Первое в мире ПЕЧНОЕ и СТРОИТЕЛЬНОЕ мобильное |
Динамично Направляемый Код Печи (ДНКП)
или автоматизированный расчет и проектирование бытовых печей и каминов
вместо пролога
Многие подходы и методы, применяемые печниками прошлого века в современном мире новых технологий, обречены на вымирание. Многие, но, конечно, не все! Никакой компьютер не заменит мастерства печника. Ну, разве что появится робот, который научится кладке?! Не представляю себе пока это. Но, хотя стоп…что-то в этом есть. Вот на вопрос, который я задаю часто слушателям печных курсов: что сложнее, спроектировать печь или ее сложить, я получал всегда один ответ- Проектировать однозначно сложнее! Квалификации здесь больше требуется.
Хорошо, тогда другой вопрос: а если мы найдем способ автоматизировать вот эту самую сложную часть работы печника, то есть научим компьютер проектировать любую печь, да по кирпичику с парядовой кладкой, то, что мешает сделать нам и следующий шаг? Коль машина соображает, что нужно делать, пусть она и кирпич кладет ?. Ведь знает она координаты – КУДА. Научи тогда ее КАК один кирпич положить,- остальные она сама сложит куда надо!!
- А что разве уже удалось научить машину рисовать печи по кирпичику?
- Да, именно это я и хочу сказать!
-???
Пора бы и нам в тему немного войти.
Актуальность темы
Строительство печей и каминов сегодня еще актуальнее, чем вчера. А строительство хороших печей и каминов, актуально вдвойне. Под хорошей современной печью специалист имеет ввиду такую печь, в которой:Это можно назвать «идеальной печью». Так как заказчики все разные, теплопотери, планировка и дизайн помещений многообразны, то одинаковых «идеальных» решений практически не бывает для разных, пусть и схожих, случаев. Кроме того, современное развитие в строительстве печей предполагает появление на рынке новых материалов, в частности, шамотных блоков, на которые перешли печники в Германии, или талькомагнезитные и талькохлоридные блоки, размеры которых не вписываются в стандартные размеры. Появляющиеся на рынке некоторые новые материалы и кирпичами-то назвать нельзя, так как они не имеют печной вязки, то есть их размеры не удовлетворяют формуле вязки: L=2*D+Sh,
где: L - длина кирпича, D – ширина кирпича, Sh – заводской шов на кладке.
Новые, пусть даже очень качественные материалы не смогут прижиться на рынке, если не будет спроса. А спрос упирается в традиции, привычки, так же, как и в отсутствие готового проекта. Да и зачем эти новшества, если и без того все хорошо? Давно известно, что злейший враг лучшего – это хорошее. И если мы хотим достичь настоящего прогресса в печном строительстве, вот это «хорошее» нужно отбросить во имя лучшего. Сегодня на первом плане совершенствования печной отрасли оказывается точный расчет и конструирование печи для самого общего случая с изменяемым размером кирпича и для произвольного технического задания.
- А что это изменит в современной картине, ведь и сейчас как-то печи проектируются? Чего мы, собственно, достигнем?
Здесь нужно сказать немного о современной практике в печестроении. Точное проектирование печи, на самом деле, сложнее, чем кладка печи и времени занимает не меньше, а квалификации для этого требуется больше, значит и цена вопроса высока и сравнима со стоимостью самой кладки, - что очень хорошо любой печник понимает. Это приводит к тому, что точным проектированием сегодня часто пренебрегают, заменяя проектом на-глазок, или вообще игнорируют его. Бытовые печи, в таком случае, делаются серийные, возможно, с небольшими дизайнерскими отклонениями. Чаще всего, получается некий продукт, не соответствующий теплопотерям и планировке помещения, или, если еще хуже, агрегат по переводу дров на ветер. Автоматизировать процесс расчета и прорисовки деталей проекта бытовой печи по любому техническому заданию, это значит, резко поднять качество и резко сократить время печных работ.
Вот почему сегодня есть крайняя необходимость предельно автоматизировать процесс расчета и прорисовки деталей проекта бытовой печи по любому техническому заданию.
Предмет исследования
Как упростить и качественно обогатить работу печника в современных условияхЦель работы
Предельно автоматизировать процесс расчета и прорисовки деталей проекта бытовой печи с полной раскладкой по каждому ряду, видами и разрезами, расчетом всех материалов, расчетом бюджета и т.д. для любого наперед заданного технического задания.Научная новизна
В мировой практике пока нет аналогов подобной работе – до недавнего времени это считалось недостижимым. Альтшуллер, однако, в ТРИЗ предсказывал такую возможность в далеком будущем для общего случая развития методов решения изобретательских задач.Практическая значимость работы
Использование автоматизированного расчета и проектирование печей позволит:Апробация работы
Работа получила высокую оценку гильдии печников С-Петербурга, гильдии печников Карелии, представлялась с успехом на Калеватовских чтениях в С-Петербурге, на съезде-семинаре печников России в Петрозаводске. По этой работе 2 года проводятся обучающие семинары в печном центре КАМИ - раз в каждые два месяца.Три года работает on-line сервис по расчету и проектированию печей отопительных, банных, отопительно-варочных
http://stoveweb.com/
Введение
Постановка задачи по автоматизации процесса проектирования печей предполагает наличие математического описания для каждого моделируемого объекта. Другими словами, каждой печи должен отвечать один обобщенный код – назовем его Динамично Направляемый Код Печи (ДНКП). Наподобие того, как молекула ДНК определяет структуру клетки, ДНКП определяет полностью тип, вид, модификацию, симметрию, функциональность, размеры, материалы, дизайн печи– всю информацию об устройстве печи. Для начала, потребуется проанализировать известные печные конструкции и описать их с предельно обобщенными параметрами. Для параметров в горизонтальном разрезе это:Для параметров в вертикальном разрезе это, в частности, наличие или отсутствие той или иной камеры, в зависимости от:
Вот эти все, перечисленные выше параметры и не только они, должны стать основой ДНКП. Изменяется один параметр – изменяется вся структура печи.
Многообразие печных конструкций обуславливает сложность этой работы.
В данной работе, мы разделим печные конструкции по функциональности:
В этой очередности и осуществляется математическое описание и выстраивание ДНКП.
Вариации внутреннего кроя печи и требуемые расчеты
1. Расчет линейных размеров печи
Линейные размеры отопительной печи (1,2,4) необходимо поставить в соответствие с теплопотерями помещения, которые можно оценить, например, методом А.Е. Школьника (см сноску 2). Однако, из известных способов расчета, удобного метода, применимого в автоматизированном проектировании найдено не было. В работе программы ДНКП для этой цели использованы практические табличные данные (см сноску 3), по которым была аппроксимирована непрерывная функциональная зависимость (разложение в ряд Тейлора). Приведем здесь окончательную формулу в приближении до 6 степени включительно
Вышеприведенная формула связывает теплопотери помещения с его площадью и утепленностью помещения. Подобная функция наиболее практична в использовании, так как дает непрерывный спектр значений в широких пределах и легко интегрируется в любой автоматизированный расчет.
Предпосылкой для расчета размера банной печи служит классическое представление о процессе теплообмена в русской бане, а именно: парное отделение должно нагреваться преимущественно паром, а не излучением через стенки печи. В этом приближении, достаточно рассчитать объем камней, требуемый для нагрева парной, откуда определится объем каменки и объем топливника.
Для расчета размеров мангала и открытого камина бездымность работы прибора является первоочередной. Поэтому здесь достаточно правильно рассчитать величину портала, которая, в свою очередь, точно определит внешние размеры печи данного типа.
В упрощенном виде, под площадью поверхности печных приборов, которая участвует в теплообмене, понимается произведение периметра печи на высоту печи (но не более 2.2 м) и при этом пренебрегается излучением от перекрыши печи (см сноску 1). Тогда это допущение, даст нам связку между периметром печи и тепловой потребностью данного помещения.
При зафиксированном размере периметра у нас получается непрерывный ряд значений размеров–аналогов ширины и длины печи, которые будут обеспечивать тепловой баланс в данном помещении. Для случаев, когда требуется привести линейный размер к кратности кирпича, этот ряд будет дискретным, с шагом в пол кирпича.
2. Расчет сечения трубы
Для печей закрытых, то есть печей обеспеченных плотными дверками во всех тех объемах, где протекают углеродсодержащие газы (случаи 1,2,3,4), сечение трубы прямо пропорционально мощности топливника и обратно пропорционально корню квадратному из высоты трубы. При этом коэффициент пропорциональности – величина, зависящая от вида топлива.
Эта взаимосвязь хорошо обеспечивает скорость выходящих газов из трубы в пределах 1-4 м/с.
3. расчет сечения трубы для мангала (5) и открытого камина(6)
Для открытых каминов и мангалов, воспользуемся надежной практической оценкой:Str =0.1*Sport
где Str – площадь трубы
Sport- площадь портала
4. Вариации по взаимному расположению топки, конвективных каналов, функциональных дверок и дополнительной печной арматуры и трубы для печи отопительной , печи отопительно-варочные с хлебной камерой и печи банной
Для печей этого типа характерно наличие:топочной камеры и камеры дожига (для сжигания топлива),
конвективных каналов (для аккумуляции тепла),
и трубы (для отвода сгоревших газов)
Учитывая, что тепло в современных печах конструкторы оправданно стремятся прижать как можно ближе к полу, каналы конвективной системы (КС) желательно вести от самого фундамента и заканчиваются они на уровне перекрытия камеры дожига. Вот почему во всех разрезах надо учитывать не только размер топки, но и размер конвективных каналов, и размер трубы.
Когда определилась площадь печи и выбран размер-аналог, становится вопрос о внутреннем крое печи с учетом вышеизложенного замечания.
Какие здесь появляются варианты?
Рассмотрим для определенности отопительную печь размером 90 х 142.
Здесь ниже показаны основные разрезы для реальных, работающих печных конструкций– оранжевый цвет для внешнего кирпича, желтый – для внутреннего огнеупорного кирпича
Варианты взаимного расположения частей для топки справа :
Варианты взаимного расположения частей для топки слева :
Варианты взаимного расположения частей для топки по-центру
Итого – 11 основных вариантов расположения.
К 11 основным вариантам расположения основных частей еще добавляются варианты расположения функциональных камер для случаев банной печи и печи отопительно-варочной с хлебной камерой.
Всего 27 вариантов.
Далее, к 27 вариантам добавляются 20 вариантов расположения встроенных баков или теплообменников, которые могут размещаться в конвективных каналах ( 12, 13, 14). Синим цветом обозначены три варианта расположения теплообменника для одного случая короткой право-симметричной топки с трубой стыла
5. Вариации по взаимному расположению топки, щитка, дополнительной печной арматуры и трубы для печи щитковой отопительной с варочной плитой
Для любого реального, наперед заданного значения размера варочной плиты можно сделать минимум 4 кроя печи, ( варианты 1-4) . Серым цветом показана плита и дверки.
А для размеров плиты и духовки, которые удовлетворяют условию сочетаемости по размеру (то есть когда можно вместить в печной объем духовой шкаф), еще возможно по два варианта расположения духовки на каждый случай ( варианты 5-12)
И еще есть по одному варианту на каждый случай для расположения теплообменных элементов ( варианты 13,14)
6. Вариации в вертикальном разрезе для печи отопительной, печи отопительно-варочные с хлебной камерой и печи банной
Основной химический процесс при горении – это окислительная реакцияС+О2=СО2+393,51кДж
Стехиометрический состав горючей смеси по данной реакции для дров, например, такой: на 1 кг дров – 6м3 воздуха. Но для того, чтоб данная реакция прошла полностью в реальных печах современного образца, объем необходимого воздуха умножается на коэффициент избытка воздуха , значение которого от 1.5 до 2. То есть, если у нас есть реальная топка со стандартной подачей воздуха, в которой сжигается, например, 10 кг дров, то процесс горения задействует 150-200 м3 воздуха.
В современных домах, где нет неплотностей в ограждении, воздуху для горения взяться просто неоткуда, если не предусмотрена подача с улицы. В старых домах этой проблемы не было, так как подсосов воздуха и неплотностей наблюдалось много и в полу и в окнах.
ДНКП учитывает способ забора воздуха и, оставляет выбор заказчику между классической старой привычной подачей комнатного воздуха и современной подачей его с улицы, а можно и оба способа одновременно.
Кроме того сегодня широко обсуждается и конструкция пода. Есть плюс в старой колосниковой решетке (легче чистить в условиях производства), но еще больше плюсов в печах подовых с верхним горением. Не останавливаясь подробно на этой теме, просто учтем обе возможности в ДНКП.
Печи данного типа могут быть выполнены с классическим колосником или на глухом поде, с тремя способами подачи воздуха в каждом из вариантов.
Печь с колосником и подачей воздуха из комнаты (смотри вариант 1)
Печь с «глухим подом», подача воздуха из комнаты и с улицы ( вариант 2)
Печь с «глухим подом», подача воздуха с улицы ( вариант 3)
Внутренние размеры камер по высоте тоже должно менять в зависимости от вида топлива, так как у дров, газа, угля и антрацита разные высоты пламени.
Замечание
Внутренний крой печи, ее начинка, в первую очередь зависит от внутреннего размера топочного пространства, которое точно определит размер пропускного сечения трубы и размер каналов конвективной системы. Нетривиальность этой оценки заключается в том, что оба неизвестных, но взаимосвязанных размера трубы и топки должны вписываться в габариты, выбранные в техническом задании (ТЗ). На сегодня эта задача легко решается последовательным приближением.- Вначале предполагаем минимальный размер трубы (нулевое приближение),
- и, исходя из определенного в ТЗ кроя печи, рассчитывается мощность топки в нулевом приближении.
-Затем по мощности топки (в нулевом приближении), определяется точный размер сечения трубы.
-И, наконец, окончательно уточняется размер топки, а следовательно и мощность ее, но исходя уже из того пространства, которое осталось после прорисовки трубы и конвекционных каналов, присущих ТЗ.
Программирование ДНКП
Программа ДНКП представлялась автору программой общедоступной, с одной стороны, и легко обновляемой – с другой. Это определило ДНКП как on-line программу. Языки: JS, PHP.Последовательность работы программы ДНКП - это 5 шагов:
Немного по каждому пункту.
1 шаг.
На стадии заполнения заказчиком таблицы ТЗ в меню программы, при помощи методов HTML5 –canvas рисуется эскиз. Предварительный математический расчет делается на языке JS.
Меню в программе это техническое задание, можно сказать, опрос заказчика на предмет будущей печи.
Здесь методом POST –запроса передается в основную программу более 60 параметров, определяющих ТЗ:
2 шаг.
Основная работа программы делается на языке PHP на стороне сервера. Это шаги 2-5. На втором шаге происходит анализ данных из меню, полученных POST –запросом.Специальная функция проверяет каждый параметр на предмет состоятельности (нижний и верхний предел, работоспособность) и приводит его в соответствие с общим ТЗ.
Далее делается расчет по дополнительным характеристикам. Здесь рассчитывается:
3 шаг
Создание файла массивов.В массивах определяются:
На сегодня всего один файл массивов описал печи отопительные, отопительно-варочные с хлебной камерой и банные печи любого внутреннего кроя с основной геометрией в виде параллелепипеда. В настоящее время на сервисе ВебПечник http://stoveweb.com/ проводится работа по созданию файла массивов (или просто – «матрицы»), для печей щитковых с варочной плитой. Следующий файл массивов предполагается сделать для мангалов и открытых каминов. Можно, аналогично, написать матрицу и для сложных комбинаций двух – трех и более печей, как и вообще для любой печи, какую можно прорисовать обычными средствами.
4шаг
Подключается библиотека GD, создается поле для прорисовки проекта.Поле делится на ячейки:
Специальная библиотечная функция ДНКП пробегает по всем матрицам из файла массивов и считывает содержимое, соответствующее текущей высоте и прорисовывает каждый кирпич в плане, ряд за рядом, а также, одновременно, прорисовывает этот кирпич на соответствующем виде и разрезе. Наносится размер кирпича (если он не стандартен), и его маркер, и учитывает этот нарисованный кирпич в счетчике списка материалов, а если размер этот отличается от целого, то еще и вносит в проекте соответствующую запись.
Когда прорисованы и сосчитаны все кирпичи, рассчитываются объемы кладочных смесей, рассчитывается бюджет
5 шаг
Если изображение в формате PNG , то оно просто выводится на экран. Если в виде PDF, то изображение PNG нарезается по ячейкам на фрагменты, которые затем выводятся на каждую страницу электронной книги PDF , как изображенияОбсуждение результатов
Окончательная работа известна сегодня по двум сервисам:ВебПечник ДНКП - http://stoveweb.com/,
Печестроитель ДНКП - http://dnkpechi.ru/
Последние обновления касаются в первую очередь сервиса ВебПечник http://stoveweb.com/, как наиболее гибкого. Сегодня программа ДНКП прорисовывает миллионы проектов печей для произвольного размера как внешнего, так и внутреннего кирпича (хоть блоками), с произвольной симметрией всех ее частей, произвольной подачей воздуха и видом топливника, дизайном, карнизами, скамейками, лежанками, и прочее. Можно выбрать и тип бытовой печи из современных лучших образцов: печи противотока или печи колпаковой.
Размер печи приводится в соответствие с теплопотерями помещения, которые программа ДНКП тоже рассчитывает.
Серийные печи - это когда на тысячи клиентов (и разных условий теплотехнических) одна печь. В случае ДНКП наоборот: на один случай теплопотерь – тысячи вариантов (если учесть возможность изменять размеры кирпича, то до бесконечности). Программа имеет возможность прорисовать:
Эта работа осуществляется в рамках теплопотерь заданного помещения и на произвольно заданных размерах кирпича и шва (как для внешнего, так и для внутреннего контура). Программа ДНКП позволяет за считанные секунды получить проект печи согласно ТЗ с полным расчетом печи и всех ее узлов, детальным списком всех материалов, бюджетом печи, списком неполномерных кирпичей.
Создана методика и библиотечные функции, которые легко позволяют добавить в программу ДНКП печь, если известен ее внутренний крой, то есть любую известную печь.
Итоги
В результате проделанной работы мы получили метод и программу для точного расчета и прорисовки, любой бытовой печи, по любому техническому заданию, для любого размера кирпича, если известна внутренняя структура печи. Программа ДНКП предельно упростит работу современного мастера-печника, а, также явится помощником и средством обучения начинающему печнику и печнику-любителю. Принципиально, программа ДНКП может в ближайшем будущем взять на себя всю основную работу по проектированию и расчету бытовых печей и каминов повсеместно.Действие программы можно сегодня увидеть по адресу: http://stoveweb.com/
В данный момент добавляются в программу кухонные плиты со щитками (пишется матрица) и в ближайшее время открытые камины и мангалы (меню + матрица).
Список литературных источников
1. О прогнозировании развития ТС/ Г.С. Альтшуллер. - Баку, 19752. Печное отопление малоэтажных зданий/ А.Е. Школьник.- Высшая школа, 1991,
3. Стандарт предприятия СТП 45.25.ООО http://kamicenter.ru/articles/docs/standart.pdf Назад
все материалы сайта являются авторскими, при перепечатке ссылка
на первоисточник http://stoveweb.com/ обязательна . С ув. Андрей Захарченко
+79210187073 ,
berejki@gmail.com
навигация поиском
+79210187073 , berejki@gmail.com