Инженерное оборудование, тепло-, газо-, водоснабжение территорий и зданий. электрические сети и схемы электроснабжения
Учебное пособие
ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ТЕПЛО-, ГАЗО-, ВОДОСНАБЖЕНИЕ ТЕРРИТОРИЙ И ЗДАНИЙ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ И СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Содержание
ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ, ПОСЕЛЕНИЙ И ЗДАНИЙ
ПОДЗЕМНЫЕ КОММУНИКАЦИИ
ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ
ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИКИ
ВОДОСНАБЖЕНИЕ ПОСЕЛЕНИЙ
ВОДОСНАБЖЕНИЕ ЗДАНИЙ
КАНАЛИЗАЦИЯ И САНИТАРНАЯ ОЧИСТКА ПОСЕЛЕНИЙ
ТЕПЛО- И ГАЗОСНАБЖЕНИЕ ТЕРРИТОРИЙ ПОСЕЛЕНИЙ И ЗДАНИЙ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ПОСЕЛЕНИЙ
ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ ЗДАНИЙ
ГАЗОСНАБЖЕНИЕ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ОБЪЕКТОВ
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ
КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
УСТРОЙСТВО ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ И СИЛОВЫХ СЕТЕЙ
ОБЩЕСТВЕННЫХ, ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ И ПРЕДПРИЯТИЙ
УСТРОЙСТВО И РАСЧЕТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ, ПОСЕЛЕНИЙ И ЗДАНИЙ
ПОДЗЕМНЫЕ КОММУНИКАЦИИ
Инженерные сети
Подземные коммуникации города - важнейший элемент инженерного оборудования и благоустройства, удовлетворяющий не обходимым санитарно-гигиеническим требованиям и обеспечивающий высокий уровень удобств для населения. В качестве подземных коммуникаций поселений прокладывают сети водоснабжения (горячего и холодного), водоотведения бытовых, производственных и атмосферных загрязненных вод, водостока (ливне вой канализации), дренажа, газификации, энергоснабжения, сигнализации, специального назначения, а также сети радиотелефонной и телеграфной связи, новые осваиваемые виды (пневматическая почта и мусороудаление) и т.д.
Инженерные сети населенных пунктов проектируют как комплексную систему, объединяющую все надземные, наземные и подземные сети с учетом их развития на расчетный период. Подземные сети прокладывают преимущественно под улицами и дорогами. для этого в поперечных профилях улиц и дорог предусматривают места для укладки сетей: на полосе между красной линией и линией застройки прокладывают кабельные сети (силовые, связи, сети сигнализации и диспетчеризации); под тротуарами располагают тепловые сети или проходные коллекторы; на разделительных полосах - водопровод, газопровод и хозяйственно-бытовую канализацию. При ширине улиц более 60 м в пределах красной линии сети водопровода и канализации прокладывают по обеим сторонам улиц. При реконструкции проезжих частей улиц и дорог обычно сети, расположенные под ними, переносят под разделительные полосы и тротуары. Исключение могут составлять самотечные сети хозяйственно-бытовой и ливневой канализации.
Удельная протяженность сетей зависит от плотности жилого фонда, а следовательно, и от этажности застройки. С увеличением плотности жилого фонда от 1900 м2/га (при 2-этажной застройке) до 4000 м2/га (при 9-этажной застройке) общая относительная протяженность сетей уменьшается в 2,6 раза.
Городские подземные коммуникации постоянно развиваются представляют собой сложную систему - важную часть городского «организма». Подземные сети подразделяют на транзитные, магистральные и распределительные (разводящие).
К транзитным относятся подземные коммуникации, которые проходят через город, но в городе не используются, например газопровод, нефтепровод, идущий от месторождения к другим поселениям.
К магистральным относятся основные сети города, по которым подаются или отводятся основные виды носителей в городе, рассчитанные на большое число потребителей. Их располагают обычно в направлении основных транспортных магистралей города.
К распределительным (разводящим) сетям относятся коммуникации, которые ответвляются от магистральных сетей и подводятся непосредственно к домам.
При проектировании магистральных трасс подземных коммуникаций их делают прямолинейными, параллельными оси или красной линии улицы, располагают с какой-либо одной стороны улицы, не пересекая ее. Подземные сети не должны находиться одна над другой, за исключением участков на перекрестках и от ветвлениях, где предусматриваются пересечения в соответствии с нормами в разных уровнях. Наиболее целесообразным считается расположение подземных коммуникаций под зеленой зоной улицы и тротуарами, но часто бывает необходимо использовать так же часть пространства под проезжей частью улиц.
На случай реконструкции и расширения коммуникаций при комплексном проектировании предусматривают резервные участки в подземном пространстве улиц.
ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ
Понятие о гидравлике
Один из необходимых составляющих элементов современного инженерного благоустройства городских территорий — подземные инженерные сети. Они состоят из систем водоснабжения (холодного и горячего), канализации, водоотвода поверхностных вод, отопления, которые являются гидравлическими, организуют движение жидкостей в ограниченных пространствах соответствующих систем. Для их расчета используется теоретическая база науки о механике жидкости — гидравлики, которая включает в себя гидростатику и гидродинамику.
Гидравлика — наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей в рассматривающая способы приложения этих законов к решению конкретных практических задач. Гидравлика лежит в основе многих инженерных расчетов специальных сооружений.
Начало развития гидравлики относится к античному периоду. Еще за 250 лет до н. э. появился трактат Архимеда о плавающих телах, где был сформулирован закон о воздействии воды на погруженное в нее тело. Особое развитие гидравлика как наука получила - в ХV—ХVIIвв. Леонардо да Винчи (1452— 1519 гг.) изучал движение воды. В 1612 г. Г. Галилей теоретически подтвердил закон Архимеда. Позже, в 1643 г., Э.Торричелли установил закон и жидкости из отверстия. Б. Паскаль в 1650 г. сформулировал закон о передаче жидкостью давления, а в 1687 г. И. Ньютон выдвинул гипотезу о наличии внутреннего трения в движущейся жидкости и дал понятие вязкости жидкости.
Дальнейшее развитие гидравлики связано с именами М.В.Ломоносова, Д. Бернулли и Л. Эйлера, установивших основные законы гидродинамики.
Гидравлика как прикладная инженерная наука необходима для расчетов при проектировании сети и сооружений систем водоснабжения, канализации, водоотведения, осушения и орошения, гидротехнических сооружений, мостов, для расчета транспортирования строительных растворов по трубам, конструирования насосов, компрессоров и т. п.
Основы гидростатики
Гидростатика — раздел гидравлики, изучающий законы равновесия в покоящейся жидкости. Гидростатика рассматривает жидкость и погруженные в нее тела в состоянии покоя. Жидкость, находящаяся в покое, подвергается действию внешних сил двух категорий массовых (объемных) и поверхностных. К массовым относятся силы, пропорциональные массе жидкости (сила тяжести, сила инерции), к поверхностным — силы, распределенные по поверхности, т. е. давление. Под действием внешних сил в каждой точке жидкости возникают внутренние силы, характеризую ее напряженное состояние.
Рассмотрим некоторый объем покоящейся жидкости. Мысленно разделим этот объем на две части произвольной плоскостью и отбросим верхнюю часть. Для сохранения равновесия нижней части к плоскости необходимо приложить силы, заменяющие действие верхней части объема жидкости на нижнюю.
Гидростатическое давление измеряется в единицах силы, де ленных на единицу площади. В системе СИ за единицу давления принят паскаль — равномерно распределенное давление, при котором на площадь 1 м2 действует сила 1 Н.
Гидростатическое давление обладает двумя свойствами:
• гидростатическое давление всегда направлено по внутренней нормали к площадке, на которую оно действует;
• гидростатическое давление в любой точке жидкости действует одинаково по всем направлениям, т.е. не зависит от угла наклона площадки, на которую оно действует.
Поверхностью равного давления или поверхностью уровня называют поверхность, во всех точках которой гидростатическое давление имеет одинаковое значение (на границе раздела жидкости с газом эту поверхность называют свободной).
Возможны три характерных положения свободной поверхности жидкости, находящейся под действием силы тяжести и силы инерции.
1. Если покоящаяся жидкость находится под действием только силы тяжести, то свободная поверхность жидкости представляет собой горизонтальную плоскость.
2. Если жидкость заключена в цистерне, которая движется прямолинейно с постоянным ускорением, то она находится в относительном покое, т. е. не перемещается относительно цистерны.
3. Если жидкость заключена в сосуде, который вращается вокруг вертикальной оси с постоянной угловой скоростью, то она находится в относительном покое.
Закон Паскаля гласит: давление. приложенное к свободной поверхности жидкости, передается во все ее точки без изменения. из него следует, что сила давления на площадку внутри жидкости пропорциональна площади этой площадки.
Абсолютное, или полное, гидростатическое давление состоит внешнего давления на свободную поверхность жидкости и манометрического (избыточного) давления, которое создает слой воды над рассматриваемой точкой. В открытом сосуде на свободную поверхность жидкости действует атмосферное или барометрическое (зависящее от высоты над уровнем моря) давление.
Вакуум это газовая среда, имеющая давление ниже атмосферного.
Для измерения давления применяют манометры и вакуумметры.
В основу принципа действия многих гидравлических машин положены законы гидростатики. Одним из наиболее широко применяемых в технике является закон Паскаля. Например, гидравлические прессы и гидравлические домкраты представляют собой конструкции из сообщающихся сосудов, в которых установлены поршни. Сила, приложенная к одному поршню, через гидростатическое давление передается другому поршню, причем в пропорциональной зависимости от их площадей.
ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИКИ
Виды движения жидкостей
Гидродинамика рассматривает законы движения жидкостей. Параметры, характеризующие движение, — скорость и давление — изменяются в потоке жидкости, в пространстве и во времени. Основная задача гидродинамики состоит в исследовании этих параметров в потоке жидкости.
Установившимся называют такое движение жидкости, при котором скорость потока и давление в любой его точке не изменяются с течением времени и зависят только от ее положения в потоке, т. е. являются функциями ее координат. Примерами установившегося движения может служить истечение жидкости из отверстия резервуара при постоянном напоре, а также поток воды в канале при неизменном его сечении и постоянной глубине.
Неустановившимся называют такое движение жидкости, при котором скорость движения и давление в каждой данной точке изменяются с течением времени, т. е. являются функциями не только координат, но и времени. Примером неустановившегося движения служит истечение жидкости из отверстия резервуара при переменном напоре. В этом случае в каждой точке сечения струи, вытекающей из отверстия, скорость движения и давление изменяются во времени.
Если в нескольких точках потока, взятых на определенном расстоянии друг от друга, провести векторы, показывающие значение и направление скоростей движения частиц жидкости в данный момент времени, то образуется ломаная линия. Если уменьшить длину отрезков, в пределе ломаная линия станет кривой. Эта кривая, называемая линией тока, характеризуется тем, что в данный момент времени во всех ее точках векторы скоростей будут касательными к ней.
Если в движущейся жидкости выделить бесконечно малый замкнутый контур и через все его точки провести линии тока, соответствующие в данному моменту времени, получится как бы трубчатая непроницаемая поверхность, называемая трубкой тока. Жидкость, движущаяся внутри трубки тока, образует элементарную струйку.
Совокупность элементарных струек, представляющая собой непрерывную массу частиц, движущихся по какому-либо направлению, образует поток жидкости. Поток может быть полностью ли частично ограничен твердыми стенками, например в трубопроводе или канале, и может быть свободным, например струя, выходящая из сопла гидромонитора.
Режимы движения жидкостей
В 1880 г. д. И. Менделеевым было высказано предположение о существовании двух отличающихся друг от друга режимов течения. В 1883 г. О. Рейнольдс экспериментально изучил эти режимы. Опыты показали, что при невысоких скоростях наблюдается ламинарное (слоистое) течение без перемешивания частиц и пульсаций скорости. Причем при течении отсутствует поперечное перемещение жидкости, ее частицы перемещаются почти по параллельным траекториям. При постоянном перепаде давления течение стационарно (не зависит от времени).
При значительных скоростях наблюдается течение, в котором частицы жидкости перемещаются по достаточно сложным траекториям. Скорости движения меняются по величине и направлению, поэтому в потоке возникают вихри. Слои жидкости перемешиваются а отдельные частицы совершают неупорядоченное хаотическое движение по сложным траекториям. Такое течение называется турбулентным. Если в турбулентном потоке пустить по течению капельку красителя, то окрашивается все сечение потока.
О. Рейнольдсом было установлено, что ламинарный режим течения происходит при малых скоростях течения, поперечных размерах потока, плотностях и больших коэффициентах шероховатости. Турбулентные режимы течения характеризуются большой скоростью, большим поперечным размером и малой вязкостью текущей среды. Рейнольдсом было введено число, названное впоследствии числом Рейнольдса (Rе). Оно пропорционально отношению силы инерции к вязкости. В ходе испытаний было установлено, что в трубах круглого сечения напорных трубопроводов переход ламинарного течения в турбулентное происходит приблизительно при значении Rе = 2300. При числах Rе, меньших 2300, течение обычно бывает ламинарным, а при числах Rе, больших 2300, — турбулентным. Критическое число Рейнольдса зависит от формы поперечного сечения канала. Для безнапорного течения в открытом русле Rе = 900.
Примером турбулентного течения может служить процесс вытекания газообразных продуктов сгорания из трубы котельной или печной трубы.
Пример ламинарного течения — это истечение воды из крана умывальника, если открыть очень малую струйку воды. Большинство течений, окружающих нас в природе, турбулентные. Ламинарные течения встречаются только в очень узких каналах, какими являются капилляры кровеносных сосудов человека, или при течении жидкостей с большой вязкостью (например, мазута) в трубопроводах.
Ньютон в 1686 г. сформулировал закон вычисления касательной силы трения, действующей на единицу площади жидкости или стенки твердого тела, находящегося в жидкости, который был экспериментально доказан в 1883 г. профессором Н. П. Петровым. С его помощью можно определить, при каком значении коэффициента вязкостиI произойдет переход ламинарного течения в турбулентное.
Для воды коэффициент вязкости в системе СИ при температуре 20 °С равен 10-6 м2/с.
В протяженных трубопроводах становятся существенными потери напора за счет трения жидкости о стенку трубы, приводящие к превращению части механической энергии в теплоту. Эта часть потерь напора называется потерями напора по длине трубы. К потерям напора приводят также повороты, резкие сужения, расширения и другие изменения геометрии трубы, способствующие вихреобразованию. Эти препятствия потоку называются местными сопротивлениями. Значения коэффициентов местного со противления приведены в справочной литературе.
ВОДОСНАБЖЕНИЕ ПОСЕЛЕНИЙ
Источники водоснабжения
Водоснабжение населенных пунктов осуществляют из подземных и поверхностных источников. Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).
Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность. Водоносные горизонты, расположенные непосредственно у поверхности земли или в уровне соседних водоемов, называют грунтовыми. Они характеризуются повышенной загрязненностью и должны очищаться при использовании их для целей водоснабжения.
Напорные воды заполняют водоносные горизонты полностью. Примером может служить вода в водоносном горизонте, расположенном ниже близлежащих водоемов или их питающих. Артезианские воды, как правило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев могут использоваться для хозяйственно-питьевых целей без очистки.
В колодце, вскрывающем напорный водоносный горизонт, вода поднимается до пьезометрической линии, т.е. уровня поверхности воды близлежащего водоема (рис. 8.1). Если пьезометрическая линия проходит выше поверхности земли, то наблюдается излив воды из колодца. Такие колодцы называют самоизливающимися (артезианскими).
Уровень воды, устанавливающийся в колодце при отсутствии водозабора, называют статическим. Статический уровень безнапорных вод совпадает с уровнем подземных вод, а напорных вод — с пьезометрической линией. При откачке воды из колодца уровень ее снижается тем больше, чем интенсивнее откачка. Такой уровень называют динамическим.
Уровни воды и пьезометрические линии, устанавливающиеся вокруг колодцев при откачке из них воды (в поперечном разрезе они имеют выпуклую форму), называют кривыми депрессии. Область, ограниченную кривыми депрессии, называют депрессионной воронкой.
Рис. 8.1. Схема образования и залегания подземных вод:
1-водоупорные породы: 2— водоносные породы: К — колодцы; И- источники (родники)
Безнапорные и напорные воды могут выходить на дневную поверхность (родники). Выход безнапорных вод называют нисходящим ключом, а выход напорных вод — восходящим ключом. Ключевая вода отличается высоким качеством и также может использоваться для целей водоснабжения без очистки.
К поверхностным источникам водоснабжения относятся реки, водохранилища и озера. Для промышленных целей может использоваться и морская вода. При отсутствии в приморских районах пресной воды морская вода после опреснения может использоваться для хозяйственно-питьевых целей. Однако это должно быть обосновано технико-экономическими соображениями.
Воду из поверхностных источников рекомендуется использовать для водоснабжения при недостаточно дебите или непригодности подземных вод. Перед использованием для хозяйственно-питьевого водоснабжения воду из поверхностных источников обычно очищают, а перед использованием для водоснабжения некоторых производств, не нуждающихся в высоком качестве воды, ее подвергают только простейшей очистке либо вообще не очищают.
При выборе источника водоснабжения следует учитывать качество воды в нем и его мощность, требования, предъявляемые к качеству воды потребителями, технико-экономические соображен и другие факторы. Для хозяйственно-питьевого водоснабжения наиболее более пригодны подземные воды, так как они обладают сравнительно высоким качеством и часто не нуждаются в очистке.
Водоподъемные устройства
Водозаборные сооружения включают в себя водоподъемные устройства, основным компонентом которых являются насосы. Насос преобразуют механическую энергию приводного электрического двигателя в гидравлическую энергию движущейся жидкости. С помощью насосов можно поднять воду на определенную высоту, переместить ее на значительные расстояния по горизонтальной плоскости, заставить циркулировать в замкнутой системе, что и является основой функционирования водопроводной сети. Насосы располагаются в насосных станциях.
Насосные станции конструируются и оборудуются в зависимости от производительности, напора, мощности и коэффициента полезного действия (КПд) насосных агрегатов. Наиболее распространенным типом является центробежный насос. Его достоинства плавная и непрерывная подача воды, несложное устройство, высокая надежность, долговечность, высокий КПД. В помещении водопроводной насосной станции размещаются насосы и электродвигатели, трубопроводы, задвижки, контрольно-измерительные приборы (водомеры, манометры, вакуумметры), электрораспределительные устройства и приборы автоматизированного регулирования.
Насосные станции подразделяются на станции первого подъема, второго подъема, повысительные и циркуляционные. Насосные станции первого подъема поднимают воду из источника водоснабжения на очистные сооружения или направляют к потребителю. Насосные станции второго подъема подают воду с очистных сооружений к потребителю. Повысительные насосные станции предназначены для повышения напора в водопроводной сети. Циркуляционные насосные станции устраиваются в замкнуть системах.
Водоснабжение фонтанов
Фонтаны — важный элемент инженерного благоустройства городских территорий. Они имеют большое санитарно-гигиеническое и архитектурное значение. Существуют две схемы водоснабжения фонтанов: прямоточная и оборотная.
Прямоточное водоснабжение используют для сравнительно не больших фонтанов с расходом воды до 3... 5 л/с. Оборотное водоснабжение применяют для фонтанов с большим водопотреблением. Это замкнутая сеть. Фонтанные струи воды получают требуемый напор от насосов, которые устанавливают в специальном помещении — машинном зале.
Система водоснабжения фонтанов включает в себя распределительную сеть трубопроводов, фонтанные насадки, запорную и регулирующую арматуры, подающий и циркулирующий трубопроводы, выпуск, насосную установку, приемный резервуар. Распределительную сеть рассчитывают на максимальный расход воды. Фонтанные насадки влияют на высоту, форму и траекторию полета струи. Необходимый напор перед фонтанной насадкой определяют расчетом.
ВОДОСНАБЖЕНИЕ ЗДАНИЙ
Противопожарные водопроводы
Противопожарные водопроводы устраивают в соответствии с требованием СНиП 2.08.01-82 в жилых зданиях выше 12 этажей и общественных зданиях определенных категорий. В жилых зданиях от 12 до 15 этажей устраивают единый хозяйственно-противопожарный водопровод, а в зданиях выше 16 этажей — раздельные противопожарный и хозяйственно-питьевой водопроводы.
Противопожарные водопроводы состоят из сети магистральных трубопроводов, пожарных кранов в, в случае необходимости, противопожарных насосов, водонапорных баков или пневматической установки. Пожарные краны размещаются в легкодоступных местах (коридорах, лестничных площадках, вестибюлях) в нишах стен размерами 855х620х270 мм на высоте 1,35 м над уровнем пола. Шкафы закрываются стеклянной дверцей. Сети противопожарных водопроводов проектируются из расчета надежности и бесперебойности работы, поэтому их делают кольцевыми в горизонтальном или вертикальном направлениях и при соединяют не менее чем двумя вводами к подающему трубопроводу. При необходимости сети противопожарного водопровода делают зонными.
Число пожарных кранов на здание рассчитывается из условий орошения всех помещений компактной частью струи, т. е. радиус действия пожарного крана с подключенным пожарным шлангом составляет 16... 26 м. Ко всем пожарным кранам вода должна подходить с расчетным вапором при условии их одновременной работы. Для подключения рукавов пожарных машин в зданиях высотой 17 этажей и более должны быть предусмотрены два выведенных наружу патрубка. Для увеличения напора воды в случае необходимости автоматически должен подключаться специально установленный протвопожарный насос. Расход воды на пожарный кран — 2,5 л/.
Различают противопожарные водопроводы ручного действия и включающиеся автоматически.
Противопожарный водопровод ручного действия состоит из пожарного вентиля диаметром 50 мм в резиново-тканевого рукава длиной 10, 15, 20 м. Все здания оборудуют рукавами стандартной длиной на концах которых находятся брандспойты с диаметрами от 16 до 50 мм для создания компактной струи с большой длиной вылета. Радиус действия пожарного крана на б м больше длины рукава.
Автоматические средства пожаротушения применяют в здании с высокой пожарной опасностью. Различают автоматические спринклерные системы (разбрызгиватели) и полуавтоматические дренчерные системы (водяные завесы).
Одна спринклерная насадка рассчитана на площадь 9 м Автоматические спринклерные системы пожаротушения никогда не совмещают с хозяйственно-питьевыми.
Очистка сточных вод
Канализация не только отводит сточные воды от зданий, но очищает их до такой степени, что при попадании в водоем они не нарушают его санитарных условий. Для этого служат канализационные сети, насосные станции перекачки, сооружения для очистки сточных вод и выпуска сточных очищенных вод.
Сточные воды содержат большое количество углерода, азота калия, фосфора, кальция. Эти вещества могут быть использованы для удобрений. Применяют механическую, биологическую, физико-химическую очистки сточных вод, дезинфекцию.
Комплекс очистных сооружений сконструирован как система последовательно расположенных специальных устройств, отстаивающих воду, собирающих осадок. Осадок содержит высокую концентрацию вредных веществ. Его тоже перерабатывают и очищают.
Биологическая очистка осуществляется фильтрованием сточных вод через почву, через специальные сооружения с биофильтрами и использованием кислорода. На полях орошения, предварительно обезвреженные сточные воды используют для выращивания сельскохозяйственных культур. Поля фильтрации используют только для очистки сточных вод с интервалом полива 5... 10 сут. Для использования этих методов очистки нужны большие площади.
В настоящее время разработаны способы искусственной очистки сточных вод через биофильтры с применением активных микроорганизмов, вторичных отстойников.
На последнем этапе очистки сточных вод их обеззараживают дезинфицируют. Методы дезинфекции могут быть применены различные: озонирование, ультрафиолетовое облучение, электролиз, хлорирование и др.
Спуск сточных вод в водоемы проводится в соответствии с Правилами охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами и Правилами охраны прибрежных районов морей.
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ПОСЕЛЕНИЙ
Источники тепла
Тепловая энергия требуется для работы промышленных предприятий, отопления, вентиляции, кондиционирования и централизованного горячего водоснабжения зданий. Жилищно-коммунальное хозяйство использует около 25 % всей тепловой энергии, потребляемой городом.
Теплоснабжение поселений может осуществляться двумя способами. Централизованное теплоснабжение — получение тепловой энергии от теплоэлектропентрали (ТЭЦ), местных котельных. Децентрализованное теплоснабжение — получение энергии от местных источников тепла (котельной установки, газоводогрейного агрегата или печи).
Централизованное теплоснабжение представляет собой систему, состоящую из источника теплоты, трубопроводов и потребителей теплоты. Тепловой источник снабжает теплом группу домов, квартал или район города, а также промышленные предприятия. Он может находиться на значительном отдалении от потребителей. В соответствии со СНиП 2.07.01-89* теплоснабжение городов и жилых районов с застройкой зданиями высотой более двух этажей должно быть централизованным.
Теплоносителем может служить вода с температурой 95°С и выше, пар (низкого и высокого давления) и воздух. Водяные системы используют в жилых домах, паровые системы — на промышленных предприятиях, воздушные в общественных зданиях.
По характеру тепловых нагрузок различают сезонных (система отопления, вентиляции, кондиционирования) и постоянных (промышленные производства, системы горячего водоснабжения жилых и общественных зданий) потребителей. Сезонные потребители изменяют нагрузку по времени года и сохраняют ее в течение суток. Постоянные потребители изменяют интенсивность потребления в течение суток.
Мощность источника тепла выбирают по укрупненным показателям - по количеству жителей или зданий. Расход тепла для производств определяют по нормам расхода тепла на единицу продукции.
Источником тепла может служить ТЭЦ, где вырабатывается и тепловая и электрическая энергия. Это наиболее совершенная форма теплового источника. Распространенным тепловым источником служат котельные установки, которые в зависимости от назначения подразделяют на производственные и отопительные. Отопительные котельные дают тепло на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий Они в зависимости от производственной мощности бывают индивидуальные и групповые. Последние условно подразделяют в зависимости от размера обслуживаемой территории на квартальные и районные.
Тепловые сети
Для транспортировки тепла к потребителям используют трубопроводы - тепловые сети, которые могут передавать тепло с помощью воды и пара, их соответственно называют водяными и паровыми. В настоящее время тепловые сети передают тепло на большие расстояния. Во избежание больших теплопотерь они должны быть теплоизолированными.
Различают транзитные, магистральные, распределительные и кольцевые трубопроводных. Тепловые сети, которые подводят тепло к промышленным предприятиям, называют промышленными, к жилым и общественным зданиям — коммунальными, к предприятиям и гражданским зданиям — смешанными.
Схемы тепловых сетей в плане могут быть двух видов: радиальные и кольцевые. Радиальная схема теплоснабжения представляет собой тупиковые ответвления ко всем объектам. В случае аварии эти объекты оказываются отключенными. Кольцевая схема теплоснабжения более надежна и бесперебойна в работе. В ней все ветки мелких ответвлений объединены в общий контур. Тепловые сети разных районов города могут быть соединены между собой, чтобы в случае выхода из строя одного источника тепла его мог дублировать другой. Это позволяет бесперебойно снабжать теплом все районы города и одновременно устранять неисправность.
Тепловые сети делают двух- и многотрубными. Наиболее распространена двухтрубная система, при которой одна труба — подающая, другая — обратная. В этой системе вода циркулирует по замкнутому кругу: отдан свое тепло потребителю, она возвращается в котельную.
В жилых районах применяют два вида водяных систем теплоснабжения: открытую и закрытую. Разница заключается в том, что при закрытой системе теплоснабжения в трубопроводах циркулирует постоянное количество воды, а при открытой системе часть воды непосредственно из системы разбирается на нужды горячего водоснабжения. В открытой системе теплоснабжения вода должна быть по качеству равноценна питьевой, а запас воды на источнике тепла должен постоянно пополняться.
Однотрубная система подает теплоноситель для отопления и вентиляции, а затем выпускает его в качестве горячего водоснабжения. Вариант наиболее дешевый, но трудно рассчитываемый. Трехтрубная система обеспечивает подачу тепла по двум трубам с разными параметрами теплоносителя, а возврат осуществляется по третьей трубе. В четырехтрубной системе подача тепла на отопление и горячее водоснабжение разделена по двум парам труб. Наиболее применима в настоящее время в населенных пунктах раздельная двухтрубная система теплоснабжения ввиду удобства и экономичности ее использования.
Для горячего водоснабжения используют открытый и закрытый варианты присоединения к тепловым сетям. В открытых сетях горячая вода поступает прямо из теплосети и восполняет в ней тепло из источника. Качество горячей воды невысокое. В закрытых сетях вода теплосети полностью возвращается к тепловому источнику, нагревая водопроводную воду для горячего водоснабжения в теплообменных аппаратах. В этом случае качество горячей воды высокое.
Тепловые сети прокладывают нал землей и под землей. Надземная прокладка дешевле, но часто недопустима по эстетическим соображениям. Подземная прокладка наиболее распространена. Различают канальную и бесканальную прокладки трубопроводов.
Канальная прокладка трубопроводов дороже, но надежнее, так как стенки канала защищают трубы от случайных воздействий, блуждаюших токов и т.д. Каналы делают кирпичными и железобетонными. По конструкции они бывают проходные (высотой 2 м), полупроходные (высотой 1,4 м) и непроходные.
Бесканальная прокладка теплопроводов — простой и дешевый способ заложения, поэтому он наиболее распространен, особенно при реконструкции и в малоэтажной застройке. Трубы укладываются прямо в грунт. Этот способ имеет, однако, большие недостатки: коррозия, трудоемкость ремонта, отсутствие периодического надзора. Частично их преодолевают, защищая трубы от внешних воздействий грунта изоляционным материалом: цементной коркой и гидроизоляцией. Применяют и армированный пенобетон, где арматуру выполняют в виде сетки, что придает значительную жесткость трубопроводам.
В настоящее время вместо ранее применявшейся армопенобетонной бесканальной прокладки трубопроводов очень широкое применение получили теплоизолированные пенополиуретановые (ППУ) системы трубопроводов. Принципиальной особенностью вида прокладки трубопроводов является практически полная герметичность конструкции, позволяющая располагать трубопроводы тепловых сетей во влажных грунтах без дополнительной гидроизоляции и попутного дренажа. Кроме того, конструкция прокладки трубопроводов может быть оборудована системой оперативного дистанционного контроля (СОДК), позволяющей систематически отслеживать и находить места увлажнения изоляции. При этом способе бесканальной прокладки используют трубы с теплоизоляцией из пенополиуретана диаметром от 57 до 1020 мм в гидроизоляционной оболочке из плотного полиэтилена.
Из этого же вида тепловой изоляции изготавливают фасонные изделия для прокладки трубопроводов: отводы, z-образные элементы для компенсации температурных удлинений, тройники, неподвижные опоры, спускники и воздушники и др. Трубы применяют только новые стальные, черные или оцинкованные марок Ст. 10, Ст.20, Ст.17ГС и другие в соответствии с требованиями Госгортехнадзора России.
При строительстве теплотрасс из ППУ трубопроводов особое внимание уделяют тепловой и водонепроницаемой изоляциям стыковых соединений. При этом используют специальную сварную муфту, обеспечивающую абсолютно герметичное соединение стыков. Пенополиуретановая изоляция рассчитана на длительное воздействие температуры теплоносителя до 130 °С и на кратковременное воздействие температуры до 150 °С. Все трубы и остальные элементы трубопроводов при использовании такого оборудования снабжены проводами оперативного дистанционного контроля, сигнализирующими о повреждении проводов или о наличии влаги в изоляционном слое при эксплуатации. Система основана на проводимости теплоизоляционного слоя, которая изменяется при изменении влажности. Для поиска мест неисправности (увлажнение изоляции, обрыв сигнальных проводников) используют методы и приборы, основанные на действии импульсной рефлексометрии.
СОДК включает в себя сигнальные медные проводники, заложенные во все элементы теплосети, разъемы по трассе и в местах контроля (ЦТП, котельной), переносные приборы для периодической проверки и стационарные — для непрерывного контроля.
Прокладка в непроходных каналах — наиболее удобный способ прокладки теплопроводов, чем и объясняется его ча