух с помощью вентиляторов. Если их мощность определена с учетом всех сопротивлений системы и требуемого количества воздуха, то можно обеспечить надежный воздухообмен.

Системы приточно-вытяжной вентиляции (рис. 5), не зависящие от притока воздуха через окна, создают повышенный комфорт в помещениях. Требуемая кратность воздухообмена, обеспечиваемая ими, зависит от объемов помещений квартиры. Представленная на рисунке схема такой централизованной системы имеет два главных канала, которые со стороны вытяжки соответствуют условиям, приведенного на рис. 4б. Засасываемый свежий воздух предварительно подогревается, проходя путь от главного канала через распределительные каналы, уложенные в полах, в зону подоконных нагревательных приборов и подается в помещения через приточные отверстия с регулируемым сечением. Размеры вытяжки рассчитаны таким образом, что в присоединенных к системе помещениях образуется зона пониженного давления, благодаря чему создается тяга воздуха из примыкающих помещений.

1.2 Теплопотери в тепловых сетях

По данным экспертов, в среднем по России суммарный расход тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение равен 74 кг у. т./(кв. м/год), тогда как в странах Скандинавии суммарный расход тепловой энергии составляет 18 кг у. т./(кв. м/год). В опубликованных отчетах подтверждается, что до 70% тепла отечественных ТЭЦ не доходят до потребителей, из них 40% теряется в теплоцентралях и 30% — непосредственно в домах.

Среди основных причин удручающе низкой энергоэффективности ЖКХ специалисты называют износ теплосетей и сопутствующих инженерных сооружений, который во многих регионах приблизился к критическому уровню и составляет 50-75%. Остается также весьма низким уровень термосопротивления основных строительных конструкций.

Как показывает технико-экономический анализ, проблема снижения теплопотерь может быть решена лишь путем комплексного и повсеместного внедрения современных энергосберегающих технологий на основе высокоэффективных и долговечных теплоизоляционных материалов, а также систем контроля и управления использованием энергоресурсов. Эти энергосберегающие мероприятия должны применяться на всем пути от производителя тепловой энергии до ее потребителя.

Мировой опыт подтверждает, что экономия топливно-энергетических ресурсов при широком использовании высокоэффективной теплоизоляции экономически гораздо более выгодна по сравнению с увеличением объемов добычи топлива и строительством новых мощностей по производству энергии, поскольку в первом варианте требуется значительно меньше капиталовложений.

Повышение энергоэффективности теплосетей

Около 80% всех теплотрасс в России выполнено канальным способом с применением мягких отечественных материалов — матов из стекловаты или минваты с гидроизоляцией (бризолом, изолом, полимерными лентами). Помимо того, что перечисленные материалы обладают недостаточными теплоизолирующими свойствами, они имеют весьма высокое влагопоглащение, что значительно уменьшает срок службы самой изоляции и увеличивает скорость коррозии металла труб.

Переход к использованию в тепломагистралях современных теплоизоляционных материалов позволяет не только снизить теплопотери в трубопроводах в 2-3 раза, но и увеличить срок службы труб за счет многократного замедления коррозии.

Но применение теплоизоляции не может ограничиваться магистралями централизованного отопления. Изоляция внутридомовых тепловых сетей для уменьшения теплопотерь имеет не меньшее значение.

В зависимости от диаметра изолируемых труб, используются жесткие формованные изделия (цилиндры и скорлупы) или маты.

Для изоляции труб небольшого диаметра применяются цилиндры и скорлупы из полимерных или минераловатных теплоизолирующих материалов. Для трубопроводов тепловых сетей горячего и холодного водоснабжения диаметром от 18 до 273 мм предпочтительны формованные минераловатные изделия (цилиндры или скорлупы) с толщиной теплоизоляционного слоя от 20 до 80 мм.

Они обеспечивают весьма высокое термосопротивление, негорючи, имеют малое водопоглощение, высокую механическую прочность и точные геометрические размеры. Использование подобных изделий позволяет обеспечить высокую эффективность теплоизоляционных конструкций без дополнительных затрат на ремонт в течение времени, сопоставимого со сроком службы изолируемых конструкций.

Для теплоизоляции труб большего диаметра, а также обширных поверхностей используются маты. К примеру, для изоляции трубопроводов тепловых сетей, а также систем вентиляции и кондиционирования диаметром более 273 мм предпочтительны гидрофобизированные маты из минеральной ваты на синтетическом связующем.

В России до сих пор весьма популярна изоляция теплосетей и внутридомовых инженерных коммуникаций матами из стекловолокна. Но при таком кажущемся преимуществе, как относительная дешевизна, решения на основе стекловолокнистых матов менее эффективны и долговечны, нежели аналогичные решения на основе материалов из базальтовых горных пород.

1.3 Энергоэффективность систем ТГСВ

В настоящее время объем мирового потребления энергии непрерывно и быстро возрастает, что является следствием процесса индустриализации, происходящего в большинстве государств, роста населения, увеличения энергозатрат на добычу природных ресурсов и работу транспорта, а также на повышение плодородия почв и др., в результате чего быстро сокращаются имеющиеся запасы нефти и газа во всем мире.

Несмотря на значительное развитие топливодобывающей промышленности в нашей стране, топливный баланс ее в течение многих лет является весьма напряженным: опережающими темпами растет потребность в топливе и часто оно расходуется расточительно.

Важность решения этой трудной задачи имеет первостепенное значение для народного хозяйства и потому, что стоимость топлива в нашей стране весьма повысилась. Одной из причин этого удорожания явилось несоответствие между потребностью в топливно-энергетических ресурсах в европейской части и на Урале (до 80% их потребления в стране) и их запасами в этих регионах (менее 10% основных запасов ресурсов). В результате около 40% всех перевозок с востока на запад приходится на топливо.

В связи с перечисленными негативными явлениями в энергоснабжении необходимо, чтобы максимально возможное снижение затрат энергии на работу систем теплоснабжения и вентиляции зданий было одной из основных задач, решаемых при проектировании и эксплуатации этих систем. Учитывая, что на эти цели сейчас в стране расходуется около 35% всего добываемого твердого и газообразного топлива, результаты энергосбережения здесь могут быть весьма значительными.

Однако проектировщики должны знать, что экономия энергии не может быть самоцелью: целесообразность осуществления любого энергосберегающего мероприятия прежде всего должна быть экономически выгодна с народнохозяйственной точки зрения. В конечном счете устанавливают, что для государства более выгодно – осуществление такого мероприятия или затраты на соответствующее дополнительное развитие топливодобывающей промышленности. В первую очередь следует предусматривать такие мероприятия, для осуществления которых не требуется или почти не требуется капитальных вложений.

В данной работе была сделана попытка выявить целесообразность применения ряда технических предложений, позволяющих снизить расход тепловой или электрической энергии при работе систем отопления и вентиляции.

Методика определения экономической целесообразности применения энергосберегающего мероприятия.

Различают два типа энергосберегающих мероприятий:

а) мероприятия, непосредственно связанные с работой систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: повышение уровня теплозащиты зданий различного назначения, совершенствование герметизации и тепловой изоляции технологического оборудования, совершенствование технологических процессов, использование вторичных энергоресурсов для технологических нужд. Применение энергосберегающих мероприятий этого вида всегда приводит к уменьшению мощности систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;

б) мероприятия, снижающие затраты тепловой или электрической энергии при работе этих систем; повышение КПД котельных установок, автоматизации и диспетчеризация работы систем, совершенствование их проектных решений, использование вторичных энергоресурсов для нагрева приточного воздуха или воды и др.

При проектировании новых или реконструкции действующих систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха могут решаться три типа технико-экономических задач.

1. Имеется только один вариант энергосберегающего решения и его сопоставляют, с точки зрения экономической эффективности, с «базовым» вариантом, не предусматривавшим энергосберегающих мероприятий.

2. Могут быть применены несколько энергосберегающих мероприятий (или одно, но с различными количествами сберегаемой энергии при разных режимах работы); все они сопоставляются по величине достигаемого экономического эффекта между собой и с «базовым» вариантом; применению подлежит экономически наиболее целесообразное мероприятие.

3. Выявляют экономически оптимальный вариант решения, т.е. лучший из всех возможных в принятых условиях.

При сопоставлении вариантов энергосберегающих решений необходимым является соблюдение условий их сопоставимости: по функциональному назначению – режиму функционирования и мощности объекта, источнику утилизируемой теплоты; по времени производства затрат и получения эффекта; ценам, определяющим эти затраты и эффект; методам исчисления стоимости показателей, принятых в расчетах; используемым при проектировании энергосберегающих мероприятий нормам, правилам и техническим условиям; по условиям эксплуатации; по степени детализации проектных разработок сопоставляемых энергосберегающих мероприятий.

Экономия теплоты, воды и электроэнергии в системах водоснабжения жилых микрорайонов.

Несмотря на то что при эксплуатации централизованных систем холодного и горячего водоснабжения от ЦТП нередко возникают жалобы населения на периодическое прекращение подачи воды на верхние этажи зданий или на низкую температуру горячей воды (вследствие нарушения гидравлического режима), в этих же системах наблюдается значительный перерасход воды, теплоты и электроэнергии. Основной причиной перебоев водоснабжения является недостаточный напор подкачивающей установки, а в системах горячего водоснабжения, кроме того, увеличенное сопротивление водонагревателей и перегрузка начальных (общих) участков сети из-за гидравлического разрегулировки системы.

Вследствие низкого сопротивления колец, состоящих из водоразборного и циркуляционного стояков, выполненных друг за другом (рис. а), интенсивная циркуляция осуществляется через ближайшие к ЦТП стояки, а в удаленных стояках она значительно ниже или отсутствует совсем, в результате чего в водоразборные краны вода поступает охлажденной. С целью доведения циркуляции до дальних стояков на практике часто циркуляционные насосы заменяют более мощными, при этом циркуляционный расход приближается к расчетному секундному расходу на водоразбор.

Однако помимо того, что это мероприятие приводит к перерасходу электроэнергии, оно ухудшает работу системы. Вследствие еще большей перегрузки подающего трубопровода и водонагревателя второй ступени резко увеличиваются потери давления и возникают перебои в подаче воды на верхние этажи.

Для устранения гидравлической разрегулировки централизованной системы горячего водоснабжения необходимо сокращать число циркуляционных колец и повышать их сопротивление, как это принято сейчас при проектировании секционных узлов.

Установка полотенцесушителей на водоразборные стояки и объединение последних кольцующей перемычкой (рис. б) позволили снизить диаметр стояков за счет возможности питания водоразборного крана с двух сторон (при загрузке стояка, где установлен кран, питание будет осуществляться снизу и через перемычку из соседних менее загруженных стояков). Переход на меньший диаметр стояка, помимо снижения металлоемкости, снизить теплопотери трубопровода (500 ГДж на 1000 квартир) и сократит расход циркуляционной воды.

При реконструкции существующих систем с полотенцесушителями на циркуляционном стояке для наладки теплового и гидравлического режимов следует отрезать циркуляционные стояки от магистрали, объединив их по подвалу в пределах одной секции дома кольцующей перемычкой, которую в одном месте трубопроводом повышенного сопротивления надо подключить к магистральной циркуляционной линии (рис.в). Это значительно повысит гидравлическую устойчивость системы и, как минимум, в 4 раза уменьшит число циркуляционных колец.

Существенным резервом экономии является также возможность периодического отключения полотенцесушителей от стояков горячего водоснабжения. В южных районах страны в жаркие летние месяцы сокращение теплопоступлений необходимо для улучшения микроклимата квартир. Экономически нелепой является установка полотенцесушителя в квартире, в которой имеется кондиционер для понижения температуры воздуха в летние месяцы, так как последний должен расходовать энергию на понижение температуры воздуха в квартире и на выброс теплоты, поставляемой в квартиру полотенцесушителем.

Эффективность изоляции стояков системы горячего водоснабжения.

Еще один резерв экономии в системах горячего водоснабжения – это изоляция стояков, проходящих в шахтах санитарно-технических кабин либо открыто в ванной комнате. При изоляции стояков сокращаются не только потери теплоты, но и расход электроэнергии на перекачку циркуляционной воды, так как из-за меньших теплопотерь снижается требуемый циркуляционный расход.

Теплота, выделяемая стояками системы горячего водоснабжения, используется для отопления квартир. Однако летом теплопоступления от стояков горячего водоснабжения являются бесполезными потерями теплоты. Так, каждый год летом с 1000 квартир такие потери теплоты составляют 1100 ГДж.

В целом годовой экономический эффект от изоляции стояков систем горячего водоснабжения очень велик. Эффективность применения изоляции стояков настолько велика, что целесообразно выполнить изоляцию стояков действующих систем. Для производства изоляционных работ не требуются исполнители высокой квалификации; это вполне может быть осуществлено в короткие сроки силами службы эксплуатации.

Использование вторичных энергоресурсов для нагрева теплоносителей в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Использование вторичных энергоресурсов (ВЭР) для теплоснабжения промышленных зданий приобретает все большие масштабы. Экономически это вполне оправдано – затраты на экономию 1 т у.т. за счет использования ВЭР в 3-4 раза меньше затрат на его добычу и транспортировку. Уже сейчас степень использования так называемых горючих ВЭР (конверторный газ, хвостовые газы, образующиеся при выработке многих продуктов, горючие газы легкой промышленности и др.), по данным ВНИПИэнергопрома, превышает 90%, в результате чего экономится более 70 млн. т у.т. в год.

Во всех случаях экономическая задача заключается в том, что бы в первую очередь использовать те источники ВЭР, при которых эффект будет наибольшим. С этой целью предварительно должна быть проведена паспортизация всех источников ВЭР с указанием их количеств, температур, степени загрязнения, продолжительности и режима поступления. К числу этих источников относятся различные технологические ресурсы (отходящие газы, пар и нагретая вода, являющиеся результатом работы технологического оборудования, котельных, компрессорных и др.), а также вентиляционные выбросы. Одновременно определяют возможных потребителей ВЭР – технологические процессы, отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и др. Следующим этапом является составление баланса количества ВР и потребности в них с подразделением последней на группы по температурам ВЭР (высокопотенциальная и низкопотенциальная теплота).

Если количество ВЭР больше потребности в них, то в первую очередь используют те источники, утилизация теплоты которых дает наибольший экономический эффект. Таким образом производят ранжирование всех источников ВЭР, а затем составляют баланс потребности в теплоте и количестве ее, получаемой при использовании этих источников.

Сокращение энергопотребления.

Для общественных зданий характерен периодический режим работы, связанный с временным пребыванием в них людей. Суточная периодичность режима работы помещений приводит к нестационарности протекающих в них тепловых потоков. Анализ динамики тепловых процессов позволяет вскрыть резервы сокращения энергопотребления на обеспечение внутренних тепловых ресурсов.

Сокращение энергопотребления системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха особенно важно в холодное время года. Для этих целей необходимо:

1). использование прерывистого отопления, совмещенного с приточной вентиляцией;

2). снижение температуры внутреннего воздуха в нерабочее время в помещениях, оборудованных водяными системами отопления, за счет уменьшения теплоотдачи этих систем;

3) использование переменного расхода воздуха в прямоточных системах вентиляции и кондиционирования воздуха в рабочее время;

4). использование прерывистой вентиляции помещений.

Возможности сокращения энергопотребления с помощью перечисленных мер, относящихся к области режима регулирования систем.

Концепция энергосбережения при реставрации и капитальном ремонте зданий на примере жилого дома

Требования обновленных СНиП 11-3-79* (95) Строительная теплотехника, а также МГСН 2.01-99, «…исходя из условий энергосбережения», сводятся в основном к утеплению оболочки зданий и не имеют технико-экономических обоснований. Это привело к нерациональному расходованию материальных ресурсов и малорентабельным капиталовложениям при строительстве новых и утеплении реконструируемых зданий.

Фонд эксплуатируемых зданий в России составляет около 2,6 млрд м² общей площади. Все они были построены по ранее действовавшим нормативам при минимально допустимом уровне теплозащиты наружных стен (не менее требуемого сопротивления теплопередаче, определяемого по формуле 1), но вполне достаточным для обеспечения выполнения санитарно-гигиенических требований по предупреждению выпадения конденсата и условиям комфортности микроклимата помещений. Окна в жилых зданиях были в деревянных переплетах преимущественно с двухслойным остеклением. На отопление существующих зданий ежегодно должно расходоваться по нормативам не менее 200 тонн условного топлива. Ввод новых зданий в современных условиях не превышает 30 млн м² в год, при дополнительной потребности в топливе не более 3 млн т. Отсюда следует, что основной резерв энергосбережения скрыт в существующем фонде зданий. Однако почти все инвестиции направляются на новое строительство, и указанный главный резерв энергосбережения остается нетронутым. Без его вовлечения в оборот все разговоры о решении проблемы энергосбережения в градостроительном комплексе оказываются беспочвенными. Не подготовлена научно обоснованная концепция и нормативная база для решения этой крупномасштабной государственной проблемы, о чем свидетельствуют первые робкие попытки разработки эталонных проектов капитального ремонта жилых зданий в целях снижения их энергопотребления при эксплуатации. Неверно принятая концепция энергосбережения может привести при ее реализации к значительным неоправданным расходам материальных ресурсов и малорентабельным капиталовложениям. Покажем на конкретном примере, какие нюансы возникли при разработке проекта капитального ремонта жилого дома по ныне действующим нормативам.

Жилой 9-ти этажный, четырех секционный дом имеет стены из однослойных керамзитобетонных панелей толщиной 400 мм, чердачное перекрытие из пустотных железобетонных плит – 220 мм с утеплителем из минераловатных плит – 50 мм, уложенных на цементно-фибролитовые плиты – 75 мм. Перекрытие над техническим подпольем выполнено из ребристых железобетонных плит толщиной 60 мм, слоя песка – 40 мм, цементной стяжки – 40 мм, ДВП – 10 мм, пол из линолеума – 5 мм, окна с двойным остеклением в раздельно-спаренных деревянных переплетах.

СНиП 11-3-79* требуют для реставрируемых и капитально ремонтируемых зданий независимо от этажности устанавливать повышенный уровень теплозащиты ограждающих конструкций.

Руководствуясь этими требованиями, Мосжилниипроект при разработке проекта капитального ремонта этого здания [4] установил следующие значения сопротивления теплопередаче, м^2. К/Вт, ограждающих конструкций:

· наружных стен – 3,16

· чердачных перекрытий – 4,1

· окон и балконных дверей – 0,54

· перекрытий над холодными техподпольями – 4,71.

Детальный анализ представленного проекта выполнен международной организацией в рамках проекта программы ТАСИС ERUS-9705 [4] с дополнениями собственными предложениями. В результате к сопоставлению были приняты пять вариантов, включая базисный, для которых определены следующие значения эксплуатационной характеристики здания (табл. 1).

ТАСИС рекомендовал принять к реализации проектный вариант № 3, позволяющий снизить теплопотери на 48 %, но дополнить его следующими мероприятиями по варианту № 4 и снизить энергопотребления здания в целом на 56%:

· увеличить толщину слоя утеплителя наружных стен с 12 до 16 см;

· утеплить перекрытие подвала дополнительным 8-сантиметровым слоем теплоизоляции;

· заменить теплоизоляцию трубопроводов в подвале и увеличить ее толщину до диаметра трубы;

· заглушить 2/3 вентиляционных окон в стенах подвала.

Отметим, что расчеты и предложения ТАСИС отличаются детальным рассмотрением различных вариантов теплозащиты наружных стен, перекрытий, окон при определении удельных энергозатрат здания в зависимости от кратности воздухообмена (n = 0.3, 0.67-1.0; 1/ч) и сопоставлении результатов расчета при использовании европейских (DIN) и русских (СНиП) нормативов. Предложенный набор энергосберегающих технический решений при отсутствии общей концепции энергосбережения оказался исчерпывающе полон и не нуждается в дополнениях. Однако ряд методических положений, влияющих на достоверность полученных результатов расчета удельных энергозатрат и корректность выбора окончательного варианта реставрации здания, должны быть уточнены при учете следующих специфических особенностей градостроительного комплекса России:

1. Приводимые в табл. 1 значения удельных энерго затрат для базисного варианта № 1 при принятой в расчетах кратности воздухообмена n = 0,67 1/ч, исходя из осредненного норматива 35 м³ /чел., не соответствует истинному притоку инфильтрующегося воздуха в российских зданиях старой постройки. Об этом свидетельствуют (см. с. 17 [4]) и откровенные признания самих разработчиков в части правильности «допущений кратности воздухообмена до реконструкции и после нее. Связанная с этим неопределенность не допускает никаких точных прогнозов относительно реально ожидаемой экономии энергии».

2. По результатам натурных измерений многих исследователей в ранее построенных в России по типовым проектам жилых зданиях при приточно-вытяжной естественной вентиляции, фактическая кратность воздухообмена в квартирах может достигать более двух объемов в час (n = > 2,1/ч), из-за большого притока инфильтрующегося воздуха через окна, притворы дверей и вертикальные стыки наружных стен при естественном ветровом и температурном напорах. Поэтому фактические удельные энергозатраты оказались значительно больше значений, принятых в базисном варианте № 1, что должно снизить долю ожидаемой экономии тепловой энергии и эффект от утепления ограждающих конструкций.

3. Отсутствует анализ структуры энергобаланса существующего здания до и после его реконструкции, что не позволяет определить вклад каждого из предложенных технических решений в снижении энергопотребления здания и обосновать правильность генерального направления решения проблемы энергосбережения при реставрации зданий.

4. Исполнители принимают на веру правильность, заметим, не имеющих технико-экономических обоснований, требований СНиП по увеличению до уровня этапа 2 теплозащиты ограждающих конструкций при реставрации зданий. По этой причине предложенные варианты снижения энергопотребления здания оказались безальтернативными, что заранее и предопределило выбор в пользу проектного варианта № 2 с дополнениями по варианту №3. Это привело к механическому выполнению требований СНиП по повышению уровня теплозащиты ограждающих конструкций, не считаясь с затратами и рентабельностью капиталовложений, несмотря на то, что по принятому варианту стоимость утепления 1 м² наружной стены должна составить не менее 50 $ США. Наш расчет показал, что в климатических условиях г. Москвы при повышении сопротивления теплопередаче наружных стен с существующих 1,8 до 3,16 м^2 . Втстоимость сбереженной тепловой энергии при ее цене 0,03 $/кВт^. ч должна составить 2,19 $ /(м^2. год), а срок окупаемости около 23 лет, что указывает на экономическую нецелесообразность капиталовложений на утепление наружных стен здания (показатель рентабельности менее 5%).

5. Заслуживает большего внимания нереализованное предложение по варианту № 5 в части применения энергоэффективных окон с повышенным до 0,71 м^2 . К/Вт сопротивлением теплопередаче. Однако следует указать, что главное преимущество новых конструкций энергоэффективных окон обусловлено не столько их повышенным уровнем теплозащиты, а в большей мере (примерно на порядок выше) – снижением воздухопроницаемости, что необходимо учитывать в технико-экономических расчетах по методике. По нашим расчетам срок окупаемости таких окон в климатических условиях г. Москвы не должен превышать 5 лет. Поэтому целесообразно дополнительно рассмотреть альтернативный вариант с использованием энергоэффективных окон, но без утепления наружных стен.

6. Уместно напомнить, что с увеличением толщины дополнительного слоя утеплителя стен, эффективность энергосбережения быстро снижается, поскольку указанная зависимость не линейна. При этом дополнительные расходы на каждый сантиметр толщины дополнительного слоя утеплителя остаются постоянными. Но снижается значение коэффициента теплотехнической однородности, что приводит в целом к снижению эффективности от утепления ограждающих конструкций.

С учетом изложенных замечаний произведем пересчет показателей альтернативных вариантов теплозащиты здания, характеристики которых приведены в табл. 2. Принципиальные различия альтернативных вариантов состоят в следующем:

В варианте № 2 по сравнению с вариантом № 1 предусмотрено: утепление перекрытия подвала δ_ут = 8 см при λ = 0,05 Вт/(м^. К); применение энергоэффективных окон и балконных дверей с однокамерными стеклопакетами и дополнительным третьим одинарным стеклом с селективным теплоотражающим покрытием, а также расшивка и герметизация вертикальных стыков между панелями, за счет чего должна быть снижена до минимума (n = 0,67 1/ч) кратность воздухообмена.

В варианте № 3 приняты решения проектной организации, обеспечивающие выполнение требований СНиП 11-3-79 по утеплению ограждающих конструкций до уровня этапа 2 (табл. 1, б) предусмотрено применение менее дорогих, чем в варианте № 2, окон и балконных дверей, но позволяющих снизить кратность воздухообмена до n = 1,0 1/ч.

Структура теплового баланса здания по вариантам теплозащиты раскрыта в таблице 3. Как и следовало ожидать, наибольшая доля энерго затрат (38-58%) приходится во всех трех вариантах на подогрев холодного инфильтрующегося воздуха. Доли трансмиссионных теплопотерь через наружные стены и окна оказались практически соизмеримы, кроме варианта №2, в котором повышенные трансмиссионные теплопотери через стены обусловлены снижением доли энерго затрат на подогрев инфильтрующегося воздуха при уменьшении кратности воздухообмена до n = 0,67 1/ч.

Особое внимание следует обратить на то, что снижение кратности воздухообмена с n = 1,0 до 0,67 1/ч оказалось равноценно повышению уровня теплозащиты наружных стен с 1,08 (вар. № 1) до 3,16 (вар. № 3) м² К/Вт. Этот наглядный эквивалент указывает на необоснованность требований СНиП по обязательному повышению до требований этапа 2 уровня теплозащиты наружных стен реставрируемых капитально ремонтируемых зданий.

В нижней строке таблицы 3 приведены удельные энерго затраты здания для сопоставляемых вариантов без учета дополнительных энерго затрат на круглогодичное горячее водоснабжение, доля которых в расходной части энергобаланса здания соизмерима с затратами на отопление (844 МВт ч/год или 116 кВт^. ч/м^2. год). Даже без учета ГВС получена более контрастная картина, чем представленная выше в табл. 1. По удельным энерго затратам варианты № 2 и № 3 при принятых данных оказались практически равноценны, но стоимость варианта без утепления наружных стен должна быть в несколько раз ниже. Кроме того, сомнительно в климатических условиях средней полосы России обеспечить эксплуатационную надежность наружного 16 см слоя дополнительной теплоизоляции с 2 см слоем цементно-песчаной штукатурки.

Результаты проведенного анализа структуры теплового баланса здания позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:

· наибольшая доля теплопотерь (50%) в расходной части теплового баланса существующего здания по базисному варианту № 1 вызвана дополнительными энерго затратами на подогрев инфильтрующегося холодного воздуха в основном через окна, притворы дверей и вертикальные стыки панельных наружных стен;

· по варианту № 1 доля трансмиссионных теплопотерь через наружные стены зданий должна составить 21,3%, которая в варианте № 3 при утеплении стен и выполнении требований СНиП по обязательному повышению теплозащиты стен до уровня этапа 2 должна быть снижена лишь на 8,6% при рентабельности инвестиций на утепление стен менее 5% за счет стоимости сбереженной теплоты.

· по альтернативному варианту № 2 без утепления стен, применение энергоэффективных конструкций окон, обеспечивающих при наименьших затратах снижение трансмиссионных теплопотерь и одновременно притока инфильтрующегося воздуха, должно дать в совокупности боле высокий экономический эффект при рентабельности капиталовложений не менее 20%.

· наряду с применением энергоэффективных окон при реконструкции зданий могут быть использованы и другие энергосберегающие технические решения (регулирование и контроль отпуска теплоты, экономное расходование горячей воды, утепление труб в техническом подвале, утепление тамбуров и входных дверей и др.) при обязательном экономическом обосновании их целесообразности в соизмерении со стоимостью сберегаемой тепловой энергии. Недопустимо превращать утепление реконструируемых зданий в самоцель без технико-экономических обоснований эффективности предлагаемых энергосберегающих технических решений;

· требования СНиП 11-3-79* в части обязательного утепления ограждающих конструкций реставрируемых и капитально ремонтируемых зданий должны быть пересмотрены;

· целесообразно дополнительно разработать методические указания по снижению энергопотребления в существующем фонде жилых и гражданских зданий, большинство рекомендаций которых должны быть выполнимы собственными силами квартиросъемщиков и домовладельцев.

II . Методология научных исследований

2.1 Основные положения теории познания

Процесс познания как основа любого научного исследования представляет собой сложный диалектический процесс постепенного воспроизведения в сознании человека сущности процессов и явлений окружающей его действительности. В процессе познания человек осваивает мир, преобразует его для улучшения условий своей жизни. Познание есть процесс погружения (ума) в неорганическую природу ради подчинения ее власти субъекта». Движущей силой и конечной целью познания является практика, преобразующая мир на основе его собственных законов.

Теория познания представляет собой учение о закономерностях процесса познания окружающего мира, методах и формах этого процесса, об истине, критериях и условиях ее достоверности. Теория познания является философско-методологической основой любого научного исследования, и поэтому основы этой теории должен знать каждый начинающий исследователь. Методология научного исследования представляет собой учение о принципах построения, формах и способах научного познания.

В теории познания издавна существуют два основных направления: материалистическое и идеалистическое.Идеализм определяет процесс познания как самопознавание мирового духа (Г. Гегель), анализ «комплекса ощущений» (Д. Беркли, махизм), отрицает возможность проникновения в сущность вещей. Материализм в противоположность идеализму определяет познание как отражение реального мира, окружающего человека.

Далее познание переходит в синтез изучаемого объекта, целостное его воссоздание, но на основе предшествующего анализа. Как показал К. Маркс, общий ход человеческого познания, его диалектика выражены в движении мышления от реального исходного конкретного абстрактному и в последующем восхождении от абстрактного к мысленно воссоздаваемому конкретному.

С философской точки зрения методы научного исследования делятся на всеобщие, общенаучные и конкретно-научные. Всеобщим методом научного исследования является материалистическая диалектика, определяющая сущность исследования, его отношение к изучаемому объекту. Она используется во всех областях знаний и на всех этапах исследования. К общенаучным методам относятся анализ, синтез, индукция, дедукция, аналогия, моделирование и абстрагирование.

Общенаучные методы научного исследования имеют ограниченную область применения. Например, наблюдение и эксперимент широко используются в технических науках на всех этапах процесса познания; идеализация и формализация применяются, как правило, на этапе теоретического исследования, но в различных областях знаний.

Конкретно-научные методы исследования характерны для какой-то конкретной области знаний (математики, химии, физики и т. д.) В последние годы в связи с интеграцией науки наметилась тенденция проникновения отдельных методов исследования из одной области знаний в другую; в отдельных случаях группа конкретно-научных методов применяется для исследования одного и того же объекта (например, в молекулярной биологии одновременно используются методы физики, химии, математики и кибернетики).

В каждом научном исследовании можно выделить два основных уровня: 1) эмпирический, на котором происходит процесс чувственного восприятия, установления и накопления фактов; 2) теоретический, на котором достигается синтез знания, проявляющийся чаще всего в виде создания научной теории. В связи с этим общенаучные методы исследования можно разделить на три группы:

1. Методы эмпирического уровня исследования.

2. Методы теоретического уровня исследования.

3. Методы эмпирического и теоретического уровней исследования.

Научные знания представляют собой систему понятий отражающих процесс развития окружающей действительности. Понятие является высшей формой мысли, отражающей общие существенные признаки явлений и предметов материального мира. Примером научных понятий в области термодинамики могут быть температура и идеальный газ, а в области теории теплообмена – теплопроводность, конвекция и тепловой поток.

В любой науке все понятия связываются между собой с помощью – суждений и умозаключений. Суждение – форма мышления, с помощью которой объединяют понятия, утверждая или отрицая наличие у явлений или предметов общего свойства. Умозаключение представляет собой форму мышления, когда из одного или нескольких суждений об объективном мире выводится новое суждение, содержащее новые знания о явлениях или предметах.

2.2 Методы эмпирического уровня исследования

Эмпирический уровень исследования связан с выполнением экспериментов, наблюдений и поэтому здесь велика роль чувственных форм отражения окружающего мира. К основным методам эмпирического уровня исследования относятся наблюдение, измерение и эксперимент.

Наблюдение – это целенаправленное и организованное восприятие объекта исследования, позволяющее получить первичный материал для его изучения. Этот метод используется как самостоятельно, так и в сочетании с другими методами. В процессе наблюдения непосредственного воздействия наблюдателя на объект исследования не происходит. Вследствие ограниченности человеческих органов чувств при наблюдениях широко применяются различные приборы и инструменты.

Чтобы наблюдение было плодотворным, оно должно удовлетворять ряду требований. Наблюдение должно вестись для определенной четко поставленной задачи; в первую очередь должны рассматриваться интересующие исследователя стороны явления; наблюдение должно быть активным; надо искать нужные объекты, определенные черты явления. Наблюдение необходимо вести по разработанному плану (схеме), оно должно подчиняться определенной тактике.

Результаты наблюдения дают не только первичную информации об объекте исследования. При правильном объяснении в некоторых случаях они могут привести к крупным открытиям, в связи с чем наблюдательность является одним из важнейших качеств научного работника.

Измерение – это процедура определения численного значения характеристик исследуемых материальных объектов (массы, длины, скорости, температуры, количества теплоты и т.д.). Измерения выполняются с помощью соответствующих измерительных приборов и сводятся к сравнению измеряемой величины с некоторой однородной с ней величиной, принятой в качестве эталона. Измерения дают достаточно точные, количественно определенные описания свойств тел, существенно расширяя познания об окружающей действительности. В результате высококачественных измерений могут быть установлены факты и сделаны эмпирические открытия, приводящие к коренному изменению взглядов в определенной области знаний.

Эксперимент – система операций, воздействий и (или) наблюдений, направленных на получение информации об объекте при исследовательских испытаниях, которые могут осуществляться в естественных и искусственных условиях при изменении характера протекания процесса.

Эксперимент используется на заключительной стадии исследования и есть критерием истинности теорий и гипотез. С другой стороны, эксперимент во многих случаях является источником новых теоретических представлений, развиваемых на основе данных проведенного опыта или законов, следующих из эксперимента. Всякое игнорирование эксперимента неизбежно ведет к ошибкам.

Эксперимент включает в себя выделение объекта исследования, создание необходимых условий для его выполнения, активное воздействие на объект исследования, процессы наблюдения и изменения.

Эксперименты могут быть натурными и модельными . Натурный эксперимент изучает явления и объекты в их естественном состоянии, модельный – моделирует эти процессы, позволяет изучать более широкий диапазон изменения определяющих факторов. Натурный и модельный эксперименты широко применяются при исследовании теплоэнергетических процессов.

2.3 Методы теоретического уровня исследования

На теоретическом уровне исследования используются такие общенаучные методы, как идеализация, формализация, принятые гипотезы, создание теории.

Идеализация – это мысленное создание объектов и условий, которые не существуют в действительности и не могут быть созданы практически. Она дает возможность лишить реальные объекты некоторых присущих им свойств или мысленно наделить их нереальными, гипотетическими свойствами, позволяя получить решение задачи в конечном виде. Например, в различных областях знаний (физика, теплопередача) широко применяются понятия абсолютно черного и абсолютно белого тел, абсолютно твердого тела, идеального газа и идеальной жидкости.

Идеализация достигается многоступенчатым абстрагированием, мысленным переходом к предельному случаю в развитии какого-либо свойства (абсолютно черное тело) или простым абстрагированием (несжимаемая жидкость). Естественно, любая идеализация правомерна лишь в определенных пределах.

Формализация – это метод изучения различных объектов, при котором основные закономерности явлений и процессов отображаются в знаковой форме, с помощью формул или специальных символов. Формализация обеспечивает обобщенность подхода к решению различных задач, позволяет формировать знакомые модели предметов и явлений, устанавливать закономерности между изучаемыми фактами. Символика искусственных языков придает краткость и четкость фиксации значений и не допускается двусмысленных толкований, сто невозможно в обычном языке.

Гипотеза – научно обоснованная система умозаключений, посредством которой на основе ряда фактов делается вывод о существовании объекта, связи или причины явления. Гипотеза является формой перехода от фактов к законам, переплетением достоверного, принципиально проверяемого, но недоступного проверке опыта прошлого и представлении о будущем, уже используемого и лишь потенциально возможного [8].

В своем развитии гипотеза проходит три основные стадии. На этапе эмпирического познания происходит накопление фактического материала и высказывание на его основе некоторых предложений. Далее из сделанных предложений развертывается предположительная теория – формируется гипотеза. На заключительном этапе осуществляется проверка гипотезы, ее уточнение. Таким образом, основу превращения гипотезы в научную теорию составляет практика.

Различают обычные и математические гипотезы. В обычной гипотезе делается предположение о физических свойствах объекта и затем производится его математическое описание. Примером такой гипотезы является закон Фурье – основной закон теплопроводности. Изучая процессы теплопроводности, Ж. Фурье первым предположил, что тепловой поток в любой точке пространства пропорционален градиенту температуры в этой же точке. В математической гипотезе сначала создается толкование полученных результатов. Для объяснения отдельных фактов выдвигаются рабочие гипотезы.

Теория представляет собой наиболее высокую форму обобщения и систематизации знаний. Она описывает, объясняет и предсказывает совокупность явлений в некоторой области действительности и сводит открытые в этой области законы к единому объединяющему началу. Создание теории основывается на результатах, полученных на эмпирическом уровне исследования. Затем эти результаты на теоретическом уровне исследования упорядочиваются, приводятся в стройную систему, объединенную общей идеей, уточняются на основе вводимых в теорию абстракций, идеализаций и принципов. В дальнейшем с использованием этих результатов выдвигается гипотеза, которая после успешной проверки практикой становится научной теорией. Таким образом, в отличие от гипотезы теория имеет объективное обоснование.

К новым теориям предъявляется несколько основных требований. Научная теория должна быть адекватной описываемому объекту или явлению, т.е. должна правильно их воспроизводить, что позволяет в определенных пределах заменить экспериментальные исследования теоретическими. Теория должна удовлетворять требованию полноты описания некоторой области действительности, объяснять взаимосвязи между различными компонентами системы; в ней должны существовать связи между различными положениями, обеспечивающие переход от одних утверждений к другим. Теория должна соответствовать эмпирическим данным. В противном случае она должна быть усовершенствована или отвергнута. Теория должна обладать эвристичностью, конструктивностью и простотой.

2.4 Методы теоретического и эмпирического уровней исследования

На теоретическом и эмпирическом уровнях исследования используется анализ, синтез, индукция, дедукция, аналогия, моделирование и абстрагирование.

Анализ – метод познания, заключающийся в мысленном расчленении предмета исследования или явления на составные более простые части и выделении его отдельных свойств и связей. Однако анализ – не конечная цель исследования. Понимание внутренней структуры объекта, характера его функционирования и закономерностей развития достигается с помощью синтеза явления.

Синтез – метод познания, состоящий в мысленном соединении связей отдельных частей сложно явления и познания целого в его единстве. Синтез дополняет анализ и находится с ним в неразрывном единстве. Без изучения частей нельзя познать целое, без изучения целого с помощью синтеза нельзя до конца понять функции частей в составе целого. Именно поэтому диалектический материализм подчеркивает единство и неразрывную связь методов анализа и синтеза.

Индукция представляет собой метод перехода от знания отдельных фактов к знанию общего, к эмпирическому обобщению и установлению общего положения, отражающего закон или другую существенную связь. При индуктивном методе исследования общее знание предмета исследования создается на основе исследования предметов определенного класса, нахождения в них общих существенных признаков, что служит основой для получения сведений об общем признаке, характером для данного класса предметов.

Дедукция – метод перехода от общих положений к частным, получение из известных истин новых истин с использованием законов и правил логики. Важным правилом дедукции является следующее: «Если из высказывания А следует высказывание В и высказывание А истинно, то высказывание В также истинно» [8]; при этом заключение об истинности В следует с необходимостью.

Аналогия – метод научного исследования, когда знания о неизвестных предметах и явлениях достигаются на основе сравнения с общими признаками предметов и явлений, которые исследователю известны.

Моделирование – метод научного познания, заключающийся в замене при исследовании изучаемого предмета или явления специальной моделью, воспроизводящей главные особенности оригинала, и ее последующем исследовании. Таким образом, при моделировании эксперимент проводят на модели, а результаты исследования с помощью специальных методов распространяют на оригинал.

Абстрагирование – метод научного познания, заключающийся в мысленном отвлечении от ряда свойств, связей, отношений предметов и выделении нескольких интересующих исследователя свойств или признаков. Результат абстрагирования называют абстракцией.

2.5 Основные этапы научного исследования

Научные исследования направлены на решение различных научных и практических задач; в теплоэнергетике это чаще всего: исследование рабочих процессов энергетических машин и установок (газодинамика, теплообмен, горение, термодинамика и т.д.), повышение их производительности, разработка принципов работы новых машин, перспективных преобразований энергии.

В общем случае, рассматривая научно-исследовательскую работу, можно выделить фундаментальные и прикладные исследования, а также опытно-конструкторские разработки. Последние направлены на создание конкретных образцов техники, разработку новых технологических процессов и имеют специфические особенности.

Рассмотрим основные этапы выполнения фундаментальных и прикладных научных исследований, которые имеют общие особенности (рис. 2.1.). Потребности науки и практики приводят к постановке определенных проблем в соответствующих областях знаний и отраслях производства, которые должны быть решены в процессе научного исследования.

Первым этапом научного исследования является подробный анализ современного состояния рассматриваемой проблемы. Он выполняется на основе информационного поиска с широким применением ЭВМ.

В результате анализа состояния проблемы составляются обзоры, рефераты и экспресс – информации, делается классификация основных направлений и ставятся конкретные задачи исследования. Далее осуществляется выбор метода исследования с использованием определенных критериев, составляется план – график выполнения работ, определяется ожидаемый экономический эффект.

Второй этап научного исследования сводится к выполнению поставленных на первом этапе задач. Чаще всего в фундаментальных и прикладных исследованиях используются математическое или физическое моделирование, а также сочетание этих методов.

Математическое моделирование включает в себя несколько этапов. Это составление математической модели исследуемого процесса на основе имеющихся сведений или использование готовой модели с правильным учетом основных и второстепенных факторов, что во многих случаях позволяет упростить составляемую модель. При этом для удобства решения и представления полученных результатов математическое описание явления выполняется в безразмерных единицах на основе теории подобия.

Далее осуществляется выбор метода решения (аналитического, приближенного) с учетом нескольких факторов – требуемой точности, затрачиваемого времени, материальных затрат. Вычислительный эксперимент, осуществляемый, как правило, с помощью ЭВМ, позволяет получить результат исследования в виде численных данных, которые затем подвергаются соответствующей обработке. В результате получаются расчетные уравнения, графики и номограммы, характеризующие закономерности изучаемого процесса. Следует отметить, что при проведении расчетов и обобщении полученных результатов широко применяются теория подобия, позволяющая получить уравнения подобия, и математическая теория планирования эксперимента, значительно сокращающая время на вычислительные процедуры.

Физическое моделирование может выполняться на модельной (лабораторной) или натурной установке, которые разрабатываются с учетом основных положений теории подобия физических явлений. Это позволяет определить геометрические размеры установок, диапазон изменения основных параметров, наметить необходимые измерения и подобрать соответствующую измерительную аппаратуру, предварительно оценить погрешность полученных результатов. Далее составляется программа проведения исследований.

Выполнение эксперимента может осуществляться по обычной схеме (схема последовательной переборки влияющих факторов) или с использованием математической теории планирования эксперимента. После выполнения программы исследований производится проверка правильности полученных результатов, в результате обобщения опытных данных получаются соответствующие уравнения (чаще всего в безразмерных единицах), оценивается погрешность расчета по ним. На всех этапах физического моделирования широко применяется ЭВМ – для управления экспериментом обобщения его результатов.

Третьим этапом научного исследования являются анализ полученных результатов и их оформление. Производится сравнение теории и эксперимента, дается анализ их возможных расхождений. Окончательно оценивается экономическая эффективность выполнения исследования. Конкретными результатами научно-исследовательской работы могут быть: уточнение математической или физической модели явления, разработка новой методики расчета, новой методики расчета, новой теории, рекомендаций по совершенствованию машин и установок, подготовка данных для выполнения опытно-конструкторских работ и т.д.

Была проанализирована общепринятая схема выполнения научного исследования (Н. А. Дикий, А. А. Халатов “Основы научных исследований” – К.: Высшая школа, 1985) и переработана с учетом современных условий (широкое распространение информационных технологий, рыночная экономика, жесткая конкуренция на рынке).

III. Информационные технологии в ТГСиВ

Основные этапы работы с информацией

Определение цели и план работы

Приступая к работе с информацией, поставить цель этой работы разумно. Как мы увидим в дальнейших разделах этой главы, в хорошо организованной информационной работе цель определяет буквально все — от направлений поиска, источников информации и методов ее получения, до форм ее представления и способов распространения. Сама же цель информационной работы всегда состоит в приобретении и (или) распространении сведений, необходимых для осуществления конкретных действий, изменения поведения людей, принятия решений.

Говоря о принятии решений, мы имеем ввиду отнюдь не только решения, принимаемые в высоких инстанциях. Речь идет о решениях, принимаемых на всех уровнях — от индивидуальных решений, определяющих личные действия, и решений, принимаемых в небольших коллективах (жильцы одного дома, группа активистов, небольшие предприятия), до решений, принимаемых на национальном и международном уровне.

Даже когда цель работы не формулируют в явном виде, некоторое представление о ней так или иначе присутствует. Важно, однако, сформулировать эту цель как можно более четко и ясно и затем соотносить с ней действия, предпринимаемые на всех этапах информационной работы. Важно также понимать, что вы собираете (готовите, распространяете) не “информацию о…” (феноле, заводе, законодательстве), а “информацию, необходимую для…” (работы с руководством предприятия, обращения в органы власти, принятия решения о том, можно ли купаться в речке). Точная постановка цели позволяет эффективно использовать ограниченные ресурсы, определив меру разумной достаточности для ваших усилий.

В некоторых случаях при наличии острой проблемы бывает неясно, каковы должны быть конкретные действия или пути ее решения. Цель работы в такой ситуации может выглядеть как анализ ситуации и определение возможных путей решения проблемы. Важно только понимать, что это — промежуточная цель, а достижение ее — предварительный, “рекогносцировочный” этап информационной работы.

Если предполагается значительный объем информационной работы, полезно с самого начала наметить примерный план действий, поставить задачи каждого этапа. Для этого придется пройти схему информационной работы “от конца к началу”. То, для каких действий или решений необходима информация, определяет, какие информационные материалы (публикации, листовки, обращения) понадобятся, какого характера информация должна быть получена, каким способом и из каких источников. Определение на ранних этапах проекта его основных параметров сэкономит ресурсы, сделает усилия более эффективными.

Сбор информации

Итак, цель работы определена — можно приступать к сбору информации. Этот процесс увлекателен, многогранен и предполагает большую степень свободы для самостоятельного творчества. Он может включать как собственно сбор уже имеющейся, так и создание новой, дополнительной информации. В качестве источников может рассматриваться множество организаций различных типов. Сориентироваться в этом многообразии непросто даже для профессионалов, работа которых, как правило, сконцентрирована в определенных, достаточно узких направлениях. Для общественных же организаций, круг интересов которых может быть весьма широким, задача правильной организации сбора информации является жизненно важной. Для того чтобы плавание в безбрежном море сведений, цифр и фактов не поглотило без остатка все время сотрудников и другие ресурсы организации, полезно наметить некоторые ориентиры. Важнейшим среди них, своего рода маяком, задающим общее направление движения, служит цель вашей работы.

Цель поможет определить основные параметры нужной информации: круг вопросов , на которые нужно найти ответы (“широту” требуемой информации), и степень детализации, глубины проработки этих вопросов.

Исходя из представления о желаемой информации, следует решить, какими методами и из каких источниковможет быть получена такая информация. Как уже обсуждалось в предыдущих главах, существует множество путей получения информации, среди которых, например:

· работа с литературным материалом и составление обзоров;

· запросы в организации-держатели информации (государственные и общественные организации, предприятия);

· привлечение к работе консультантов или экспертов;

· поиск информации в Интернете;

· собственные наблюдения или измерения.

Выбор путей и методов получения информации, ее источников определяется конкретной ситуацией. В большинстве случаев целесообразным оказывается сочетание различных методов и источников.

Планируя информационный поиск, важно иметь в виду следующий принцип: тип источника должен быть адекватен характеру требуемой информации .

Для некоторых практических применений существенным оказывается “статус” источника информации. Если на основе собранных сведений предполагается добиваться принятия решений от органов власти или предприятий, целесообразно соблюдать ряд требований формального характера к источникам информации, процедурам ее получения.

Наконец, решив перечисленные вопросы и приступая к работе с конкретными источниками, следует иметь в виду, что среди них нередко встречаются материалы низкого качества, использование которых может привести к формированию неверного представления о проблеме. Иногда такие источники возникают в результате сознательного искажения информации, но чаще — в результате недостаточной квалификации авторов, стремящихся писать на актуальные темы. К сожалению, даже тот факт, что публикация заявлена как учебник или научная монография, не гарантирует ее высокого качества. Поэтому оценка источника информации является необходимым условием его использования.

Отметим, что если вы приступаете к информационному поиску в незнакомой или слабо знакомой области, то помощь специалиста в подборе источников информации или в оценке источников, отобранных вами, особенно важна.

Оценка источника информации

Достоверность и полнота

Прежде всего, среди характеристик источника информации, существенных для его оценки, следует упомянуть достоверность и полноту. Достоверность подразумевает, что информация, содержащаяся в источнике, должна соответствовать действительности, быть истинной, правильной.

Важно, однако, понимать, что один источник может содержать сведения самой разной природы — могут быть наблюдаемые факты, обобщения и выводы, сделанные на их основе, гипотезы, предложенные для объяснения этих фактов, общепринятые научные теории. Поэтому, например, в одном источнике достоверные факты, могут соседствовать с некорректными выводами. В других случаях на основе одного и того же набора фактов могут быть сделаны различающиеся выводы.

Полнота означает, что источник информации должен отражать все существенные стороны проблемы, значимые факты. При этом требования к полноте источника определяются целью его подготовки, и определение “существенные” означает “существенные с точки зрения поставленной цели”.

Существуют и источники, которые являются неполными с точки зрения поставленной в них цели. Если такой материал является единственным источником информации, на его основе может сформироваться искаженное представление о проблеме.

Во многих случаях источник информации, удовлетворяющий требованию полноты с точки зрения поставленной вами цели, найти просто невозможно. В этом случае необходимые сведения должны быть собраны из нескольких источников. Таким образом, требование полноты, хотя и применимо к отдельному источнику, является необходимым, прежде всего, для той картины, того набора сведений, который вы должны сформировать, прежде чем делать выводы на основе собранной информации.

Как правило, полнота и достоверность источника информации не могут быть оценены “изнутри”, без обращения к ряду других источников, их сопоставления — или без глубокого понимания предметной области, основанного на опыте предшествующей работы. Поэтому следует еще раз подчеркнуть важность обращения к специалистам при отборе источников информации и их оценке.

Ссылки и обоснования. Культура работы с информацией

Информация не возникает сама собой, из ничего — она либо берется из другого источника, либо создается самим автором и его коллегами. Информация может создаваться, с одной стороны, в результате собственных наблюдений или измерений, с другой стороны — путем вычислений или выводов на основе некоторой исходной информации. При этом новая информация, как правило, создается с использованием определенных методик. Сведения о происхождении приводимой информации важны для правильного ее понимания и оценки, эффективной работы с материалом. Наличие таких сведений в источнике информации позволяет оценить его достоверность и, в некоторой мере, степень его полноты.

Для научных публикаций наличие ссылок на использованные источники, описаний примененных методик или ссылок на такие описания является необходимым требованием. В материалах другого типа, например газетных публикациях, оформление ссылок по строгим правилам может оказаться неуместным. Тем не менее, указание на происхождение приводимых сведений является достоинством источника информации в любом случае. Если же в ходе изложения автор материала переходит от исходных положений к каким-либо выводам, важна целостность логического вывода, отсутствие пропущенных звеньев в обосновании .

Наличие в источнике ссылок и обоснований является признаком определенной культуры работы с информацией.

Еще одним проявлением той же культуры является отсутствие неоднозначности, неопределенности .

Некоторые критерии оценки источников информации

Приведем еще несколько критериев, которые могут использоваться при оценке источников информации. Эти критерии носят косвенный характер; соответствие или несоответствие им само по себе не гарантирует применимости или неприменимости источника информации.

Источники информации могут устаревать по мере накопления новых знаний. Поэтому современность источника информации имеет прямое отношение к возможности его применения.

Обращаясь к более современным примерам, следует отметить что в ряде недавно возникших и быстро развивающихся областей знания представления еще не устоялись, не “отложились” в учебниках и энциклопедиях. Информацию об этих областях приходится черпать из текущих научных публикаций.

При оценке источника информации целесообразно обратить внимание на то, кем он подготовлен и издан .

Из наличия в материале наряду с информацией (фактами, выводами, обоснованиями) резких, эмоциональных оценок еще не следует невозможности его применения в качестве источника информации. Тем не менее, это свидетельствует о том, что материал подготовлен одной из сторон, участвующих в конфликте или острой полемике, и информация требует проверки с использованием других источников.

Весьма вероятно, что не будучи знакомы с проблематикой источника в целом, вы сможете оценить качество одной из частей или отдельного фрагмента. Резонно предположить, что качество целого адекватно отражается частью .

Принцип избыточности и принцип разумной достаточности

С рассмотренными проблемами качества информации тесно связано следующее правило, справедливое для любого исследования и для работы с информацией вообще. Если вы используете только один метод, один источник для получения информации, сведения, полученные вами, могут оказаться односторонними, неполными или попросту недостоверными . Во всяком случае, вы оказываетесь в полной зависимости от источника, не имея возможности проверить его полноту и достоверность.

Это положение справедливо не только при информационной работе, организованной по типу исследования, но и при создании информационных ресурсов.

Любой естествоиспытатель знает, что для получения объективной и достоверной информации требуется независимое воспроизведение эксперимента или применение независимых методов. Хотя независимая проверка информации полезна всегда, на практике может оказаться невозможным продублировать канал получения информации в полном объеме. Отметим, однако, что в некоторых случаях проверка при помощи независимых методов или источников особенно важна. Это, в частности, ситуации, в которых вы:

· располагаете сведениями, которые с трудом вписываются в общую картину, или фактами, противоречащими друг другу;

· работаете в малознакомой предметной области;

· работаете в ситуации острого конфликта.

Необходимость использования нескольких источников при получении одной и той же информации можно рассматривать, как проявление своеобразного “принципа избыточности”. Еще одно проявление этого принципа можно кратко сформулировать следующим образом: нужно знать больше, чем вы собираетесь сказать.

Разумеется, речь здесь не идет о том, что нужно утаивать часть информации от аудитории. Смысл этого положения состоит в том, что информацию следует собирать и анализировать с некоторым запасом, с превышением того объема, который непосредственно нужен вам для сообщения аудитории или для ответа на конкретные вопросы, интересующие вас.

В реальной ситуации, однако, свои усилия по сбору информации приходится ограничивать “в ширину” — с точки зрения круга источников или методов, и “в глубину” — с точки зрения степени детализации, глубины проработки вопроса. Иначе информационный поиск, будучи увлекательным занятием, способен затянуться навечно. Естественным ограничителем здесь должен служить принцип разумной достаточности — достаточности с точки зрения поставленной цели. Успех всей информационной работы существенным образом зависит от нахождения правильного баланса между принципами избыточности и разумной достаточности.

Обработка и систематизация

Следующим этапом информационной работы является обработка и систематизация собранных сведений. Некоторые типы информации требуют специальных процедур ее обработки. Наиболее характерный пример — статистическая обработка количественных данных. Мы отделяем этап обработки информации от интерпретации, которая является процессом гораздо более неформальным, часто имеет дело с разнородными сведениями из различных источников. Данные, которые возникают в результате обработки, являются исходными для интерпретации. Результатом интерпретации, в свою очередь, являются выводы содержательного характера. Подходы к обработке специфичны для конкретных типов информации, и здесь мы не будем подробно останавливаться на этих вопросах. Отметим лишь, что применяемые методы обработки могут предъявлять определенные требования к предыдущему этапу — сбору информации. Например, для применения статистических методов может оказаться необходимым определенное количество исходных данных. Обработка может также выявить ошибки, допущенные при сборе информации.

Содержанием этого этапа, общим практически для всех типов информации, является ее тщательное документирование и (или) систематизация. Систематизация результатов — важный элемент информационной работы. Он предполагает организацию вашей информации в виде, удобном для работы, хранения и последующего обращения к ней. Это может быть компьютерная база данных, систематически организованная подборка литературы или просто таблица, содержащая результаты вашего собственного исследования. В результате этого этапа информация должна быть организована таким образом, чтобы обратиться к ней можно было через некоторое, возможно, весьма продолжительное время.

Этим этапом многие общественные организации пренебрегают, в некоторых случаях — из-за недопонимания важности корректной организации материала, чаще — из-за перегруженности работой самого разного рода. Смысл важных пометок в полевом журнале, очевидный на следующий день после измерений, может полностью изгладиться из памяти через месяц. Особенно досадно то, что на определенном этапе ваши усилия могут оказаться уже запоздалыми: при систематизации данных можно обнаружить пробелы или ошибки, допущенные при сборе информации, исправить которые на поздней стадии информационного исследования уже нелегко. Поэтому там, где это возможно, систематизация должна начинаться параллельно со сбором информации.

Эффективная систематизация информации особенно важна в случае создания информационных ресурсов открытого доступа, которые будут использоваться широкой аудиторией в разнообразных целях. Продуманная классификация предметных областей при создании библиотеки, схема описания направлений деятельности в базе данных по организациям способны значительно облегчить поиск нужной информации. Более того, подобные схемы необходимы и для создателей ресурса, как при его формировании, так и при дальнейшем поддержании, корректировке, обновлении и т.п.

Отметим, что разработка качественной классификации нередко представляет собой сложную, трудоемкую задачу. Поэтому прежде, чем приступать к созданию собственной системы, полезно изучить классификации, уже существующие в данной области и, возможно, использовать одну из них. Это не только сэкономит ваши усилия, но и облегчит в дальнейшем обмен информацией с теми, кто применяет эту классификацию.

Интерпретация

Итак, необходимые цифры или факты добросовестно собраны, результаты измерений аккуратно обработаны и сведены в таблицы. Собраны и упорядочены выписки из литературных источников, копии статей. Следующий этап работы — интерпретация собранной информации. Интерпретация представляет собой заключительную стадию собственно информационного исследования. Далее следует уже практическое использование полученной информации — подготовка конкретных материалов, их распространение, организация конкретных действий.

Практическая применимость “голых фактов” существенно ограничена, даже если они абсолютно достоверны и квалифицированно обработаны.

Установить смысл, значение собранной информации — фактов, цифр, документов — в этом и состоит задача интерпретации. Без этого информация не может служить основой для принятия решений, практических действий. Любой отдельный факт — лишь фрагмент общей картины, а осмысленные решения, как правило, могут приниматься на основании картины в целом. Именно на этапе интерпретации ранее собранные фрагменты должны сложиться воедино. Для этого необходимо правильно соотнести собранные сведения и, возможно, понять, какой еще информации не хватает.

Содержанием интерпретации может быть, в частности, обобщение информации — установление закономерностей на основе собранных фактов, выявление причинно-следственных связей между явлениями.

Эта стадия информационной работы наиболее трудно поддается формализации. Именно здесь требуется, вероятно, наибольшее напряжение творческой энергии, привлечение знаний и опыта, накопленных в ходе предшествующей работы. И именно на этой стадии часто допускаются существенные ошибки, которые могут свести на нет все ваши усилия.

В большинстве случаев в ходе интерпретации требуется сопоставлять разнородную информацию, например, научную (химическую, биологическую, медицинскую, технологическую), социальную информацию, относящуюся к исследуемой проблеме, нормативные документы и материалы отчетности предприятий.

Процесс интерпретации, являясь центральным, узловым моментом информационной работы, нередко заставляет возвращаться к этапам сбора и обработки информации, чтобы добавить недостающие фрагменты картины. Это возвращение может иметь форму короткого обращения к справочнику, но может и потребовать большой дополнительной работы.

Отметим, что полнота, о которой мы говорили как о желательной применительно к отдельному источнику информации, является необходимым требованием к тому набору сведений, который является исходным для интерпретации. В конечном счете, характер выводов определяется не только тем, как приходят к этим выводам, но и составом этого исходного набора. Упустив из виду важные факты, можно прийти к ошибочным выводам в результате добросовестной интерпретации. Поэтому собранный массив сведений должен отражать все факты, существенные для данной проблемы.

Как и систематизацию, интерпретацию, по возможности, следует начинать параллельно со сбором информации.

Информационный отчет

Как уже отмечалось, интерпретация является последним этапом собственно информационного исследования. Заканчивая такое исследование, полезно поставить логическую точку и представить результаты работы в целом в виде информационного отчета. Такой отчет способствует четкой организации всех полученных материалов и фиксирует результаты прошедших этапов работы — цель исследования, “первичную” информацию, собранную вами и представленную в систематическом виде, выводы, полученные в ходе интерпретации данных. На этот отчет вы можете опереться, готовя информационные материалы для различных целевых групп. Если в ходе вашей работы вы получали собственную информацию, результаты вашей исследовательской работы тем более должны найти отражение в подготовленном отчете. Форма такого отчета, безусловно, зависит от характера и целей выполненного вами информационного исследования. Однако обязательным требованием к отчету является высокий профессиональный уровень его исполнения. При этом следует иметь в виду, что перегруженность специальными терминами далеко не всегда является признаком профессионализма. В любом случае такой документ обычно имеет аннотацию, доступную для восприятия непрофессионалов.

Разумеется, написание такого информационного отчета — дело трудоемкое, требующее определенных ресурсов. Поэтому написание объемных отчетов по каждому выполненному информационному исследованию вряд ли возможно. Однако ключевые темы, представляющие существенный интерес для организации на данном этапе ее развития, связанные с приоритетными направлениями ее деятельности, требуют серьезного подхода. Само наличие такого отчета в вашей организации, возможность продемонстрировать его партнерам и посетителям добавит ей авторитета и существенным образом повысит эффективность информационной работы. Вы сможете готовить нужные вам информационные материалы самостоятельно, обращаясь только к отчету и не прибегая каждый раз к услугам всех нужных вам специалистов.

Представление и распространение информации

Этапы представления информации — подготовки на ее основе конкретных материалов для определенной аудитории и распространения информации , как правило, следуют один за другим. Мы рассматриваем их совместно, поскольку решения, принимаемые на обоих этапах, определяются одними и теми же факторами. Направление письма в государственные органы, написание статьи и публикация ее в газете, подготовка и расклейка листовок, рассылка по электронной почте или рассказ группе местных жителей — все это примеры представления и распространения информации.

Целевые группы

Одним из важнейших принципов представления и распространения информации является то, что разным людям одну и ту же информацию следует сообщать по-разному . Кроме того, для разных людей могут быть значимы или интересны разные аспекты одной и той же проблемы . Поэтому в большинстве случаев оправдана подготовка нескольких информационных материалов, рассчитанных на различные типы аудитории. Это и составляет содержание этапа представления информации.

Чтобы сделать процесс подготовки и распространения различных материалов целенаправленным, разумно выделить внутри той аудитории, среди которой вы планируете распространять информацию, целевые группы .

1. Действия, которые могут быть предприняты на основе полученной информации . Здесь важно место группы в ситуации, сложившейся вокруг проблемы, — например, население в зоне воздействия предприятия, администрация предприятия, специализированная организация, занимающаяся данной проблемой и т.п. Главное же — возможности группы влиять на ситуацию. Очевидно, что эти возможности существенно различаются, например, для представителей органов власти и местного населения.

2. Особенности восприятия информации . От этих особенностей, которые мы понимаем здесь довольно широко, зависит то, станут ли представители группы читать ваши материалы, смогут ли они понять сказанное в них, а также то, как они оценят содержание материалов. Среди этих факторов можно назвать, например, образовательный уровень, степень интереса к проблеме, степень исходной информированности, изначальное отношение к ситуации и вашей организации.

3. Возможные каналы получения информации . Эти характеристики определяют то, каким образом, с использованием каких средств вы сможете донести информацию до целевых групп. Здесь важны средства массовой информации, которые читает (слушает, смотрит) та или иная группа, доступ к техническим средствам (Интернет, наличие компьютера, которое делает возможным получение информации на дискетах) и т.п.

Эти характеристики не обязательно независимы друг от друга. Так, место группы в сложившейся ситуации нередко определяет не только ее возможности предпринимать те или иные действия, но и исходное отношение к проблеме.

Выбор в качестве целевой группы аудитории какого-либо издания во многих случаях определяет объем материала, уровень его сложности и другие параметры, которые должны быть характерными для данного издания.

· характер практических рекомендаций, приводимых в материале;

· характер аргументации (ценности, к которым следует апеллировать);

· необходимость специального обоснования значимости проблемы;

· место научно-технических подробностей в изложении;

· стиль изложения материала, его объем, характер оформления;

· методы распространения.

Уровни представления информации

Чем детальнее определены целевые группы, чем точнее информационные материалы учитывают их специфику, тем более эффективной оказывается работа по доведению информации до аудитории.

В качестве материала первого уровня может использоваться серьезный информационный отчет, речь о котором шла выше, в разделе, посвященном интерпретации. Стандарты качества для такого документа близки к стандартам качества для научного отчета или литературного обзора. Он должен содержать ссылки на все необходимые источники, описание методик или ссылки на такое описание. Информационный отчет должен выдерживать серьезную содержательную критику специалистов. Даже если отдельные разделы (например, аннотация) написаны в терминах, понятных широкой аудитории, объем и характер такого документа могут оттолкнуть ее.

Поэтому необходимы информационные материалы другого уровня. Это может быть короткий аннотационный отчет, не содержащий сложных выкладок, но отражающий все значимые результаты исследования и, в той или иной степени, их фактическое подкрепление (например, в виде ссылок, ограниченного цифрового и фактического материала и проч.). Из него должны уйти детали и частности, технические и формальные подробности, но все ключевые моменты вашего исследования должны найти в нем отражение.

И, наконец, третий уровень подготовки материалов — “публицистический”. Здесь форма подачи материала существенно зависит от целей и задач вашего проекта, а также от того, какой аудитории адресован материал. Вы можете подготовить, например, газетную статью, видеоматериал, листовку, информационный листок. Этот материал должен в яркой, сжатой, легкой для восприятия форме сообщить о наличии значимой проблемы, ее причинах.

Существенное место в таком материале должны занимать практические рекомендации, призывы к действию.

Каналы распространения информации

За подготовкой материалов следует их распространение, и самый важный вопрос здесь — каким методом донести до аудитории информацию, какие каналы распространения сведений использовать. Точный выбор этих каналов должен позволить донести информацию до адресата как можно более эффективно, с наименьшими затратами ресурсов.

Если аудитория — общественные организации, занимающиеся конкретной проблемой, вам помогут специализированные бюллетени, печатные и электронные. Апеллируя к органам власти, вы, вероятно, будете писать официальные письма, возможно — налаживать индивидуальные контакты. Можно обратиться к ним через средства массовой информации, тем самым информируя о проблеме и общественность. Если ваша аудитория — местное население, оповестить его помогут те же средства массовой информации. Организация общественных слушаний, посвященных актуальной проблеме, также позволит сообщить информацию представителям разных целевых групп . Это мероприятие потребует специальной подготовки, и его аудитория будет относительно небольшой, но “качественной” — в слушаниях примут участие именно те, кто проявляет интерес к проблеме, и эффективность передачи информации в “живой” аудитории будет весьма велика.

Из приведенных примеров видны важные характеристики, которые полезно принимать во внимание при выборе различных каналов распространения

· размер аудитории;

· качественный состав аудитории (профессиональный, социальный, по степени интереса к проблеме и т.д.);

· срок доставки информации (электронное письмо доходит до адресата в течение нескольких минут или часов, а статья, принятая редакцией журнала, может ожидать публикации несколько месяцев);

· ресурсы (в том числе финансовые), необходимые для распространения информации по данному каналу.

Эти характеристики полезно учитывать, определяя приоритетные каналы распространения информации для целевой аудитории.

Если вы направляете в редакцию газеты пресс-релиз по факсу, это разумно сделать на специальном бланке, с продуманным шрифтовым оформлением, с логотипом организации и т.п. В то же время, по электронной почте тот же материал следует отправлять в виде простого текста, если нет другой договоренности с получателем. Отправка по электронной почте файла с картинками в формате MS Word, объем которого может превосходить собственно объем текста в десятки и сотни раз, будет воспринято многими пользователями как нарушение “сетевой этики” и вызовет резко негативную реакцию. Тем более, что и MS Word не обязательно установлен на каждой машине.

Если вы публикуете материал на WWW-странице в Интернете — его полезно снабдить ссылками на аналогичные материалы в сети, и, возможно, дискуссионным форумом (“гостевой книгой”) для его обсуждения. С помощью такого форума читатели смогут оставить комментарии к вашей публикации, доступные как для вас, так и для других читателей.

Если речь идет о публикации в СМИ — например в газете или журнале, полезные сведения о том, как наилучшим образом приспособить материал к специфике данного издания, можно получить от редакции или журналистов. Как правило, они хорошо представляют себе свою аудиторию, ее интересы и ожидания.

Наконец, методами распространения информации являются не только публикация в газете или массовая рассылка, но и личные беседы, даже не организованные как слушания или специальные встречи. Личное общение чрезвычайно эффективно благодаря непосредственной обратной связи, позволяющей немедленно уточнить ваше сообщение, скорректировать его форму. Разумеется, это справедливо, если общение не навязывается аудитории. Как показывает опыт, достаточно начать, например, отбирать пробы воды и производить измерения на глазах у дачников или рыбаков, как оживленная беседа о проблемах качества воды завязывается сама собой.

Еще один канал распространения информации — работа с детьми (занятия в кружке, участие в проведении уроков и т.п.) Хорошо известно, что дети, если удается их заинтересовать, активно распространяют информацию как среди сверстников, так и среди родителей.

Обоснованность и открытость

Для того чтобы ваши материалы были убедительными, пользователь должен иметь возможность проверить приводимую в них информацию. Поэтому целесообразно приводить ссылки на использованные источники информации и документы, описания использованных методик . Разумеется, нет смысла перегружать множеством ссылок материал публицистического характера. Для него может оказаться достаточно и единственной ссылки — упоминания материала следующего уровня, в котором проблема рассмотрена более подробно и указаны все необходимые источники информации. В любых материалах желательно избегать ссылок на редкие и труднодоступные источники; при прочих равных условиях следует выбирать для цитирования более доступную публикацию.

Вообще, открытость информации, применяемых методик является одним из важнейших принципов работы общественных организаций. В конечном счете, естественная цель общественной организации, работающей с информацией, — не только представить “информационный продукт”, но и дать общественности инструмент для работы с информацией.

Не игнорируйте оппонентов

Готовя материал по острой, конфликтной проблеме, следует принимать во внимание основные концепции, точки зрения на проблему. Разумеется, это не означает, что позиция, излагаемая вами, должна представлять собой нечто среднее между всеми точками зрения. В ваших материалах вы можете полемизировать с этими концепциями, аргументировано отстаивая свою точку зрения, или просто упомянуть о них “вскользь”, обозначив таким образом знакомство с ними. Речь идет о том, что отсутствие упоминаний о какой-либо концепции может создать впечатление, что вы не знакомы с ней и поэтому не учли ее доводов. Если существуют значимые факты, которые не укладываются в вашу точку зрения или противоречат вашим выводам, их тоже не следует игнорировать. Нужно ли, собрав дополнительные сведения, изучить проблему подробнее, или же стоит признать существующую неоднозначность — решать вам. Но просто обходя молчанием точку зрения оппонентов, вы даете им легкую возможность оспорить ваши утверждения.

Информация должна работать

Еще раз отметим, что вряд ли кто-нибудь готовит информационные материалы просто для того, чтобы их распространить. Как правило, это делается в расчете на тот или иной практический результат. Таким результатом могут быть конкретные действия людей, изменения в поведении аудитории, принятие каких-либо решений. Разумеется, распространение информации может влиять на практические действия и непрямым, косвенным образом. Например, можно информировать широкую аудиторию с целью сформировать определенное общественное мнение по отношению к проблеме, своего рода “информационную среду”, которая затем в той или иной мере повлияет на принимаемые решения.

Тем не менее, там, где это возможно, в материалы любого уровня, предназначенные для любой аудитории, следует включать конкретные, выполнимые предложения и рекомендации. Характер этих рекомендаций существенно зависит от аудитории, которой адресован материал.

Отметим, что наличие практических рекомендаций — еще и прием, повышающий эффективность восприятия информации аудиторией. Тот факт, что из сообщаемой информации вытекают какие-то следствия практического характера, демонстрирует значимость и актуальность проблемы. Материал же, из которого не следует никаких практических шагов, как бы “повисает в воздухе” — будь то официальный отчет, написанный сухим языком с использованием специальной терминологии, или алармистские статьи, посвященные констатации тревожных фактов.

Отметим, что если на предыдущих этапах сбор и интерпретация информации выполнены грамотно, если построена связная картина, описывающая ситуацию, то сделать практические выводы, предназначенные для разных целевых групп, во многих случаях оказывается несложной задачей.

Обратная связь

Как бы тщательно ни был продуман с самого начала информационный проект, всего предусмотреть невозможно. Оценка хода проекта, внесение необходимых корректив в планы должны проводиться на каждой его стадии. Но особенно богатый материал для оценки способен дать этап распространения информации — именно на этом этапе ваши материалы встречаются с той аудиторией, для которой они предназначены. Хорошо организованный процесс распространения информации является на самом деле процессом двусторонней коммуникации с вашей аудиторией. Вы сможете узнать, как аудитория воспринимает ваши материалы, являются ли они убедительными, есть ли в них ответы на вопросы, интересующие ее. Возможно, вы сочтете нужным скорректировать материалы или вернуться к предыдущим этапам информационной работы, чтобы собрать недостающие сведения.

Как уже отмечалось, лучше всего механизм обратной связи работает в случае непосредственного общения с аудиторией. Однако важно добиться того же и для других каналов распространения информации. Вы можете указывать в своих материалах контактную информацию (телефон, адрес), просить ваших “пользователей” направлять свои комментарии и замечания. Возможно, вы предложите ответить на какие-то определенные вопросы. Можно попытаться вступить в беседу с теми, кто читает ваши листовки, расклеенные на улице. Так или иначе, организация канала обратной связи требует специальных усилий и может оказаться решающей для успеха всего информационного проекта.

Применение результатов информационной работы на практике, те или иные действия на основе этих результатов, строго говоря, выходят за рамки информационной работы. Эти действия могут быть столь же различны, сколь многообразны формы работы общественных экологических организаций, и здесь мы не посвящаем им отдельного раздела. Некоторые примеры практического применения результатов информационной работы были описаны выше. Отметим лишь, что только на основании результатов этих действий может быть сделан окончательный вывод о действенности, эффективности информационной работы.

IV . Обработка результатов научных исследований

Во многих случаях необходимо исследовать случайные, вероятные процессы. Обычно технологические процессы выполняются в условиях непрерывного меняющейся обстановки: вынужденные простои машин, неравномерная работа транспорта, непрерывное изменение внешних факторов и т.д. Те или иные события могут произойти или не произойти. В связи с этим приходится анализировать случайные, вероятностные связи, в которых каждому аргументу соответствует множество значений функции. Наблюдения показали, что, несмотря на случайный характер связи, рассеивание имеет вполне определенные закономерности. Для таких статистических законов теория вероятностей позволяет представить исход не одного какого-либо события, а средний результат случайных событий и тем точнее, чем больше число анализируемых явлений. Это связано с тем, что, несмотря на случайный характер событий, они подчиняются определенным закономерностям, рассматриваемым в теории вероятностей.

Теория вероятностей изучает случайные события и базируется на следующих основных показателях. Совокупность множества однородных событий случайной величины х составляет первичный статистический материал. Совокупность, содержащая самые различные варианты массового явления, называют генеральной совокупностью или большой выборкой N . Обычно изучают лишь часть генеральной совокупности, называемой выборочной совокупностью или малой выборкой N ₁ . Вероятностью р(х) события х называют отношение числа случаев N (х), которые приводят к наступлению события х к общему числу возможных случаев N :

Теория вероятностей рассматривает теоретические распределения случайных величин и их характеристики.

Математическая статистика занимается способами обработки и анализа эмпирических событий. Эти две науки составляют единую математическую теорию массовых случайных процессов, широко применяемую в научных исследованиях.

В математической статистике большое значение имеет понятие о частоте событий, представляющего собой отношение числа случаев n ( x ), при которых имело место событие к общему числу событий n :

При неограниченном возрастании числа событий частота y ( x ) стремится к вероятности р(х). Частота  характеризует вероятность появлений случайной величины и представляет собой ряд распределения (рис.1), а плавная кривая – закон распределения F ( x ).

Вероятность случайной величины (события) – это количественная оценка возможности ее появления. Достоверное событие имеет вероятность р=1 , невозможное событие р=0 . Следовательно, для случайного события

0≤ р(х) ≤ 1 , а сумма вероятностей всех возможных значений:

В исследованиях иногда недостаточно знать функцию распределения. Необходимо еще иметь ее характеристики: среднеарифметическое и математическое ожидания, дисперсию, размах ряда распределения.

Пусть среди n событий случайная величина х₁ повторяется n₁ раз, величина х₂ – n ₂ раза и т.д. Тогда среднеарифметическое значение х имеет вид:

Размах можно использовать для ориентировочной оценки вариации ряда событий:

где: – максимальное и минимальное значение измерительной величины или погрешности.

Если вместо эмпирических частот y _{1 …..} y_n принять их вероятности

р₁ …..р _n , то это даст важную характеристику распределения – математическое ожидание:

Для непрерывных случайных величин математическое ожидание определяется интегралом:

т.е. оно равно действительному значению х_д наблюдаемых событий. Таким образом, если систематические погрешности измерений полностью исключены, то истинное значение измеряемой величины равно математическому ожиданию, а соответствующая ему абсцисса называется центром распределения. Площадь, расположенная под кривой распределения (рис.1), соответствующая единице, т.к. кривая охватывает все результаты измерений. Для одной и той же площади можно построить большое количество кривых распределения, т.е. они могут иметь различное рассеяние. Мерой рассеяния (точности измерений) является дисперсия или среднеквадратичное отклонение. Таким образом, дисперсия характеризует рассеивание случайной величины по отношению к математическому ожиданию и вычисляется по формуле:

Важной характеристикой теоретической кривой распределения является среднеквадратичное отклонение:

Коэффициент вариации

применяется для сравнения интенсивности рассеяния в различных совокупностях, определяется в относительных единицах ( k _в < 1).

Основной задачей статистики является подбор теоретических кривых по имеющемуся эмпирическому закону распределения. Пусть в результате n измерений случайной величины получен ряд ее значений х₁ , х₂ , х₃ , …., х _n. При первичной обработке таких рядов их вначале группируют в интервалы и устанавливают для каждого из них частоты  и . По значениям х _i и  строят ступенчатую гистограмму частот и вычисляют характеристики эмпирической кривой распределения. Основными характеристиками эмпирического распределения являются:

среднеарифметическое значение:

дисперсия:

Значения этих величин соответствуют величинам  и теоретического распределения.

Уравнение  соответствует функции нормального распределения при m(x)0 (рис. 2, а). Если совместить ось ординат с точкой m, т.е. m(x)=0 (рис.2,б), и принять , то знаки нормального распределения описываются зависимостью:

Для оценки рассеяния обычно пользуются величиной . Чем меньше , тем меньше рассеяние, т.е. большинство наблюдений мало отличается друг от друга (рис.3). С увеличением  рассеяние возрастает, вероятность появления больших погрешностей увеличивается, а максимум кривой распределения (ордината), равная  уменьшается. Поэтому величину  при  или  называют мерой точности.

Таким образом, чем меньше , тем больше сходимость результатов измерений, а ряд измерений более точен, среднеквадратичное отклонение определяет закон распределения. Отклонения + и – соответствуют точкам перегиба кривой (заштрихованная площадь на рис. 3). В общем случае для предела  вероятность того, что событие х _i попадает в данный предел, вычисляется по распределению Лапласа:

При анализе многих случайных дискретных процессов пользуются распределением Пуассона. Так, вероятность появления числа событий х=1,2,3,… в единицу времени определяется законом Пуассона (рис.4) и подсчитывается по формуле:

Где х – число событийза данный отрезок времени t ;

– плотность, т.е. среднее число событий за единицу времени;

– число событий за время t , = m

Распределение Пуассона относят к редким событиям, т.е. р(х) – вероятность того, что событие в период какого-то испытания произойдет х раз при очень большом числе измерений m . Для закона Пуассона дисперсия равна математическому ожиданию числа наступления события за время t , т.е. 

Для исследования количественных характеристик некоторых процессов можно применять показательный закон распределения (рис. 5). Плотность вероятности показательного закона выражается зависимостью . Здесь плотность является величиной, обратной математическому ожиданию , кроме того .

В различных областях исследований широко применяется закон распределения Вейбулла (рис.6). , где n , – параметры закона; х – аргумент (чаще принимаемый как время).

Исследуя процессы, связанные с постепенным снижением параметров (ухудшением свойств материалов во времени, деградация конструкций, процессы старения, износовые отказы в машинах и др.), применяют закон – распределения (рис. 7). ; где – параметры. Если = 1,  – функция превращается в показательный закон.

При исследовании многих процессов, связанных с установлением расчетных характеристик, материалов и т.п., используют закон распределения Пирсона (рис.8), чаще всего представляемый в виде:

где а – максимальная ордината; d , b – соответственно расстояния от максимальной ординаты до центра распределения С и начала координат 0 .

Кроме приведенных выше применяют и другие виды распределений. В исследованиях часто возникает необходимость выявления факторов или их комбинаций, существенно влияющих на исследуемый процесс, так как при измерении какой-либо величины результаты обычно зависят от многих факторов. Практика показывает, что основными факторами, как правило, являются техническое состояние прибора и внимание оператора. Для установления основных факторов и их влияния на исследуемый процесс используется дисперсионный одно- и многофакторный анализ. Суть однофакторного дисперсионного анализа рассмотрим на примере. Пусть необходимо проверить степень точности группы m приборов и установить, являются ли их систематические ошибки одинаковыми, т.е. изучить влияние одного фактора – прибора на погрешность измерения. Каждым прибором выполнено n измерений одного и того же объекта, а всего nm измерений. Отдельное измерение х _ij , где i – номер прибора, имеющий значение от 1 до m ; j – номер выполненного на этом приборе измерения, изменяющийся от 1 до n . Дисперсионный анализ допускает, что отклонения подчиняются нормальному закону распределения, в соответствии с которым вычисляют для каждой серии измерений среднеарифметическое значение и среднюю из показаний первого прибора и т.д. для каждого из n_i измерений иm_i приборов.В результате расчетов устанавливают величину Q₁ , называемую суммой квадратов отклонений между измерениями серий:

Она показывает степень расхождения в систематических погрешностях всехm приборов, т.е. характеризует рассеивание исследуемого фактора между приборами.

Здесь -среднеарифметическое для n измерений;

 – среднеарифметическое для всех серий измерений, т.е. общее среднее значение.

Определяется также величина Q₂

где х _ij – отдельноеi -е измерение наj -ом приборе.

Величину Q₂ называют суммой квадратов отклонений внутри серии. Она характеризует остаточное рассеивание случайных погрешностей одного прибора.

При таком анализе допускается, что центры нормальных распределений случайных величин равны, в связи с чем все mn измерения можно рассматривать как выборку из одной и той же нормальной совокупности. Чтобы убедиться в возможности такого допущения, вычисляют критерий:

Числитель и знаменатель представляют собой дисперсию  для m и mn наблюдений. В зависимости от значений k ₁ = m -1 и k ₂ = m ( n -1) числа степеней свободы и вероятности р составлены табличные значения J _т .Если J ≤ J _т то считается, что в данном примере все приборы имеют одинаковые систематические ошибки.

Дисперсионный анализ является многофакторным, если он имеет два фактора и более. Суть его принципиально не отличается от однофакторного, но существенно увеличивается количество расчетов.

Методы теории вероятностей и математической статистики часто применяют в теории надежности, широко используемой в различных отраслях науки и техники. Под надежностью понимают свойство изделия (объекта) выполнять заданные функции (сохранять установленные эксплутационные показатели) в течение требуемого периода времени. В теории надежности отказы рассматривают как случайные события. Для количественного описания отказов применяются математические модели – функции распределения вероятностей интервалов времени.

Основной задачей теории надежности является прогнозирование (предсказание с той или иной вероятностью) различных показателей безотказной работы (долговечности, срока службы и т.д.), что связано с нахождением вероятностей.

Для исследования сложных процессов вероятностного характера применяют метод Монте-Карло, с помощью которого отыскивается наилучшее решение из множества рассматриваемых вариантов. Результаты решения метода позволяют установить эмпиричk