Вентшахта в частном доме: Кладка вентиляционных каналов в доме из газобетона, пенобетона и кирпича

Кладка вентиляционных каналов в доме из газобетона, пенобетона и кирпича

Главным элементом системы естественного проветривания жилья являются общедомовые каналы вентиляции, через которые осуществляется вывод застоявшегося и загрязнённого воздуха за пределы помещений. В многоквартирных домах вентканалы обязательно сооружаются ещё при строительстве дома, они проводятся от подвала к крыше здания и имеют выход во все квартиры.

При строительстве частных домов прокладке вентиляционных каналов зачастую уделяется мало внимания. На системе воздухообмена экономят, заменяют её трубами и отводят недостаточно места в стене для прокладывания каналов вентиляции. Это приводит к застою воздуха и может быть небезопасным при использовании газовых котлов отопления.

В этом материале мы расскажем, как сделать вентиляцию в частных домах из кирпича, пеноблоков и газобетона своими руками.

Канал естественной вентиляции в частном доме: правила размещения

Вентиляционные каналы представляют собой вытяжку естественной системы проветривания. Приток воздуха в ней осуществляется через неплотности окон и дверей, а также с помощью специальных каналов в стенах. Воздух с улицы проходит через все комнаты и выводится в общедомовой вентканал, который имеет ответвления по всему дому.

В частном доме из кирпича или газобетона кладка вентиляционных каналов должна быть предусмотрена для следующих комнат:

• санузел;
• ванная или душевая комната;
• кухня;
• гараж;
• погреб;
• котельная.

Именно в этих помещениях отмечается большое содержание влаги, тепла и различных загрязнений в воздухе. В целях безопасности, особое внимание следует уделить вентиляции котельной и прилегающих к ней комнат – в этом месте происходит накопление газа.

Воздуховоды в кирпичном доме

Кладка вентиляционных каналов из кирпича – наиболее распространённый способ организации воздухообмена в частных домах. Кирпич не разрушается под воздействием горячего воздуха, на его стенках не образуются загрязнения и не оседает влага, поэтому материал часто применяется для организации дымоходов и воздуховодов.

Вентканал представляет собой прочную вертикальную конструкцию, выходящую на отметку выше кровли. Важно организовать в шахте постоянное движение воздушных масс, для этого следует избегать поворотов и неровностей внутри воздуховода.

Кирпич для вентканалов устойчив к воздействию влаги и горячего воздуха. В качестве скрепляющего раствора используется смесь песка и цемента, разведённая водой.

Размеры составляют, как правило, 12×15 см, для кирпичных конструкций — 12×25 см. Толщина стенок не должна быть меньше 10 см. Поскольку вентшахта из кирпича имеет большой вес и создаёт сильную нагрузку, его устанавливают непосредственно на фундамент здания.

Этапы работ по кладке кирпичной вентиляции

Процесс работы по установке кирпичной кладки своими руками происходит с применением шаблона, который можно изготовить из фанеры или листа ДСП. Эта деталь имеет квадратную или прямоугольную форму, в зависимости от формы сечения будущего воздуховода. Длина шаблона составляет 8–10 кирпичей в толщину.

Кладка вентканалов из кирпича производится от угла стены. Первый воздуховод создаётся после того, как уложены 2 слоя кирпича. Чтобы ориентироваться на шаблон во время работы, его нужно установить по вертикали при помощи отвеса. Между двумя каналами следует оставлять расстояние шириной в один кирпич.

Кирпичи нужно монтировать впритык, а излишки раствора снимать с помощью шпателя. Ряды укладываются с небольшим сдвигом относительно предыдущего ряда. После выкладывания 5–7 рядов кирпичей, необходимо переносить фанерный шаблон.
Если рядом с вентканалом расположен дымоход, между ними должна быть сплошная кладка из кирпича толщиной от 40 см. Это позволит избежать смешения воздушных потоков и попадания продуктов горения в систему вентиляции.

Вентиляционная шахта в домах из газобетона и пенобетона

Вентиляция в доме из газобетона имеет свои особенности организации. Газобетон является неподходящим материалом для строительства шахты – он впитывает влагу, газы, подвержен воздействию высоких температур. Поэтому в домах из газобетона следует использовать другие материалы и приспособления для организации воздуховодов:

• выкладывание канала и прилегающих стен из кирпича;
• обкладка шахты устойчивыми трубами из металла, асбеста, пластика;
• установка оцинкованного короба, обшитого блоками газобетона.

Вентканалы из кирпича в таких постройках сооружаются по тем же правилам, что и для кирпичных построек, однако здесь нужно уделить особое внимание устойчивости конструкции. Для надёжности, необходимо обложить прилегающие к шахте стены кирпичом, чтобы создать опору.

Устройство вентканала в газобетонной стене может быть произведено методом гильзования. Он заключается в закреплении отвода в нижнем блоке и разводки системы от этого канала. Для стыковки воздуховоды устанавливают в отверстия газобетонных блоков. Каналы можно изготовить из пластика, асбестоцемента или оцинкованной стали. Его также рекомендуется утеплить в верхней части, выходящей на крышу дома.

В некоторых случаях используется и другой способ изготовления воздуховодов своими руками. При этом система состоит из каналов, проложенных под потолком комнат, которые сливаются в одну шахту под крышей дома, где происходит вывод застоявшегося воздуха. Строительство такой конструкции обходится дешевле, однако она менее эффективна за счёт горизонтального направления каналов и низкой пропускной способности. Кроме того, такая схема неприменима для двух или трёхэтажных частных построек.

В частном доме из пеноблоков при установке вентканалов используются те же правила, что и в постройках из газобетона. Это связано с тем, что пеноблоки очень неустойчивы к воздействию влаги и понижению температуры. Для монтажа воздуховодов в таких домах используются трубы из ПВХ, асбестоцемента и металла, а также кирпичные конструкции.

Требования к организации вентиляционных каналов и параметры шахты

Для эффективной и безопасной работы, вентканалы в кирпичной и газобетонной кладке должны отвечать следующим требованиям:

• При выводе шахты над крышей рядом с коньком, вытяжное отверстие вентиляции должно находиться на полметра выше уровня конька.
• Если отверстие вытяжки располагается в 2–3 метрах от конька, оно может находиться с ним на одном уровне.
• Когда расстояние до конька превышает 3 метра, устье должно находиться под углом 10° относительно горизонта и с вершиной на коньке крыши.

Технические требования предполагают обязательную организацию вентиляционных каналов в тех комнатах, где нет окон (ванные комнаты, туалеты, котельные). А также рекомендуется установить вытяжку на кухню во избежание скопления пара и дыма в воздухе.

Вентканалы могут эффективно работать при температуре воздуха от +12 °C на улице и +20 °C внутри дома. При охлаждении конструкции, процесс проветривания и выведения воздуха замедляется, поэтому следует утеплять те части шахты, которые выводятся на улицу (трубы на кровле).

Сечение шахты должно быть одинаковым по всей его длине для улучшения тяги внутри конструкции. При сооружении вентканала для блоков следует избегать изгибов, угол наклона трубы не должен превышать 30° относительно стен. Если шахта сделана из кирпича, он должен быть уложен максимально ровно, а швы между рядами сглажены.

Вентиляционная шахта в домах из газобетона и пенобетона

Вентиляция в доме из газобетона имеет свои особенности организации. Газобетон является неподходящим материалом для строительства шахты – он впитывает влагу, газы, подвержен воздействию высоких температур. Поэтому в домах из газобетона следует использовать другие материалы и приспособления для организации воздуховодов:

• выкладывание канала и прилегающих стен из кирпича;
• обкладка шахты устойчивыми трубами из металла, асбеста, пластика;
• установка оцинкованного короба, обшитого блоками газобетона.

Вентканалы из кирпича в таких постройках сооружаются по тем же правилам, что и для кирпичных построек, однако здесь нужно уделить особое внимание устойчивости конструкции. Для надёжности, необходимо обложить прилегающие к шахте стены кирпичом, чтобы создать опору.

Устройство вентканала в газобетонной стене может быть произведено методом гильзования. Он заключается в закреплении отвода в нижнем блоке и разводки системы от этого канала. Для стыковки воздуховоды устанавливают в отверстия газобетонных блоков. Каналы можно изготовить из пластика, асбестоцемента или оцинкованной стали. Его также рекомендуется утеплить в верхней части, выходящей на крышу дома.

В некоторых случаях используется и другой способ изготовления воздуховодов своими руками. При этом система состоит из каналов, проложенных под потолком комнат, которые сливаются в одну шахту под крышей дома, где происходит вывод застоявшегося воздуха. Строительство такой конструкции обходится дешевле, однако она менее эффективна за счёт горизонтального направления каналов и низкой пропускной способности. Кроме того, такая схема неприменима для двух или трёхэтажных частных построек.

В частном доме из пеноблоков при установке вентканалов используются те же правила, что и в постройках из газобетона. Это связано с тем, что пеноблоки очень неустойчивы к воздействию влаги и понижению температуры. Для монтажа воздуховодов в таких домах используются трубы из ПВХ, асбестоцемента и металла, а также кирпичные конструкции.

Требования к организации вентиляционных каналов и параметры шахты

Для эффективной и безопасной работы, вентканалы в кирпичной и газобетонной кладке должны отвечать следующим требованиям:

• При выводе шахты над крышей рядом с коньком, вытяжное отверстие вентиляции должно находиться на полметра выше уровня конька.
• Если отверстие вытяжки располагается в 2–3 метрах от конька, оно может находиться с ним на одном уровне.
• Когда расстояние до конька превышает 3 метра, устье должно находиться под углом 10° относительно горизонта и с вершиной на коньке крыши.

Технические требования предполагают обязательную организацию вентиляционных каналов в тех комнатах, где нет окон (ванные комнаты, туалеты, котельные). А также рекомендуется установить вытяжку на кухню во избежание скопления пара и дыма в воздухе.

Вентканалы могут эффективно работать при температуре воздуха от +12 °C на улице и +20 °C внутри дома. При охлаждении конструкции, процесс проветривания и выведения воздуха замедляется, поэтому следует утеплять те части шахты, которые выводятся на улицу (трубы на кровле).

Сечение шахты должно быть одинаковым по всей его длине для улучшения тяги внутри конструкции. При сооружении вентканала для блоков следует избегать изгибов, угол наклона трубы не должен превышать 30° относительно стен. Если шахта сделана из кирпича, он должен быть уложен максимально ровно, а швы между рядами сглажены.

Вентиляционная шахта дома — особенности и виды устройства

Для обеспечения циркуляции воздушных потоков в помещениях используют вентиляционные шахты. Данное устройство позволяет создать подходящий климат для комфортного проживания и обезопасить от скопления газов.

Вентиляционные каналы должны находиться обязательно

Вентиляцию необходимо закладывать во время строительства дома, независимо многоэтажного или частного. Система воздушных каналов паутиной охватывает здания, допуская поступление свежего воздуха. Существует ряд мест, в которых они должны находиться обязательно:

1. Санитарный узел
2. Котельная
3. Кухня: 2 вентиляционных канала — один для вытяжки, второй — работающий постоянно
4. Гараж
5. Хозяйственные комнаты без окон
6. Подвальные помещения
7. Чердак, если нет слуховых окон
8. Погреб

С какими проблемами сталкиваются при отсутствии вентиляции:

• Эффект «плачущих окон»
• Плесень в местах скопления влаги
• Застой запаха, чада, газов на кухне и санузлах
• Сложности с газовыми службами
• Не создается правильный микроклимат

Виды устройства вентиляции

В зависимости от построения, системы вентилирования разделяют:

• Естественная — Приток и отвод воздуха обеспечивается разными показателями давления в помещении и за его пределами
• Искусственная — Основана на работе механизмов, которые создают принудительное перемещение воздушных масс
• Смешанная — Функционирует как с помощью механизмов, так и возможен естественный воздухообмен

Каждая система подбирается индивидуально, в зависимости от проекта и помещения, в котором планируется эксплуатация. Обязательной составляющей является вентиляционная шахта.

Устройство вентиляционной шахты

Форма сечения канала шахты бывает квадратной, прямоугольной или цилиндрической структуры. Наиболее часто встречающиеся материалы, из которых монтируют вентканалы — это сталь и термоустойчивые полимеры. Классикой считаются воздушные шахты из кирпича. Одним из требований, предъявляемых к вентиляции, является огнестойкость системы. Составные должны удобно крепиться, обладать герметичностью и не создавать шумов при образовании вихревых потоков.

Устройство состоит из следующих частей:

• Центральная шахта, через которую вытягиваемый воздух поднимается вверх и выводится наружу
• Вентканалы-спутники. По ним воздух попадает в центральную шахту. Устройство предотвращает попадание удаляемого воздуха в смежные комнаты или помещения
• Вытяжное отверстие. Находится непосредственно в помещении, сквозь них, с помощью тяги, воздушные потоки устремляются в вентиляционные каналы

Длину центрального вентиляционного канала шахты рассчитывают исходя из конструктивных особенностей: количество этажей, высота чердака и вытяжной трубы на крыше. Если необходима большая продуктивность, на практике увеличивают размер сечения или длину канала.

Во избежания попадания влаги, осадков, загрязнений в вентиляционную шахту, конструкцию сверху закрывают зонтиком или оснащают дефлектором.

Особенности вентиляционных шахт для частного дома

Полноценная система вентилирования должна обладать двумя устройствами: одно для притока свежего воздухи, второе – для удаления отработанного. В частных домах широкое распространение обрела естественная вентиляция, при которой чистый воздух попадает, просачиваясь через окна, двери, поры в конструкции здания. Отработанные потоки через вентканалы выводятся наружу.

Более совершенна система вытяжных шахт в частных домах – приточно-вытяжная с рекуператором. При монтаже такого блока, вытягиваемые воздушные потоки участвуют в подогреве свеже поступающих, что экономически выгодно в зимнюю пору.

Нюансы, которые необходимо учитывать при проектировке воздушных каналов с естественным вентилированием:

1. Чем больше и длиннее каналы, тем сильнее тяга
2. Каналы вытяжки лучше размещать в центре дома внутри стены. В зимнюю пору будет дополнительный обогрев, что увеличит перепад давления и силы тяги соответственно
3. Каналы должны быть максимально схожего сечения, или с плавными переходами на стыках. Не допускается больших отклонений, чтобы не терять силу воздушного потока
4. Система воздуховодов должна иметь гладкую поверхность и как можно меньше поворотов и углов, это увеличит сопротивление и уменьшит тяг
5. Чтобы увеличить скорость и силу тяги рекомендуется вытяжную трубу размещать на 50 см над крышей дома

К достоинствам естественной системы вентилирования для частного дома стоит отнести ее недорогую стоимость и простоту в обслуживании.

Из недостатков: малая эффективность, нет возможности нагревать, охлаждать или очищать воздух. При наличии в доме герметичных окон из металлопластика, рекомендуется периодически ставить их на проветривание, для поступления приточного воздуха.

Вентиляционная шахта в многоэтажном доме

Старые многоквартирные дома и новые бюджетные многоэтажки построены по принципу естественного воздухообмена. Для того загрязненный воздух, запахи и пыль с нижних этажей не попадали в квартиры верхних, необходимо уделить должное внимание системе вентиляционных шахт в многоэтажных домах.

В зависимости от способа вывода вентиляции различают:

• Система вентиляционных шахт без сборных каналов. С каждой квартиры выводится на крышу свой канал. Подходит для домов с небольшим количеством квартир. Неэффективно в высотных зданиях
• Вертикальная основная шахта со сборными каналами. Из недостатков – возможность перемещение запахов между помещениями при неправильной установке или засорении воздушных проходов
• Соединение сборных шахт на чердаке здания. Уделяется внимание точности проектирования, при нарушении которой возможен возврат отработанного воздуха
• В качестве сборного канала используется чердак. Наиболее применяемый метод. Создается усиленная тяга благодаря разреженности воздуха на чердаке

Дополнительно устанавливают: вытяжные вентиляторы — для обеспечения принудительного регулирования потоком, обратные клапаны — для предупреждения попадания запахов и грязного воздуха из соседних квартир.

Поступление свежих воздушных потоков создают подходящие условия для здоровья человека и долговечности жилья. Необходимо учитывать все тонкости при организации воздухообмена в доме. При правильно спроектированной вентиляционной шахте, должном и своевременном обслуживании обеспечен хороший микроклимат.

видео-инструкция по монтажу своими руками, очистка, чистка, шахтная труба, рукав, узлы прохода вытяжной вентиляции, фото и цена

Вентиляционная шахта в частном доме позволяет осуществлять эффективный воздухообмен всех внутренних помещений с внешней средой. Это позволяет создать в здании оптимальный микроклимат для проживания людей.

В данной статье мы разберём особенности такой конструкции.

Фото вентиляционной шахты загородного коттеджа

Общие положения

Для чего вообще нужна вентиляция в доме? Можно выделить два основных фактора:

Последствия некачественной вентиляции или её полного отсутствия

Совет: для борьбы с плесенью в сочетании с проветриванием рекомендуется использовать специальные антисептики. Их цена вполне доступна, а результат достаточно ощутимый.

Особенности монтажа и эксплуатации вентиляционной шахты

Вентиляционная шахтная труба изнутри

Вытяжные вентиляционные шахты являются весьма габаритными конструкциями и поэтому применяются обычно либо в многоквартирных зданиях, либо в особняках, имеющих два или более этажей. Зато они позволяют реализовать качественную и относительно дешёвую вентиляцию во всех помещениях.

Структура

• Основной расположенный строго вертикально канал, обычно имеющий размеры сечения 30 на 60 см. Именно он берёт своё начало ещё в подвале, проходит через все этажи и выходит на крышу.

• Малые боковые каналы, соединяющие основную часть шахты с вытяжными отверстиями, расположенными в комнатах.
• Узел прохода вытяжных вентиляционных шахт – это точка выхода системы на крышу.

Узлы прохода вытяжных вентиляционных шахт, различные схемы реализации

• Вытяжной короб.

Образец вытяжного короба, возвышающегося над крышей

• Сверху заканчивает сооружение специальный колпак для предотвращения попадания в вентиляцию атмосферных осадков.

Пример подходящего колпака из нержавеющей стали

Совет: рекомендуется при наличии финансовых средств установить на выходе шахты дефлектор. Он не только защитит от дождя и снега, но ещё и обеспечит усиление тяги за счёт ветра, что позволит сэкономить на монтаже вентиляторов.

В производственных помещениях очень часто применяется вентиляционный шахтный рукав, позволяющий подключиться к основному каналу более быстро и экономно.

Гофрированный вентиляционный рукав

Высота

Схемы расположения вентиляционных шахт разной высоты

Инструкция по СНиПу предполагает соблюдение следующих расстояний между вытяжным коробом и точкой воздухозабора:

Возвышение же над уровнем кровли определяется за счёт удаления выхода шахты от конька:

• Если расположение практически рядом и не превышает 150 см, то короб должен возвышаться не менее чем на 50 см над коньком. Это же относится и к плоским ровным крышам.
• Если расстояние от 150 до 300 см, то можно располагать оба объекта на одном уровне.
• Если же удаление превышает 300 см, то отверстие выводят под наклоном 10 градусов по отношению к коньку.

Расположение короба в зависимости от расстояния до конька крыши здания

Примечательно, что для помещений общественного питания правила предусматривают обязательное возвышение шахты над коньком не менее 100 см.

Материал

В жилых и общественных зданиях для изготовления вентиляционной шахты со всеми её отводными каналами обычно применяют бетон, кирпич или дерево, оббитые оцинкованным железом. Внутри же покрывают войлоком, пропитанным раствором из глины и штукатурят.

Промышленные же объекты выполняются из листовой стали.

Образцы листовой стали

Пожарная безопасность

Это очень важный момент по отношению ко всей вентиляционной системе. Ведь представьте, при её успешной реализации в вашем доме получается воздушное соединение всех комнат, что представляет собой идеальное место для распространения пламени. Поэтому при оборудовании каналов должны применяться или же огнестойкие материалы, или же барьеры с аналогичными свойствами.

Утепление

Слой утепляющего материала под металлическим кожухом

Для чего выполняется утепление выходного короба своими руками?

Давайте посмотрим:

• Исключается возможность появления конденсата на поверхности трубы, являющегося причиной распространения плесени и образования льда в зимний период.
• Снижается уровень теплоотдачи, что благотворно воздействует на усиление тяги.
• Уменьшается опасность возгорания.
• Становится слабее воздействие шума и вибрации, имеющих место в процессе эксплуатации системы.

Толщину теплоизоляционного слоя необходимо выбирать, руководствуясь такими параметрами:

• Присутствием «точки росы».
• Формой и размером шахты.
• Коэффициентом теплопроводности используемого материала.
• Температурным перепадом между внутренней частью вентиляции и здания.

Следует знать: в кирпичной шахте конденсат не образуется, поэтому для них утепление проводить совсем необязательно.

Процесс утепления можно осуществить двумя методами:

1. Наружный. Заключается, по сути, в надевание утепляющего сэндвича поверх короба. При этом в течение эксплуатации можно легко осуществлять уход за теплоизоляционным материалом, предотвращая его деформацию.
2. Внутренний.

Выполняется так:

• Зачищаем внутренние стенки шахты.
• Наклеиваем на них листы минеральной ваты.
• Фиксируем дюбелями.
• Покрываем штукатуркой.

Уход

Чистка вентиляционных шахт специалистами

Очистка вентиляционных шахт, как правило, выполняется изнутри при погружении в неё сверху. При этом следует запастись полным набором индивидуальной защиты, включая респиратор.

Затем на прочной верёвке со  страховкой медленно опуститься, осматривая стены и зачищая загрязнённые места. Внизу же снятый мусор собирается пылесосом.

Если же размеры не позволяют попасть внутрь, то чистка производится длинными щётками через боковые каналы.

Вызов профессиональных работников обойдётся недёшево, но зато вам не придётся рисковать самостоятельно, опускаясь в тесное помещение, и вы будете уверенны в результате. Кроме того, бригада специалистов обычно проводит и дезинфекцию воздуховода.

Заключение

Приток свежего воздуха и удаление отработанного – эти процессы очень важны для здоровья жильцов. Обустройство вентиляционной шахты позволит эффективно и относительно экономно решить данный вопрос раз и навсегда. Основные нюансы выполнения такой задачи изложены выше (см.также статью “Какой должна быть вентиляция в туалете”).

Закладка шахты для вентиляции дома

Видео в этой статье предоставит вашему вниманию дополнительные материалы. Позаботьтесь о чистом воздухе в вашем доме своевременно.

≋ Вентиляция частного дома, коттеджа • Вытяжная и приточная. В ванной, кухне, санузле, гараже

Европейские стандарты комфорта постепенно внедряются и в нашей стране – в частных домах в помощь системе естественного воздухообмена дома устанавливаются механические (принудительные) вентиляционные системы.

Вентиляция частного дома или коттеджа должна предупреждать появление многих негативных факторов:

• Возникновение заболеваний сердечнососудистых, кроветворных и дыхательных систем, связанных с потреблением некачественного воздуха
• Пересушивание стен, если дом деревянный
• Развитие плесени и грибков
• Сырость
• Затхлый, душный воздух
• Неприятные запахи

Самыми распространенными причинами появления вышеуказанных «неприятностей» является непрофессиональное проектирование вентиляции частного дома, нарушение технологии строительства и желание хозяина максимально герметизировать свое жилье.

При обеспечении оптимального воздухообмена и взятии под контроль температурного и влажностного режима воздуха можно избежать затрат на восстановление растрескавшихся и покоробившихся деревянных поверхностей самого дома и находящейся в нем мебели. Неприятные запахи из кухни, туалета и кладовых будут удаляться практически мгновенно. Спроектированная без ошибок вентиляция частного дома позволяет избавиться от плесени и грибка во всех влажных помещениях (ванных и постирочных комнатах, зонах бани и сауны, в подвалах и подполье).

Помочь естественному внутридомовому воздухообмену можно посредством установки вентиляторов вытяжного типа и приточных бытовых установок , регулирующих количество свежего воздуха, температуру и уровень влажности в помещениях. При комплексном подходе к обустройству вентиляции загородного дома наиболее целесообразной является приточно-вытяжная установка с теплоутилизацией, очисткой, подогревом свежего воздуха, удобным управлением и возможностью совместной работы с кондиционерами.

Рекомендуем товар

1 фото

Приточно-вытяжная установка Вентс ВУТ 180 П5Б ЕС А21

Под заказ

Показать цену

Минимальная температура перемещаемого воздуха, °C:
-25 |

Глубина, мм:
600 |

Высота, мм:
302 |

Ширина, мм:
900 |

Максимальное давление, Па:
280 |

Уровень шума, дБ:
33 |

Расход воздуха, м³/час:
220 |

Подбирать и устанавливать вентиляционное оборудование для небольшого дома или для многоэтажного особняка следует с учетом особых требований к микроклимату в помещениях различного назначения.

Виды вентиляционных систем для частного дома

В частных домах встречается два вида вентиляции: естественная и механическая (принудительная). К системам принудительного типа относят приточную, вытяжную и приточно-вытяжную вентиляцию с рекуперацией тепла.

Механическая система вентиляции дома способна работать локально или обслуживать все помещения. Проектируется она в случаях, когда необходимый воздухообмен посредством естественной вентиляции обеспечиваться не может.

Естественная вентиляция

Любой частный дом, даже если это небольшой коттедж, должен оборудоваться естественной вытяжной вентиляцией. Для этого в капитальные стены помещений ванных комнат, санузлов и кухни встраиваются вентиляционные каналы (стояки). Выходя выше конька крыши, они обеспечивают непрерывный отток воздуха.

Если такая вентиляция организована без ошибок, отток воздуха начинается в жилых помещениях (гостиная, спальни) и заканчивается в вытяжном канале кухни, ванной и санузла.

Механическая вытяжная вентиляция частного дома

Для формирования принудительной вентиляции вытяжного типа устанавливаются специальные устройства – вытяжные вентиляторы, направляющие отработанный воздух в вентканал или сразу на улицу.

С вентиляцией такого типа удастся достичь требуемой кратности воздухообмена. Важное ее преимущество – отсутствие зависимости от погодных условий: температура, атмосферное давление, сырость, скорость и направление ветра на систему вытяжной вентиляции не влияют.

Механическая приточная вентиляция

Принудительная подача уличного воздуха через систему приточной вентиляции способствует разбавлению внутреннего воздуха в доме без его механического отвода.

Принудительная приточная вентиляция дома часто дополняет естественную вытяжную систему. Подача уличного воздуха обеспечивается через воздушные приточные клапаны (проветриватели), канальные кондиционеры или приточную вентиляционную установку, в том числе – компактного типа. Входящий воздух может очищаться и даже подогреваться посредством калорифера.

Совмещение естественной вытяжной с механической приточной системой экономически выгодно и комфортно – такой тандем называется смешанной вентиляцией.

Приточно-вытяжная механическая вентиляция с рекуперацией тепла

Принудительную приточно-вытяжную вентиляцию с предварительной фильтрацией воздуха задействуют в случаях, когда:

• Наружный воздух загрязнен.
• Дом построен из теплоемких материалов, обеспечивающих повышенную герметичность и теплосбережение.

Такая система призвана подать в дом свежий воздух и удалить отработанные воздушные массы. Для этого используются производительные приточно-вытяжные вентиляционные установки (полноразмерные или компактные), оборудованные рекуператором – устройством для нагрева поступающего воздуха посредством тепла, «отобранного» у отработанного воздуха, удаляемого из дома. Оборудование с рекуперацией тепла отличаются минимальным электропотреблением – нагрев воздуха производится за счет слоя целлюлозы в рекуператоре, а не через электронагреватель. Вентиляционные установки фильтруют входящий воздух, работают очень тихо (при использовании шумоглушителей) и позволяют сбалансировать воздушные потоки между помещениями дома и наружной средой.

Вентиляция по типам помещений частного дома

Вентиляция на кухне в частном доме

Естественное вентилирование собственного дома, даже с использованием регулируемых приточных клапанов, обеспечивает приемлемый пассивный воздухообмен только при благоприятных метеоусловиях. Вентиляция кухни частного дома зависит от уличной температуры и скорости ветра, поэтому летом, в сезон консерваций, когда паро- и тепловыделение на кухне максимальное, особенно остро ощущается нехватка свежего воздуха.

Выходом, особенно для домов с большой площадью, будет использование системы принудительной вентиляции кухни. Она дополнит работу естественной вентсистемы, и не только освежит атмосферу на кухне, но и устранит запахи готовки, прежде чем они станут ощущаться в других помещениях.

Какой должна быть вентиляционная система кухни в загородном доме?

Наиболее правильным способом организации кухонной вентсистемы является механическая вытяжка на кухне с притоком из примыкающих помещений. Установка вытяжки позволит исключить распространение в жилые помещения неприятных «ароматов».

Расходы удаляемого воздуха для кухонь нормируются ДБН В.2.5-67:2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», и составляют от минимально допустимых 50,4 м³/ч до оптимальных 72-100 м³/ч (при высоте потолков 2,5 м). При этом специалисты рекомендуют увеличить значения кухонного воздухообмена до 110 м³/ч, если плита электрическая, и до 140 м³/ч, если плита газовая.

Вытяжка на домашней кухне

Самым необходимым устройством для организации кратковременной местной вытяжной вентиляции кухни считается бытовая кухонная вытяжка (или вытяжной вентилятор), работа которой запускается вручную, либо автоматически посредством датчика превышения температурного предела, или датчика влажности (вентиляторы с датчиком влажности). Она устанавливается над варочной поверхностью на расстоянии 65-75 см и работает с производительностью до 100-120 м³/ч. Однако бытовая вытяжка не способна справиться с поглощением всех кухонных «ароматов», так как удаляет запахи только в области, равной примерно двум диаметрам воздухозаборного отверстия вокруг себя.

Рекомендуем товар

14 фото и 2 видео

Вытяжной вентилятор Soler&Palau Silent Dual 100

В наличии

Показать цену

Покрытие:
глянцевое |

Уровень шума вентилятора, дБ:
20, 22, 26.50 |

Расход воздуха, м³/час:
25, 65, 90 |

Диаметр, мм:
100 |

Вытяжку запахов, которые успели распространиться, берет на себя или естественная вентсистема – вытяжная решетка устанавливается в верхней части помещения (обычно на той же стене, к которой примыкает плита), или механическая вентсистема вытяжного (вытяжной вентилятор для кухни) или приточно-вытяжного типа.

Вентиляция частного дома с использованием приточно-вытяжных установок – довольно дорогостоящее решение. Проектируется такая система, если существует проблема с организацией естественной вытяжной вентиляции или стоит задача четкого контроля интенсивности воздухообмена. Вентиляционная установка обычно располагается на чердаке, а воздуховоды распределяются по помещениям: в спальню, столовую и зал поступает свежий воздух, а из кухни, санузлов и ванной удаляются загрязненные воздушные массы.

Рациональным вариантом приточно-вытяжной системы кухни частного дома является установка с рекуперацией тепла. За счет нагрева поступающих извне воздушных масс теплом вытяжного воздуха экономится до 50% электроэнергии, расходуемой на его подогрев.

Вентиляция ванной комнаты в частном доме

Вентиляция в доме должна формировать воздухообмен в ванной комнате таким образом, чтобы приток осуществлялся из «чистых» помещений через стенную (дверную) решетку или зазор под дверью, а вытяжка – через решетку под потолком, объединенную с вентиляционной шахтой.

Вытяжки с естественным побуждением бывает достаточно, если дом имеет небольшую площадь или если речь идет о коттедже, небольшом дачном домике. В 2-3-этажных особняках и одноэтажных домах большой площади в помещении ванной следует проектировать механическую вытяжную систему. Только благодаря вентсистеме принудительного типа будет обеспечена оптимальная интенсивность воздухообмена.

Вентиляция для ванной в частном доме: решение нескольких задач

Нормализация воздухообмена в таких влажных помещениях, как ванные комнаты, позволяет снизить влажность воздуха, которая часто достигает 75-95%, ликвидировать избыточную теплоту и быстро избавиться от пара. В результате, в углах, на стенах и на потолке не будет развиваться плесень – главный враг загородного дома!

В деревянных домах вытяжная система предотвращает также коробление деревянных конструкций, их деформацию и разрушение.

Вентиляция ванных: нормы для домов

В нормативах ДСТУ/ДБН указано, что вытяжка для ванной должна обеспечивать воздухоудаление с интенсивностью минимум 25 м³/ч. Оптимальные параметры – не менее 54-72 м³/ч.

Для исключения появления грибка и плесени содержание влаги в воздухе ванных не должно превышать 65%, а оптимальная температура для этих помещений должна быть +20 С в теплое время года, и +25 С зимой.

Показания к установке принудительной вентсистемы

Система принудительного воздухоудаления ванных проектируется, если:

• Вентиляция естественного типа не решает поставленные задачи или была организована с ошибками.
• Планируется установка джакузи или парогенератора.

Также механическая вытяжка в ванной обустраивается, если ранее установленная вентсистема пришла в негодность, а ее ремонт нерационален.

Устройства для организации вытяжки в доме

Для воздухоудаления из ванной частного дома могут использоваться:

Рекомендуем товар

1 фото

Канальный вентилятор Вентс Квайтлайн 150 Экстра

В наличии

Показать цену

Потребляемая мощность, Вт:
22, 25 |

Электропитание, В:
230 |

Особенности:
двигатель на подшипниках, с повышенной производительностью, регулировка оборотов (опция) |

Максимальный расход воздуха, м³/час:
285, 375 |

Уровень шума, дБ:
36, 41 |

Диаметр патрубка, мм:
150 |

Вытяжка осевыми и центробежными вентиляторами – самое распространенное и недорогое решение. Осевые устройства в частных домах монтируются в небольшие ванные, часто через отверстие (сквозное) в наружной стене. Центробежные модели справятся с воздухообменом больших ванных площадью от 15 м², они присоединяются к проложенному на стадии строительства воздуховоду.

В частных домах малой этажности и большой площади с вытяжкой в ванной лучше всего справляются центробежные или канальные вентиляторы, известные своей производительностью, но требующие тщательного проектирования и своевременного обслуживания.

Вентиляция санузла частного дома

Санузлы в частных домах делятся на две категории: те, которые проектируются при постройке дома, тогда они присоединяются к вентшахте естественной вытяжной вентсистемы, и те, которые оборудуются в уже построенном доме. И если в первом случае есть какие-то шансы на то, что вентиляция санузла в частном доме будет работать сама по себе, то во втором – без принудительной вытяжной системы не обойтись.

Принудительная вентиляция с/у, оборудованного системой естественной вентиляции вытяжного типа, может потребоваться, если существуют проблемы с функционированием вытяжного канала. Причинами могут быть ошибки проектирования, засорение шахты, неблагоприятные метеоусловия (жара на улице, недостаточная сила ветра).

Согласно нормам ДБН, вытяжка санузла должна быть не менее 50 м³/ч. Точные параметры вытяжки рассчитываются по объему помещения.

Признаки недостаточной вентиляции санузла в доме

Признаком неправильной или недостаточно хорошей работы вентиляции в туалете может быть:

• Работа вытяжных решеток на приток. Подобная проблема возникает, когда в доме отмечается недостаток приточного воздуха или он поступает не снизу дома, а сверху. Кроме того, свежие воздушные массы может «выкачивать» какое-то оборудование, например, котел.
• В санузле душно.
• Запотевает зеркало.
• Появляется конденсат.
• Запах из туалета распространяется в другие комнаты.
• Воздух слишком влажный – развивается плесень, грибок.

Появление вышеперечисленных проблем означает, что вентиляция частного дома нуждается в доработке.

Способы принудительного вытяжного вентилирования санузла

Из-за того, что туалетов бывает несколько, и они располагаются на разных этажах, вентиляция санузла малоэтажного загородного дома организуется при помощи вытяжных вентиляторов, вытяжка грязного воздуха вентустановкой из санузлов запрещается госстандартами.

Обеспечение одновременной вытяжной вентиляции нескольких помещений частного дома может производиться канальным вентилятором и системой независимых воздуховодов.

В небольших домах вытяжка из туалета может организовываться при помощи осевых вентиляторов для туалета, установленных в вытяжное отверстие естественной системы вентиляции, если она работает неэффективно. Устройство может быть оснащено интервальным выключателем, тогда помещение будет проветриваться в режиме «авто».

Также вентиляция в туалете организуется с помощью осевых или центробежных вентиляторов, присоединенных к заранее проложенному воздуховоду. Сам воздуховод прокладывается через чердак с выходом на крышу и утепляется. Вентиляторы (некоторые модели имеют таймер на включение и выключение) могут включаться вместе со светом или посредством отдельной клавиши внутри санузла. Вентилятор с таймером отключения — безусловно лучшее решение.

Вентиляция гардеробной частного дома

Гардеробных комнат в загородном доме, в отличие от квартиры, может быть несколько. В холле может проектироваться гардеробная для верхней одежды и раздевания гостей, в районе спальни – для постельного белья, рубашек и другой легкой одежды. Нередко гардеробная обустраивается в мансардном помещении или в проходной комнате.

Помещения, выделенные для гардеробных, могут быть как с окнами, так и без них. Однако, в любом случае, вентиляция гардеробной в частном доме обеспечиваться должна. В противном случае, внутри появится специфический запах, будет влажно, из-за недостаточного или отсутствующего отопления на стенах могут образовываться капли сконденсированной влаги, что впоследствии обязательно приведет к развитию плесени и грибка.

Нормы воздухообмена и расхода воздуха

По нормативам, изложенным в ДБН, вентиляция в гардеробной должна быть вытяжной, с 1,5-кратностью воздухообмена.

Для вычисления минимально необходимой производительности вентиляционного оборудования следует найти произведение площади гардеробной и ее высоты. Мы получим объем комнаты, который следует умножить на 1,5. Например, для гардеробной 2,5х3 м с потолком 2,7 м необходима система вентиляции в частном доме с расходом от 31 м³/ч.

Вентиляция гардеробной: приточная или вытяжная?

Основное правило при организации воздухообмена в гардеробной – воздух из нее не должен попадать в жилые комнаты, а приток воздуха внутрь нее не допускается из кухни, ванной или туалета.

Следуя этой логике, возможно несколько вариантов организации вентилирования гардеробной:

Вариант 1. Если гардеробная дверь размещена в жилой комнате, в нее врезается вентиляционная решетка или под дверью предусматривается вентиляционный зазор. Внутри, со стороны, противоположной входу, около потолка проектируется естественный вытяжной канал или устанавливается вытяжной вентилятор.

Вариант 2. Если вход в гардеробную выходит в коридор, в ней обеспечивается приток, например, через клапан приточного типа в стене или на окне. Вытяжка осуществляется естественным путем через переточную щель, а затем – к ближайшему вытяжному каналу, например, кухонному.

Вариант 3. Если вентиляция частного дома обеспечивается приточно-вытяжной установкой, из гардеробной осуществляется вытяжка, а приток производится из близлежащей комнаты.

Запомните: если гардеробная не оборудована окнами, а приточный клапан установить нет возможности, наличие собственной вытяжки обязательно! Иначе исчезнет воздушная циркуляция, и одежда станет специфически «пахнуть».

В качестве вытяжных вентиляторов для гардеробных комнат частных домов можно рекоммендовать модели с интервальным выключателем. Такие устройства могут программироваться для осуществления проветривания в определенном промежутке времени, например, в интервале до 15 часов, поэтому потребляют минимум электроэнергии. Если воздуховод слишком длинный, лучше использовать центробежный вентилятор или канальный вентилятор.

Рекомендуем товар

9 фото и 2 видео

Вытяжной вентилятор Maico ER 60

В наличии

Показать цену

Покрытие:
матовое |

Уровень шума вентилятора, дБ:
36 |

Расход воздуха, м³/час:
62 |

Диаметр, мм:
80 |

Вентиляция спальни частного дома

В спальне мы проводим четверть жизни, поэтому там, как нигде в доме, должно быть комфортно. Недостаток свежего воздуха приводит к повышению концентрации углекислого газа (каждый человек выделяет до 0,024 м³ углекислого газа в час!), из-за чего в крови снижается pH, развивается гипертензия, возникает ощущение беспокойства и чувство усталости. Именно поэтому в невентилируемых спальнях сложно выспаться!

Спальная комната относится к жилым помещениям, поэтому вентиляция частного дома проектируется таким образом, чтобы в спальни был приток чистого и удаление вытяжного воздуха,а в случаях когда работает только приточная вентиляция воздухоудаление происходило естественным перетоком через дверные или стеновые решетки или с помощью вытяжного канала естественной вентиляции.

Вентиляция в спальне: государственные нормы

Нормирование воздухообмена в спальнях описано в ДБН «Жилые дома. Основные положения». Согласно этому стандарту, для спален в частных домах требуется 1-кратный приток, который можно организовать, в том числе, за счет форточки или проветривателей.

По требованиям ДБН, расход приточного воздуха в спальне должен рассчитываться одним из двух способов:

• На каждого человека: от 14,4 м³/ч (минимально) до 25,2-36 м³/ч (оптимально).
• На каждый метр квадратный площади: от 2,16 м³/ч (минимально) до 3,6-5,04 м³/ч (оптимально).

При соблюдении вышеуказанных норм воздухообмена вентиляции воздух в спальне загородного дома не застаивается, снижается концентрация CO2, а влага, скопившаяся за ночь в постельном белье и матрасе, испаряется.

Вентиляция спальни: варианты для частного дома

Управляемый воздухообмен, фильтрацию поступающего воздуха и его подогрев (при необходимости) в частных домах позволяют обеспечить установки приточно-вытяжного типа. В этом случае, в спальнях может размещаться как приточная, так и вытяжная ветка сети. Ветки должны располагаться в противоположных концах помещения.

Вентиляционная установка в частных домах часто располагается на чердаке и обслуживает весь дом.

Подогрев воздуха может осуществляться калорифером, сочетанием калорифера и рекуператора (экономия 20-50% электроэнергии на подогрев) или при помощи горячей воды из отопительного контура. Справедливости ради, отметим: стоимость подобных решений относительно высока, да и обслуживание (периодическое) их является необходимостью. Как следствие, такой вариант оптимален, в основном, для многокомнатных загородных домов и резиденций в 2-4 этажа.

Вентиляция спальни в частном доме может осуществляться и с использованием приточных гигрорегулируемых клапанов, которые устанавливаются через сквозное отверстие в стене или в оконную раму. Они видны с фасада дома (стенные клапаны), зато работают бесшумно и могут регулироваться при помощи заслонки. Установка бризеров (проветриватели с вентилятором) в спальнях частных домов нежелательна из-за шума, который создает вентилятор. Вытяжка в этом случае производится вытеснением через вентиляционный зазор под дверью или через дверную вентиляционную решетку.

Для тех, у кого в доме уже готовый ремонт, и нет желания его обновлять, немецкие специалисты придумали бытовую приточно-вытяжную установку с рекуператором Maico PP 60 KA, которая обеспечивает приток и вытяжку воздуха в комнате.

Вентиляция гостиной частного дома

Особенностью гостиных частных домов можно считать их значительную площадь – зачастую такие помещения объединяются с кухней, каминным залом, бильярдной или крытой верандой. Также гостиная может быть двусветной или без наружных стен (сплошное остекление).

Исходя из вышеперечисленных индивидуальных особенностей, высоты потолка и того, является ли гостиная отдельным помещением, к вентиляции частных домов предъявляются различные требования в отношении кратности воздухообмена и сбережения тепла.

Варианты вентиляции гостиной в частном доме

Вентиляция гостиной частного дома должна проектироваться во время строительных работ. К ее задачам относится:

• Подача достаточного объема свежего воздуха.
• Отвод дыма от камина, если он имеется в наличии (используют специальные каминные вентиляторы).
• Предупреждение образования зон «застоя» и «подушки» из отработанного воздуха в гостиных со вторым светом.
• Предотвращение проникновения неприятных запахов из кухни или санузлов.

В этих целях может использоваться естественная вентсистема или специальные вентиляционные установки.

Необходимость обустройства принудительной вентиляции возникает в многоэтажных особняках, домах с большой площадью помещений и герметичных домах. К помощи установок принудительной вентиляции прибегают и в случаях обнаружения ошибок в обустройстве естественной вентсистемы, допущенных на стадии строительства коробки дома.

Если дом уже построен, вентиляция гостиной в частном доме может обустраиваться с помощью стеновых и оконных инфильтрационных клапанов – проветривателей, обеспечивающих приток очищенного свежего воздуха (фильтрация EU3). Стеновые модели могут быть механическими или электрическими, с возможностью подогрева притока.

Если строительство еще ведется, и в планах – обустройство эффективной регулируемой вентиляции с хорошей очисткой приточного и использованием тепла удаляемого воздуха, монтируется приточно-вытяжная вентустановка. При отсутствии необходимости в рекуперации можно использовать компактную приточную установку в сочетании с естественной вытяжкой. В любом случае, в гостиную направляется приточный воздуховод, который скрывается за подвесным потолком или коробом. Принудительная или естественная вытяжка производится из смежного или объединенного с гостиной помещения.

Вентиляция гостиной со вторым светом проектируется и из нижней, и из верхней части: 2/3 вытяжки из верха, и 1/3 из низа. При этом организуется приток с аналогичным объемом и пропорциями.

Вентиляция гаража частного дома

Гаражи в частных домах могут различаться площадью, расположением (в отдельном здании, пристроенные к дому или встроенные в него), а также количеством машиномест. Они используются для стоянки и обслуживания автомобилей, поэтому вентиляция в гараже должна справляться, в первую очередь, с отводом выхлопных газов, запахов горючего и автохимии.

Второй задачей гаражной вентиляции считается снижение влажности воздуха, контроль параметров которой необходим для защиты деталей кузова автомобилей от коррозии. Коррозия может возникать из-за повышенной влажности после мытья авто, из-за чрезмерного отопления в гараже или конденсата, образующегося в холодное время года.

Виды вентиляции гаража

В гаражах может проектироваться:

• Вентиляция естественная
• Вентиляция механическая
• Вентиляция комбинированная (естественная + механическая)

Обустройство естественной вентиляционной системы гаража в частном доме не всегда возможно. Гараж должен быть отапливаемым (зимой температура внутри должна быть не менее +5 С), а для обеспечения необходимого воздухообмена могут потребоваться слишком большие вентиляционные решетки, что приведет к выхолаживанию. Также работа естественной системы зависит от розы ветров и метеоусловий.

Как следствие, нередко естественная приточно-вытяжная система в гаражах дополняется принудительной вытяжкой, работающей в периоды, когда двигатель машины запущен.

Правильная вентиляция в гараже: требования

Некоторые требования к вентилированию гаражей изложены в ДБН. В соответствии с ними, гаражи должны оборудоваться системой приточно-вытяжной вентиляции с фильтрами и глушителями. Для гаражного подвала строится отдельный вытяжной канал.

Также должна обеспечиваться противодымная механическая вытяжная вентиляция гаража частного дома. Если гараж одноэтажный, с данной задачей должна справляться естественная вентсистема.

Специалисты рекомендуют обустраивать вытяжную вентиляцию из расчета не менее 150-300 м³/ч на один автомобиль. Приток делают равным вытяжке, умноженной на коэффициент 0,8. При мощности двигателя авто свыше 120 л.с. параметры вытяжки должны быть увеличены до 350-650 м³/ч на одну машину.

Включение вытяжного вентилятора по датчику CO – самый дорогой вариант, поэтому нередко вентилятор в гаражах включается при открывании ворот, а на отключение устанавливается получасовой таймер.

Очень часто в металлических гаражах применяют крышные вентиляторы для организации вытяжки.

Рекомендуем товар

Правильная вентиляция гаража: расположение приточных и вытяжных каналов

Приток к гаражу подводится в нижней части сооружения, на расстоянии до 30-50 см от уровня пола, и, желательно, с той же стороны, что и въездные ворота. В нижней части ворот могут устанавливаться вентиляционные решетки для естественного притока.

Принудительная вытяжка в гараже должна производиться в равном объеме из двух высотных зон: 1/3 и 2/3 высоты с противоположной притоку стороны.

Вентиляция сауны частного дома

Любители попариться часто строят баню или сауну, примыкающую к частному дому, или на территории придомового участка. Однако если вентиляция сауны и бани недостаточна или спроектирована с ошибками, можно навредить здоровью не только своему собственному, но и здоровью гостей, приглашенных в парилку.

Вентиляция в саунах и банях: причины обустройства

Качественная вентиляция в парилке обеспечит:

• Комфортные условия во время процедуры
• Равномерное распределение тепла
• Предотвращение гниения деревянных элементов, образование грибка и плесени
• Защиту от появления и впитывания неприятных запахов
• Просушку сауны и бани после их использования
• Нормализацию уровня влажности

В правильно вентилируемой парной отсутствуют сквозняки и, при этом, не душно, а после банных процедур ощущается восстановление сил и прилив энергии. В то же время, любые признаки головной боли, тяжести и затруднения дыхания отсутствуют. Кроме того, только с грамотно спроектированной вентиляцией в бане можно получить максимум пользы от целебных трав.

Схемы организации вентиляции сауны в частном доме

Естественного вентилирования бывает достаточно в русских банях, но при таком способе наблюдается сильная зависимость от сезона – летом происходит снижение интенсивности замещения вытяжного воздуха приточным. Чтобы добиться вентилирования, не зависящего от параметров внешней среды, с одновременным обеспечением комфортного микроклимата в больших парных (в том числе – с бассейном), в банях и саунах обустраивается механическая вентиляционная система.

Эффективных схем организации механической вентиляции в банях и саунах с печью, размещенной внутри парилки, несколько:

Приточная. Приток, организованный при помощи приточного вентилятора, направляется через отверстие, размещенное выше на 50 см от печки. Вытяжной канал располагают на высоте 200-300 мм от плоскости пола на расположенной напротив стене. В результате, у печки происходит нагрев свежего воздуха, он поднимается к потолку, вытесняя отработанный воздух и, охлаждаясь, опускается с дальнейшим удалением через вытяжной канал. Подобная схема подойдет для больших парных.

Вытяжная. Приток формируется через канал, выход которого размещен под печкой (300 мм от пола). Вытяжной канал с вытяжным вентилятором для бассейна размещают около пола (стена – противоположная) на 100-150 мм выше приточного. После поступления в парную свежие воздушные массы будут нагреваться от печки, подниматься к потолку, охлаждаться и опускаться к вытяжному отверстию. Данная схема обеспечит очень быструю смену потоков.

Приточно-вытяжная. Схема подходит для вентилирования и парной, и примыкающего туалета или моечной. Приток организуется при помощи вентилятора, размещенного в канале выше на 50 см от печки. У потолка в моечной или туалете размещается вытяжной вентилятор. Воздух, двигается к противолежащей стене. Там он втягивается через зазор под дверью в туалет или моечную.

Во всех случаях необходимо использовать влагозащищенные, устойчивые к высокой температуре вентиляторы с возможностью управления оборотами.

Вентиляция в подвале частного дома

Отапливаемые подвалы в частных домах и коттеджах нередко используются не для хранения овощей или складирования отживших свое вещей, а для установки домашнего кинотеатра, организации бильярдной, тренажерного зала, сауны, бассейна и других помещений, не требовательных к количеству дневного света.

В случае наличия подвального помещения вентиляция частного дома должна обслуживать и его, иначе комфортных условий для пребывания там достичь не удастся. Проектироваться вентиляционная система подвала должна до начала строительства дома. В противном случае, придется потратиться на дорогостоящую реконструкцию.

Вентиляция в подвале дома: основные задачи

Из-за того, что подвалы заглублены в землю более чем на половину высоты этажа, попадание воздуха путем естественного проветривания в них ограничено. В результате, появление затхлого запаха становится для подвальных помещений довольно распространенным явлением. Кроме того, по причине недостаточной гидроизоляции дома в подвалах повышается уровень влажности, способствующий образованию и распространению плесневых и грибковых поражений.

Вентилирование подвала обеспечивает:

• Регуляцию влажности воздуха и предотвращение появления грибка и плесени.
• Борьбу с затхлым запахом.
• Оптимальный микроклимат для использования размещенных в подвале помещений.
• Защиту от метана, радона и других почвенных газов.

Удаление избыточной влаги способствует также сохранению несущих свойств фундамента и строительных материалов дома.

Как организуется вентиляция подвала частного дома?

Для регулярного проветривания подвальные помещения должны обязательно обеспечиваться притоком свежего воздуха и вытяжной. Вытяжка в подвале среднего или большого дома должна быть принудительной, с не менее чем однократным воздухообменом. Приток организуется через продухи, а также посредством механических приточных вентиляционных устройств.

Наиболее комфортным и экономически выгодным вариантом для вентиляции больших подвалов считается использование установок с рекуперацией теплоты приточно-вытяжного типа. С этой целью в каждой из подвальных секций обустраивается приточный и вытяжной канал, которые располагаются в противоположных концах помещения. Рекуперация позволяет подогревать приточный воздух с 20-40% экономией электроэнергии.

Если в подвальных помещениях допускается переток воздушных масс, вентиляция подвала может формироваться за счет использования приточной установки, подающей свежий воздух в «чистые» помещения, и вытяжки, установленной в «грязных» помещениях (туалетах, подсобных помещениях). В качестве вытяжных устройств наиболее рациональным является применение канальных или центробежных вентиляторов. К преимуществам этой схемы относятся низкий шум, долговечность оборудования и возможность его круглосуточной работы с частичной очисткой воздуха.

Вентиляция погреба в частном доме

Погреб может организовываться как в самом доме, но тогда вентиляция частного дома должна проектироваться с учетом его обслуживания, так и на территории приусадебного участка, в металлическом гараже или в сарае.

Правильная вентиляция погреба обеспечивает циркуляцию воздуха для сохранности хранящихся там овощей от гниения, предотвращения развития спор плесени и грибка. Также нормализация влажности и воздушного баланса посредством вентиляции позволяет использовать погреб с максимальным для себя комфортом – при его посещении не возникнет чувства брезгливости, а воздухом внутри него можно будет дышать без риска для дыхательной системы.

Отметим также: вентиляционная система погреба должна предохранять овощи, консервацию и заготовки от замерзания зимой и прорастания ранней весной.

Способы организации вентиляции в погребе

Большинство погребов оборудуются приточно-вытяжной вентиляционной системой с естественным побуждением. Для этого в противоположных концах погреба вертикально устанавливаются трубы из пластика, асбестоцемента или жести диаметром 125-160 мм.

Приточная труба опускается практически до пола, не доходя 20-30 см до его плоскости (ее диаметр может быть больше вытяжной трубы). Вытяжка погреба размещается практически вровень с его потолком.

И приточная, и вытяжная трубы сверху должны иметь металлическую сетку от птиц и грызунов. Обе они должны возвышаться над крышей постройки, установленной над погребом, на 1 м, а если погреб земляной и размещен на участке – на 0,5-1 метр над уровнем грунта. На выходе вытяжного канала устанавливается дефлектор. Для предотвращения замерзания овощей ставятся шиберы, которыми регулируется воздухообмен.

Следует отметить: естественная вентиляционная система для погреба – решение, не всегда возможное, и не всегда оптимальное. Большинство ее противников – люди, которым не хочется портить крышу дома из-за прокладки труб для вентилирования погреба. Конечно, выходы труб вентиляции можно перенести на фронтон дома, но лучше прибегнуть к обустройству вентсистемы принудительного типа.

Прежде всего, принудительная вентиляция будет единственно правильным вариантом для тех домовладельцев, чей погреб расположен под слоем газона – торчащие посреди участка трубы испортят весь ландшафтный дизайн. В этом случае механическая вентиляция сможет работать через горизонтально расположенные участки воздуховода с различным числом поворотов, а оголовки труб можно вывести около забора. Кроме того, принудительной системой можно управлять из дома, получая информацию о температуре от беспроводного термометра, а электроэнергии она потребляет не так уж и много.

Для механического вентилирования погребов также прокладываются приточная и утепленная вытяжная труба, но для вытяжки устанавливаются вытяжные вентиляторы. В целях снижения риска поражения электротоком внутри погреба лучше использовать вытяжные канальные 220-вольтные вентиляторы или центробежные 12-вольтные вентиляторы.

Пример организации вентиляции в частном доме

Зачем нужна вентиляция в частном доме?

Как устроены вентиляционные шахты на крыше: размеры, высота, преимущества утепления

Проблему воздухообмена в доме эффективно решают, установив соответствующую вентиляционную систему. При ее грамотном устройстве можно быть уверенным, что вы будете обеспечены свежим воздухом независимо от времени года и в требуемом объеме.
Вентиляционные шахты на крыше представляют собой технические сооружения, через которые проходит продуктивный воздухообмен между внутренними частями сооружения и атмосферой. Основная роль этой конструкции в формировании движения воздушных масс. Работают на кровле работают либо в приточном, либо вытяжном режиме, обеспечивая естественный (без вентилирующих устройств) либо принудительный (с использованием вентиляторов) воздухообмен. Через шахту в частном доме выводится отработанный воздух, в котором содержатся продукты жизнедеятельности людей и домашних животных.

Устройство вентиляционной шахты ↑

Строение, как правило, похоже на ствол цилиндрической формы. Он расположен строго по вертикали и содержит три части:

• одна большая – порядка 300х600 мм;
• две маленькие – порядка 150 мм.

Именно большая часть и есть ствол, который пересекает все этажи строения, начиная от подвала до чердака.
Конструкция может быть и нестандартной. Увеличенные размеры обязательно учитываются при подборе вентиляторов.

Через специальные окошки, находящиеся в таких помещениях как кухня или санузел загрязненный воздух попадает в не очень большие каналы и, поднявшись через них на высоту порядка трех метров, оказывается в общей шахте. Благодаря подобному устройству практически исключается распространение использованного воздуха через воздуховод из одного помещения в другое, к примеру, из кухни в ванную, после чего и в комнаты.

В хозяйственных постройках, скажем, фермах или птицефабриках, идеальным вариантом конструкции, обеспечивающей циркуляцию воздуха, считается вентшахта около конька. Они проходят во всю длину крыши здания по направлению конька.

Чтобы закрыть доступ дождевым каплям дождя, над выходным отверстием короба монтируют зонт. Как правило, в конструкциях естественного воздухообмена непосредственно на устье монтируют дефлектор. При порывах ветра здесь создается разрежение, которое способствует усилению тяги. Но прежде всего, конечно, дефлектор не дает потоку воздуха «опрокинуться» в коробе. При расчете системы разрежение, которое создает ветер, не принимается во внимание.

Варианты с искусственным воздухообменом, которые способствуют удалению агрессивных примесей воздуха первого и второго классов, работают несколько иначе: загрязненный воздух выбрасывается на довольно существенную высоту. Такой выброс называют еще факельным.

Высота ↑

При размещении вытяжного короба на крыше здания должно быть учтено наименьшее допустимое расстояние между ним и воздухозабором приточной системы. Согласно СниП:

• по горизонтали оно равно десяти метрам,
• по вертикали, соответственно, шести.

Высота вентиляционной шахты над кровлей определяется по следующим условиям:

• при ее расположении близ конька устье, то есть отверстие вытяжки должно находиться выше конька, по крайней мере, чем полметра;
• при расположении от конька на расстоянии полтора-три метра отверстие находится вровень с коньком;
• для расстояний свыше трех метров отверстие выводят по стороне угла в 10⁰ к горизонту с вершиной на коньке.

В помещениях общественного питания и продовольственных магазинах согласно СаНПиН высота шахты над кровлей не должна быть менее 1 м.Таким образом, этот показатель – величина переменная, изменяющаяся в зависимости от конкретного проекта.

Высоту устья над крышей для стандартной конструкции обычно выбирают равной 1 м, в случае факельного выброса – самое меньшее в 2 м над самой высокой точкой крыши. Для аварийных – шахту подымают на высоту минимум в 3 м от земли.

Материал ↑

В сооружениях жилого и общественного назначения с системой объединенных каналов для вытяжки чаще всего используют легкий бетон, кирпич, доски, обитые изнутри оцинковкой. Ствол прохода с внутренней стороны предварительно покрывают войлоком, который смочен в растворе глины и оштукатуривают снаружи. В промышленных зданиях вытяжную конструкцию преимущественно выполняют из листовой стали.

Пожаробезопасность ↑

При организации вентиляции здания все помещения и этажи оказываются связанными друг с другом сетью каналов и воздуховодов, что само по себе опасно с точки зрения пожарной безопасности. Поэтому сами эти элементы и прокладки между ними выполняют из материалов, отвечающих СниП, согласно которым обеспечивается взрыво- и пожаробезопасности. В частности, шахта отделяется от воздуховода перегородкой из негорючего и устойчивого к влаге материала.

Преимущества утепления ↑

Согласно СниП утепление дает возможность создать в помещениях микроклимат, в котором люди могут комфортно жить и работать. При качественно выполненном утеплении:

• уменьшается теплообмен;
• предотвращается образование конденсата, вызывающего коррозию, образования плесени на поверхности конструкции;
• снижается риск возгорания;
• ослабляется вибрация и шум, которые возникают при работе системы воздухообмен;
• уменьшается теплопередача во внешнюю среду.

Толщина слоя теплоизоляции зависит от таких параметров как:

• наличия точки росы,
• формы, размеров воздухоотвода,
• теплопроводности утеплителя,
• температурного перепада между вентсистемой и помещением.

Оптимальным решением считается технический утеплитель, который имеет высокую паропроницаемость и низкую теплопроводность.

В системах с естественным воздухообменом, как и с принудительным для определенной категории зданий, наличие утепления обязательно.
Для кирпичных вентшахт, в отличие от металлических, проблема образования конденсата не стоит, поэтому вопрос теплоизоляции теряет свою актуальность.

Что же касается промышленных зданий, то шахты принудительного воздухообмена здесь выполняются из строительной стали, которая достаточно быстро нагревается. Так как через них проходит достаточно большой объем воздуха, то при охлаждении конструкция не успевает дойти до точки росы, то есть проблема конденсации водяного пара в этом случае не стоит. Единственная вероятность образования конденсата возникает при остановке вентилирующего оборудования, поэтому для подобных систем организовывают отвод конденсата, который может образоваться за этот период.

Как утеплить ↑

Теплоизоляцию выполняют по двум методикам: внутреннее утепление и наружная.

Вторая сегодня считается наиболее экономичным и эффективным. Вопросы шумоизоляции и возгорания решаются в этом случае решаются намного проще. К примеру, шумоглушители устанавливают непосредственно в источник звука. Вероятность распространения огня практически сведена к минимуму. Еще одним ценным преимуществом такой технологии является возможность периодически проводить мероприятия, препятствующие образованию бактерий и микробов, которые приводят к расслоению теплоизоляционных материалов, а, значит, и к потере их эксплуатационных характеристик.

Для утепления вентканалов и шахт цилиндрической формы чаще всего используют гипсошлаковые или фасадные минераловатные плиты. Процесс устройства теплоизоляции, скажем, для минплит проводят в следующей последовательности:

• подготавливают поверхность, в частности, удаляют слабые участки основы, поверхность прогрунтовывают;
• минплиты укладывают на клей, из него выполняют также нашлепки и окантовку;
• дождавшись окончательного высыхания, устанавливают фасадные дюбели;
• укладывают укрепляющий слой, содержащий сетку из стеклоткани и клея;
• после полного подсыхания, поверхность огрунтовывают и покрывают декоративной штукатуркой.

© 2021 stylekrov.ru

Устройство вентшахт кровли в Коломне

       Хорошая кровля частного дома обязательно должна быть обустроена вентшахтой. Такое устройство должно способствовать нормальному обращению воздуха в доме и созданию необходимого микроклимата. Вентиляция в частном доме играет очень важную роль — она обновляет воздух и тем самым препятствует развитию бактерий, защищает дом от сырости, удаляет  неприятные запахи и вредные пылевые микрочастицы. 

       Мы предлагаем уникальные условия, которые включают высокое качество производимых работ по невысоким ценам. Вентиляционные шахты, оборудованные и обустроенные нашей компанией, создадут прекрасные условия жизни в вашем доме, поддержат чистоту воздуха и придадут общую свежесть всему жилищу.

Некоторые особенности обустройства вентиляционных шахт

       Вентиляционные шахты вытяжного типа имеют довольно серьёзные габариты и их рекомендуется ставить на домах в два и более этажей. В тоже время такие шахты отлично вентилируют и освежают  воздух в доме. Структура такого сооружения довольно проста:

1. Вытяжной короб;
2. Главный вертикальный канал;
3. Малые каналы;
4. Защитный колпак.

       Воздух протекает через главный канал сверху донизу дома и выходит в комнаты через малые каналы. Таким образом, в доме создаётся постоянный приток свежего воздуха. Специалисты нашей компании оборудуют и рассчитают каждый сантиметр вентиляционного пространства для того чтобы нагнетаемый воздух не создавал сквозняка и в тоже время его течение не было бы слишком слабым.

       При сооружении вентиляционной шахты мы используем только самые качественные материалы, так как это значительно влияет на пожарную безопасность. Вентиляционная шахта должна быть оборудована так, чтобы создавая нагнетание воздуха, не провоцировала бы усиление или тем более  распространение огня  в камине, если таковой имеется в доме.

       Мы учитываем климатические условия региона и создаём специальные барьеры, которые не позволят в зимнее время образоваться на поверхности  вентиляционной шахты конденсату. Эта защитная мера не позволит проникнуть плесени в ваш дом. При этом снижается уровень теплоотдачи, что позволяет сохранить в доме больше тепла. 

Заказывайте обустройство вентшахт у надёжных компаний

       Принимая решение по обустройству вентиляционной шахты, доверьте исполнение работ настоящим  профессионалам. Только в этом случае ваша вентшахта будет в полном порядке. Наша компания «ДоммСтрой» предлагает свои услуги по устройству вентиляционных шахт кровли. Мы будем рады вашему обращению по телефону, так же мы ждём своих заказчиков у нас в офисе. Мы создадим в вашем доме отличный микроклимат.

VILPE — комфортная вентиляция Вашего дома

Чистый и здоровый воздух -важнейшая составляющая в жизни человека. Жильцы частных и многоквартирных домов постоянно подвержены воздействию присутствующих в комнатном воздухе факторов — пыли, запаха, гари и влажности. На протяжении первых лет после строительства идет активная эмиссия газов и частиц из строительных материалов. Жизнедеятельность человека, домашние животные, почвенный газ радон -факторы, ухудшающие качество воздуха. Не удаляемый из помещений загрязненный и влажный воздух проникает в конструкции, вызывая рост грибков и плесени.

Чтобы дом оставался здоровым, он должен «дышать», создавая благоприятные условия для людей, живущих в нём. С годами такой дом не потеряет своей стоимости.

В соответствии с санитарными нормами, воздух в доме должен полностью замещаться каждые два часа. Это достижимо только с помощью правильно рассчитанной и выполненной принудительной вентиляции.

Грамотная вентиляция дома предполагает создание в доме пониженного давления. Если в доме создано пониженное давление по отношению к окружающей среде, то стены и перекрытия подсасывают свежий воздух и конструкции вентилируются и просушиваются. В стенах не заводится грибок и плесень.

Пониженное давления в доме достигается только принудительной вентиляцией с использованием вытяжного электровентилятора или рекуператора. Принудительная вентиляция позволяет направить в доме воздушные потоки так, чтобы воздух из жилых и спальных комнат перетекал в помещения с загрязненным и сырым воздухом и оттуда выводился наружу. При такой организации воздух туалета, кухни, ванной, кладовых не будет распространяться в жилые комнаты. Для этого вытяжные вентили устанавливают в потолке помещений с сырым и грязным воздухом и с помощью воздуховодов выводят на электровентилятор или рекуператор. В результате в помещениях с вытяжными вентилями создается самое низкое в доме давление.

В доме обязательно должен быть приток свежего воздуха. Приток организуют только в жилые и спальные комнаты. Из этих комнат не делают вытяжку.

Оптимизация графика характеристик шахтной вентиляционной сети

Abstract

График характеристик вентиляционной сети может напрямую и количественно представлять характеристики вентиляционной сети. Чтобы обеспечить стабильность воздушного потока в шахте и улучшить анализ системы вентиляции, мы предлагаем новый алгоритм построения графиков характеристик вентиляционной сети. Метод независимого пути служит основным фреймом алгоритма, а улучшенный адаптивный генетический алгоритм встроен, чтобы граф можно было рисовать лучше.Математическая модель, основанная на методе матрицы смежности узлов для распознавания однонаправленных цепей, построена, поскольку алгоритм рисования может быть недействительным в таких случаях. Изменяя стратегию поиска ребер, можно использовать улучшенный алгоритм поиска в глубину для определения всех путей в вентиляционной сети с однонаправленными контурами, а эквивалентный метод преобразования отношений топологии сети используется для построения графа характеристик вентиляционной сети. . На основе анализа топологической взаимосвязи вентиляционной сети строится упрощенная математическая модель, а технология упрощения сети делает чертеж кратким и иерархическим.Быстрое и интуитивно понятное построение графиков характеристик вентиляционной сети имеет важное значение для оптимизации вентиляционной системы и повседневного управления.

Образец цитирования: Jia J, Li B, Ke D, Wu Y, Zhao D, Wang M (2020) Оптимизация графа характеристик шахтной вентиляционной сети. PLoS ONE 15 (11):
e0242011.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242011

Редактор: Сяоди Хуанг, Университет Чарльза Стерта, АВСТРАЛИЯ

Поступила: 21 августа 2020 г .; Дата принятия: 25 октября 2020 г .; Опубликовано: 16 ноября 2020 г.

Авторские права: © 2020 Jia et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в документе и его файлах с вспомогательной информацией.

Финансирование: Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (№ 51374121) и профинансировано Заслуженным профессором Ляонин (551710007007), финансируемым проектом проекта «Миллион талантов Ляонина» (2019-45-15), и Фонд естественных наук провинции Ляонин (2019-MS-162).Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи. Коммерческая компания Power China Hua Dong Engineering Corporation Limited предоставила автору Мингю поддержку в виде заработной платы. Ванга, но не имел никакой дополнительной роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, решении опубликовать или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.Коммерческая компания Power China Hua Dong Engineering Corporation Limited предоставила автору Мингю поддержку в виде заработной платы. Ванга, но не имел никакой дополнительной роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, решении опубликовать или подготовке рукописи. Коммерческая компания Power China Hua Dong Engineering Corporation Limited не предоставляет экспериментальных средств и не будет использовать соответствующую информацию из документа для разработки продуктов и подачи заявок на патенты, а также не будет возражать против того, чтобы выступить в качестве автора.Это не влияет на нашу приверженность политике PLOS ONE в отношении обмена данными и материалами.

1. Введение

С увеличением глубины добычи и расширением масштабов добычи [1], шахтные вентиляционные системы становятся больше и их топология усложняется, что затрудняет их моделирование, оптимизацию и прогнозирование [2, 3] . Чтобы удовлетворить потребности современного научного управления системами вентиляции, необходима оптимизация методов построения сложных вентиляционных сетей.График характеристик вентиляционной сети (также известный как график Q-H) — это новый способ прямого и количественного представления состояния вентиляционной системы, а также эффективный инструмент для исследования сложных вентиляционных сетей [4].

Эйлер основал теорию графов в 18 веке, изучая проблему семи мостов в Кенигсберге. В 19 веке Гатри выдвинул гипотезу о четырех цветах, которая стала движущей силой в развитии теории графов [5, 6]. В 20-м веке теория случайных графов Эрдоша и Реньи стала большим теоретическим скачком [7].В последние годы результаты исследования двумерных графов широко применяются для построения графов шахтных вентиляционных сетей [8]. Графики шахтной системы вентиляции и сетевые графы в настоящее время подвергаются серьезным исследованиям, что привело к значительному прогрессу в оптимизации алгоритмов, преобразовании топологии и визуализации эффектов. Deng et al. [9] ввел метод стратификации в чертеж вентиляционной сети и разделил вентиляционную сеть на разные уровни с помощью «стратификации узлов», что уменьшило сложность решения минимальной проблемы пересечения ветвей и улучшило эффект прорисовки; Wei et al.[10] изучили характеристики топологической структуры сложной сети системы вентиляции, а также процесс и принцип взаимного преобразования, а также применили результаты исследования к чертежу вентиляционной сети угольного рудника Санхэцзян, который доказал, что результаты эффективно улучшили скорость прорисовки. ; основываясь на идее теории графов, Wang et al. В [11] предложен алгоритм нумерации и весового значения узлов ветвления, реализован эффект стереовизуализации графа системы вентиляции.Однако эти графики могут отражать только топологические отношения системы вентиляции, а не их количественные отношения. График QH может эффективно решить эту проблему. На графике Q-H каждая ветвь в вентиляционной сети представлена ​​прямоугольным блоком, ширина, высота и площадь которого соответственно равны объему ветра, сопротивлению и потребляемой мощности ветви. Прямоугольные блоки располагаются в соответствии с топологическим соотношением сети, чтобы сформировать граф равновесия ветрового сопротивления [4].График Q-H эквивалентен графу сети, который отражает не только отношения между узлами, цепями и ветвями, но и количество воздуха, сопротивление и потребляемую мощность каждой ветви. Он более интуитивно понятен и количественен, чем сетевой граф [12]. Хуанг. [13] предварительно изучили сущность и применение графа Q-H, но не упомянули алгоритм его построения. Xu et al. [12, 14] предложили «четырехлинейную» особенность графа Q-H, то есть функцию узла, схемы, набора разрезов и линий пути.Было проведено исследование алгоритма рисования графиков Q-H. Для сетей использовался исчерпывающий поиск, и все прямоугольные блоки были собраны вместе в соответствии с процессом поиска, чтобы сформировать график Q-H вентиляционной сети. На основе «четырехстрочного» анализа характеристик графика QH. Чжоу и др. [15] предложили меры по снижению сопротивления системы извлечения газа, которые значительно улучшили эффект извлечения газа из бурового поля. Sun [16] проанализировал связь между подземной утечкой воздуха и самовозгоранием угля по графику Q-H, определил диапазон регулирования утечки воздуха и разработал схему оптимизации.Благодаря проверке практических разработок утечка воздуха в выработке уменьшилась с 750 м ³ / мин до 150 м ³ / мин. Это показывает, что можно контролировать утечку воздуха с помощью графического метода Q-H. Хотя вышеперечисленные исследования способствуют применению и развитию графа Q-H, отсутствуют глубокие исследования алгоритма построения графа Q-H.

Ключевым моментом существующего метода рисования в [14] является превращение метода поиска в глубину искусственного интеллекта в исчерпывающий метод, а граф Q-H может быть сформирован путем объединения всех прямоугольных блоков в соответствии с процессом поиска.Как показано на рис. 1, процесс поиска [14] выглядит следующим образом: e ₁ → e ₃ → e ₇ → (e ₃ ) → e ₈ → e ₉ → (e ₈ → e ₃ → e ₁ ) → e ₄ → e ₅ → (e ₄ ) → e ₆ → (e ₄ → e ₁ ) → e ₂ (процедура в скобках — возврат с возвратом). Этот документ основан на идее метода независимых путей (IPM), метод поиска в глубину используется для определения всех независимых путей.Затем можно построить график Q-H, установив координаты левого нижнего и правого верхнего углов прямоугольных блоков, соответствующих ветвям независимых путей. Как показано на рис. 1, всего было найдено 3 независимых пути, а именно: P ₁ = {e ₁ , e ₃ , e ₇ }, P ₂ = {e ₁ , e ₄ , e ₅ , e ₈ , e ₉ }, P ₃ = {e ₂ , e ₆ , e ₉ }.Для крупномасштабных вентиляционных сетей метод рисования в [14] отнимет много времени.

Основанный на модели рисования метода независимого пути, в этой статье используется адаптивный и улучшенный генетический алгоритм для оптимизации задачи сортировки независимых путей, чтобы решить проблему большого количества разделенных прямоугольных блоков в процессе рисования, так что количество прямоугольных блоков, разделенных в графе QH, уменьшается. и эффект рисования более интуитивно понятен. Математическая модель, основанная на методе матрицы смежности узлов для распознавания однонаправленных цепей, построена так, чтобы можно было точно идентифицировать однонаправленный контур в вентиляционной сети.Изменяя стратегию поиска ребер, можно использовать улучшенный алгоритм поиска в глубину для определения всех путей в вентиляционной сети с однонаправленными контурами, а эквивалентный метод преобразования взаимосвязей топологии сети используется для построения вентиляционной сети с однонаправленными контурами. граф характеристик схем. Кроме того, применение технологии автоматического упрощения сетевого эквивалента при рисовании графа Q-H может сократить время рисования и сделать граф Q-H иерархическим.Мощная функция графика Q-H может предоставить теоретическую основу и техническую поддержку для интеллектуальной диагностики, анализа надежности и оптимизации сложных сетевых систем вентиляции. Его можно применять в системах вентиляции, например, в метро, ​​туннелях и крупных торговых центрах.

2. Построение модели и исследование оптимизации графа Q-H

При построении математической модели чертежа графа Q-H на основе метода независимых путей для определения всех независимых путей используется метод поиска в глубину.Затем устанавливаются координаты левого нижнего и правого верхнего углов прямоугольных блоков, соответствующих ветвям независимых путей. Это подходит для различных сетевых моделей.

2.1 Математическая модель построения графика Q-H на основе метода независимых путей

График вентиляционной сети обозначается как G = ( V , E ), где V = { v ₁ , v ₂ ,…, v _м } — это набор из m узлов, и m обычно записывается как m = | В |.E — набор из n веток.

Чтобы нарисовать прямоугольный блок, соответствующий ответвлению вентиляционной сети e _k = (v _i , v _j ) на графике, координаты точек в нижнем левом углу ( x _k , y _k ) и правый верхний угол () должен быть определен. Процесс построения графика Q-H на основе метода независимого пути выглядит следующим образом:

(1) Определите ординату узлов сети

Если известна энергия давления H _i узла v _i , которая рассматривается как соответствующая ордината графика Q-H, а ордината соседнего с ним узла равна:
(1)
где h _k — сопротивление ветви e _k , Ns ² / m ⁸ .Возьмите любой узел сети (обычно узел с самой высокой энергией давления) в качестве базовой точки и определите его ординату как 0. Согласно приведенным выше правилам, можно определить ординаты всех узлов.

(2) Используйте алгоритм в глубину [17] для поиска пути от источника до перекрестка.

Стратегия поиска края взвешивается значением минимального количества воздуха в ответвлении. Если начальным узлом поиска ребра является v _a , то стратегия поиска ребра следующая:
(2)
где q _ab — количество воздуха, соответствующее ветви ( v _a , v _b ), м ³ / с; q _k — количество воздуха, соответствующее ветви e _k , м ³ / с; и ε — предел погрешности количества воздуха.

Для плоских сетей левый и правый порядок ветвей сети можно использовать в качестве стратегии поиска ребер. График QH, нарисованный таким образом, согласован по положению с графом сети, но стереосеть должна принимать формулу (2) в качестве стратегии поиска ребер.

Первый путь, определенный поиском:
(3)
где P _I [j] и e ‘ _j — два способа записи j-й ветви пути P _I , j = 1,2,…, | P _I |.

(3) Определите количество воздуха в ответвлении с минимальным количеством воздуха в тракте как ширину тракта.

Ширина пути P _I составляет:
(4)
где q ‘ _j — количество воздуха, соответствующее j-й ветви e’ _j пути P _I , m ³ / с.

(4) «Раскрасьте» ответвления пути [17].

Количество воздуха в каждой ветви пути вычитает ширину пути. Это рассматривается как «раскраска» ветки пути, то есть:
(5)

На этом этапе первой итерации был идентифицирован один путь. Мы возвращаемся к источнику поиска, определяем следующий путь и продолжаем в общей сложности (n-m + 2) путей.

(5) Выполните операцию пересечения на всех путях.

Пересечение выполняется между текущим путем P _I и предыдущим путем P _{I -1} . Позволять:
(6)

(6) Определите координаты точки в нижнем левом углу прямоугольного блока.

(ⅰ) Ветвь первого пути P ₁ имеет координаты
(7)

(ⅱ) Ветвь E ‴ имеет координаты
(8)

(7) Определите координаты правого верхнего угла прямоугольного блока.

(ⅰ) Ветвь E ″ имеет координаты
(9)

(ⅱ) Ветвь, принадлежащая пути тока P _I , в которой количество воздуха меньше ε, имеет координаты
(10)

(8) Повторяйте вышеуказанные шаги, пока не будут определены все координаты ответвлений. Вышеупомянутый процесс является формой определения независимых путей, и поэтому мы называем его методом независимого пути.

Этот метод подходит для построения графиков Q-H как плоских, так и стереосетей.Планарная сеть показана на рис. 2 (A) с параметрами сети, показанными в таблице 1. Нет пересечения между ветвями, за исключением узлов в сетевом графе, а левая и правая последовательности ветвей расположены в виде весов ветвей в сетевом графе. стратегия поиска края. Таким образом, граф QH согласован по положению с графом сети, и прямоугольные блоки, соответствующие ветвям, не разделяются, как показано на рис. 2 (B). График Q-H стереосети будет иметь прямоугольные блоки, соответствующие некоторым ветвям, разделенным на два или более блоков, независимо от стратегии поиска края.Исследования показывают, что количество прямоугольных блоков после деления тесно связано с последовательностью независимых путей, что определяется стратегией поиска в формуле (2). Получение оптимальной последовательности независимых путей является целью данной статьи.

2.2 Оптимизация сегментации графа QH на основе улучшенного адаптивного генетического алгоритма

Чтобы получить оптимальную независимую последовательность путей, чтобы уменьшить разрезание прямоугольных блоков в графе Q-H, мы применяем улучшенный адаптивный генетический алгоритм (IAGA) для оптимизации задачи упорядочения независимых путей.Каждое изменение топологического отношения, определяющее последовательность независимых путей, принимается как решение в пространстве решений, и IAGA используется для поиска оптимального или приближенного оптимального решения путем случайного поиска в пространстве решений, чтобы уменьшить рабочую нагрузку на последовательность сравнения путей. Далее описывается процесс оптимизации графа Q-H на основе IAGA.

2.2.1 Кодирование преобразования топологии вентиляционной сети.

Принято гибридное двоичное и целочисленное кодирование на основе преобразования топологии узла.При кодировании узлов шахтной вентиляционной сети необходимо учитывать степени выхода узлов | E ⁺ ( V _i ) | из 1, 2 и 3, как показано на рис. 3.

При выходной степени 1 подключается только один узел без изменения топологической взаимосвязи, поэтому кодирование отсутствует.

Выходная степень 2 может быть представлена ​​двоичным кодированием битов, где 0 и 1 представляют разные топологические последовательности двух ветвей, подключенных к узлу.

Для выходной степени 3 топологии ветвей представлены серией целых чисел. Число вариантов топологической сортировки трех ветвей равно | E ⁺ ( V _i ) |! = 3 × 2 × 1 = 6, что соответствует (1,2,3,4,5,6) соответственно, чтобы реализовать взаимно однозначное соответствие между пространствами кодирования и решений.

Вышеупомянутый метод смешанного кодирования может представлять различные последовательности независимых путей, обнаруженные в графе Q-H из-за изменения топологических отношений.

2.2.2 Дизайн фитнес-функции на графике QH.

Количество прямоугольных блоков в графике Q-H можно выразить как:
(11)

Проблема уменьшения количества разрезанных прямоугольников на чертеже графика Q-H состоит в том, чтобы минимизировать целевую функцию количества разрезанных прямоугольников, представляющих ветви. Таким образом:
(12)

, где x — количество прямоугольных блоков в графе QH.

Для задачи минимизации целевая функция должна быть преобразована в функцию пригодности при применении генетического алгоритма для вычисления приспособленности, т.е.е. [18],
(13)
где F (x) — пригодность после преобразования; g (x) — приспособленность к задаче минимального значения; то есть количество прямоугольных блоков в графе Q-H; а C _max — достаточно большое число, значение которого определяется по параметрам шахтной вентиляционной сети.

Более точным выражением функции приспособленности могло бы быть значение приспособленности каждой хромосомы в поколении t. Вычисляется значение соответствия каждой строки в популяции, и это может оценить степень оптимизации любого q-мерного вектора в пространстве строки хромосомы.В каждом поколении хромосом количество прямоугольных блоков в графе Q-H может быть получено с помощью графика Q-H, отражающего характеристики каждого поколения хромосом и графика Q-H. Посредством генетических операций, таких как отбор, кроссовер и мутация, хромосомы развиваются в направлении областей с лучшими характеристиками, и, наконец, получаются хромосомы, которые уменьшают разрезание прямоугольных блоков на графике QH, что является оптимальным решением, необходимым для решения проблемы. проблема.

2.2.3 Повышенная вероятность адаптивного кроссовера

P _c и вероятность мутации P _m .

На основе исследования улучшенного генетического алгоритма [19–22] мы предлагаем улучшенный адаптивный генетический алгоритм (IAGA). Большее значение приспособленности двух пересекающихся особей адаптивно регулируется между минимальным f _min , средним f _avg и максимальным f _max , а вероятность кроссовера P _c и вероятность мутации P _m регулируются. между минимальным, средним и максимальным значениями приспособленности популяции с изменением индивидуального значения приспособленности.Таким образом, согласно интерполяции Лагранжа, мы получаем улучшенную вероятность кроссовера,
(14)
и улучшенная вероятность мутации,
(15)
где f _max — максимальное значение приспособленности в популяции; f _avg — среднее значение приспособленности каждого поколения населения; f _min — минимальное значение приспособленности в популяции; f ′ — большее значение приспособленности двух пересекающихся индивидов; и f — значение приспособленности индивидуума к мутации.Более того, вероятность кроссовера P _c и вероятность мутации P _m принимают значение интервала (0,1), которое может быть скорректировано в процессе оптимизации, и P _{c 1} > P _{c 2} > P _{c 3} , P _{m 1} > P _{m 2} > P _{m 3} .

Согласно формулам (14) и (15), вариация вероятности кроссовера P _c и вероятности мутации P _m получается, как показано на рис.

Улучшенная вероятность кроссовера и вероятность мутации могут не только автоматически изменяться в зависимости от значения пригодности, но и обеспечивать ненулевую вероятность кроссовера максимальной приспособленности особей в популяции. Высокая точность настройки улучшает вероятность кроссовера и мутации людей, так что они не будут находиться в застойном состоянии; следовательно, алгоритм выскочит из локальных оптимальных решений.

На примере вентиляционной сети с m = 82 и n = 123, с остальными параметрами, оставшимися неизменными, для оптимизации построения графика Q-H используются простой генетический алгоритм (GA) и IAGA.Тенденции наилучшего значения пригодности и среднего значения приспособленности в каждом поколении показаны, соответственно, на рис. 5.

Рис. 5. Изменения значений приспособленности общего генетического алгоритма и улучшенного генетического алгоритма.

(a) изменение значения пригодности для каждого поколения по GA; (b) изменение значения пригодности для каждого поколения по IAGA.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242011.g005

Как показано на Рис. 5 (A), когда график QH строится GA, тенденции лучших и средних значений пригодности в каждом поколении государства-конкур, с меньшим количеством эволюционных поколений и более быстрой конвергенцией.Однако на рис. 5 (B) при использовании IAGA тренды лучших и средних значений пригодности во всех поколениях стабильны, и их эволюция, очевидно, лучше. Это указывает на то, что когда IAGA используется для построения графика QH, хромосома постепенно показывает лучшее состояние с изменением вероятностей кроссовера и мутаций в процессе эволюции каждого поколения, и можно найти лучшую независимую последовательность путей для построения графика QH. быстро.

2.2.4 Определение генетических операторов.

(1) Дизайн выбора оператора

В этом исследовании выбор использует метод случайной выборки обхода, основанный на распределении пригодности сортировки [18] для распределения вероятности выбора. В методе используется значение пригодности популяции и выполняется сортировка по целевому значению.

Расчет пригодности основывается только на порядке Pos отдельных лиц в популяции, а не на фактическом целевом значении. Предположим, что L — количество особей в популяции, SP — давление отбора, и значение приспособленности каждой особи рассчитывается в соответствии с порядком Pos в отсортированной популяции.Значение пригодности рассчитывается как [18]:
(16)
где Fit — значение пригодности. Мы сортируем по значению Подгонки, и индивидуум с минимальной пригодностью помещается на первую позицию в отсортированном списке значений целевой функции.

Вероятность индивидуального отбора рассчитывается по формуле линейной сортировки, предложенной Бейкером [18]:
(17)
где i — индивидуальный порядковый номер, 1≤ η ⁺ ≤2, η ^— = 2− η ⁺ .

В соответствии с рассчитанной вероятностью выбора для выбора лиц проводится случайная выборка обхода, где Fit — вектор-столбец, значение которого рассчитывается по формуле (16). Мы устанавливаем npointer как число, которое нужно выбрать, и выбираем людей на равных расстояниях 1 / npointer. Положение первого указателя определяется равномерным случайным числом в интервале [0,1 / npointer].

Процесс отбора выглядит следующим образом: сначала индивидуумы ранжируются на основе пригодности, затем вычисляется вероятность выбора и, наконец, завершается операция выбора случайного обхода.

(2) Конструкция привода кроссовера

В этой статье оператор кроссовера применяет режим равномерного кроссовера и принимает каждую точку как потенциальную точку встречи. Вероятность кроссовера адаптивно регулируется в соответствии с IAGA, и операция кроссовера выполняется на особях в популяции. Кроссовер реализуется путем маскирования слов, случайной генерации маскирующего слова (0-1) W = w ₁ w ₂ … w _q той же длины, что и длина индивидуального кодирования, и создания новых индивидов A ‘и B ‘от родительского поколения A и B по следующим правилам: Если W _i = 0, то значения гена в i-м локусе A’ и B ‘наследуют соответствующие значения генов A и B, соответственно.Если W _i = 1, то значения гена в i-м локусе A ‘и B ’наследуют соответствующие значения гена B и A, соответственно. Другими словами, одни и те же гены отцовского поколения сохраняются, тогда как потомство наследует некоторые разные значения генов от двух отцов, что способствует улучшению качества потомства.

Например, если

Пример маскирующего слова:

Два потомка после скрещивания:

Из процесса равномерного кроссовера видно, что хромосомы нового поколения после скрещивания по-прежнему представляют собой серию целых чисел, которые могут представлять последовательность независимых путей вентиляционной сети на основе порядка узлов.

(3) Дизайн оператора мутации

Для двоичного кодирования алгоритма рисования графа QH операция мутации должна изменить значение гена на хромосоме в соответствии с вероятностью адаптивной мутации, то есть от 0 до 1 и от 1 до 0. Для целочисленного кодирования значение гена на хромосома определяется как другая величина, которая сама по себе не соответствует вероятности адаптивной мутации.

2.2.5 Выбор соответствующих параметров.

Выбор параметра GA влияет на результат построения графика Q-H.Поскольку вероятности мутации и скрещивания изменяются адаптивно, а вероятность выбора получается линейной сортировкой, основными параметрами, влияющими на результат алгоритма, являются начальный размер популяции и заданный максимум поколений [23].

(1) Выбор максимума поколений

Условия завершения шлейфа обеспечиваются предварительной настройкой максимума поколений, который зависит от размера вентиляционной сети. Для небольших вентиляционных сетей нет необходимости устанавливать слишком большое количество поколений, потому что есть несколько изменений хромосомных цепочек.Для больших вентиляционных сетей существует много изменений в хромосомной цепочке, поэтому необходимо установить большее количество поколений, чтобы как можно скорее найти лучшее решение. (2) Определение первоначальной численности популяции

Начальный размер популяции обычно влияет на сходимость и вычислительную эффективность генетического алгоритма. Если масштаб слишком мал, он стремится к локальному оптимальному решению. Если масштаб будет слишком большим, то скорость вычислений будет снижена [24].В алгоритме оптимизации рисования графа QH начальная совокупность зависит не только от количества узлов в вентиляционной сети, но и от изменений топологического отношения узлов в вентиляционной сети, поскольку гибридное двоичное и целочисленное кодирование на основе преобразования топологии узлов принимается. В вентиляционной сети имеется n-m + 2 независимых тракта, а количество изменений топологического отношения n-m + 2 независимых трактов составляет (n-m + 2) !, начальный размер популяции меньше, чем (n- м + 2)! Для конкретной шахтной вентиляционной сети установка начальной плотности зависит от ее конкретных параметров.

2.3 Разработка программы графического чертежа Q-H

Как показано на рисунке 6, этапы построения оптимизационного графика Q-H на основе гибридного алгоритма (IAGA-IPM), объединяющего улучшенный адаптивный генетический алгоритм и метод независимого пути, следующие:

1. Шаг 1: Определите основные параметры IAGA (размер популяции, максимум эволюционного поколения).
2. Шаг 2: Выберите подходящий метод кодирования. Мы применяем гибрид двоичного и целочисленного кодирования на основе узла для сопоставления переменных решения (вариаций топологических отношений) в пространстве решений с хромосомными строками IAGA.Определяется целевая функция задачи оптимизации алгоритма рисования графа QH (сокращение вырезания прямоугольного блока графа QH) и определяется переменная решения решаемой задачи, которая представляет собой изменение топологического отношения узлов в независимом пути. последовательность.
3. Шаг 3: Произведите начальную популяцию. Установите tt = 0 (tt представляет собой максимум эволюционного поколения), выберите начальную популяцию и вычислите приспособленность на основе сортировки.
4. Шаг 4: Индивидуумы отбираются случайной выборкой, и перекрестные родительские поколения выбираются на основе оператора выбора.
5. Шаг 5: Выбранное родительское поколение выполняет операцию кроссовера в соответствии с улучшенной вероятностью адаптивного кроссовера P _c с использованием оператора унифицированного кроссовера для получения нового индивидуума.
6. Шаг 6: Новый индивидуум, полученный посредством кроссовера, является предварительно сформированной операцией мутации на основе улучшенной вероятности адаптивной мутации P _m с использованием оператора одноточечной мутации для получения нового поколения особей.
7. Шаг 7: Если максимум эволюционного поколения удовлетворяет установленным требованиям, вывести оптимальное решение и декодировать хромосомную строку с максимальной пригодностью в порядок (n – m + 2) независимого пути; в противном случае перейдите к шагу 4 и продолжайте цикл.
8. Шаг 8: Нарисуйте график Q-H шахты в соответствии с порядком независимого пути из Шага 7 на основе пути независимого пути.

На этом этапе можно построить оптимальный график Q-H рудника в соответствии с описанными выше шагами.

Согласно IAGA-IPM, основная программа и связанные подпрограммы алгоритма оптимизации рисования графа Q-H кодируются, и реализуется эффект визуализации рисования графа Q-H. Протестируем несколько вентиляционных сетей.

Возьмем в качестве примера сеть стереофонической вентиляции с параметрами m = 8 и n = 11, как показано на рис. 7. Исходя из ситуации сходимости нескольких прогонов и качества решения, начальная популяция может быть установлена ​​равной 10, а максимум эволюционных поколений как 50.

График Q-H, нарисованный IAGA-IPM, показан на рис. 8 (A), а график Q-H, построенный IPM, показан на рис. 8 (B). График Q-H также строится по двум алгоритмам. Когда три набора параметров в разных стереосистемах вентиляции равны m = 8 и n = 10, m = 82 и n = 123, а также m = 117 и n = 179, их условия резки прямоугольных блоков на графике QH представлены в Рис 9.

Из результатов испытаний видно, что применение IAGA-IPM для оптимизации построения графика Q-H может уменьшить количество разрезов прямоугольных блоков.При меньшем количестве ветвей и узлов в вентиляционной сети топологическая взаимосвязь относительно проста, поэтому последовательность независимых путей не сильно меняется, равно как и количество разрезанных прямоугольных блоков, что не может полностью раскрыть преимущества IAGA-IPM. Однако, когда количество ветвей и узлов велико, его топологические отношения меняются сложным образом, последовательность независимых путей сильно меняется, а количество вырезанных прямоугольных блоков сильно варьируется, что может подчеркивать преимущества IAGA-IPM.

3. График Q-H вентиляционной сети, содержащей однонаправленные контуры.

Однонаправленные контуры часто используются в шахтах, где используется многоступенчатая вентиляция с вентиляторными станциями. Это схема, в которой направления воздушного потока в ветвях одинаковы. Выполнение однонаправленных контуров в шахтных вентиляционных сетях — круговой ветер. Как только однонаправленный контур включен в вентиляционную сеть, все исходные алгоритмы, основанные на путях, не работают [25]. Поэтому мы изучаем дискриминацию однонаправленных цепей, улучшение алгоритма пути вентиляционной сети с однонаправленными цепями, чтобы решить построение графа Q-H с однонаправленными цепями.

3.1 Математическая модель идентификации однонаправленных цепей

Для идентификации однонаправленных контуров в вентиляционной сети мы предлагаем математическую модель идентификации однонаправленных контуров на основе матрицы смежности узлов. Для графика вентиляционной сети G = ( V , E ) квадратная матрица A = (a _ij ) _{м × м} порядка м = | V | построен, где:
(18)

Матрица A называется матрицей смежности узлов графа G.a _ij представляет количество ветвей, начиная с v _i и заканчивая v _j .

Степень k матрицы A обозначается как, где:
(19)

a _ih ∙ a _hj ≠ 0 тогда и только тогда, когда a _ih ≠ 0 и a _hj ≠ 0, т.е. все соединены ветвями от узла v _i к v _h и от v _h к v _j , поэтому значение представляет количество путей от v _i к промежуточному узлу v _h , а затем к v _j , или, другими словами, значение представляет собой число путей от v _i до v _j в два этапа.Аналогично, значение представляет количество путей от v _i через шаг k до v _j , тогда как представляет отсутствие таких путей. Поэтому предлагается теорема.

Теорема 1: Если, то между узлами i и j существует путь.

С точки зрения теории графов, однонаправленные цепи — это пути, начало и конец которых совпадают.

Согласно определению однонаправленного контура, то есть контура с тем же направлением воздушного потока, если имеется однонаправленный контур, тогда существует путь, который берет начало узла v _u и любой конец node v _u , а путь с перекрывающимися начальными и конечными узлами представляет собой однонаправленную схему.Следовательно, пока существует путь, начинающийся и заканчивающийся на v _i ( v _i ∈ V ), определяется однонаправленный контур. В сочетании с теоремой 1, если, то есть любой элемент на диагонали в не равен 0, то v _i ( v _i ∈ V ) должен быть узлом в однонаправленный контур.

Таким образом, предлагается математическая модель для идентификации однонаправленных цепей вентиляционных сетей на основе матрицы смежности узлов.

1. (1). Определите матрицу смежности узлов A заданной вентиляционной сети.
2. (2). Вычислить A ² ,…, A ^{м −1} . Поскольку предельная длина пути составляет м-1 (когда все узлы находятся на прямой), нет необходимости вычислять A ^м .
3. (3). Если диагональный элемент в A ^k ( k = 1,2,…, m −1) имеет ненулевое значение, существует однонаправленная цепь.Между узлами, соответствующими ненулевым элементам на диагонали, образуют однонаправленные цепи.

Для вентиляционной сети, показанной на Рис. 10, процесс идентификации однонаправленных контуров с использованием вышеуказанной математической модели выглядит следующим образом.

(1) Матрица смежности узлов вентиляционной сети представлена ​​на рис. 10.

(2) Вычислить A ² , A ³ , A ⁴ , A ⁵ .

(3) Видно, что диагональные элементы во втором, третьем и пятом рядах A ³ отличны от нуля, то есть однонаправленный контур равен { e ₂ , e ₅ , e ₃ }.

Согласно изложенным выше принципам написана программа для идентификации однонаправленных цепей.

3.2 Оптимизация алгоритма пути в вентиляционной сети с однонаправленными контурами

Поиск пути между v ₁ и v ₆ на рис. 10 с использованием метода «в глубину» [17] может дать результат { e ₁ , e ₂ , e ₅ , e ₃ , e ₂ , e ₄ , e ₇ }.Следовательно, этот метод не может решить проблему поиска пути сети с однонаправленными цепями, поскольку их наличие приведет к бесконечному поиску. Для решения такой проблемы необходимо изменить стратегию поиска. Раскраска ветвей (маркировка разыскиваемых ветвей) [17] остается неизменной:
(20)
где E = { e ₁ , e ₂ ,…, e _n } — набор ветвей, которые не были окрашены; E ′ — набор закрашенных ветвей; и e _k — это выбранная ветвь поиска, то есть цветная ветвь.

Однако стратегия поиска края [17],
(21)
изменен на:
(22)
где V ( E ‘) — это набор узлов, соответствующий цветному набору ветвей.

Усовершенствованный алгоритм определения глубины имеет три этапа для определения всего пути в вентиляционной сети с однонаправленными контурами: (1) Вычислить точку источника V ^— ( G ) и точку встречи V ⁺ ( G ) сети; (2) вычислить весь путь между парами точек, состоящими из исходной точки и точки встречи; (3) суммировать пути каждой пары точек.

Программная диаграмма расчета пути между любыми двумя узлами показана на рис. 11. Шаги следующие:

1. Шаг 1: Инициализация. i = 1 — инициализация номера пути.
2. Шаг 2: Найдите края. В случае успеха обратитесь к пункту (3) для раскраски. В противном случае перейдите к (8), чтобы определить, пуст ли стек. Если стек пуст, перейдите к (9), чтобы завершить программу.
3. Шаг 3: Раскройте.
4. Шаг 4: Определите исходный узел для поиска ребер.
5. Шаг 5: Определяет, является ли текущий узел целевым. Если это не целевой узел, перейдите к (2) и продолжайте поиск ребер. В противном случае перейдите к (7) в стек хранилища, где хранятся пути, образованные ветвями, а затем сложите общее количество путей.
6. Шаг 6: Определите ветви, которым необходимо восстановить исходный цвет.
7. Шаг 7: Добавьте восстановленную ветку в E.
8. Шаг 8: Определите новый исходный узел для поиска ребер.
9. Шаг 9: Выйти из стека.

Изменяя стратегию поиска края, можно использовать алгоритм «в глубину» для поиска пути в вентиляционной сети с однонаправленными контурами.

3.3 Метод построения графика Q-H для вентиляционной сети с однонаправленным контуром

Чтобы нарисовать граф QH, содержащий однонаправленные цепи, они должны быть определены в первую очередь. Они извлекаются из вентиляционной сети, и сеть преобразуется в сеть без однонаправленных цепей с использованием метода эквивалентного преобразования отношения топологии сети, как показано ниже.

Предположим, что график вентиляционной сети: G = ( V , E ), исходная точка сети — V ^— ( G ), связанная ветвь этой точки — E ^— ( G ), точка рандеву сети — V ⁺ ( G ), связанная ветвь этой точки — E ⁺ ( G ), а вентилятор ветвь, вызывающая однонаправленный контур: e _f = ( v _a , v _b ), ( v _a , v 901 b ∈ V ).Постройте новую ветвь вентилятора e ′ _f = ( v _a , v _c ), ( v _c ∉ V ), и установите параметр вентиляции e ′ _f равным e _f . Тогда преобразованная сеть имеет следующее отношение к исходной сети:
(23)

Можно видеть, что преобразованная сеть имеет такое же количество ветвей и такое же топологическое отношение, что и исходная сеть, за исключением ветвей, которые вызывают однонаправленную схему, конечные узлы которой являются исходными точками новой сети, тогда как конец узлы вновь построенных ветвей являются точками встречи новой сети.

На рис. 12 (A) в качестве примера вентилятор установлен на ответвлении e ₄ вентиляционной сети. Под действием вентилятора сеть образует два однонаправленных контура: c ₁ = { e ₄ , e ₅ , e ₃ , e ₂ } и c ₂ = { e ₄ , e ₇ , e ₉ , e ₈ }.Объем воздуха и сопротивление ответвлений показаны в таблице 2. Давление воздуха вентилятора составляет h _f = 100 нс ² / м ⁸ , а количество воздуха составляет Q _f = 100 м ³ / с.

Рис 12. Преобразование вентиляционной сети, содержащей одноконтурную, в сеть без одноконтурной.

(a) Сетевой граф, содержащий однонаправленные цепи. (B) Сетевой граф после преобразования топологии.

https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0242011.g012

Из таблицы 2 видно, что хотя сеть сбалансирована, то есть соответствует законам баланса количества воздуха узлов и баланса сопротивления контуров, соответствующий график QH не может быть нарисован. Причина в том, что с точки зрения мощности вентилятора узлы с наибольшей и наименьшей энергией сетевого давления составляют v ₅ и v ₃ соответственно. Линия узла, соответствующая v ₅ , должна находиться внизу графика Q-H, тогда как линия узла, соответствующая v ₃ , должна быть вверху.Однако, с точки зрения ветви e ₄ , потоки воздуха от v ₃ до v ₅ , и линия узла, соответствующая v ₅ , должна находиться на вверху графика QH, тогда как линия узлов, соответствующая v ₃ , должна быть внизу. Таким образом, прямоугольные блоки, соответствующие ветви e ₄ , не могут быть выражены.

На рис. 12 (A) ветвь вентилятора, которая вызывает однонаправленный контур перед преобразованием, имеет вид e _f = ( v _a , v _b ) = e ₄ = ( v ₃ , v ₅ ), а новая ветвь вентилятора — e ′ _f = e ₄ = ( v ₃ , v _c ).Преобразованная сеть показана на рис. 12 (B) и включает однонаправленную схему. Согласно принципу и способу построения графа Q-H, преобразованный граф Q-H показан на рис. 13, из которого видно, что он имеет девять горизонтальных линий, соответствующих девяти узлам преобразованной сети. Узел с наибольшей энергией давления во всей сети — это узел v ₅ , чьи связанные ветви — e ₅ и e ₇ , а конечным узлом ветви e ₄ — узел наименьшей энергии давления.

В заключение можно увидеть, что вентиляционная сеть с однонаправленными контурами может быть преобразована в сеть без однонаправленных контуров посредством эквивалентного преобразования топологического отношения в сети, а затем может быть выполнено построение графа Q-H для вентиляционной сети. Этот метод также подходит для построения графика Q-H стереосистемы вентиляции с однонаправленными контурами.

Эта статья не только решает проблему рисования графа Q-H вентиляционной сети с однонаправленными контурами, но также улучшает скорость рисования по сравнению с методом рисования в [14].В [14] процесс использования метода поиска в глубину для определения пути выглядит следующим образом: после того, как путь найден, поиск продолжается с возвратом до тех пор, пока не будут достигнуты все ответвления. Повторный процесс поиска пути «бессмысленен», что сильно повлияет на эффективность алгоритма для сети с большим количеством путей. В этой статье первый путь ищется с помощью метода поиска в глубину, но последующий путь определяется не путем обратного отслеживания и прямого поиска, а путем прямого возврата к исходной точке сети и повторного поиска, что является методом определения самостоятельный путь.Этот метод может значительно сократить время поиска и время выполнения.

Поскольку [14] не предоставил соответствующий исходный код алгоритма, из-за отсутствия единой тестовой платформы (системная среда, язык разработки) скорость работы компьютера двух алгоритмов рисования не может быть сравнена и проанализирована в статье, поэтому сравнение не проводится. приведены результаты удельного времени рисования. В статье только теоретически сравниваются два вида скорости рисования. Однако, оптимизируя сегментацию прямоугольных блоков в процессе рисования, бумага делает эффект рисования графа Q-H более интуитивным (чем меньше прямоугольных блоков, тем более интуитивно понятным).Как показано на рисунках 14 и 15, график Q-H e ₈ и e ₉ разделен в методе [14], в то время как только e ₉ разделен в методе этой статьи. Анализировать проблемы более понятно и интуитивно.

4. Применение технологии упрощения вентиляционной сети на чертеже графа Q-H

График Q-H, построенный в соответствии с фактическими ветвями и узлами вентиляционной системы, часто бывает слишком сложным, без заметной фокусировки, что неудобно для анализа и исследования.Следовательно, вентиляционная сеть должна быть упрощена в соответствии с расположением ключевых узлов и требованиями работы компьютера [26]. На основе теории графов и теории множеств предлагается упрощенная математическая модель вентиляционной сети путем анализа топологических отношений сети для реализации иерархии графа QH.

4.1 Математическая модель и программный дизайн упрощения сети

Пусть G ′ = ( V ′, E ′) будет связным подграфом сетевого графа G = ( V , E ), где V , V ′ — набор узлов, а E , E ‘- набор ветвей.Потом:
(24)

Если вышеупомянутое неравенство верно, то G ′ — подсеть (или подсеть) сети G, где | E ′ | — количество элементов в матрице E.

Подсеть должна быть подключенным подграфом. Количество ветвей должно быть больше или равно 2, а подсеть, удаленная из сети, и подсеть должны иметь только две точки встречи, записанные как:
(25)

В соответствии с топологическими отношениями ветвей подсети, это параллельное, последовательное или диагональное соединение.В ориентированном графе, обозначает исходную точку и точку встречи, соответственно, сети, а также обозначает исходную точку и точки встречи подсети. В структуре диагонального соединения он соответствует узлам шунта и слияния в семерках структуры [17]. Тип подсети определяется следующим образом:
(26)

Если G ′ — подсеть сети G, то ее можно упростить до ветви в ориентированном графе и ветви в неориентированном графе. Для параллельного соединения, последовательного соединения и диагонального соединения ветви могут быть выражены как и, соответственно, в ориентированном и неориентированном графах.

Однако не все вентиляционные сети можно упростить, например сети ∇ и Y, как показано на рис. 16. Установка положительного направления по часовой стрелке, количество и сопротивление воздуха, соответствующие ветвям { e ₁ , e ₂ , e ₃ } — это { q ₁ , q ₂ , q ₃ } и { r ₁ , r ₂ , r ₃ } соответственно в сети ∇, а количество воздуха и сопротивление, соответствующие ответвлениям, равны и, соответственно, в сети Y.Если необходимо выполнить преобразование параметров, эквивалентное сетевому, должны быть выполнены следующие условия [17]:

(1) Соотношение объема ветра между тремя узлами v ₁ , v ₂ и v ₃ должно удовлетворять:
(27)

(2) Соотношение ветрового давления между тремя узлами v ₁ , v ₂ и v ₃ должно удовлетворять:
(28)

(3) Преобразованное соотношение ветрового сопротивления все еще зависит от { r ₁ , r ₂ , r ₃ }.

Согласно закону баланса сопротивлений цепи [17], формула баланса сопротивлений сети имеет вид:
(29)

Формулы (27), (28) и (29) имеют семь уравнений и девять неизвестных чисел, поэтому имеют бесконечный набор решений. Следовательно, сети ∇ и Y не могут подвергаться безусловному эквивалентному преобразованию, а эквивалентное ветровое сопротивление сети Y не только определяется сопротивлением ветру сети, но и зависит от изменений других ее параметров.Это также основная причина того, почему формула (24) может упростить подсети, только если | V ′ * V ( E — E ′) | = 2. С помощью приведенного выше анализа в вентиляционной сети можно упростить только относительно независимую сетевую структуру, состоящую из одного входа и одного выхода.

Процесс упрощения сети является иерархическим. Ветви X и Y соединены параллельно, но могут быть последовательно с ветвью Z. После того, как подсеть диагонального соединения упрощается до ветви, ветвь формирует новую параллельную или последовательную связь с другими ветвями.Это продолжается до тех пор, пока его больше нельзя будет упрощать. Схема программы автоматического упрощения представлена ​​на рис. 17.

На рис. 17 в модуле (2) представлен набор ветвлений, поиск которых осуществляется поиском обхода в глубину от z до. Двойная линия указывает, что между узлами z = V [ i ] и должна быть сформирована подсеть, но подсеть может содержать меньшие подсети, поэтому ее следует рассматривать как сеть, и программа упрощения сети может быть вызывается снова. Если подсеть содержит меньшую подсеть, то процесс продолжается до тех пор, пока не будет определено, что она не содержит меньшей подсети, а затем его можно упростить до ветви.

Мы используем компьютерный язык для разработки программы упрощения сети. Возьмите Рис. 18 (A) в качестве примера, чтобы проиллюстрировать иерархию и процесс упрощения сети. Упрощение делится на шесть уровней, и наконец сеть упрощается до филиала. Процесс упрощения показан на рис. 18 (B).

1. Уровень 1: Параллельный: P ( v ₅ , v ₆ ) = { e ₇ , e ₈ }; P ( v ₁₀ , v ₁₂ ) = { e ₁₆ , e ₁₇ }
2. Уровень 2: Серия: S ( v ₅ , v ₇ ) = { P ( v ₅ , v ₇ ), e ₉ }.
3. Слой 3: Диагональ: D ( v ₉ , v ₁₃ ) = { e ₁₂ , e ₁₃ , e ₁₄ , e ₁₅ , P ( v ₁₀ , v ₁₂ ), e ₁₈ , e ₁₉ }, D ( v ₂ , v ₅ ) = { e ₂ , e ₃ , e ₄ , e ₅ , e ₆ }.
4. Уровень 4: Серия: S ( v ₂ , v ₇ ) = { e ₁₁ , D ( v ₉ , v ₁₃ ), e ₂₀ }, S ( v ₂ , v ₇ ) = { D ( v ₂ , v ₅ ), S ( v ₅ , v ₇ )}
5. Уровень 5: Параллельный: P ( v ₂ , v ₇ ) = { S ( v ₂ , v ₇ ), S ( v ₂ , v ₇ )}.
6. Уровень 6: Серия: S ( v ₁ , v ₈ ) = { e ₁ , P ( v ₂ , v ₇ ), e ₁₀ }

4.2 Реализация иерархии графов QH посредством упрощения сети

Когда масштаб вентиляционной сети относительно велик, большее количество прямоугольных блоков представляет ветви на графике Q-H, что не способствует интуитивному отражению состояния сети.Технология упрощения сети позволяет реализовать иерархию графа Q-H. Возьмем для примера Рис. 18 (A).

График Q-H для Рис. 18 (A) показан на Рис. 19 (A). Это планарная сеть, состоящая из 20 прямоугольных блоков, которые кажутся неупорядоченными. Согласно иерархии упрощения на рис. 18 (B), сеть упрощается до последовательного ответвления s ( v ₁ , v ₈ ), чей соответствующий график Q-H представляет собой прямоугольный блок.Ширина блока — это общий поток в сети, высота — это полное сопротивление, а квадратичная кривая от нижнего левого угла к верхнему правому углу представляет собой полное сопротивление потоку. Упрощенная последовательная ветвь s ( v ₁ , v ₈ ) состоит из двух основных ветвей и параллельной упрощенной ветви p ( v ₂ , v ₇ ), как показано на рис.19 (C), тогда как p ( v ₂ , v ₇ ) на рис.19 (C) состоит из двух последовательно упрощенных ветвей s ( v ₂ , v ₇ ), как показано на Рис.19 (D).Согласно иерархии упрощения на рис. 18 (B), приведенная выше упрощенная ветвь s ( v ₂ , v ₇ ) слева, s ( v ₂ , v ₇ ) справа, d ( v ₉ , v ₁₃ ), p ( v ₁₀ , v ₁₂ ), d ( v ₂ , v ₅ ), p ( v ₅ , v ₆ ) соответствующий состав ветвей и график QH показаны на рис. 19 (E) –19 (J) , соответственно.

Рис. 19. Иерархия графа QH.

(а) График общего качества обслуживания, (б) Общий вид, (в) с ( v ₁ , v ₈ ), (г) p ( v ₂ , v ₇ ), (e) s ( v ₂ , v ₇ ) слева, (f) s ( v ₂ , v ₇ ) правый, (g) d ( v ₉ , v ₁₃ ), (h) p ( v ₁₀ , v ₁₂ ), ( i) d ( v ₂ , v ₅ ), (j) p ( v ₅ , v ₆ ).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0242011.g019

Технология упрощения сети делает граф QH иерархическим, который интуитивно отражает общие характеристики сети и подробно описывает местную ситуацию. Аналогичным образом вентиляционная сеть делится на более мелкие подсети, и каждый рисунок подсети оптимизируется указанным выше алгоритмом. Полный граф QH получается путем объединения всех подсетей.

5. Приложение

Применение графика Q-H имеет большое значение в повседневном управлении и реконструкции шахтной вентиляционной системы.График Q-H можно использовать для регулировки количества воздуха по мере необходимости, определения общего сопротивления, анализа управления системой вентиляции шахты по трем направлениям, картирования параметров окружающей среды шахтного воздуха, карты диапазона загрязнения шахты и определения пути эвакуации и т. Д.

5.1 Регулировка объема воздуха и определение общего сопротивления

Когда сопротивление и количество воздуха в проходах в вентиляционной сети известны, количество, расположение, количество путей и средства регулировки можно определить с помощью графика Q-H.Метод пути используется для настройки (n-m + 1) путей с небольшим сопротивлением с путем с максимальным сопротивлением в качестве эталона, что делает сопротивление каждого пути равным, чтобы гарантировать минимальное энергопотребление. Кроме того, для любой вентиляционной сети график Q-H можно использовать для определения общего сопротивления непосредственно по верхней правой координате без сложных вычислений.

5.2 Управление тремя областями

Систему вентиляции можно разделить на три области: область нисходящего воздуха, область возврата воздуха и область использования воздуха.Пропорция сопротивления каждой области является важным показателем для измерения качества вентиляционной системы. Соотношение сопротивления в трех областях естественного распределения воздуха может отражать разумность конструкции вентиляционной системы. Соотношение сопротивления в трех областях распределения воздуха в зависимости от спроса может отражать разумность производственной схемы и технического управления. График QH показывает диапазон трех областей, как показано на рис. 20 (A).

5.3 Отображение концентрации шахтного газа, температуры, влажности и других параметров

График Q-H может интуитивно отображать концентрацию газа, температуру и влажность на каждом пути в шахте, что удобно для управления всей системой вентиляции шахты. Рис. 20 (B) представляет собой схематическую диаграмму концентрации газа. Концентрация газа представлена ​​разными цветами на графике Q-H, и можно четко увидеть распределение концентрации газа по всей шахте.

5.4 Отображение объема шахтного загрязнения и пути эвакуации

График Q-H может отображать загрязненные и незагрязненные области, как показано на Рис. 20 (C). Когда происходит катастрофа на шахте, график Q-H может определить путь к побегу. Рабочие, заблокированные в шахте, могут избежать катастрофы в соответствии с безопасным маршрутом, показанным на графике.

В дополнение к вышеперечисленным функциям, график QH также может применяться в следующих аспектах: предоставление параметров для защиты от пожаров по давлению [12], определение граничных условий фильтрационного поля [12], реконструкция системы вентиляции [27], показывающая шахтные вентиляционные сооружения [27], определяющие предельное значение расхода вентиляционной системы [28] и др.В заключение, график Q-H играет очень важную роль в управлении шахтной вентиляционной системой.

6. Заключение

В этой статье метод независимых путей, улучшенный адаптивный генетический алгоритм, эквивалентное преобразование топологического отношения и метод упрощения сети используются для изучения моделирования, оптимизации, специализированной обработки (вентиляционная сеть с однонаправленными цепями) и по уровням графика QH, и сделаны следующие основные выводы:

Для построения математической модели для построения графиков QH использовался метод независимого пути.Усовершенствованный адаптивный генетический алгоритм был использован для оптимизации вырезания прямоугольного блока в процессе рисования графа Q-H, оптимальный эффект которого был реализован, что является хорошим ориентиром для теоретических исследований и программирования графа Q-H.

На основе теории матрицы смежности узлов была построена математическая модель для идентификации однонаправленных цепей. Изменяя стратегию поиска краев, алгоритм поиска в глубину подходит как для обычных вентиляционных сетей, так и для сетей с однонаправленными контурами.Используя метод эквивалентного преобразования топологического отношения сети, было решено графическое изображение Q-H сети с однонаправленными цепями, а теория проектирования сложной шахтной вентиляционной сети была обогащена и улучшена.

Была создана эквивалентная упрощенная математическая модель сети, а также исследованы упрощенный процесс и принцип. Использование технологии упрощения сети может эффективно повысить скорость анализа и сократить время рисования сложной шахтной вентиляционной сети, а также реализовать иерархию графика Q-H, чтобы он мог интуитивно отражать общие характеристики сети и подробно описывать локальную ситуацию.

График Q-H имеет мощную практическую функцию и изменил традиционные методы управления вентиляцией. Это новая реформа, которая открывает новый путь модернизации технологий управления вентиляцией.

Благодарности

Мы благодарим LetPub (www.letpub.com) за лингвистическую помощь при подготовке этой рукописи.

Ссылки

1. 1.
   Ван С .; Wang H .; B, Xie M. Z .; Xiong Z, Wang C .; Ченг Л.P, et al. Исследование динамических характеристик горных пород, окружающих ствол скважины, в зонах хранения энергии во время глубокой добычи геотермальной энергии. Plos.One . 2020, 15: e0237823. pmid: 32822423
2. 2.
   Вэй Л.Дж., Чжоу Ф. Б., Ченг Дж. В., Ло X. Р., Ли X. Л. Классификация конструктивной сложности шахтных вентиляционных сетей. Сложность , 2014, 21: 21–34.
3. 3.
   Семин М. А .; Левин Л. Ю. Устойчивость воздушных потоков в шахтных вентиляционных сетях. Процесс.Saf. Envior .2019, 124: 167–171.
4. 4.
   Xu R.L .; Тьен Дж. К. Двумерный график характеристик шахты для планирования вентиляции, Труды 6-го симпозиума по вентиляции шахт в США, Общество горнодобывающей, металлургической и геологоразведочной промышленности (SME), январь 1993 г.
5. 5.
   Lu K.C .; Лу Х.М. Теория графов с приложениями, 1-е изд. Tsinghua University Press, bei Jing, China, 1995.
6. 6.
   Гао С.Ю. Теория графов и теория сетевых потоков, 1-е изд.Издательство высшего образования, Бей Цзин, Китай, 2010.
7. 7.
   Ньюман М.Э.Дж. Структура и функции сложных сетей. SIAM. Ред. . 2003, 45: 167–256.
8. 8.
   Ли С.Х. Теория графов шахтной вентиляционной сети, 1-е изд. China Coal Industry Publishing House, bei Jing, China, 1984.
9. 9.
   Deng L.J .; Лю Дж. Исследование алгоритма построения графа вентиляционной сети на основе слоистого метода, Comput. Англ. Заявление . 2014, 34: 66–68.
10. 10.
    Wei L.J .; Ван Дж., Фанг З.В. Теория и процесс упрощения сложных вентиляционных сетей, J. China. Univ. Добыча полезных ископаемых. Техно . 2010, 39: 480–483.
11. 11.
    Wang X.D .; Hu N.L .; Tan H.L .; Чжао X.J. Исследование по визуализации шахтной вентиляционной сети с помощью графического алгоритма, Metal. Шахта, 2013, 4: 116–121.
12. 12.
    Xu R.L .; Лю Дж. Исследование графа характеристик вентиляционной сети. Уголь, наука и техника . 1993, 7: 31–36.
13. 13.
    Хуанг Х.В. Теория и применение графа характеристик вентиляционной сети. Saf. Каменный уголь. Шахты .1981, 5: 8–18.
14. 14.
    Сюй Р.Л. Теория вентиляционных сетей, 1-е изд. Издательство China Coal Industry Publishing House, Пекин, Китай, 1993.
15. 15.
    Чжоу X.H; Dong Q; Сюй Л.Н. и др., Исследование по оптимизации моделирования системы отвода газа на основе графа характеристик шахтной вентиляционной сети, Уголь. Sci. Техно , 2016, 44: 68–72.
16. 16.
    Вс З.Г. Анализ аварийной вентиляции На основе графа характеристик вентиляционной сети, Уголь. Моя. Модернизация , 2019, 2: 55–58.
17. 17.
    Liu J .; Jia J.Z .; Чжэн Д. Теория жидких сетей, 1-е изд. Coal Industry Press, bei Jing, China, 2002.
18. 18.
    Wang X.P .; Цао Л.М. Генетическая теория алгоритмов, приложения и реализация программного обеспечения, 1-е изд. Xi’an Jiaotong University Press, Сиань, Китай, 2002.
19. 19.
    Гао Х.; Xie W. X .; Wang Z.M .; Zhang T. S .; Chen B .; Ван П. Прогнозирование состава человеческого тела с использованием модифицированного адаптивного генетического алгоритма с новым оператором отбора. Plos. One , 2020, 15: e0235735. pmid: 32673328
20. 20.
    Ян Ц .; Li M.X .; Liu W .; Ци М. Улучшенный адаптивный генетический алгоритм для модели выявления мошенничества при страховании транспортных средств на основе нейронной сети BP. Теорет. Вычисл. Наук . 2019, 817: 12–23.
21. 21.
    Ganguly S .; Самаджпати Д.Распределение генерации с устройством РПН в радиальных распределительных сетях с использованием адаптивного генетического алгоритма. Заявл. Мягкий. Вычислить . 2017, 59: 45–67.
22. 22.
    Qin H .; Guo Y .; Liu Z.J .; Liu Y .; Чжун Х.Л. Оптимизация формы рамы автомобильного кузова с использованием улучшенного оптимизатора генетического алгоритма. Adv. Англ. Softw . 2018, 121: 235–249.
23. 23.
    Lowndes I.S .; Фогарти Т .; Ян З.Ю. Применение генетических алгоритмов для оптимизации работы шахтной вентиляционной сети: влияние метода кодирования и размера популяции. Мягкий. Вычислить . 2005, 9: 493–506.
24. 24.
    Эбрахими-Заде А .; Hosseini-Nasab H .; Zare-Mehrjerdi Y .; Захматкеш А. Многопериодный узел, охватывающий задачи с гибким радиусом: модифицированное генетическое решение. Заявл. Математика. Модель , 2016, 40: 2968–2982.
25. 25.
    Ан, Х. Исследование метода поиска положения однонаправленных контуров в вентиляционной сети, магистерская работа, Куньминский университет науки и технологий , 2009.
26. 26.
    Jia J.Z .; Zang G.W .; Чжоу Q .; Сяо Ф. Новый алгоритм расчета надежности вентиляционной сети, основанный на теории ошибок усечения и упрощении сети. Процедуры. Земля. Планета. Sci , 2009, 1: 169–172.
27. 27.
    Wu Q.L. Анализ приложений на графике характеристик вентиляционной сети в шахте Чжэньчэнди, уголь . Техно , 2010, 29: 100–102.
28. 28.
    Xu S.Y; Лю Дж; Сюй Р.Л. Определение предельного воздушного потока в вентиляционной системе с помощью графа характеристик вентиляционной сети, J.Шаньдун. Добыча полезных ископаемых. Институт , 1993, 2: 117–120.

депэкспмин — Горное дело | Missouri S&T

12350 Private Drive 7002
Rolla, MO 65401
Телефон: (573)341-6406

Миссури S&T Экспериментальный рудник

Студенты знакомятся с реальным оборудованием и методами добычи полезных ископаемых на экспериментальной шахте, что позволяет им развить понимание некоторых инженерных проблем, возникающих в реальных условиях горных работ.Например, студенты курса маркшейдерского дела получают практический опыт работы с разнообразным оборудованием и методами, выполняя наземные и подземные маркшейдерские работы. Кроме того, студенты различных курсов горного дела могут проектировать, бурить и взрывать стволы, проводить обследования вентиляции шахт, оценивать состояние кровли шахт и устанавливать опоры кровли, среди прочего.

В 2016 году новое здание экспериментальной шахты Кеннеди было открыто для студентов, преподавателей и общественности.На новом объекте находятся горноспасательная лаборатория, станции для отработки грунта, отдельные шахтные сушилки для мужчин и женщин, три новых учебных класса, офисы, складские помещения и исторический центр горнодобывающей промышленности. Щедрые пожертвования Уильяма Кеннеди и партнеров по отрасли сделали это новое учреждение возможным и гарантируют, что мы и дальше будем обучать наших студентов в лучших условиях.

Шахта также предлагает экскурсии и различные информационные программы для ознакомления широкой публики (особенно школьников до 12 лет) с горнодобывающей промышленностью.Например, это была площадка для съемок лабораторных частей сериала Discovery «Детонаторы». Каждое лето в шахте проходит лагерь взрывчатых веществ Missouri S&T, который предназначен для учащихся 11 и 12 учеников. Это первый и единственный лагерь, ориентированный на студентов, интересующихся разработкой взрывчатых веществ. Шахта была признана самой классной лабораторией колледжа по версии Popular Science.

История шахты

Первоначальная покупка земли для экспериментального рудника была сделана в 1914 году у Эдвина Лонга, и впоследствии на участке были разработаны подземный рудник и карьер для использования Департаментом горного дела штата Миссури.

МСМ Шахта-1921

К 1921 году горизонтальное отверстие (штольня) было пробито в коренных породах, представляющих собой доломитовый известняк формации Джефферсон-Сити. К этому времени также было завершено несколько сооружений, в том числе корпус для парового котла, воздушного компрессора, кузнечный цех и шахтный подъемник.

К 1945 году большая часть существующего подземного рудника и колонны была завершена, был разработан один карьер и проложены три вертикальных ствола.Первоначальные здания были отремонтированы в течение следующих четырех лет, а в 1949 году было построено новое здание шахты, бытовки-склада.

Расширение деятельности на фабрике вызвало потребность в дополнительных наземных и подземных площадях. Двенадцать акров прилегающей земли были куплены у поместья Лонг в 1949 году, завершив 19 акров нынешнего участка. Около шести акров земли было зарезервировано в качестве полосы проезда для железной дороги Фриско (Берлингтон-Северный).

К 1951 году западные штольни были завершены.В 1956 году было построено здание для недавно приобретенных вентиляторов и начался второй карьер. К этому времени студенты и преподаватели занимались исследованиями в области механики горных пород, бурения, взрывных работ и испытаний взрывчатых веществ. Исследования в этих областях продолжались на протяжении 60-х и 70-х годов, и на восточной стороне рудника были развернуты штольни. Использование рудника увеличилось в 1970-х годах и сегодня активно используется студентами-геологами и горными инженерами. К административному зданию рудника были добавлены классная комната, четвертая шахта, вторая подземная шахта для исследовательских целей, две наземные площадки для взрывных исследований и горное оборудование, подаренное производителями.

Программа урановых рудников оборонного назначения | Министерство энергетики

Программа DRUM завершила значительное количество проверок и проверок на шахтах, расположенных на государственной земле в западных Соединенных Штатах. Анализ информации, полученной в результате этих оценок на месте, показывает, что примерно 60% мин содержат физические опасности. Эти физические опасности в первую очередь связаны с незащищенными входами в открытые шахты, особенностями проседания или опасными высокими стенами.В целях защиты здоровья и безопасности населения, которое может столкнуться с этими особенностями, DOE сотрудничает со своими партнерскими агентствами для защиты этих опасных объектов рудника.

Недавно программа DRUM расширила свои возможности по оказанию помощи управляющим федеральными землями в мерах по охране. Были предприняты шаги, чтобы: 1) изменить существующие государственные соглашения для добавления охранных мероприятий, 2) завершить соглашение о сотрудничестве с Bat Conservation International и 3) разработать административное категорическое исключение в соответствии с обязанностями Закона о национальной экологической политике (NEPA).Эти шаги способствовали проведению необходимых экологических обзоров, включая документацию NEPA и связанные с ними археологические, исторические исследования и исследования дикой природы. Рекомендуются специальные методы закрытия с использованием утвержденных государством инженерных чертежей для защиты заявок на строительство. В конечном итоге программа DRUM работает со своими партнерскими агентствами как единое правительство для выполнения этой миссии по защите населения и окружающей среды.

Осенью 2019 года компания BLM в сотрудничестве с Программой рекультивации заброшенных шахт Подразделения нефти, газа и горнодобывающей промышленности штата Юта провела охрану площадок БАРАБАН в Ред-энд-Фрай-Каньон, штат Юта (60 объектов), с дополнительными защитными сооружениями, построенными в Уайт-Каньоне и Deer Flat (83 функции) и Buckmaster Draw, штат Юта (50 функций), в 2020 году.

Осенью 2020 года Отдел рекультивации, добычи и безопасности штата Колорадо (DRMS) — Программа рекультивации бездействующих рудников завершил проект по охране заброшенных урановых рудников в горнодобывающем районе Лонг-Парк (26 объектов) в округе Монтроуз, штат Колорадо. В этом случае полевой офис BLM Uncompahgre согласился с оценкой опасности DRUM и поддержал проект строительства защитных сооружений DRMS. DRMS также завершила проекты по охране бассейнов Клондайк (20 объектов) и Белоголового орла (20 объектов) в координации с полевым офисом BLM в Трес-Риосе.

Как видно ниже, рисунки до и после иллюстрируют различные подходы к защите мин. Выполнение этих мер безопасности иллюстрирует приверженность программы DRUM защите здоровья человека и окружающей среды.

Акустическая направленность шахтных вентиляционных систем

Эндрю Добсон, консультант по акустике в HGC Engineering, недавно представил доклад на 15-м Североамериканском симпозиуме по вентиляции шахт в Блэксбурге, штат Вирджиния. В документе, кратко изложенном здесь, представлено тематическое исследование, в котором подчеркиваются уникальные характеристики направленности, связанные с системой вентиляции шахты, и подчеркивается важность наличия информации о направленности, предоставляемой производителями и поставщиками.

Во многих юрисдикциях количественная оценка уровней звукового излучения шахты является нормативным требованием в ситуациях, когда поблизости имеются чувствительные к звуку точки приема. Это достигается с помощью комбинации измерений звуковой мощности в полевых условиях, опубликованных от производителей данных об уровне звука и программного обеспечения для акустического моделирования для прогнозирования уровней звука в дальней зоне. Соответственно, шахта должна быть спроектирована так, чтобы соответствовать применимым пределам уровня звука до строительства, или должен быть реализован план снижения шума, чтобы уменьшить шум существующей шахты в ситуациях, когда существующие объекты не соответствуют ограничениям.

Вентиляционные системы, используемые для циркуляции воздуха в подземных шахтах, потенциально могут стать крупнейшими источниками шума окружающей среды на шахтах. Эти вентиляторы, как правило, представляют собой осевые или центробежные вентиляторы большой мощности с прямым выходом на улицу через отверстия воздухозаборника или вытяжного канала. Воспринимаемая слышимость этого оборудования также может быть улучшена за счет ярко выраженного качества звука, проявляемого на частоте прохода лопастей вентилятора.

«Вероятность возникновения помех из-за относительно высокого уровня шума вентиляторов шахтной вентиляции значительна.Таким образом, важно учитывать акустические свойства оборудования при прогнозировании уровней звука в дальней зоне на этапе проектирования шахты или при установке нового вентиляционного оборудования ».

Вероятность возникновения помех из-за относительно высокого уровня шума вентиляторов шахтной вентиляции значительна. Таким образом, важно учитывать акустические свойства оборудования при прогнозировании уровней звука в дальней зоне на этапе проектирования шахты или при установке нового вентиляционного оборудования.Эти свойства включают уровни звуковой мощности источника и соответствующую акустическую сигнатуру вентиляторов в системе, а также диаграмму направленности акустики системы, обусловленную физическим расположением оборудования. Уровень звуковой мощности означает общую скорость, с которой источник звука излучает акустическую энергию в окружающую среду. По сути, это фундаментальная акустическая величина (аналогичная мощности источника тепла в киловаттах), которая не зависит от расстояния от источника или от окружающей среды, в которой находится источник.Акустическая направленность источника звука представляет собой образец, в котором звук излучается из акустического центра источника. По сути, направленность — это мера разницы излучения в зависимости от направления и обычно указывается как функция углового положения вокруг акустического центра источника. Источники звука, которые не являются акустически директивными, излучают звук однородным или сферическим образом. Диаграмма направленности источника, такого как шахтная вентиляционная система, является функцией физической конструкции, включая соответствующие размеры воздуховода, тип и положение вентиляторов, скорость воздушного потока, частотный спектр или акустические характеристики вентиляторов и наличие средств физического контроля шума, например глушителя.Производители и поставщики предоставляют точные данные об уровне звуковой мощности вентилятора; однако соответствующие данные акустической направленности обычно не предоставляются.

«Результаты этих измерений подтвердили, что диаграммы направленности рассматриваемого оборудования не были типичными и фактически отличались от диаграмм направленности выхлопного тракта, описанных в стандартных учебниках акустической инженерии».

В результате недавнего расследования жалоб на шум, проведенного HGC Engineering, был сделан вывод о том, что определенная система вентиляции возвратного воздуха была слышна в жилом районе, не учтенном при проектировании рудника; учитывая ориентацию вентиляционного оборудования, слышимость в этом месте, как правило, была бы неожиданной.Первоначальные наблюдения и измерения, проведенные в рассматриваемой жилой зоне, приписали слышимость нетипичной диаграмме направленности акустической системы возвратного воздуха. Соответственно, были проведены измерения уровня звука на месте этой конкретной системы возвратного воздуха, а также второй системы возвратного воздуха на другом руднике, в частности, для количественной оценки соответствующих диаграмм направленности. Результаты этих измерений подтвердили, что диаграммы направленности рассматриваемого оборудования не были типичными и фактически отличались от диаграмм направленности выхлопного тракта, описанных в стандартных учебниках по акустической инженерии.

Учебник Факторы направленности

Стандартные учебники по акустической инженерии представляют методы расчета акустической направленности вытяжных каналов, которые учитывают гидравлический диаметр воздуховода, частоту центральной полосы в октавных полосах и состав газа, выходящего из воздуховода. Индексы направленности были рассчитаны с использованием методов справочного учебника, которые учитывают переменные (например, размеры, выхлопные газы и т. Д.), Применимые к конкретным рассматриваемым вытяжным каналам шахтной вентиляции.Затем эти значения были введены в прогнозирующую компьютерную модель и применены к уровням звуковой мощности источника вентиляционного оборудования, измеренным в целях данного исследования (напомним, что уровень звуковой мощности источника не зависит от акустической направленности, в результате чего звуковая мощность определяет «общий уровень звука», а направленность определяет направление, в котором акустическая энергия распространяется через атмосферу). Модель основана на методах стандарта ISO 9613-2, который учитывает снижение уровня звука с расстоянием из-за геометрического распространения, поглощения воздуха, затухания в грунте и акустического экранирования промежуточными конструкциями.На рис. 1 представлены прогнозируемые уровни звукового давления и схема распространения звука, связанная с коэффициентами направленности из учебника.

Измерения направленности в полевых условиях

Были проведены измерения уровня звука в двух отдельных выпускных каналах на двух отдельных горнодобывающих предприятиях в Северном Онтарио. В двух системах использовались осевые вентиляторы, перемещавшие воздух со скоростью примерно 150 000 и 300 000 куб. Футов в минуту. Для обоих выпускных отверстий измерения проводились с использованием анализатора в реальном времени и датчика интенсивности звука.Измерения уровня звука выпускного отверстия вентилятора мощностью 150 000 куб. Футов в минуту проводились в дальней зоне на расстоянии 45 метров от выпускного отверстия с интервалами 15 градусов относительно положения на оси. Измерения вентилятора мощностью 300 000 куб. Футов в минуту проводились на расстоянии 50 метров от выпускного отверстия с интервалами 15 градусов относительно положения на оси. Эти результаты были использованы для расчета показателей направленности, связанных с выпускным отверстием. На рисунках 2 и 3 показаны прогнозируемые уровни звукового давления и схемы распространения звука, связанные с выходными отверстиями вентилятора мощностью 150 000 куб. Футов в минуту и ​​вентиляторов мощностью 300 000 куб. Футов в минуту, соответственно.

Обсуждение и выводы

Что касается диаграмм направленности, показанных на рисунках 2 и 3, большая часть акустической энергии сосредоточена между осевым направлением и направлением под углом 45 градусов, что ожидается и в целом аналогично предсказаниям справочного учебника. Однако в конкретных угловых положениях реализуются значительные различия.

Вентилятор 150 000 куб. Футов в минуту — выходное отверстие для рециркуляционного воздуха Вентилятор 300 000 куб. Фут / мин — выходное отверстие для рециркуляционного воздуха

Звук, исходящий от выхода вентилятора 150 000 куб. в направлении 15 градусов. Сравнивая их с диаграммой направленности, показанной на Рисунке 1, очевидно, что применение диаграмм направленности из учебников к этим источникам в прогнозном сценарии значительно занижало бы уровни звука в дальней зоне в направлениях, отличных от направления 0 градусов.

Эти результаты имеют важное значение в контексте нового проекта рудника или при установке нового вентиляционного оборудования, когда уровни звукового излучения вызывают озабоченность и применяются правительственные постановления. Если точные данные о направленности не вводятся на этапе предварительного акустического моделирования до начала строительства, уровни звука за пределами площадки могут быть недооценены в некоторых местах и ​​переоценены в других местах, в проблемных зонах за пределами площадки, окружающих объект. Последствиями этого могут быть непредвиденное раздражение соседних жителей, уровни шума, превышающие нормативные пределы, и ненужная необходимость в модернизации / замене вентиляционного оборудования и / или мерах по снижению шума.

Хотя информация о направленности из учебника действительно дает оценки, которые могут быть применимы в некоторых ситуациях, эти данные следует использовать с осторожностью при прогнозировании уровней шума в шахтных вентиляционных системах. Кроме того, хотя приведенные здесь данные измерения направленности точно представляют рассматриваемые системы вентиляции, они могут быть неприменимы к другим системам. Тем не менее, сбор дополнительных данных путем проведения акустических измерений описанным выше способом может дать дополнительную информацию о схемах направленности вентиляции шахты и факторах, способствующих их вариациям.

Поэтому разумно, чтобы производитель и / или участники отрасли разработали метод точной количественной оценки диаграммы направленности данной системы до ее внедрения на руднике, чтобы сопровождать уровни звуковой мощности вентилятора, поскольку эта информация является ценно в контексте оценки уровня шума в шахте.

Как майнить биткойны в подвале вашей мамы

Мой двоюродный брат всегда был одним из тех, кто придерживался схем быстрого обогащения. На этот раз он наконец кое-что понял: добыча биткойнов.

Во время каникул, после семейного ужина в доме его родителей на Лонг-Айленде, мой двоюродный брат пригласил меня вниз, чтобы показать мне свою последнюю большую идею. В подвале я столкнулся лицом к лицу с жужжащими машинами, кабелями Ethernet, адаптерами питания и выхлопными трубами, извивающимися по комнате. Он пояснил, что все это включает один узел Биткойн и два узла Лайткойн. Новая операция моего кузена по добыче криптовалюты своими руками переживала бум.

Биткойн и другие криптовалюты, такие как Ether, Litecoin и Ripple, за последний год стали мейнстримом.Стремительно растущие цены разожгли непрекращающееся помешательство на активном участии. Большинство случайных трейдеров довольны простой покупкой и продажей монет на биржах и хранением своей криптовалюты с помощью приложений-кошельков. Но те, кто хочет копнуть глубже (извините) и готовы вложить некоторый капитал, могут инвестировать в оборудование, программное обеспечение и общую экосистему, чтобы на самом деле добывать криптовалюты, такие как биткойн.

Я много писал о блокчейне, поэтому я был полностью осведомлен о вычислительной мощности, необходимой для майнинга криптовалюты (подробнее об этом ниже).Тем не менее, той ночью я впервые увидел вблизи работающую установку для майнинга биткойнов.

«Вы научились программировать?» Я спросил его.

Нет, ответил он; он купил предварительно настроенное оборудование для майнинга в Интернете, а остальное изучал по ходу дела. Добыча криптовалюты — это непросто, и начать работу с ней недешево. Но если вы ищете источник стабильного дополнительного дохода или хотите новое дорогостоящее хобби, вы можете это сделать.

Мой двоюродный брат рассказал мне, как он настраивал свои горнодобывающие установки и операции, тонкости майнинга, а также преимущества и проблемы (как денежные, так и технические) для получения прибыли.

Объявление

1. Что такое майнинг биткойнов?

Майнинг криптовалюты, вероятно, не то, что вы думаете. Потерпите меня, потому что этот процесс требует некоторых объяснений.

Во-первых, чтобы уточнить, майнинг биткойнов не означает извлечение какой-либо денежной стоимости. На самом деле майнеры — ключ к тому, как работает блокчейн. В этом есть множество нюансов, но, проще говоря, блокчейны — это децентрализованные глобальные сети компьютеров или «узлов».«Вы можете делать все, что угодно в цепочке блоков, но по своей сути сеть выполняет, проверяет и записывает транзакции в общий неизменяемый реестр. Это майнеры объединяют транзакции в« блоки ». Новый блок создается на блокчейн Биткойн примерно каждые 10 минут. В то же время новые биткойны (из фиксированного запаса криптовалюты в 21 миллион) обнаруживаются и выпускаются в обращение.

Для каждого 10-минутного периода выбирается майнер или «рабочий» узел для проверки транзакций.Это происходит с помощью Proof of Work, ресурсоемкого процесса, похожего на решение постоянно меняющейся математической задачи. Майнеры генерируют уникальную кодовую строку «хэш», которая, по сути, служит лотерейным билетом для решения Proof of Work и выбирается случайным образом для проверки блока.

2. Вознаграждения за блок

Какой стимул есть у майнеров? В качестве награды за решение Proof of Work и становление валидатором блока майнер получает так называемое вознаграждение за блок. Текущее вознаграждение за блок — 12.5 биткойнов, но размер вознаграждения уменьшается вдвое каждые 210000 блоков, или примерно каждые четыре года. Вознаграждение началось с 50 биткойнов в 2009 году, упало до 25 биткойнов в конце 2012 года и сократилось вдвое до 12,5 в 2016 году. Следующее сокращение вдвое до 6,25 ожидается в 2020 году.

При текущих ценах 12,5 биткойнов все еще остаются чертовски много денег. Тем не менее, майнинг — это чрезвычайно конкурентный процесс. Большинство майнеров, включая моего двоюродного брата, присоединяются к майнинговому пулу , чтобы объединить вычислительные ресурсы и разделить вознаграждение.Есть и другие затраты и сложности, которые следует учитывать, но теперь, когда мы рассмотрели основы, давайте взглянем на домашнюю настройку майнинга моего кузена.

3. Добыча криптовалюты своими руками.

Это домашняя установка моего кузена. Две установки слева предназначены для майнинга Litecoin, а установка справа — для добычи биткойнов. Мы собираемся разбить здесь все детали, которые работают, сколько они стоят и как их получить.

Ваша первая мысль может быть такой: «Почему их нет на стеллаже, а не на складном столике, который моя тетя использует для барбекю летом?»

Ответ: Эй, это не обязательно должно выглядеть красиво, пока оно работает.Но это один из следующих приоритетов моей кузины. Однако, помимо того, что операция выглядит немного более профессиональной, размещение майнинговых установок в компьютерной стойке уменьшает площадь поверхности, с которой может выходить тепло, что будет важно, когда мы будем говорить об энергоэффективности в дальнейшем.

4. Биткойн Риг

Биткойн-установка — это Bitmain Antminer S7. Этот младенец стоит около 1500 долларов и еще 200 с лишним долларов за блок питания, который продается отдельно. Майнинговым установкам для биткойнов требуется больше мощности, чем для других криптовалют, учитывая огромную нагрузку на сеть, поэтому неудивительно, что мой двоюродный брат сказал, что рабочий биткойн нагревается и потребляет гораздо больше энергии, чем его рабочие Litecoin.

5. Новый Antminer S9

Bitmain (компания по производству оборудования для майнинга, которая производит ряд популярных установок) также недавно выпустила Antminer S9. Этот более мощный и более энергоэффективный майнер предназначен для все более интенсивных вычислительных потребностей блокчейна Биткойн. Обратной стороной является то, что он стоит примерно в четыре раза дороже S7, хотя он также предлагает почти в четыре раза более высокую энергоэффективность.

S9 обладает гораздо большей мощностью, добывая с хешрейтом 14 терахешей (TH), в отличие от S7 в 4.73 TH. Покупаете ли вы несколько более дешевых S7 или пружину для нового S9, решать вам, но, тем не менее, вы потратите значительный капитал, чтобы войти в игру с майнингом. Мой двоюродный брат недавно купил себе S9 (не показан на фотографиях выше) и обменял свой S7 обратно в Bitmain, чтобы компенсировать стоимость новой установки.

6. Litecoin Rigs

Существуют возможности для майнинга за пределами конкурентного и дорогого мира Биткойн, хотя оборудование различается в зависимости от того, планируете ли вы добывать Ether, Litecoin, Ripple, Dash, Bitcoin Cash или любую из более 1000 жизнеспособных криптовалют.Мой двоюродный брат диверсифицировал свою деятельность с помощью майнинга Litecoin, также используя оборудование Bitmain. У него есть две установки Antminer L3 +, которые работают на 504 мегахешах (MH) каждая. Майнинг Litecoin требует гораздо меньше вычислительной мощности, хотя аппаратное обеспечение по-прежнему требует значительных изменений. Стоит отметить, что это оборудование дешевле, если вы покупаете его у Bitmain, хотя большинство устройств в настоящее время распроданы на его веб-сайте. Новая партия будет отправлена ​​в марте по цене около 1500 долларов за штуку (плюс блок питания). Вы можете купить его на Amazon, если готовы заплатить от 4000 до 5000 долларов.

7. Полнофункциональный и облачный майнинг

Bitmain — одна из нескольких компаний, предоставляющих полный спектр услуг, предоставляющих оборудование для покупки или аренды программного обеспечения и услуг для майнинга, таких как создание пулов и облачный майнинг. Для предприимчивых майнеров, таких как мой двоюродный брат, которые не знают, как программировать, и не имеют опыта для создания собственных буровых установок с нуля, такие компании, как Bitmain, и хостинг-провайдеры, включая ASICSPACE и Genesis Mining, являются самым простым способом начать работу. .

Bitmain также владеет несколькими другими сайтами и компаниями, включая Antpool для комбинированного майнинга биткойнов, эфира и лайткойнов; BTC.com для отслеживания цен и приложений-кошельков; и Hashnest для облачного майнинга, когда вы просто арендуете или покупаете майнеры в центре обработки данных или «майнинг-ферме» и со временем платите майнеру с помощью «контракта на облачный майнинг с ускоренными выплатами» с многоуровневыми тарифными планами для более быстрого хеширования. Это способ начать майнить криптовалюту, не вкладывая денег в оборудование и не оплачивать текущие расходы на электроэнергию, что позволяет управлять майнерами через мобильные или веб-приложения. Но облачный майнинг дает вам меньше контроля и ограничивает расходы на подписку, в отличие от прямого владения оборудованием, поэтому все дело в предпочтениях.

8. Системы охлаждения

Майнинг криптовалют (особенно биткойнов) потребляет безумное количество энергии и в результате производит ошеломляющее количество тепла. Каждая установка оснащена сверхмощным охлаждающим вентилятором, который вы можете заменить примерно за 8 долларов, если он неизбежно выйдет из строя после непрерывной работы изо дня в день. Мой двоюродный брат сказал, что его поклонник биткойнов вращается намного быстрее, чем поклонники Litecoin.

9. Мосты Ethernet и сетевые адаптеры.

Все установки для майнинга имеют зашитые ядра Ethernet; вы не можете подключить их через Wi-Fi из-за их огромных требований к пропускной способности.Вам понадобятся мосты Ethernet или сетевые адаптеры, которые могут варьироваться от относительно дешевых до нескольких сотен долларов за штуку для более тяжелых вариантов, таких как Antrouter R1 от Bitmain. Большинство таких небольших майнеров могут обойтись более дешевыми повседневными маршрутизаторами и адаптерами для проводных соединений Ethernet. У моего двоюродного брата есть пара недорогих мостов и адаптеров, но по мере того, как он добавил к своей растущей работе с Antminer S9 и заменой майнера Litecoin, ему пришлось найти еще несколько. Чем масштабнее становится операция по добыче криптовалюты, тем больше периферийных устройств ей требуется.

10. Электропитание

Как уже упоминалось, установки Antminer не имеют встроенных источников питания. Для каждой установки мой двоюродный брат должен был купить отдельный блок питания Antminer, который имеет максимальную выходную мощность 1200 Вт при 110–120 вольт или 1600 Вт при 220–240 вольт. Источники питания работают на обеих установках: рабочие Antminer L3 + потребляют 800 Вт, а рабочий Antminer S7 — около 1293 Вт. Мой двоюродный брат сказал, что блоки питания не обязательно должны быть проприетарными, поэтому вы также можете купить другие модульные источники питания, например, M2TECH Evo.Однако многие из них даже не включают в себя шнур питания, поэтому вам также придется покупать их отдельно. Как видите, затраты на оборудование значительно возрастают еще до того, как вы начнете майнить.

11. Отвод тепла

Наконец, вам нужно либо избавиться, либо что-то сделать со всем теплом, которое генерируют ваши майнинговые установки. Выхлопная труба каждого рабочего имеет воронку, к которой мой двоюродный брат вручную прикрепил вентиляционные трубы, чтобы отводить все избыточное тепло. Что касается того, что он делает с этой жарой, читайте дальше.

12. Программный интерфейс

Bitmain предоставляет программное обеспечение для мониторинга и управления вашими майнерами. После настройки оборудования в руководстве по установке рассказывается, как установить и настроить майнер через интерфейс Windows. Интерфейс Antminer моего кузена показывает его систему и память, детали конфигурации, статус майнера и сетевую информацию. Возможно, самое главное, интерфейс подключается к вашим майнинговым пулам.

13. Майнинг-пулы

Пулы для майнинга — ключ к рентабельности ваших инвестиций.Присоединение к пулу объединяет вашу вычислительную мощность с вычислительной мощностью других сотрудников в сети блокчейнов криптовалюты, чтобы увеличить ваши шансы на решение Proof of Work и получение вознаграждения за блок. Существуют многочисленные пулы для майнинга различных монет. У Bitmain есть Antpool, но мой двоюродный брат использует популярный пул для майнинга Slushpool для майнинга биткойнов и Litecoinpool для своих узлов Litecoin.

Каждый пул имеет разные правила, регулирующие распределение вознаграждений и комиссий за транзакции. Slushpool берет 2-процентную комиссию, рассчитываемую из вознаграждения за блок и комиссию за транзакцию, и выплачивает на основе различных формул и политик вознаграждения на основе оценок.Litecoinpool, с другой стороны, платит за акцию, используя процесс, называемый объединенным майнингом . Помимо нюансов выплат, пулы необходимы из-за огромной огневой мощи. В качестве контекста представьте себе одного рабочего Antminer S9 со скоростью хеширования 14 TH. В настоящее время Slushpool насчитывает более 68000 активных работников, объединив свои вычислительные мощности для получения средней скорости хеширования более 1,7 эксахешей (EH).

Быстрый урок, который поможет вам понять: большинство пользователей компьютеров знакомы с обозначениями мег (миллион), гига (миллиард) и тера (триллион).Кроме того, есть пета (квадриллион) и экза (квинтиллион). Таким образом, это 14 терахешей индивидуально против 1,7 экзахешей в пуле. Получение награды за майнинг зависит от чистой вычислительной мощности и случайной удачи; чем больше лотерейных билетов вы купите, тем выше ваши шансы. Следовательно, пулы.

14. Проблемы и недостатки

Начало работы с установками для майнинга связано с некоторыми проблемами. Мы говорили о цене на оборудование, но мой двоюродный брат объяснил некоторые другие проблемы, которые у него были.

Во-первых, затраты на электроэнергию высоки. Мой двоюродный брат зарабатывает примерно 17 долларов в день за установку L3 + по сравнению с 2,92 доллара на ежедневных расходах на электроэнергию. Прибыль рабочего S7 Bitcoin зависит от вычислительной сложности решения Proof of Work для данного блока. По его оценкам, его затраты на электроэнергию в течение года при круглосуточном майнинге будут около 2000 долларов. С другой стороны, он прогнозирует, что его доход должен составить около 18 000 долларов. Это звучит как много, прежде чем вы учитываете весь капитал, выложенный на майнинг-фермы, адаптеры, источники питания и т. Д., Но если вы продолжите майнить достаточно долго, окупив первоначальные инвестиции и увеличив прибыль, это может превратиться в стабильный доход. транслировать.Даже если вы дойдете до точки, когда затраты на электроэнергию и другие расходы перевешивают вознаграждение, и вы решите, что майнить больше не стоит, вы можете сохранить свои монеты и зарабатывать деньги в долгосрочной перспективе.

Еще раз скажу, что самым большим препятствием для входа является дороговизна майнинга. Вы можете рассчитать свою потенциальную прибыль за день, неделю, месяц или год с помощью этого калькулятора, который учитывает вашу мощность хэширования, энергопотребление и затраты на электроэнергию с разбивкой по криптовалюте.

Майнинг тоже сложен, и многие вещи могут пойти не так.Буровые установки работают 24 часа в сутки, каждый день, и любое время, проведенное в автономном режиме, означает потенциальное вознаграждение за потерянные блоки в предприятии, где уже трудно достичь прибыльности. Возьмите его у моего двоюродного брата, который посреди ночи позвонил моей тете, чтобы помочь ему починить одну из его установок. В полусне она попыталась выполнить его инструкции по телефону, прежде чем повесить трубку и вернуться в постель. На следующее утро он должен был прийти домой, чтобы исправить это.

15. Хотите обогреть свой дом этой зимой?

Мой двоюродный брат всегда находится в поисках следующей крупной идеи для заработка, что в данном случае означает все более глубокое погружение в мир криптовалюты.Он сказал мне, что его следующее крупное предприятие — это центр обработки данных в северной части штата, где он и его деловой партнер планируют создать свою собственную майнинговую ферму и начать облачный майнинг-бизнес. Фактически, в этой истории он настоял на том, чтобы я называл его Сэмом Альбоэром, главным операционным директором New York Mining Operations (NYMO). Он сказал, что занимается повседневными операциями для бизнеса и что цель состоит в том, чтобы иметь около 100 работающих и работающих машин, зарабатывая деньги за счет контрактов на продажу (продажа вычислительной мощности фермы майнерам) для возврата инвестиций.Удастся ли это, покажет время. На данный момент он просто еще один предприимчивый майнер с киркой, готовый присоединиться к цифровой золотой лихорадке этого поколения.

Еще один любимый проект Сэма — подключить выхлопные трубы от его установок (в настоящее время отводящих тепло наружу) к индукционному вентилятору, чтобы обогреть дом его родителей этой зимой и компенсировать расходы на электроэнергию. Эй, если шахтеры в Сибири могут это сделать, может и он.

16. Объяснение блокчейна

Чтобы узнать больше о блокчейне, посмотрите это поясняющее видео.

Нравится то, что вы читаете?

Подпишитесь на информационный бюллетень Tips & Tricks , чтобы получать советы экспертов, которые помогут вам максимально эффективно использовать свои технологии.

Этот информационный бюллетень может содержать рекламу, предложения или партнерские ссылки. Подписка на информационный бюллетень означает ваше согласие с нашими Условиями использования и Политикой конфиденциальности. Вы можете отказаться от подписки на информационные бюллетени в любое время.

УГОЛЬНЫЕ УГОЛЬНЫЕ И ДОБЫЧА АНТРАЦИТА.

Вот что происходит, когда биткойн-майнеры захватывают ваш город

Пол Робертс — журналист из Сиэтла, который пишет о технологиях, бизнесе и политике.Его последняя книга — Импульсное общество: Америка в эпоху мгновенного вознаграждения . Следуйте за ним в Twitter @pauledroberts.

ВОСТОК ВЕНАТЧИ, Вашингтон — Руки на руле , глаза прищурены от зимнего солнца, Лорен Миехе спускает свой Land Rover по главной дороге и рассказывает мне, как он раньше обнаруживал многообещающие участки для строительства биткойн-шахты еще в 2013 году. когда он был только что приехавшим технарем из Сиэтла и только что открыл для себя эту сонную деревенскую общину.

Достопримечательностью тогда, как и сейчас, была река Колумбия, которую мы можем увидеть через несколько кварталов слева от нас. Майнинг биткойнов — сложный процесс, в котором компьютеры решают сложную математическую задачу, чтобы выиграть пачку виртуальной валюты, — требует чрезмерного количества электроэнергии, а благодаря пяти гидроэлектростанциям, расположенным на этом участке реки, примерно в трех часах езды к востоку от Сиэтла, горняки могли купить эту электроэнергию здесь дешевле, чем где-либо еще в стране. Задолго до того, как местные жители даже услышали слова «криптовалюта» или «блокчейн», Мие и его коллеги поняли, что этот полузасушливый сельскохозяйственный регион, известный как бассейн Средней Колумбии, был лучшим местом для майнинга биткойнов в Америке — и, возможно, во всем мире.

Уловка заключалась в том, чтобы найти место, где можно было бы задействовать всю эту дешевую электроэнергию. Вам нужно было существующее здание, потому что в те дни, когда биткойн торговался всего за несколько долларов, никто не мог позволить себе построить что-то новое. Вам нужно было место для нескольких сотен высокоскоростных компьютерных серверов, а также для сверхмощной системы охлаждения, чтобы они не расплавились, когда они производили триллионы вычислений, необходимых для майнинга биткойнов. Прежде всего, вам нужно было место, которое могло бы обрабатывать много электроэнергии — четверть мегаватта, может быть, или даже пол мегаватта, достаточно, чтобы осветить пару сотен домов.

Лучшими участками добычи были старые склады фруктов — бассейн известен своими яблоками не меньше, чем мегаваттами, — но они были раскуплены рано. Так что Мие, высокая общительная 38-летняя девушка, которая впоследствии устроила здесь цепочку шахт, научилась искать менее очевидные решения. Он бродил по переулкам и проселочным дорогам в поисках неработающих предприятий, которые когда-то могли потреблять много энергии. Скажем, старый механический цех. Закрытый круглосуточный магазин. Или вот так: Миехе замедляет Land Rover и указывает на закрытую ставнями автомойку, печально стоящую рядом с Taco Bell.Он говорит, что в нем есть место. А что касается водяных насосов и нагревателей, «вероятно, недалеко отсюда распределяется тонна электроэнергии», — говорит мне Миехе. «Это может быть биткойн-шахта».

В наши дни, по словам Миехе, серьезный майнер даже не посмотрел бы на такой сайт. Поскольку стремительно растущая цена биткойна привлекла тысячи новых игроков по всему миру, странная математика, лежащая в основе этой криптовалюты, неуклонно усложнялась. Для генерации одного биткойна требуется гораздо больше серверов, чем раньше, и гораздо больше мощности.Сегодня пол-мегаваттная шахта, по словам Миехе, «ничто». Коммерческие горнодобывающие компании, которые сейчас вливаются в долину, строят площадки с десятками тысяч серверов и электрическими нагрузками до 30 мегаватт, или достаточно, чтобы обеспечить электричеством район из 13 000 домов. И в гонке вооружений, в которую превратился майнинг криптовалюты, даже эти операции скоро будут считаться мелкими. Мие знает о существенно более крупных горнодобывающих проектах в бассейне, поддерживаемых иностранными инвесторами с Уолл-стрит, Европы и Азии, чья стратегия разведки, как он выражается, сводится к «беготне с чековой книжкой, просто пытающейся попасть туда и обосноваться». шкала.”

В течение многих лет мало кто из жителей действительно понимал, насколько привлекателен их регион для горняков, которые в основном выполняли свои эзотерические вычисления, спрятанные на складах и в подвалах. Но те дни прошли. За последние два года, и особенно в течение 2017 года, когда цена одного биткойна подскочила с 1000 долларов до более чем 19000 долларов, в регионе возникла атмосфера бума. В трех сельских округах бассейна Средней Колумбии — Челан, Дуглас и Грант — фруктовые сады и фермерские поля теперь разделяют холмистый ландшафт с шахтами любого размера, от промышленных предприятий до перепрофилированных складов, грузовых контейнеров и даже навесов на заднем дворе.Посторонние настолько стремятся превратить мощь бассейна в криптовалюту, что этой зимой несколько потенциальных майнеров из Азии вылетели на своем частном самолете в местный аэропорт, взяли напрокат автомобиль к одной из местных плотин и, по словам представителя коммунального предприятия, вежливо проинформировал персонал центра для посетителей плотины: «Мы хотим увидеть хозяина плотины, потому что хотим купить электричество».

Через него протекает река | Самая дешевая электроэнергия в стране, производимая на плотинах гидроэлектростанций на реке Колумбия, вызвала бум добычи биткойнов и других криптовалют, который трансформирует бассейн Средней Колумбии, расположенный в трех часах езды к востоку от Сиэтла.| Патрик Каван Браун для журнала Politico

Бассейн Средней Колумбии — не единственное место, где виртуальное царство криптовалюты сталкивается с реальным миром мегаватт и недвижимости. В таких местах, как Китай, Венесуэла и Исландия, дешевая земля и даже более дешевая электроэнергия привели к оживленным центрам добычи полезных ископаемых. Но этот бассейн с самого начала превратился в один из самых быстрорастущих городов. К концу 2018 года, по некоторым оценкам, на майнеры здесь может приходиться от 15 до 30 процентов всего майнинга биткойнов в мире, а также впечатляющие доли других криптовалют, таких как Ethereum и Litecoin.И, как и в любом быстро развивающемся городе, этот успех создал напряженность. Были споры между майнерами и местными жителями, банкротства и попытки взяточничества, судебные процессы и даже своего рода усиливающаяся партизанская война между местными коммунальными службами и призрачной армией пиратов-контрабандистов, которые устанавливали свои серверы в подвалах и гаражах и максимально использовали местные электрические сети. .

В более широком смысле, регион с тревогой наблюдает за тем, как один из его крупнейших природных ресурсов — гигантский излишек гидроэлектроэнергии — поглощается сектором, который едва существовал пять лет назад и который обычно высмеивается как следующий крах дот-комов. версия века голландского повального увлечения тюльпанами, или, как обозреватель New York Times Пол Кругман в январе выразился в схеме Понци.В самом деле, даже когда Миехе демонстрировал свои поисковые решения, цена биткойна уже упала до отметки в 5900 долларов и возродила широко распространенные сомнения относительно будущего виртуальных валют.

Несмотря на то, что энтузиасты криптовалюты стекаются в регион, многие местные жители по-прежнему скептически относятся к тому, что биткойн-бум будет значить для экономики региона. Вот оптовый торговец с закрытыми ставнями в центре Уэнатчи. | Патрик Каван Браун для журнала Politico

Для местных энтузиастов криптовалюты эти пращи и стрелы очень важны.Они верят не только в то, что криптовалюта сделает их лично очень богатыми, но и в то, что у этого ранее отдаленного региона есть реальный шанс стать центром — а, возможно, центром — грядущей технологической революции с хорошо оплачиваемая работа и процветание, подпитываемое технологиями, которые обычно текут только в золотые центры «знаний», такие как Сиэтл и Сан-Франциско. Малачи Сальсидо, строительный подрядчик Wenatchee, который перешел на биткойн в 2014 году и в настоящее время является одним из крупнейших игроков в бассейне, выражается в широких терминах.Он говорит мне, что бассейн «строит платформу, которую будет использовать весь мир».

И прямо между этими двумя конкурирующими нарративами находятся сообщества Срединно-Колумбийского бассейна, которые с тревогой пытаются ответить на вопрос, который для большинства из нас является просто забавной абстракцией: настоящий ли биткойн?

***

В нескольких милях от закрытой ставнями автомойки Дэвид Карлсон стоит на краю обширной строительной площадки и наблюдает, как рабочие устанавливают крышу на Giga Pod, автономной крипто-шахте, которую Карлсон спроектировал для сборки в течение нескольких недель. .По завершении сборная конструкция с деревянным каркасом размером примерно 12 на 48 футов будет оснащена сотнями высокоскоростных серверов, которые в совокупности потребляют чуть более мегаватта энергии и, теоретически, будут способны производить около 80 биткойнов в год. месяц. Сам Карлсон не будет шахтером; его компания Giga-Watt будет использовать этот модуль в качестве хостинга для других майнеров. К лету Giga-Watt ожидает, что здесь будет 24 модуля, производящих биткойны и другие криптовалюты, большинство из которых будет использовать один и тот же требовательный к вычислениям, криптографически защищенный протокол, называемый блокчейном.«Мы именно там, где резина попадает в путь с блокчейном», — кричит Карлсон, когда мы заходим внутрь первого завершенного модуля проекта и стоим между высокой стойкой серверов размером с тостер и группой ревущих охлаждающих вентиляторов. Основное применение технологии блокчейн сейчас — это ведение растущего электронного реестра каждой транзакции с биткойнами, когда-либо совершавшейся. Но многие майнеры видят в этом механизм учета будущего. «Мы находимся там, где блокчейн переходит от этой виртуальной концепции к чему-то реальному в мире, — говорит Карлсон, — к чему-то, что кто-то должен был построить и на самом деле работает.”

Конечно, сейчас сложно представить себе всю эту реальную реальность и столкновение с дорогами. Зимние бури, которые превратили Каскадные горы в ослепительно-белый цвет, также превратили строительную площадку в красноватое болото, которое тащит рабочих и оборудование. Также нетерпеливые инвесторы допустили срыв, задержку подключения коммунальных предприятий и судебный процесс, недавно урегулированный. Но Карлсон кажется невозмутимым. «Они фактически заставляют это работать», — сказал он мне ранее, имея в виду рабочих, покрытых грязью.«В обычном проекте они могут просто сказать:« Давайте подождем до весны », — добавляет Карлсон. «Но в биткойнах и блокчейнах нет остановки». Действительно, спрос на услуги хостинга в бассейне настолько высок, что отчаявшийся горняк предложил Карлсону Lamborghini, если Карлсон поставит его во главе списка ожидания капсул. «Я не принял предложение», — уверяет меня Карлсон. «И мне нравятся Lamborghini!»

Пятничная обложка

Подпишитесь на лучшее электронное письмо от журнала POLITICO Magazine, которое доставляется вам на почту каждую пятницу утром.

Карлсон стал лицом крипто-бума в бассейне Среднего Колумбии. Четко выраженный, заразительно оптимистичный, с седеющими волосами и подстриженной бородой, разработчик программного обеспечения Microsoft, ставший серийным предпринимателем, построил серию шахт, заработал (и потерял) несколько биткойн-состояний и пережил бесчисленные неудачи, чтобы стать одним из крупнейших игроков в регионе. Другие местные горняки благодарят Карлсона за запуск стрелы в бассейне еще в 2012 году, когда он появился в потрепанной Honda посреди метели и установил свои серверы в старом мебельном магазине.Карлсон не пошел бы так далеко, но 47-летний мужчина был одним из первых, кто понял, когда биткойн все еще был чем-то, что видеоигры добывали в своих подвалах, что вы можете заработать серьезные деньги, добывая биткойны в больших масштабах, но только если можно будет найти место с дешевым электричеством.

Когда вы платите кому-то биткойнами, вы запускаете процесс возрастающей энергоемкой сложности. Ваш платеж представляет собой электронное сообщение, которое содержит полную информацию о происхождении вашего биткойна, а также данные о том, кому вы его отправляете (и, если вы выберете, небольшую комиссию за обработку).Это сообщение преобразуется программным обеспечением для шифрования в длинную строку букв и цифр, которая затем транслируется каждому майнеру в сети биткойнов (их десятки тысяч по всему миру). Затем каждый майнер собирает ваше зашифрованное платежное сообщение вместе с любыми другими платежными сообщениями в сети в то время (обычно партиями около 2000) в так называемый блок. Затем майнер использует специальное программное обеспечение для аутентификации каждого платежа в блоке, например, для подтверждения того, что вы владеете биткойном, который отправляете, и что вы еще не отправили этот биткойн кому-то другому.

Дэвид Карлсон: пионер биткойнов | Карлсону, бывшему инженеру-программисту, часто приписывают начало бума биткойнов в бассейне, когда он построил одну из первых в мире крупномасштабных шахт в старом мебельном магазине в Уэнатчи. «Мы находимся там, где блокчейн переходит от этой виртуальной концепции к чему-то реальному в мире, чему-то, что кто-то должен был построить и что на самом деле работает», — говорит он. Здесь Карлсон стоит перед своим последним проектом по добыче полезных ископаемых, мегапроектом, состоящим из 24 сборных шахтных «блоков».»| Патрик Каван Браун для журнала Politico

На этом этапе начинается собственно майнинг. По сути, каждый майнер теперь пытается продемонстрировать остальной части сети, что его или ее блок подтвержденных платежей является единственным истинным блоком, который будет служить постоянной записью для этих 2000 или около того транзакций. Майнеры делают это, по сути, пытаясь первыми угадать числовой пароль своего блока. Это похоже на попытку случайно угадать чей-то компьютерный пароль, но только в гораздо большем масштабе.Первый горнодобывающий компьютер Карлсона, или «буровая установка», который он использовал в своем подвале к северу от Сиэтла, мог делать 12 миллиардов «предположений» каждую секунду; современные серверы более чем в тысячу раз быстрее.

Как только майнер находит решение и большинство других майнеров его подтверждают, этот выигрышный блок принимается сетью как «официальный» блок для этих конкретных транзакций. Затем официальный блок добавляется к предыдущим блокам, создавая постоянно удлиняющуюся цепочку блоков, называемую «цепочкой блоков», которая служит главной бухгалтерской книгой для всех транзакций биткойнов.(У большинства криптовалют есть собственный блокчейн.) И, что важно, победивший майнер награждается новыми биткойнами (когда Карлсон начинал, в середине 2012 года, награда составляла 50 биткойнов) и всеми сборами за обработку. Затем сеть переходит к следующему пакету платежей, и процесс повторяется — и, теоретически, будет повторяться каждые 10 минут или около того, пока майнеры не начнут добывать все 21 миллион биткойнов, запрограммированных в системе.

Может показаться, что этот странный процесс не требует такого количества электроэнергии — а в первые годы этого не было.Когда он впервые начал свою деятельность в 2012 году, Карлсон добывал биткойны на своем игровом компьютере, и даже когда он построил свою первую настоящую специализированную установку для майнинга, эта машина потребляла около 1200 Вт — примерно столько же, сколько фен или микроволновая печь. Даже с учетом цен на электроэнергию в Сиэтле Карлсон тратил около 2 долларов на биткойн, который тогда продавался по цене около 12 долларов. Фактически, Карлсон получал такую ​​хорошую прибыль, что он начал мечтать о том, чтобы запустить кучу серверов и заработать серьезные деньги. Он был не один.По всей расширяющейся вселенной биткойнов многие майнеры думали о масштабировании, превратив свои подвалы и запасные спальни в центры обработки данных, созданные присяжными. Но большинство из этих людей думали о небольшом количестве, может быть, 10 киловатт, о том, что можно было бы использовать в четырех обычных семьях. Идея Карлсона заключалась в том, чтобы перескочить через подвальную фазу и сразу перейти к коммерческой биткойн-шахте, которая была огромной: 1000 киловатт. «У меня появилась мечта, которую я публиковал на онлайн-форумах:« Думаю, я смогу построить первую шахту мегаваттного масштаба ».’”

Первые несколько горных работ Карлсона проводились в импровизированных местах с установленной системой вентиляции, например, на этих складских помещениях с жилыми системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и вентиляторами, врезанными в стены. | Патрик Каван Браун для журнала Politico

Но здесь Карлсон и его коллеги-потенциальные крипто-магнаты столкнулись с причудливым искусственным упрямством биткойнов, которое призвано со временем усложнить жизнь майнерам. Во-первых, таинственный создатель (или создатели) валюты, известный как «Сатоши Накамото», запрограммировал сеть периодически — каждые 210 000 блоков или примерно раз в четыре года — вдвое уменьшать количество биткойнов, получаемых за каждый добытый блок.Первое падение с 50 монет до 25 произошло 28 ноября 2012 года, который верующие называют «Днем сокращения вдвое». (С тех пор он снова снизился вдвое, до 12,5 и, как ожидается, упадет до 6,25 в июне 2020 года.)

Что еще более важно, Накамото построил систему, которая усложняет добычу самих блоков по мере того, как в сеть поступает больше компьютерной мощности. То есть по мере того, как присоединяется больше майнеров, или когда существующие майнеры покупают больше серверов, или по мере того, как сами серверы становятся быстрее, сеть биткойнов автоматически корректирует критерии решения, так что для поиска этих паролей требуется пропорционально больше случайных предположений и, следовательно, больше вычислительной мощности.Эти корректировки происходят каждые 10–14 дней и запрограммированы таким образом, чтобы блоки биткойнов добывались не быстрее, чем один примерно каждые 10 минут. Предполагаемое объяснение состоит в том, что, заставляя майнеров выделять больше вычислительных мощностей, Накамото заставлял майнеров больше инвестировать в долгосрочное выживание сети.

Едва заметные в первые годы после запуска биткойна в 2009 году, эти изменения быстро усилились. К тому времени, когда Карлсон начал добычу в 2012 году, трудности увеличивались втрое каждый год.Жирная прибыль Карлсона быстро исчезла. Он ненадолго уволился, но возможность крупномасштабной шахты была слишком заманчивой. Некоторые люди по всему миру все еще добывали биткойны. И хотя Карлсон подозревал, что многие из этих стойких приверженцев, вероятно, поступали так иррационально — как игроки, удваивающие ставку после проигрыша, — другие нашли способ заработать на добыче полезных ископаемых.

Река Колумбия, образовавшаяся в конце последнего ледникового периода, является сердцем долины Уэнатчи. При среднем потоке 265 000 кубических футов в секунду он производит 44 процента гидроэнергии страны.| Патрик Каван Браун для журнала Politico

Карлсон пришел к выводу, что этих оставшихся в живых от бросивших курить и тех, кто дважды отказывается, отделяла просто цена на электроэнергию. Выжившие либо жили, либо переехали в такие места, как Китай, Исландия или Венесуэла, где электричество было достаточно дешевым, чтобы биткойн был прибыльным. Карлсон знал, что если он сможет найти место, где энергия будет не просто дешевой, а действительно дешевой, он сможет добывать биткойны как с прибылью, так и в промышленных масштабах.

Это место было относительно легко найти. Менее чем в трех часах езды к востоку от Сиэтла, на другой стороне Каскадных гор, вы могли покупать электроэнергию примерно по 2,5 цента за киловатт, что составляло четверть тарифа Сиэтла и примерно пятую часть среднего показателя по стране. Мечта Карлсона стала сбываться. Он нашел в Польше инженера, который только что разработал гораздо более быстрый и энергоэффективный сервер, и которого он убедил поддержать новое предприятие Карлсона, которое тогда называлось Mega-BigPower. В конце 2012 года Карлсон обнаружил пустые торговые площади в городе Уэнатчи, всего в нескольких кварталах от реки Колумбия, и начал экспериментировать с конфигурациями серверов и систем охлаждения, пока не нашел то, что можно было бы расширить до самой большой биткойн-шахты в мире. мир.Бум здесь официально начался.

***

На бумаге бассейн Средней Колумбии действительно выглядел как Эльдорадо для Карлсона и других горняков, которые начали просачиваться в течение первых лет бума. Пять огромных плотин гидроэлектростанций региона, все из которых принадлежат коммунальным предприятиям, производят почти в шесть раз больше энергии, чем могут использовать жители и предприятия региона. Большая часть излишков экспортируется по высоким ценам на такие рынки, как Сиэтл или Лос-Анджелес, что позволяет коммунальным предприятиям продавать электроэнергию на местном уровне по значительно более низким ценам, чем их производственные.Электроэнергия здесь настолько дешевая, что люди отапливают свои дома электричеством, несмотря на очень холодные зимы, а фермеры смогли орошать полузасушливый регион в одном из самых продуктивных сельскохозяйственных районов мира. (Местная газета с гордостью заявляет, что ее опубликовали в «Мировой столице Apple и пряжке на поясе силы Великого Северо-Запада».) И, что немаловажно, она уже привлекла внимание нескольких энергоемких отраслей, в частности, выплавки алюминия и, начиная с середины 2000-х — центры обработки данных для технологических гигантов, таких как Microsoft и Intuit.

Майнеры нашли и другие преимущества. Прохладные зимы и сухой воздух помогли снизить потребность в дорогостоящем кондиционировании воздуха, чтобы предотвратить перегрев серверов перемешивания. В качестве бонуса регион уже был оснащен одним из самых быстрых в стране высокоскоростных интернет-сетей благодаря огромной оптоволоконной магистрали, установленной в центрах обработки данных. В целом, вспоминает Миехе, бассейн был «приложением-убийцей» биткойнов.

Действительно, какое-то время казалось, что у горняков все складывается вместе.К середине 2013 года на первом руднике Карлсона, хотя его мощность составляла всего 250 киловатт, добывались сотни биткойнов в день — этого было достаточно для него, чтобы оплачивать все счета за электроэнергию и другие расходы, а остальную часть «складывать» в качестве спекулятивного актива, который начал приносить прибыль. ценить. К тому времени биткойн терял репутацию валюты торговцев наркотиками и шантажистов, занимающихся взломом данных. Его принимали несколько законных компаний, например Microsoft, и даже некоторые банки. Разрастались конкурирующие криптовалюты, появлялись торговые площадки.Биткойн был модной новинкой, и его цена превысила 1100 долларов, прежде чем опустилась до середины сотни.

Однако, несмотря на весь этот потенциал, зарождающееся горнодобывающее сообщество в этом бассейне столкнулось с проблемами, которые вы могли бы встретить в любом другом быстро развивающемся городе. Горнодобывающая технология была еще настолько новой, что на ранних этапах производства постоянно происходили сбои. Возникла нарастающая, зачастую острая конкуренция за участки добычи полезных ископаемых, которые имели достаточную мощность и чьи домовладельцы не срывались, когда стены покрывались «швейцарским сыром» с вентиляционными отверстиями.Существовал постоянный страх перед электрическими перегрузками, поскольку помешанные на монетах майнеры довели энергосистемы до предела — как, например, когда один из шахтеров чуть не поджег старую прачечную в центре Уэнатчи.

И неизбежно росло напряжение с коммунальными предприятиями, которые наконец осознали масштабы амбиций майнеров. В 2014 году коммунальный район округа Челан получил запросы от потенциальных горняков на общую сумму 220 мегаватт — поразительное развитие в округе, 70 000 жителей которого в то время потребляли лишь 200 мегаватт.Аналогичные модели наблюдались за рекой в ​​соседних округах Дуглас и Грант, где электричество также дешево.

Но, как всегда, самая большая проблема майнеров исходила от самого биткойна. Само присутствие такого большого количества новых горнодобывающих предприятий в бассейне Средней Колумбии существенно увеличило общую мощность добычи полезных ископаемых; какое-то время одна только шахта Карлсона обеспечивала четверть мировых мощностей по добыче биткойнов. Но эта растущая вычислительная мощность также привела к резкому увеличению сложности майнинга — с января 2013 года по январь 2014 года она увеличилась в тысячу раз, что вынудило майнеров расширяться еще быстрее.И растущая цена биткойна теперь привлекала новых майнеров, особенно в Китае, где электроэнергия дешевая. К середине 2014 года, по словам Карлсона, он в четыре раза увеличил количество серверов в своем руднике, но увидел, что его некогда огромная доля на рынке упала ниже 1 процента.

Lauren Miehe: The Prospector Обладая умением превращать старые здания в биткойн-рудники, Миехе помог многим другим сторонним лицам организовать операции по добыче полезных ископаемых в бассейне и теперь управляет сайтами для других майнеров.Он был ошеломлен интересом к региону, так как в прошлом году цены на биткойны взлетели. «Прямо сейчас все пребывают в режиме полной жадности», — говорит он. Здесь Миехе работает на своей первоначальной шахте, мощностью в полмегаватт, в нескольких милях от реки Колумбия. | Патрик Каван Браун для журнала Politico

биткойн-майнера оказались в том же порочном круге, что и настоящие майнеры, за исключением гораздо более ускоренных временных рамок. Чтобы поддерживать свою производительность, майнерам приходилось покупать больше серверов или переходить на более мощные серверы, но новая вычислительная мощность просто увеличивала сложность решения еще быстрее.Фактически, ваша шахта устарела, как только вы ее запустили, и единственная надежда на прибыльное продвижение вперед заключалась в том, чтобы принять своего рода постоянное расширение масштабов: ваша существующая шахта должна была быть достаточно большой, чтобы заплатить за вашу следующую, более крупную шахту. . Многие майнеры ответили тем, что объединились в огромные коллективы, объединили свои вычислительные ресурсы и делились вознаграждением в биткойнах. Другие перешли от майнинга к размещению других майнеров. Но независимо от того, занимались ли вы майнингом или хостингом, майнинг вступил в «гонку масштабирования», — говорит Карлсон, чьи собственные операции неуклонно росли с 250 киловатт до 1.От 5 мегаватт до 5 мегаватт. И это была гонка: любая задержка с установкой ваших машин и майнингом просто означала, что вы попадете в очередь, когда монеты будет еще сложнее добывать.

Как раз тогда, когда казалось, что хуже уже не может быть, они это сделали. По мере роста стоимости майнинга цены на биткойны начали падать. Криптовалюта подверглась череде мошенничества, краж и нормативных запретов, а также ожесточенной борьбы среди майнингового сообщества по таким вопросам, как оптимальный размер блока.В течение 2015 года цены на биткойны колебались на уровне нескольких сотен. Маржа становилась настолько тонкой — и, фактически, иногда становилась отрицательной, — что майнерам приходилось тратить свои монеты, как только они добывали их, для оплаты счетов за электроэнергию. В конце концов ситуация стала настолько мрачной, что Карлсону пришлось копаться в своих драгоценных запасах и ликвидировать «все мои маленькие стопки биткойнов», — с сожалением вспоминает он. «Чтобы спасти бизнес, мы продали все».

По всему бассейну Средней Колумбии майнеры столкнулись с мучительной дилеммой: сократить свои убытки и уйти или продолжать добычу практически бесплатно в надежде, что рынок криптовалюты каким-то образом изменится.Многие более мелкие операторы просто закрылись и уехали из города, часто оставляя после себя разгромленные участки и разгневанных арендодателей. Даже более крупные игроки начали рисовать линии на песке. Карлсон начал переходить от майнинга к размещению и запуску сайтов для других майнеров. Остальные держались. Среди последних был Сальсидо, подрядчик Wenatchee, ставший майнером биткойнов, который вырос в долине. «Я должен был решить, думаю ли я, что это выздоровеет, или диаграмма будет продолжать двигаться так же и превратиться в ничто?» Сальсидо сказал мне недавно.Мы были в его офисе в центре города Уэнатчи, и Сальсидо, опрятный 43-летний мужчина, женатый с четырьмя маленькими детьми, показывал мне компьютерную диаграмму цены биткойнов в один из самых мучительных периодов его жизни. жизнь. «Месяц за месяцем вам приходилось принимать одно решение: собираюсь ли я продолжать это делать или буду называть это?»

***

Весной 2016 года все перевернулось. Биткойн снова набрал обороты. Еще несколько поставщиков объявили, что примут криптовалюту.Цены на биткойны стабилизировались, а затем медленно, но верно начали расти, даже после того, как второй день уполовинивания снизил вознаграждение до 12,5 монет. В январе 2017 года цена превысила 1000 долларов.

Начиная с апреля, цена биткойна взлетела, как самолет, пилот которого наконец вспомнил, где находится переключатель форсажного режима. К июлю биткойн был на уровне 2500 долларов. К сентябрю — 4600 долларов. Затем 7200 долларов в ноябре. За неделю до Рождества биткойн перевалил за 19 000 долларов. Этот всплеск вызвал ажиотаж в СМИ по поводу нового поколения технологических миллионеров.

Малачи Сальсидо: местный талант Сальсидо, уроженец Уэнатчи и подрядчик по строительству, изучал других майнеров, прежде чем запустить свою собственную биткойн-операцию в 2014 году. Сейчас он является одним из крупнейших майнеров в бассейне и упорно трудился, чтобы убедить сообщество в том, что биткойн а блокчейн может превратить регион в технологический центр. «Мы только начинаем открывать, что на самом деле можно сделать с этой технологией», — говорит Сальсидо, изображенный на одной из своих шахт.Бассейн «строит платформу, которую будет использовать весь мир». | Патрик Каван Браун для журнала Politico

Никто не был удивлен больше, чем сами горняки. К концу 2017 года, даже при быстро растущей сложности, стоимость биткойна для бассейновых майнеров составляла около 2000 долларов, что давало рентабельность, аналогичную показателям первых лет, только в гораздо большем масштабе. Марк Беванд, ученый-компьютерщик французского происхождения, который некоторое время занимался добычей полезных ископаемых в бассейне, а теперь является инвестором в технологии, оценивает, что к декабрю гипотетический инвестор, построивший 5-мегаваттную шахту в бассейне всего за четыре месяца до этого, выздоровел бы. инвестиции в размере 7 миллионов долларов и теперь будут получать 140 000 долларов прибыли каждые 24 часа.«Сегодня, — сказал он мне еще в декабре, — шахтеры буквально купаются в деньгах».

Конечно, к концу 2017 года игроки, заливавшие бассейн, не были заинтересованы в строительстве 5-мегаваттных рудников. По словам Карлсона, добыча полезных ископаемых сейчас достигла стадии, когда минимальный размер новой коммерческой шахты, учитывая высокий уровень сложности, скоро составит 50 мегаватт, чего хватит примерно для 22000 домов и больше, чем один из огромных центров обработки данных Amazon Web Services. . Миехе, который стал своего рода брокером для иногородних майнеров и инвесторов, отвечал на звонки и электронные письма от гораздо более крупных игроков.Были звонки из Китая, где недавние правительственные меры по борьбе с криптовалютой заставили майнеров попытаться перенести операции мощностью до 200 мегаватт на более безопасную территорию. И был поток интереса со стороны игроков за пределами сектора, в том числе крупных институциональных инвесторов с Уолл-стрит, Майами, Ближнего Востока, Европы и Японии, все стремились получить товар, который, по мнению некоторых, может достигнуть 100000 долларов к концу год. И не весь интерес был таким цивилизованным. Существует множество историй о том, как биткойн-майнеры использовали жесткую тактику, чтобы запустить свои шахты.Карлсон, например, говорит, что некоторые иностранные горняки пытались подкупить инспекторов по строительству и безопасности, чтобы они позволили им срезать углы на строительстве. «Они привозят чемоданы, полные денег», — говорит Карлсон, добавляя, что такие уловки неизменно приводят к обратным результатам. Миее добавляет: «Я имею в виду, вы знаете, как они говорят о духах животных — жадности и страхе? Что ж, прямо сейчас все пребывают в режиме полной жадности ».

И дело не только в глубоких карманах. При таких ценах даже более мелкие операторы смогли заработать реальные деньги, эксплуатируя несколько машин на домашних, скрытых от радиолокатора рудниках.Возьмем, к примеру, человека 20-летнего Венатчи, которого мы назовем Бенни — он не хотел называть его имени — который в июле прошлого года купил три сервера для майнинга и установил их в своем доме (один в главной спальне и два в гостиной. ) — и начал добычу Ethereum, ближайшего конкурента биткойнов в области криптовалюты. Когда Ethereum поднялся со 165 долларов в июле до почти 1200 долларов в январе, Бенни не только вернул свои 7000 долларов, но и заработал достаточно, чтобы выплатить ипотечный кредит. В качестве дополнительной выгоды этой зимой у Бенни снизился счет за электроэнергию: отработанное тепло от трех серверов перемешивания поддерживало температуру в доме до 78 градусов тепла.«Мы действительно должны открывать окна», — сказал он мне в январе. Между тем его серверы в значительной степени работают сами по себе, хотя, когда он на работе, клерк в продуктовом магазине, он следит за машинами и ценой Ethereum на своем телефоне. «По сути, это просто бесплатные деньги», — говорит Бенни. «Все, что мне нужно сделать, это проснуться утром и убедиться, что ночью ничего не разбилось».

***

В игре с нулевой суммой, в которой криптовалюта превратилась в , свободные деньги для одного человека — головная боль для другого.В бассейне Средней Колумбии последняя категория включает Джона Столла, который наблюдает за ремонтными бригадами коммунального округа округа Челан. Столл считает таких людей, как Бенни, «операторами-мошенниками» — это коммунальное предприятие, обозначающим мелких игроков, которые занимаются добычей, не получив надлежащих разрешений и не обновляя оборудование, и число которых за последние 12 месяцев резко возросло. Хотя эти операторы составляют лишь небольшую часть своих коммерческих аналогов, они все же могут перегружать жилые электрические сети. В крайнем случае изоляция может оплавить провода.Трансформаторы перегреются. В одном случае в прошлом году, по словам коммунального предприятия, шахтер перегрузил трансформатор и вызвал пожар.

В некоторых частях бассейна бригады коммунальных служб теперь активно охотятся на не имеющих разрешения на добычу полезных ископаемых, что мало чем отличается от того, как полиция ищет фермы по выращиванию каннабиса в помещении. Самая большая скидка, по словам Столла, — это устойчивый скачок в энергопотреблении. Но бригады научились искать и прислушиваться к другим признакам, таким как «вентиляторы, выматывающие из гаража или спальни». По словам Столла, в любую неделю коммунальное предприятие вымывает от двух до пяти подозреваемых майнеров.Некоторые приходят чистыми. Они платят за разрешения и зачастую существенную модернизацию проводки или уходят. Но другие незаметно переносят свои серверы в другое жилое место и снова подключаются к сети. «Это что-то вроде игры в кошки-мышки, — признает Столл.

Бенни: Rogue Miner Бенни, компьютерный гений-самоучка, которому около 20 лет, прошлым летом установил три сервера для майнинга в своем доме в Венатчи. С тех пор он получил достаточно прибыли не только для возврата своих первоначальных инвестиций, но и для выплаты ежемесячной ипотечной ссуды.В качестве бонуса тепло от компьютеров поддерживает отопление его дома всю зиму. «По сути, это просто бесплатные деньги», — говорит Бенни, изображенный на фото со своей самодельной добычей полезных ископаемых. | Патрик Каван Браун для журнала Politico

Более серьезная проблема коммунальных предприятий исходит от законных коммерческих операторов, чей аппетит к мегаваттам перевернул старую десятилетнюю модель государственной власти. Общая мощность пяти плотин бассейна в среднем составляет около 3000 мегаватт, что достаточно для населения Лос-Анджелеса.До недавнего времени около 80 процентов этой огромной продукции экспортировалось по контрактам, которые были чрезвычайно выгодны для местных жителей. Майнинг криптовалюты изменил все до такой степени, что только сейчас становится ясно. К концу 2018 года, по расчетам Карлсона, добыча в бассейне составит 300 мегаватт. Но это ничто по сравнению с тем, что некоторые надеются увидеть в бассейне. Как сообщается, за последние 12 месяцев три коммунальные предприятия получили заявки и запросы на будущие контракты на электроэнергию, которые, если все они будут утверждены, могут приблизиться к 2000 мегаватт — достаточно, чтобы потреблять две трети электроэнергии, производимой в бассейне.

То, что майнеры хотят власти, не означает, что они ее получают. Некоторые запросы сняты. И все три окружных коммунальных предприятия имеют значительную свободу действий при удовлетворении запросов на электроэнергию. Но по закону они должны рассматривать любой законный запрос на власть, что означало проведение дорогостоящих исследований и слушаний, что спровоцировало длительные общественные дебаты о влиянии этой новой отрасли на энергетическую экономику бассейна. Есть опасения по поводу огромных затрат на новые подстанции, линии электропередачи и другую инфраструктуру, необходимую для размещения этих огромных нагрузок.В округе Дуглас, где осуществляется большая часть новых горнодобывающих проектов, менее чем за год была полностью подключена новая подстанция мощностью 84 мегаватта, которой должно было хватить на следующие 30–50 лет нормального роста населения.

Многие также опасаются, что новые шахты поглотят столько излишков электроэнергии, которые в настоящее время экспортируются, что местные расценки должны будут повыситься. На самом деле аппетит горняков к власти растет так быстро, что три округа ввели надбавки за дополнительную инфраструктуру, и идут разговоры о мораториях на новые шахты.Также говорят о том, что было бы немыслимо всего несколько лет назад: о покупке власти у внешних поставщиков. Это может означать конец десятилетий сверхдешевой власти — все для нового, крайне нестабильного сектора, который, по некоторым опасениям, в любом случае может просуществовать недолго. Действительно, есть одно большое опасение, говорит Деннис Больц, комиссар по коммунальным предприятиям округа Челан, что продолжительный обвал цен заставит горняков покинуть бассейн — и оставит налогоплательщиков «инфраструктурой, которая может быть полезна, а может и нет.”

Но Больц, давний критик криптовалюты, говорит, что местные проблемы выходят за рамки экономики: многие жители, от которых он слышит, не заинтересованы в том, чтобы так много государственной власти было продано отрасли, главный продукт которой, по их мнению, представляет ценность только для спекулянтов. и преступники. «Я имею в виду, что это консервативное сообщество, и они такие:« Что, черт возьми, не так с долларами? », — говорит Больц. «Если бы вы просто пошли и провели опрос в округе Челан и спросили людей:« Вы хотите, чтобы мы участвовали в индустрии биткойнов », они бы сказали не только« Нет », но и« Черт, нет.’”

Транспортные контейнеры обеспечивают быстрый способ наладить промышленную операцию по добыче биткойнов, но серверы внутри выделяют так много тепла, что требуются большие вентиляторы для перемещения невероятных объемов воздуха с высокой скоростью, чтобы поддерживать их перегрев. Вверху рабочие прикрепили воздуховоды к горячему выхлопу, перенося его, чтобы растопить замороженную рабочую площадку и обогреть свою гостиную. | Патрик Каван Браун для журнала Politico

Бассейн стал испытательной площадкой для более широкой дискуссии о будущем технологии блокчейн.Критики настаивают на том, что биткойн никогда не станет основной валютой — он медленный и слишком нестабильный. Они говорят, что его реальная функция — это «средство сбережения», то есть инвестиционный актив, такой как золото или акции компаний, за исключением того, что, в отличие от этих традиционных активов, биткойн не имеет реальной базовой экономической ценности. Скорее, говорят критики, он стал просто еще одной весьма спекулятивной ставкой — во многом так же, как ипотечные деривативы были в преддверии финансового кризиса — и, как и они, он так же гарантирован от краха.

Контраргумент заключается в том, что экономика блокчейна все еще находится в зачаточном состоянии. «Монетизированный код», лежащий в основе концепции блокчейна, может быть написан для безопасного переноса любой информации и для администрирования практически любых транзакций, договорных соглашений или других основанных на данных отношений между людьми и их быстрорастущими машинами. Сторонники говорят, что в будущем банки, другие крупные учреждения и даже правительства будут использовать внутренние блокчейны. Компании по производству потребительских товаров и технологические компании будут использовать блокчейн для управления «Интернетом вещей».«В рамках этой экосистемы мы увидим ряд криптовалют, играющих разные роли, при этом биткойн, возможно, будет служить в качестве инвестиций, в то время как более гибкие криптовалюты могут выполнять повседневные транзакции. И в действительности, какими бы ни были его недостатки, успех и известность Биткойна на данный момент затрудняет устранение всего крипто-феномена с каждым торговым циклом.

Тем не менее, даже сторонники признают, что в этом славном будущем будет использоваться много электроэнергии. Это правда, что многие из наиболее тревожных утверждений — например, что к 2020 году майнинг биткойнов будет потреблять «столько электроэнергии, сколько сегодня потребляет весь мир», как недавно предположил экологический веб-сайт Grist, — смехотворны: даже если текущая загрузка биткойнов увеличившись в сто раз, на него по-прежнему будет приходиться менее 2 процентов от общего мирового потребления энергии.(И для сравнения, даже самые высокие оценки общего текущего потребления энергии биткойном по-прежнему составляют менее 6 процентов от энергии, потребляемой мировым банковским сектором.) Но факт остается фактом: биткойн требует поразительного количества энергии. По некоторым оценкам, мощность, необходимая сейчас для добычи одной монеты, могла бы обеспечить работу среднего домохозяйства в течение 10 дней.

Все это оставляет коммунальные предприятия бассейна в ловушке между скептически настроенной публикой и ненасытным, энергоемким новым сектором, который, как выразился Больц, «смотрит на нас с хищнической точки зрения.«Действительно, каждый руководитель коммунального предприятия знает, что отклонить заявку на загрузку, даже если одна нагрузка настолько велика, что потребуются новые линии электропередачи или импорт за пределы зоны обслуживания, — значит стать поводом для серьезной судебной тяжбы. «Если вы можете позволить себе 100 мегаватт, — говорит Больц, — вы можете позволить себе много адвокатов».

Несмотря на все опасности, другие здесь считают биткойн-бум некой необходимой возможностью. Они утверждают, что эпоха дешевой местной электроэнергии подходила к концу еще до того, как появился биткойн. Одна важная причина: гидроэнергетика региона больше не ценится на внешних рынках.В Калифорнии, которая исторически хорошо платила за «зеленую» гидроэнергетику бассейна, спрос особенно резко упал благодаря быстрому росту ветровой и солнечной энергии в Золотом штате. Проще говоря, у бассейна скоро может возникнуть проблема с поиском другого крупного потребителя, который так хочет получить эти излишки мегаватт — особенно такого, как добыча на блокчейне, который может принести другие экономические выгоды. По словам Джима Хаффмана, комиссара порта округа Дуглас, ранние данные из округа Дуглас, например, предполагают, что экономическая ценность сектора, особенно налог с продаж от непрерывной модернизации серверов, может компенсировать любые потери в продажах излишков электроэнергии.

Стив Райт и Джон Столл: Мастера плотин Райт (слева) и Столл, изображенный на плотине Роки-Рич, являются генеральным менеджером и главой коммунальных служб округа Челан, соответственно. В прошлом году горняки обращались с запросами или запросами на электроэнергию, которая в общей сложности составляет две трети от того количества, которое сейчас вырабатывают коммунальные предприятия трех округов бассейна. | Патрик Каван Браун для журнала Politico

Эта возможность может быть недолговечной. Хаффман, который также является бывшим руководителем коммунального предприятия, утверждает, что постоянно снижающиеся тарифы на электроэнергию в других штатах, например в Калифорнии, могут подорвать привлекательность бассейна для майнеров блокчейнов, которые могут начать искать другие места для добычи.По этой причине Хаффман утверждает, что бассейн должен активно привлекать больше горняков, даже если это означает импорт электроэнергии. «Я думаю, здесь есть окно, — говорит Хаффман, — и неизвестно, как долго это окно будет открыто». Тем не менее, он тоже знает, что любой такой разговор приведет к критике за то, что бассейн сковывает свое будущее с нестабильным сектором, который для многих остается химерой. «Некоторые люди думают, что биткойн — это просто жульничество», — признает Хаффман. «И в разговоре обычно этого не скажешь.”

Тем временем шахтеры в бассейне приступили к полировке имиджа. Карлсон и Сальсидо, в частности, упорно трудились, чтобы успокоить чиновников коммунального хозяйства. Майнеры согласились заплатить большие сборы за подключение и профинансировать некоторые необходимые обновления инфраструктуры. Они также постарались обосновать более широкие экономические выгоды этого сектора, такие как поступления от налога с продаж. Они говорят, что добыча полезных ископаемых может помочь компенсировать некоторые из сотен рабочих мест, потерянных, когда несколько лет назад простаивал другой крупный энергопотребитель региона — огромный алюминиевый завод Alcoa к югу от Уэнатчи.

Если говорить более фундаментально, горняки утверждают, что нынешний бум — это просто первый грубый шаг к гораздо большему технологическому сдвигу, который бассейну следовало бы осуществить на раннем этапе. «Мы только начинаем открывать, что на самом деле можно сделать с этой технологией», — говорит Сальсидо. «Но технология требует платформы». И, по его словам, по мере того, как мир обнаруживает, на что способен блокчейн, глобальная экономика будет все больше зависеть от регионов, таких как бассейн, с природными ресурсами, чтобы использовать эту платформу как можно дешевле.

***

Даже во время недавнего обвала цен на горняки сохраняли оптимистичный настрой, отчасти потому, что они умирали этой смертью несколько раз до этого. В феврале, на следующий день после того, как цена биткойна упала ниже 6000 долларов, я связался с Карлсоном, чтобы узнать, как он справляется с огромной распродажей. В серии длинных текстов он выразил только оптимизм. Он утверждал, что коррекция рынка была неизбежна с учетом быстрого роста цен. Он отметил, что затраты на добычу полезных ископаемых в бассейне остаются настолько низкими — всего лишь немногим выше 2000 долларов за монету, — что цены могут упасть до того, как биткойн перестанет стоить майнинга там.Карлсон, как он сказал мне, «на 100 процентов уверен», что цена превысит уровень в 20 000 долларов, который мы видели перед Рождеством. «Вопрос, как всегда, в том, сколько времени это займет».

Тем временем шахтеры бассейна идут полным ходом. Сальсидо говорит, что к концу года у него будет 42 мегаватта, а к 2020 году 150 мегаватт. Карлсон говорит, что его следующий шаг после того, как его нынешнее наращивание на 60 мегаватт, будет «сотнями» мегаватт. В течение следующих пяти лет его компания планирует привлечь 5 миллиардов долларов капитала для строительства 2000 мегаватт — двух гигаватт — дополнительных горнодобывающих мощностей.Но это не все, говорит он. Карлсон говорит, что он и другие скоро будут наращивать масштабы настолько быстро, что для дальновидных горняков бассейн Средней Колумбии фактически уже исчерпан, отчасти потому, что округа просто не могут достаточно быстро построить линии электропередач и инфраструктуру. «Итак, мы должны отправиться на поиски участков в США и Канаду», — сказал мне Карлсон в тексте. «Я еду в Квебек в понедельник». Как и в случае с нефтью или золотом, старатели никогда не останавливаются — они просто двигаются дальше.

На алюминиевом заводе Alcoa, свернутом, но не полностью закрытом, когда-то работало 400 человек.Самая дешевая электроэнергия в стране не была достаточным стимулом, чтобы держать электростанцию ​​в рабочем состоянии перед лицом более дешевых иностранных конкурентов. | Патрик Каван Браун для журнала Politico

Но не все готовы к поездке. Вернувшись в Восточный Венатчи, Миехе проводит для меня импровизированную экскурсию по эпицентру бума в бассейне. Мы выезжаем в индустриальный парк возле регионального аэропорта, где администрация порта округа Дуглас создала своего рода зону добычи полезных ископаемых. Мы проезжаем мимо строительной площадки Карлсона, которая кишит техникой и людьми.Неподалеку мы можем увидеть группу из двух десятков грузовых контейнеров, которые Сальсидо превратил в шахты, с трансформаторами и системами охлаждения. Через дорогу, возле новой, уже вышедшей из строя подстанции, у Сальсидо другая бригада работает на гораздо более крупной шахте. «Год назад здесь ничего этого не было», — говорит Миехе. «Этой дороги здесь не было».

Миехе до сих пор эксплуатирует свою оригинальную шахту, производящую мощность в полмегаватта, недалеко от автомойки. Но его основная работа в наши дни — управлять хостинг-сайтами для других майнеров и связывать посторонних с инсайдерами — и он с этим согласен.Он продал часть своей биткойн-стопки сразу после Рождества. Он по-прежнему оптимистичен в отношении криптовалюты и долгосрочных перспектив бассейна. Но у него больше нет аппетита к гонке за масштабом. Прошли те славные времена, когда коммерческие майнеры могли самостоятельно финансировать свои собственные стеки. Сегодня вам необходимо внешнее финансирование — долг, — что для Мие, у которой сейчас двое маленьких детей, будет означать недопустимый уровень стресса. «Я уже сделал это», — говорит он. «Весь мой дата-центр был построен на биткойнах из ничего.Я уже выиграл достаточно для того, что искал при добыче полезных ископаемых ». Он делает паузу. «Риск и вознаграждение становятся довольно большими, — говорит он. «И я не уверен, что хочу быть на передовой в этой битве».

ИСПРАВЛЕНИЕ: в более ранней версии этой статьи говорилось, что криптовалюта Ripple добывается в бассейне Средней Колумбии. Фактически, «монеты» Ripple не требуют процесса добычи — все 100 миллиардов монет Ripple были созданы, когда сеть Ripple была запущена в 2012 году, — и не производятся майнерами в бассейне или где-либо еще.