кпд что это в строительстве
О перспективах развития КПД
В советский период крупнопанельное домостроение было основным направлением жилищного строительства. По большому счету, его массовое распространение имело для градостроительной отрасли не меньшее значение, чем изобретение конвейера для промышленного производства.
Начало негативному отношению к КПД положили страны бывшего соцлагеря, отказавшиеся от данной технологии как от одного из проявлений “тоталитарного” режима. Индустриальное домостроение попало в русло протестных настроений с явно выраженным политическим оттенком.
Несмотря на то что появилось оно вообще-то во Франции и уже от нас начало обратное шествие на Запад.
Не заставил себя ждать отрицательный результат и в нашей республике. Его иллюстрируют следующие цифры: если в советские времена в Беларуси строилось порядка 3 млн м2 сборного жилья, то по состоянию на 1 января 2005 г. этот показатель составил всего 846 тыс. м2 (из них 400 тыс. м2 возведено ОАО МАПИД).
В то же время изучение современного зарубежного опыта, в частности Германии и России, дает основание утверждать, что “хоронить” идею полносборного домостроения не стоит. Сейчас оно начинает постепенно возвращаться и за рубежом. Первыми поняли, что зря закрыли заводы КПД, немцы и теперь потихоньку их реконструируют. Продолжают строиться крупнопанельные дома в Швейцарии, во Франции. Конечно, это жилье другого уровня, но по-прежнему с фиксированной планировкой. Но в Беларуси пошли дальше: используя индустриальный метод, мы стремимся открыть внутреннее пространство.
Солидарен в этом с нами и первый заместитель главного архитектора Москвы Ю.П. Григорьев:
— Сегодня крупнопанельное домостроение спасает положение прежде всего в решении задач массового жилого строительства, и будущее тоже за ним. Я совершенно убежден в полнейшей бессмыслице пророчеств по поводу отмирания такого домостроения. Просто его надо постоянно совершенствовать, идти вперед и поэтапно, оперативно переходить на сборно-монолитный вариант: часть заводского изготовления, часть на месте. Строителям это даст мобильность, а архитекторам — возможность пофантазировать, разнообразить городскую архитектурную среду. Небольшая модернизация массового индустриального строительства открывает огромные перспективы улучшения как планировок, так и внешнего вида жилья. Мало того, что мы сможем жить в комфортных, удобных квартирах, так и внешний вид домов будет соответствовать лучшим европейским образцам, не подавлять граждан, а, наоборот, достойно отражать лицо города, подчеркивать его индивидуальность, органично вписываться в окружающую природу. А чем больше город, тем больше в нем должно быть зелени, воды, ландшафтной архитектуры.
Архитектура — это идеология, а строительство — исполнение, реализация в натуре этой идеологии. К сожалению, инерция мышления прошлых лет в этом постулате еще сильна.
Привлекательность индустриального метода, как известно, заключается в быстроте возведения зданий и сравнительно низкой их стоимости. Но эти несомненные достоинства сопровождались рядом известных недостатков, вызывавших в свое время немало нареканий. С течением времени, однако, менялись не только представления об “идеальном” жилище, но и строительные технологии, и первые панели не идут ни в какое сравнение с современными конструкциями. Что касается потребительских качеств крупнопанельного жилья, то и они сейчас существенно выросли, приблизившись к каркасному домостроению, а порой и конкурируя с ним.
В Беларуси заявленные мощности заводов крупнопанельного домостроения составляют 1,5 млн м2, но используются не более чем на 50–60%. Кроме того, отсутствуют генеральные планы, предусматривающие размещение этих объектов. Имеют место и другие негативные факторы.
Однако без развития полносборного домостроения невозможно обеспечить выполнение жилищной программы. Напомним, что в 2006 г. намечено построить 4,2 млн м2 жилья, а в 2010 г. — 6,2 млн м2. Разработана комплексная программа развития строительной отрасли на предстоящее пятилетие, которая предусматривает качественное изменение белорусской стройиндустрии с упором на модернизацию и увеличение мощностей заводов крупнопанельного домостроения. Их необходимо реанимировать, поднять выпуск изделий до прежних объемов, изменив номенклатуру, чего требует переход на строительство жилья нового поколения.
Как уже упоминалось, одним из факторов снижения востребованности КПД был сравнительно низкий потребительский уровень жилья этого типа.
Его неконкурентоспособность еще ярче проявилась на фоне экспериментального строительства жилых домов на основе каркасных конструктивных систем, разрушивших сложившийся стереотип и продемонстрировавших возможность “гибкой планировки”, то есть проектирования и строительства квартиры “на заказ”. Тем не менее отрыв новых конструктивных систем по стоимости заставил опять повернуться к КПД. Но мы должны понимать, что нужно строить жилье нового поколения, адаптированное ко времени.
Специалисты НИПТИС предложили варианты перехода от стеновой системы крупнопанельного домостроения к полной каркасной, доказав, что КПД может конкурировать с каркасом на новых конструктивных решениях.
Следует отметить, что с начала поиска прогнозных вариантов, способных заменить “узкий шаг” (одной из причин неконкурентности КПД), пройден большой путь. Так, в 1996 г. по инициативе нашего института в ОАО МАПИД были изготовлены и в БНТУ испытаны две плиты перекрытия осевым размером 5,7 х 3,20 м. Изделия работают не по контуру, а оперты углами. Результаты показали жизнеспособность данной схемы. Она позволяет исключить внутренние стеновые панели и совершить переход на колонны. Это подтвердили и дальнейшие исследования, ставшие предпосылкой для начала разработки проектов на неполном каркасе.
Анализ номенклатуры изделий показал, что самым “больным” вопросом в КПД всегда являлась переоснастка. В советские годы каждый проект с измененной планировкой и новой архитектурой вызывал массу сомнений (насколько увеличится расход металла, каково в связи с этим будет удорожание и т.д.). В наши дни эта тема стала еще более актуальной: теперь каждый дом имеет свой состав квартир, индивидуальную программу для проектирования. Как известно, наиболее переоснащаемым элементом являются панели внутренних стен и перегородок, составляющие порядка 40% всей номенклатуры. Конечно, заводам каждый раз адаптировать свою серию крайне сложно, это требует больших капиталовложений. Возникают также дополнительные проблемы с комплектацией, складированием…
В связи с этим институтом решается, каким образом “вывести за скобки” данный изменяемый элемент, чтобы наиболее рационально использовать базу крупнопанельного домостроения с минимальными переделками.
Поиски осуществлялись в трех направлениях.
Первое — секция, построенная на неполном каркасе. Сохраняются крупнопанельная оболочка наружной стены с повышенными теплотехническими характеристиками, а также лестнично-лифтовые узлы. Из внутреннего пространства здания удаляются все стеновые панели, бывшие перегородочными и несущими. Вместо них появляется один или два ряда колонн, которые не мешают планировке. Плиты перекрытия, ранее опертые по контуру, опираются на одну сторону и две колонны или же на четыре колонны. В них меняется армирование, и они работают по другой схеме. Внутренние перегородки могут быть газосиликатные, гипсокартонные, какие угодно, но желательно легкие, чтобы не потребовался перерасход металла.
Эта система позволяет включать в общую или жилую площадь все пространство здания и дает возможность проектировать дома коммерческого типа с большим выходом квартир. У проектировщиков появляется свобода по созданию, например, 30-метровых комнат, эркеров, встроенных помещений различного назначения и т.д. Проведенные специалистами НИПТИС и БНТУ лабораторные и натурные испытания показали, что плиты с защемленными углами работают успешно. В реальной жизни два дома по этой схеме построены в Новополоцке.
Второе направление — продольные несущие стены. В наружной стеновой панели делается выступ, внутренняя стеновая панель — сборная. Первый такой объект построен в Уручье для военного кооператива. В развитие данной схемы была разработана “гребенчатая” панель с надетой на нее горизонтальной панелью с отверстиями. Дома с продольными несущими стенами позволяют предложить застройщикам по 5–6 вариантов планировки квартир. В народе они прослыли “чешскими” (один из устойчивых мифов) и, по данным УКС, продавались еще до начала строительства.
Следующим вариантом является каркас. Выражение “время — деньги” в наши дни перешло из философской категории в экономическую.
Ведь в строительной отрасли ущерб от потерянного времени хоть и не сразу бросается в глаза, но его последствия могут быть весьма ощутимыми. И это заставляет отдавать приоритет быстровозводимым зданиям, каковыми (наряду с панельными) являются дома из сборного каркаса. Однако традиционный вариант каркаса характеризуется рядом негативных моментов (большой номенклатурой плит перекрытия, значительным количеством металлических столиков, плохой работой на ветровые усилия, что требует постановки дополнительных диафрагм жесткости, и т.д.). В связи с этим предложен несколько иной вариант каркаса — продольный, предполагающий небольшую номенклатуру (ригель и колонны с воротником) и типовую пустотку. Наружные стены могут выполняться из мелких элементов или навесных трехслойных панелей (если мы хотим поставить дело на индустриальный поток).
В настоящее время в свете того “бума”, который переживает жилищное строительство, спросом пользуются все квартиры. Однако представления о том, каким должно быть комфортабельное жилье, меняются буквально на глазах. И если сегодня, например, 90-я серия идет “на ура”, то уже завтра потребитель будет требовать гибкие объемно-планировочные решения. Это, кстати, совсем не мешает работе зарубежных коллег. Например, в Финляндии заводы КПД выступают и как проектировщики, и как подрядчики, а при необходимости — и в качестве эксплуатирующей организации. Там заказчику сначала предлагают смоделировать на компьютере подходящий ему вариант квартиры, а потом обеспечивают выбранную планировку. “Начинка” дома, представляющего собой классическую продольную трехстенку, возможна любая. Жестко привязаны лишь санитарно-гигиенические узлы, кухонные блоки и лестничные клетки. Заинтересованность наших заводов в сохранении объемов также неизбежно приведет их к поискам “собственного лица” на рынке жилья.
Последующий этап развития КПД должен охватить такие архитектурные вопросы, как стыки панелей наружных стен, конструкция этих панелей с увеличенными характеристиками по тепловой защите зданий, а также инженерное оборудование жилых зданий, особенно энергосберегающие системы отопления и вентиляции.
Новые панели наружных стен и их стыки внедрены в ОАО “Гродножилстрой” около 10 лет назад. Это предприятие первым из домостроителей освоило технологии проектирования и возведения монолитных жилых зданий и монолитных фундаментных плит. Успешно работает в направлении модернизации крупнопанельного домостроения и ОАО МАПИД, которое внедрило гибкую планировку квартир и дает определяющие для жилищного строительства в Минске объемы. Заметно активизировали усилия домостроители Гомеля и Витебска.
Предстоящая модернизация КПД на современном этапе должна включить в себя достижения науки и опыт передовых предприятий индустриального домостроения.
Коэффициент полезного действия
Коэффициент полезного действия – величина, характеризующая совершенство любой системы по отношению к какому-либо протекающему в ней процессу превращения или передачи энергии, определяемая как отношение полезной работы, к работе, затраченной на приведение в действие.
[Словарь основных терминов, необходимых при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог.]
Рубрика термина: Общие термины
Полезное
Смотреть что такое «Коэффициент полезного действия» в других словарях:
коэффициент полезного действия — Отношение отдаваемой мощности к потребляемой активной мощности. [ОСТ 45.55 99] коэффициент полезного действия КПД Величина, характеризующая совершенство процессов превращения, преобразования или передачи энергии, являющаяся отношением полезной… … Справочник технического переводчика
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ — или коэффициент отдачи (Efficiency) характеристика качества работы любой машины или аппарата со стороны ее экономичности. Под К. П. Д. подразумевается отношение количества полученной от машины работы или энергии от аппарата к тому количеству… … Морской словарь
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ — (к.п.д.), показатель эффективности действия механизма, определяемый как отношение работы, совершаемой механизмом, к работе, затраченной на его функционирование. К.п.д. обычно выражают в процентах. Идеальный механизм должен был бы иметь к.п.д =… … Научно-технический энциклопедический словарь
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ — (кпд), числовая характеристика энергетической эффективности какого либо устройства или машины (в том числе тепловой машины). Кпд определяется отношением полезно использованной энергии (т.е. превращенной в работу) к суммарному количеству энергии,… … Современная энциклопедия
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ — (кпд) характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования энергии; определяется отношением полезно использованной энергии (превращенной в работу при циклическом процессе) к суммарному количеству энергии,… … Большой Энциклопедический словарь
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ — (кпд), характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением т) полезно использованной энергии (Wпол) к суммарному кол ву энергии (Wсум), полученному системой; h=Wпол… … Физическая энциклопедия
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ — (кпд) отношение полезно используемой энергии W п, напр. в виде работы, к общему кол ву энергии W, получаемой системой (машиной или двигателем), W п/W. Из за неизбежных потерь энергии на трение и др. неравновесные процессы для реальных систем… … Физическая энциклопедия
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ — отношение полезно затрачиваемой работы или получаемой энергии ко всей затраченной работе или соответственно потребляемой энергии. Напр., К. п. д. электродвигателя отношение механ. мощности, им отдаваемой, к подводимой к нему электр. мощности; К.… … Технический железнодорожный словарь
коэффициент полезного действия — сущ., кол во синонимов: 8 • кпд (4) • отдача (27) • плодотворность (10) • … Словарь синонимов
Коэффициент полезного действия — (кпд), числовая характеристика энергетической эффективности какого либо устройства или машины (в том числе тепловой машины). Кпд определяется отношением полезно использованной энергии (т.е. превращенной в работу) к суммарному количеству энергии,… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Коэффициент полезного действия (КПД)
КПД: понятие коэффициента полезного действия
Представьте, что вы пришли на работу в офис, выпили кофе, поболтали с коллегами, посмотрели в окно, пообедали, еще посмотрели в окно — вот и день прошел. Если вы не сделали ни одного дела по работе, то можно считать, что ваш коэффициент полезного действия равен нулю.
В обратной ситуации, когда вы сделали все запланированное — КПД равен 100%.
По сути, КПД — это процент полезной работы от работы затраченной.
Вычисляется по формуле:
Формула КПД
η = (Aполезная/Aзатраченная) * 100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Aполезная — полезная работа [Дж]
Aзатраченная — затраченная работа [Дж]
Есть такое философское эссе Альбера Камю «Миф о Сизифе». Оно основано на легенде о неком Сизифе, который был наказан за обман. Его приговорили после смерти вечно таскать огромный булыжник вверх на гору, откуда этот булыжник скатывался, после чего Сизиф тащил его обратно в гору. То есть он делал совершенно бесполезное дело с нулевым КПД. Есть даже выражение «Сизифов труд», которое описывает какое-либо бесполезное действие.
Давайте пофантазируем и представим, что Сизифа помиловали и камень с горы не скатился. Тогда, во-первых, Камю бы не написал об этом эссе, потому что никакого бесполезного труда не было. А во-вторых, КПД в таком случае был бы не нулевым.
Полезная работа в этом случае равна приобретенной булыжником потенциальной энергии. Потенциальная энергия прямо пропорционально зависит от высоты: чем выше расположено тело, тем больше его потенциальная энергия. То есть, чем выше Сизиф прикатил камень, тем больше потенциальная энергия, а значит и полезная работа.
Потенциальная энергия
Еп = mg
Еп — потенциальная энергия [Дж]
g — ускорение свободного падения [м/с^2]
На планете Земля g ≃ 9,8 м/с^2
Затраченная работа здесь — это механическая работа Сизифа. Механическая работа зависит от приложенной силы и пути, на протяжении которого эта сила была приложена.
Механическая работа
А = FS
A — механическая работа [Дж]
F — приложенная сила [Н]
И как же достоверно определить, какая работа полезная, а какая затраченная?
Все очень просто! Задаем два вопроса:
В примере выше процесс происходит ради того, чтобы тело поднялось на какую-то высоту, а значит — приобрело потенциальную энергию (для физики это синонимы). Происходит процесс за счет энергии, затраченной Сизифом — вот и затраченная работа.
КПД в механике
Главный секрет заключается в том, что эта формула подойдет для всех видов КПД.
η = (Aполезная/Aзатраченная) * 100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Aполезная — полезная работа [Дж]
Aзатраченная — затраченная работа [Дж]
Дальше мы просто заменяем полезную и затраченную работы на те величины, которые ими являются.
Давайте разберемся на примере задачи.
Задача
Чтобы вкатить санки массой 4 кг в горку длиной 12 метров, мальчик приложил силу в 15 Н. Высота горки равна 2 м. Найти КПД этого процесса. Ускорение свободного падения принять равным g ≃9,8 м/с^2
Запишем формулу КПД.
η = (Aполезная/Aзатраченная) * 100%
Теперь задаем два главных вопроса:
Ради чего все это затеяли?
Чтобы санки в горку поднять — то есть ради приобретения телом потенциальной энергии. Значит в данном процессе полезная работа равна потенциальной энергии санок.
Потенциальная энергия
Еп = mgh
Еп — потенциальная энергия [Дж]
g — ускорение свободного падения [м/с^2]
На планете Земля g ≃9,8 м/с^2
За счет чего процесс происходит?
За счет мальчика, он же тянет санки. Значит затраченная работа равна механической работе
Механическая работа
А = FS
A — механическая работа [Дж]
F — приложенная сила [Н]
Заменим формуле КПД полезную работу на потенциальную энергию, а затраченную — на механическую работу:
η = Eп/A * 100% = mgh/FS * 100%
η = 4*9,8*2/15*12 * 100% = 78,4/180 * 100% ≃ 43,6 %
Ответ: КПД процесса приблизительно равен 43,6 %
КПД в термодинамике
В термодинамике КПД — очень важная величина. Она полностью определяет эффективность такой штуки, как тепловая машина.
Схема теплового двигателя выглядит так:
У теплового двигателя обязательно есть нагреватель, который (не может быть!) нагревает рабочее тело, передавая ему количество теплоты Q1 или Qнагревателя (оба варианта верны, это зависит лишь от учебника, в котором вы нашли формулу).
Оставшееся количество теплоты Q2 или Qхолодильника отводится к холодильнику, после чего возвращается к нагревателю и процесс повторяется.
КПД такой тепловой машины будет равен:
КПД тепловой машины
η = (Aполезная/Qнагревателя) * 100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Aполезная — полезная работа (механическая) [Дж]
Qнагревателя — количество теплоты, полученное от нагревателя[Дж]
Если мы выразим полезную (механическую) работу через Qнагревателя и Qхолодильника, мы получим:
A = Qнагревателя — Qхолодильника.
Подставим в числитель и получим такой вариант формулы.
КПД тепловой машины
η = Qнагревателя — Qхолодильника/Qнагревателя * 100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Qнагревателя — количество теплоты, полученное от нагревателя[Дж]
Qхолодильника — количество теплоты, отданное холодильнику [Дж]
А возможно ли создать тепловую машину, которая будет работать только за счет охлаждения одного тела?
Точно нет! Если у нас не будет нагревателя, то просто нечего будет передавать на механическую работу. Любой такой процесс — когда энергия не приходит из ниоткуда — означал бы возможность существования вечного двигателя.
Поскольку свидетельств такого процесса в мире не существует, то мы можем сделать вывод: вечный двигатель невозможен. Это второе начало термодинамики.
Запишем его, чтобы не забыть:
Невозможно создать периодическую тепловую машину за счет охлаждения одного тела без изменений в других телах.
Задача
Найти КПД тепловой машины, если рабочее тело получило от нагревателя 20кДж, а отдало холодильнику 10 кДж.
Решение:
Возьмем формулу для расчета КПД:
η = Qнагревателя — Qхолодильника/Qнагревателя * 100%
η = 20 — 10/20 *100% = 50%
Ответ: КПД тепловой машины равен 50%
Идеальная тепловая машина: цикл Карно
Давайте еще чуть-чуть пофантазируем: какая она — идеальная тепловая машина. Кажется, что это та, у которой КПД равен 100%.
На самом деле понятие «идеальная тепловая машина» уже существует. Это тепловая машина, у которой в качестве рабочего тела взят идеальный газ. Такая тепловая машина работает по циклу Карно. Зависимость давления от объема в этом цикле выглядит следующим образом
А КПД для цикла Карно можно найти через температуры нагревателя и холодильника.
КПД цикла Карно
η = Tнагревателя — Tхолодильника /Tнагревателя *100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Tнагревателя — температура нагревателя[Дж]
Tхолодильника — температура холодильника [Дж]
КПД в электродинамике
Мы каждый день пользуемся различными электронными устройствами: от чайника до смартфона, от компьютера до робота-пылесоса — и у каждого устройства можно определить, насколько оно эффективно выполняет задачу, для которой оно предназначено, просто посчитав КПД.
η = Aполезная/Aзатраченная *100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Aполезная — полезная работа [Дж]
Aзатраченная — затраченная работа [Дж]
Для электрических цепей тоже есть нюансы. Давайте разбираться на примере задачи.
Задачка, чтобы разобраться
Найти КПД электрического чайника, если вода в нем приобрела 22176 Дж тепла за 2 минуты, напряжение в сети — 220 В, а сила тока в чайнике 1,4 А.
Решение:
Цель электрического чайника — вскипятить воду. То есть его полезная работа — это количество теплоты, которое пошло на нагревание воды. Оно нам известно, но формулу вспомнить все равно полезно 😉
Количество теплоты, затраченное на нагревание
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
Работает чайник, потому что в розетку подключен. Затраченная работа в данном случае — это работа электрического тока.
Работа электрического тока
A = (I^2)*Rt = (U^2)/R *t = UIt
A — работа электрического тока [Дж]
R — сопротивление [Ом]
То есть в данном случае формула КПД будет иметь вид:
η = Q/A *100% = Q/UIt *100%
Переводим минуты в секунды — 2 минуты = 120 секунд. Теперь намм известны все значения, поэтому подставим их:
η = 22176/220*1,4*120 *100% = 60%
Ответ: КПД чайника равен 60%.
Давайте выведем еще одну формулу для КПД, которая часто пригождается для электрических цепей, но применима ко всему. Для этого нужна формула работы через мощность:
Работа электрического тока
A — работа электрического тока [Дж]
Подставим эту формулу в числитель и в знаменатель, учитывая, что мощность разная — полезная и затраченная. Поскольку мы всегда говорим об одном процессе, то есть полезная и затраченная работа ограничены одним и тем же промежутком времени, можно сократить время и получить формулу КПД через мощность.
η = Pполезная/Pзатраченная *100%
η — коэффициент полезного действия [%]
Pполезная — полезная мощность [Дж]
Pзатраченная — затраченная мощность [Дж]