Системы жизнеобеспечения населенных мест и зданий

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Н.П. Деканова

С.П. Епифанов

В.В. Хан

Системы жизнеобеспечения населенных мест и зданий

Учебное пособие

ИЗДАТЕЛЬСТВО

Иркутского национального исследовательского технического университета

УДК 696+697 (075.8)

ББК 38.761/762я7

Е

Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом ИРНИТУ

Рецензенты:

Деканова Н.П,. Епифанов С.П., Хан В.В. Системы жизнеобеспечения населенных мест и зданий:учеб. пособие. - Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2017. - 200 с.

Пособие соответствует требованиям ФГОС-3 по направлению подготовки бакалавров 270800 «Строительство».

Знакомит студентов с основными понятиями в области размещения и функционирования основных систем жизнеобеспечения населенных мест и зданий: систем мусороотведения, снегоудаления, транспорта, освещения, водоснабжения и водоотведения, тепло- , электро- газоснабжения населенных пунктов и зданий, систем отопления вентиляции и кондиционирования воздуха зданий.

Включает теоретический материал, методические указания к освоению дисциплины и выполнению практических занятий, а также методические указания по выполнению самостоятельных работ, темы рефератов и контрольные вопросы.

Предназначено для студентов строительных специальностей всех форм обучения, изучающих дисциплину «Системы жизнеобеспечения населенных мест и зданий».

Редактор

Подписано в печать . Формат 60х90 / 16.

Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл.печ. л. 11,5.

Тираж 100 экз. Зак. Поз плана .

Отпечатано в типографии издательства

ФГБОУ ВО «Иркутский национальный

исследовательский технический университет» 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

ISBN 5-86472-163-8 © Деканова Н.П,.Епифанов С.П., 2017

© ФГБОУ ВО «ИНИИТУ», 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.. 5

Введение.. 6

РАЗДЕЛ I. Системы жизнеобеспечения населенных мест.. 8

Глава1. Общие понятия о системах жизнеобеспечения. 8

1.1. Система жизнеобеспечения и ее составляющие. 8

1.2. Классификация инженерно-технических систем жизнеобеспечения. 11

Глава 2. Системы мусоро- и снегоудаления. Транспорт и освещение. 18

2.1. Мусороудаление. 18

2.2. Снегоудаление. 23

2.3. Транспортная система. 27

2.4. Освещение городских улиц. 28

Глава 3. Системы и схемы водоснабжения. 31

3.1. Система водоснабжения и ее основные элементы.. 31

3.2. Классификация систем водоснабжения. 33

3.3. Нормы водопотребления. 36

3.4. Режимы работы водопроводных сооружений. 38

Глава 4. Источники водоснабжения и сооружения для забора воды.. 42

4.1. Источники водоснабжения. 42

4.2. Показатели качества природных вод. 44

4.3. Характеристика подземных вод. 44

4.4. Сооружения для забора поверхностных вод. 45

4.5. Сооружения для забора подземных вод. 49

4.6. Категории надежности подачи воды.. 56

Глава 5 Водопроводные сети.. 57

5.1. Наружные водопроводные сети и сооружения. 57

5.2. Материалы и оборудование водопроводных сетей. 61

5.3. Водопроводная арматура. 64

5.4. Деталировка водопроводной сети. Колодцы на сети. 68

5.5. Глубина заложения водопроводной сети и особенности ее прокладки. 69

Глава 6. Регулирующие и запасные емкости.. 70

6.1. Виды регулирующих и запасных емкостей. 70

6.2. Резервуары чистой воды.. 71

6.3. Водонапорные башни. 72

Глава 7. Насосы и насосные станции.. 74

7.1. Водоподъемные устройства. Центробежные насосы.. 74

7.2. Принцип действия центробежного насоса. 76

7.3. Основные показатели и характеристики насосов. 77

7.4. Насосные станции. 80

Глава 8. Водоснабжение зданий и отдельных объектов. 81

8.1. Классификация систем водоснабжения. 81

8.2. Элементы внутреннего водопровода. 82

8.3. Схемы водопроводных сетей. 84

8.4. Схемы зонного водоснабжения высотных зданий. 86

8.6. Устройство водопроводных вводов. 87

8.7. Измерение и учет расхода воды. Водомерные узлы и водосчетчики. 89

Глава 9 Системы горячего водоснабжения зданий.. 92

9.1. Классификация систем горячего водоснабжения зданий. 92

9.2. Узел присоединения системы горячего водоснабжения. 95

9.3. Регуляторы температуры прямого действия. 98

Глава 10. Водоотведение зданий и отдельных объектов. 100

10.1. Системы водоотведения зданий различного назначения. 100

10.2. Материалы и оборудование водоотводящих сетей. 102

10.3. Трассировка и устройство водоотводящей сети. 107

10.4. Дворовая и внутриквартальная водоотводящая сеть. 111

10.5. Расчет систем водоотведения. 114

10.6. Профиль дворовой сети канализации. 120

10.7. Местные установки во внутренних системах водоотведения. 122

Раздел 2. Системы энергоснабжения населенных пунктов и зданий.. 126

Глава 11. Основы энергоснабжения. 126

11.1. Основные схемы энергоснабжения. 126

11.2. Системы электроснабжения. 130

11.3. Электрические станции. 136

11.4. Системы газоснабжения. 138

11.5. Свойства горючих газов и классификация газопроводов. 143

Глава 12. Системы теплоснабжения. 145

12.1. Основные понятия процесса теплоснабжения. 145

12.2. Структура систем теплопотребления. 150

12.3. Эксплуатация тепловых энергоустановок. 155

Глава 13. Системы обеспечения микроклимата жилых и общественных зданий. 159

13.1. Микроклимат жилых и общественных зданий. 159

13.2. Тепловые пункты.. 161

13.3. Автоматизация процесса регулирования теплопотребления. 167

13.4. Режимы регулирования централизованного теплоснабжения. 169

Глава 14. Системы отопления и вентиляции. 172

14.1. Системы отопления. 172

14.2. Водяные системы отопления. 173

14.3. Нагревательные приборы водяных систем отопления. 178

14.4. Задачи теплового и гидравлического расчетов в системах отопления. 181

14.5. Системы вентиляции. 184

14.6. Возможности утилизации теплоты в жилых и общественных зданиях. 191

Основная учебная литература.. 199

Дополнительная учебная и справочная литература.. 199

Ресурсы сети Интернет. 200

Применяемые сокращения и обозначения.. 200

Предисловие

Среди многих потребностей современного человека (потребность в культурном, личностном развитии) приоритетными остаются физиологические. В условиях современного социума для удовлетворения физиологических потребностей разработаны и внедрены различного рода технические средства, обеспечивающие комфортные условия для жизнедеятельности человека.

Системы жизнеобеспечения (СЖО) населенных мест – это комплекс технических и технологических мероприятий, обеспечивающих комфортные условия существования человека и реализацию его физиологических потребностей.

Объектом СЖО являются инженерные системы различных уровней, направленные на удовлетворение физиологических потребностей современного человека, и обеспечивающие более высокое качество жизни.

Дисциплина «Системы жизнеобеспечения населенных мест и зданий» является важной дисциплиной при подготовке бакалавров, работающих в области строительства и эксплуатации систем городского хозяйства и строительства для выработки у учащихся навыков и знаний по анализу и оценке состояния инженерных систем жизнеобеспечения, разработке и реализации мероприятий по их эффективной работе.

Пособие соответствует требованиям ФГОС-3 по направлению подготовки бакалавров 270800 «Строительство».

Введение

Дисциплина «Системы жизнеобеспечения населенных мест и зданий» предназначена для студентов строительных ВУЗов, обучающихся по направлению 270800 «Строительство». Она относится к базовым дисциплинам профессионального цикла подготовки бакалавров по следующим видам профессиональной деятельности:

- изыскательская и проектно-конструкторская;

- производственно-технологическая.

Целью курса «Системы жизнеобеспечения населенных мест и зданий»является приобретение студентами теоретических знаний и практических навыков учащимися основных понятий и методам эксплуатации инженерных систем энергоснабжения, водоснабжения и водоотведения, транспорта и внутренних систем поддержания микроклимата и др.

В дисциплине рассматриваются указанные в ФГОС задачи профессиональной деятельности выпускника:

- сбор и систематизация информационных и исходных данных для проектирования зданий, сооружений, инженерных систем и оборудования, планировки и застройки населенных мест;

- расчет и конструирование деталей и узлов;

- обеспечение соответствия разрабатываемых проектов и технической документации заданию, стандартам, нормам и правилам, техническим условиям и другим исполнительным документам;

- составление технической документации; организация рабочих мест, их техническое оснащение, размещение технологического оборудования;

- контроль за соблюдением технологической дисциплины;

- обслуживание технологического оборудования и машин.

После освоения программы настоящей дисциплины студент должен

уметь:

- делать расчеты по определению расходов качественных, количественных и режимных параметров воды и сточных вод в целом для населенных пунктов и отдельных зданий различного назначения;

- проводить гидравлический расчет систем водоснабжения и водоотведения;

- определить требуемые напоры в системах водоснабжения;

- выбирать материалы для сетей и сооружений;

- читать и разрабатывать строительные чертежи систем водоснабжения и водоотведения;

- использовать полученные знания в своей профессиональной и общественной деятельности;

знать:

- системы и схемы водоснабжения и водоотведения населенных мест и отдельных зданий;

- состав инженерных сооружений, их назначение, работу;

- научные основы проектирования;

-индустриальные методы производства строительно-монтажных работ;

- современное состояние и перспективы развития, объем и содержание проекта по оборудованию зданий системами водоснабжения и канализации;

иметь представление:

- о глобальных проблемах окружающей среды, экологических принципах рационального использования водных природных ресурсов;

- об основных направлениях развития санитарной техники в мире, страны и Иркутской области;

владетьзнаниями и использовать исторический опыт для применения в практической деятельности.

Теоретический материал дисциплины «Системы жизнеобеспечения населенных мест и зданий» состоит из 14 глав и представлен в виде тем: систем мусоро- и снегоудаления, транспорта, освещения, водоснабжения и водоотведения, тепло- , электро- газоснабжения населенных пунктов и зданий, систем отопления вентиляции и кондиционирования воздуха зданий.

Теоретический материал изучается в процессе лекций, а некоторые разделы изучаются студентами самостоятельно. Для изучения теоретического материала представлен список рекомендуемой литературы.

Мусороудаление

Классификация отходов производства и потребления. Управление отходами.

Санитарное благоустройство составляет одну из наиболее важных частей общего благоустройства городов и направлено на создание наиболее благоприятных санитарно-гигиенических условий, охрану чистоты почвы, воздуха и водного бассейна на территории города.

При санитарном благоустройстве городов приходится иметь дело с загрязнениями различных видов:

- твердыми отбросами в виде домового мусора, уличного смета, отходами и отбросами промышленных и коммунальных предприятий, строительным мусором, пищевыми отходами и др.;

- жидкими отбросами – бытовыми, хозяйственно-бытовыми, сточными водами, атмосферными осадками в виде дождя и снега, отработанными сточными водами промышленных и коммунальных предприятий;

- твердыми, жидкими и газообразными отбросами – вещест-вами, выбрасываемыми в атмосферу промышленными и коммунальными предприятиями (зола, пыль, газы).

Твердые бытовые отходы (ТБО) по морфологическому признаку подразделяются на следующие компоненты: бумагу и картон (20-30%), пищевые отходы (25-45%), дерево (1-4%), металлы (1,5-4,5%), текстиль (4-7%), стекло (3-10%), кожа и резина (4-7%), камни (1-3%), полимерные материалы (1,5-5%), прочие (1-2%) и отсев (7-18%).

Состав ТБО изменяется по климатическим зонам и величине городов. Так, содержание пищевых отходов увеличивается с 20-25% весной до 40-55% осенью. Зимой сокращается содержание мелкого отсева уличного смета с 11-20% до 5-7%. Существенное влияние на состав ТБО оказывает централизация теплоснабжения и газификация городов, что приводит к резкому сокращению в ТБО золы и шлака.

Важным показателем свойств ТБО являются плотность, удельная теплоемкость, влажность, абразивность и другие характеристики. Плотность ТБО благоустроенного коммунального фонда в весенне-летний сезон составляет 0,18-0,22 т/м³, в осенне-зимний 0,2-0,25 т/m³, а среднегодовое значение 0,19-0,23 т/м³.

Нормы накопления твердых бытовых отходов.При проектировании санитарной очистки городов от ТБО важно знать количество или объем накопления тех или иных отбросов, образующихся в квартирах, домах, кварталах, районах и в городе за определенный период времени (сутки или год).

На объем накопления и состав ТБО влияют такие факторы, как: 1) степень благоустройства жилищного фонда (наличие мусоропроводов, газа, водопровода, канализации, системы централизованного теплоснабжения); 2) плотность и этажность застройки; 3) вид топлива при местном отоплении; 4) развитие предприятий общественного питания и торговли; 5) климатические условия и другие факторы. Годовое накопление ТБО определяют по формуле

где Н – норма накопления ТБО на одного человека в год; Ч – численность населения города.

Под нормой накопления понимается количество отходов, образующихся на расчетную единицу (житель – для жилищного фонда, одно место в гостинице, 1 м² торговой площади и т. п.) в единицу времени (сутки, год). Норма накопления определяется в единицах массы (килограмм, тонна) или объема (литр, кубический метр).

Расчетные годовые нормы накопления ТБО используются для определения мощности и производительности сооружений по обезвреживанию отходов, а среднесуточные – для расчета транспорта и оборудования для сбора и кратковременного хранения мусора. Целесообразно каждые 5 лет проводить уточнение норм накопления ТБО по формуле

где Н – текущая норма накопления ТБО, м³/год; α – прирост нормы накопления ТБО, %; β – прирост численности населения, %; t – количество лет прогноза.

Мусоропроводы в зданиях устраивают для обеспечения удобства удаления мусора по трубопроводу в контейнеры, находящиеся в мусорокамерах, откуда мусор периодически вывозят.

Системы мусороудаления из зданий можно разделить на оборудованные и не оборудованные мусоропроводами. В зданиях без мусоропроводов отходы выносятся в дворовые мусоросборники или мусоровозы. Специальные системы мусороудаления предусматривают в следующих зданиях: 1) жилых и общественных выше пяти этажей; 2) в гостиницах на 100 мест и более; 3) в двухэтажных и выше зданиях больниц на 250 коек и более; 4) родильных домах на 130 коек и в учебных заведениях выше трех этажей.

Система мусороудаления включает в себя мусоропровод и мусороприемную камеру. Конструкция мусоропровода состоит из следующих элементов: 1) дефлектор (вытяжное устройство, устанавливаемое на конце наружной части трубы для отсоса загрязнённого воздуха); 2) вентиляционный канал; 3) ерш для прочистки канала; 4) ручная лебедка; 5) канал (ствол) мусоропровода; 6) клапан загрузочный; 7) бункер для приема мусора; 8) нижнее помещение; 9) шибер (устройство, предназначенное для периодического перекрытия нижней оконечности ствола при вывозе заполненных ТБО контейнеров, безопасного проведения в мусоросборной камере профилактических, санитарных и ремонтных работ); 10) Противопожарный клапан – устройство для автоматического перекрытия ствола мусоропровода от мусоросборной камеры в случае возникновения в ней пожара; 11) контейнер.

Контейнеры (контейнерные площадки) должны быть удалены от жилых домов, детских учреждений, мест отдыха населения на расстояние не менее 20, но не более 100 м. Площадки для контейнеров должны иметь: ровное асфальтовое или бетонное покрытие, уклон в сторону проезжей части 0,02%, ограждение зелеными насаждениями или какое-либо другое ограждение (кирпичное, сетчатое, бетонное и т.п.).

Контейнерные площадки должны примыкать непосредственно к сквозным проездам и исключать необходимость маневрирования мусоровозных машин. Учитывая, что мусоровозные машины с манипулятором с одной остановки могут разгружать не более трех контейнеров, то наибольшее количество размещаемых контейнеров на площадке не должно превышать шести.

Для классификации отходов используют ФККО – перечень образующихся отходов, систематизированных по совокупности приоритетных признаков: происхождению, агрегатному и физическому состоянию, опасным свойствам, степени вредного воздействия на окружающую среду.

Основными системами сбора и удаления твердых бытовых отходов являются контейнерная система (система сменяемых сборников) и система несменяемых сборников.

При контейнерной системе отходы вывозят вместе с контейнерами, а на их место устанавливают пустые чистые контейнеры. При несменяемой системе отходы выгружают непосредственно в мусоровозные машины, а контейнеры после опорожнения устанавливают на место.

В неканализованных домовладениях бытовые отходы отличаются значительной влажностью. Здесь целесообразно применять стандартные контейнеры (сборники) различной емкости с отверстиями в днище. В этом случае твердые отходы задерживаются в сборниках, и вся излишняя влага стекает в выгреб. Очистка выгребов должна производиться с помощью вакуум-машин.

Количество необходимых мусоровозов определение по формуле:

где V_год – количество бытовых отходов, подлежащих вывозу в течение года, м³; П_сут – суточная производительность единицы транспорта, м³; К_исп. – коэффициент использования парка (0,7-0,8);

где Р – число рейсов за сутки; Е – количество отходов, вывозимых за один рейс, м³ (средняя вместимость мусоровоза 10- 40 м³ )

Необходимое число контейнеров вычисляют по формуле:

где V_год – количество бытовых отходов, подлежащих вывозу в течение года, м³; Т – периодичность удаления отходов, сут.; К₁ – коэффициент неравномерности накопления отходов, =1,25; е – вместимость контейнера, м³ (0,75; 0,6);

При несменяемой системе необходимо принимать К 1,05, учитывая число контейнеров, находящихся в ремонте.

Численность жителей, обслуживаемых мусоровозом на маршруте сбора, можно определить по следующей формуле:

где О – объем ТБО, вывозимых мусоровозом за одну поездку, л; Н – среднесуточная норма накопления ТБО в расчете на одного жителя, л.

Иногда перед транспортировкой мусора на полигоны используют мусороперегрузочные станции, которые могут включать в себя участки по сортировке мусора. Задачи мусороперегрузочных станций: снизить расходы на транспортирование ТБО в места обезвреживания; уменьшить количество собирающих мусоровозов; сократить суммарные выбросы в атмосферу от мусоровозного транспорта; улучшить технологический процесс складирования ТБО.

По производительности мусороперегрузочные станции делят на: малые – до 50 т/сут, средние 50-150 т/сут, крупные более 150 т/сут. Классификация методов обезвреживания ТБО по технологическому принципу позволяет выделить биологические, термические, химические, механические и комбинированные способы переработки ТБО.

Наибольшее распространение получили следующие методы переработки ТБО:

- ликвидационный биолого-механический, осуществляемый путем складирования ТБО на полигонах (14-100%);

- ликвидационный термический, при котором отходы сжигаются (до 70%);

- утилизационный биологический, предусматривающий компостирование отходов (до 18% от всей массы ТБО).

Простейшими и наиболее распространенными сооружениями по обезвреживанию ТБО являются полигоны, на которых происходит складирование отходов на грунт с соблюдением условий, обеспечивающих защиту от загрязнения атмосферы, почвы прилегающих территорий, поверхностных и грунтовых вод, а также полную санитарно-эпидемиологическую безопасность для населения города. На полигонах происходит длительный процесс разложения органических отходов в аэробных и анаэробных условиях, который в верхних слоях заканчивается через 15-20 лет, а в нижних слоях – через 50-100 лет.

Основные требования к размещению полигона следующие: 1) удаление от жилой застройки не менее чем на 500 м – санитарно-защитная зона; 2) удаление от аэродромов не менее 10 км; 3) удаление от автомобильных дорог не более 500 м; 4) грунт основания – глина или тяжелые суглинки; 5) уровень грунтовых руд не более 2 м; 6) высота складирования не менее 10 м; 7) площадь земельного участка выбирается исходя из условий его эксплуатации не менее 15-20 лет.

Промышленная переработка и обезвреживание ТБО осуществляются на мусороперерабатываюших заводах. Эти заводы работают по технологии аэробного биотермического компостирования, при котором ТБО вступают в естественный круговорот веществ в природе, в результате чего отходы обезвреживаются и превращаются в компост – ценное органическое удобрение или биотопливо для теплиц. Кроме того, при этой технологии из ТБО извлекаются черные и цветные металлы, стекло для вторичного использования в промышленности.

Биотермический процесс аэробного компостирования осуществляется в горизонтальных вращающихся барабанах диаметром 4-5 м, длиной 30, 60 или 75 м. Требующаяся для биотермического процесса микрофлора находится в органических остатках. Активизация их жизнедеятельности обеспечивается за счет: 1) увеличения удельной поверхности при измельчении ТБО; 2) аэрации компостируемой массы за счет подачи воздуха в объеме 0,2-0,8 м³на 1 кг ТБО; 3) перемешивания материалов (не менее 2000 оборотов за двухсуточный период обезвреживания); 4) поддержания влажности ТБО не ниже 45 и не выше 60%; 5) теплоизоляции, для сохранения выделяющегося тепла биохимических реакций на уровне 50-60°С.

При сжигании и пиролизе ТБО достигается: 1) полное обезвреживание отходов в кратчайшие сроки; 2) экономия топливно-энергетических ресурсов за счет использования энергетического потенциала отходов; 3) уменьшение площадей, занимаемых установками и сооружениями обезвреживания отходов; 4) сокращение расстояния вывоза отходов и другие преимущества.

В последнее время получил распространение новый метод термической переработки отходов – пиролиз, обеспечивающий высокоэффективное обезвреживание отходов и их использование в качестве топлива и сырья для химической промышленности. При пиролизе протекают следующие процессы: сушка, сухая перегонка, или пиролиз, газификация и горение коксового остатка. Процесс сушки сопровождается выделением из отходов паров воды. Пиролиз – это процесс химического разложения отходов при температуре от 450 до 1000°С в бескислородной или бедной кислородом среде. При этом образуются жидкие фракции в виде смолы и масел, пар и газ с выделением твердого остатка – кокса. Выделяющиеся газы и смолы можно рассматривать как газообразное и жидкое топливо. В некоторых пиролизных установках газ сжигается непосредственно в установке для получения теплоты. Твердые углеродистые продукты пиролиза могут быть использованы в качестве твердого топлива или газифицированы, в результате чего углерод под воздействием окислителя превращается в газообразное топливо. Оставшийся после этого твердый остаток содержит лишь минеральную часть ТБО.

Снегоудаление

Методы и структуры системы сбора и промышленной переработки снега с городских магистралей. Городские улицы и дороги. Транспортная система.

В зимнее время атмосферные осадки выпадают в основном в виде снега. По своему состоянию снег может быть рыхлым, средней плотности и твердым. Плотность снега зависит от температуры воздуха, ветра и интенсивности движения по нему транспорта и пешеходов. Она колеблется от 0,1 до 0.6 т/м³ и при расчетах может быть принята равной 0,3 т/м³. При сгребании в валы снег уплотняется в 2,5-3 раза, при образовании снежного наката – в 4 раза, при образовании льда – в 10 раз. Соответственно для удаления уплотненного снега требуется затратить в 30 раз больше энергии, чем при удалении свежевыпавшего снега. Поэтому зимняя уборка должна быть организована так, чтобы уборка снега производилась до его уплотнения колесами транспорта и пешеходами. Следует также отметить, что слой снега толщиной 20 см может полностью парализовать движение транспорта.

Технология уборки улиц зимой включают в себя следующие операции: 1) очистку проезжей части от выпавшего снега и борьбу с образованием уплотненной корки; 2) ликвидацию гололедов и борьбу со скользкостью покрытий улиц; 3) удаление снежно-ледяных накатов и уплотнений снега: 4) уборку снежных валов, включая погрузку, вывоз, складирование снега.

В качестве химических реагентов при зимней уборке используют: 1) песко-соляные смеси, например, смесь хлористого кальция (3-4%) с песком; 2) специального реагента ХКФ – хлористого кальция, ингибированного фосфатом. Применение ХКФ вместо песко-соляных смесей почти в 10 раз сокращает расход технологических материалов и снижает засорение дорог песком. Кроме того, для распределения ХКФ можно использовать плужно-щеточные снегоочистители и отказаться от разбрасывателей технологических материалов.

Антигололедные реагенты бывают жидким, твердыми и гранулированными и имеют различный состав и химические свойства, но все они имеют одно общее свойство – понижать точку плавления снега. В снежную, слякотную погоду реагенты чаще всего используются твердые, а в сухую погоду, при гололеде – жидкие химические вещества. При попадании твердого антигололедного реагента на ледяную поверхность снега или льда, его кристаллы начинают активно впитывать (поглощать) влагу из окружающей среды. При переходе из твердой фазы в жидкую реагент начинает выделять тепло, которое и используется для растопления снега. Образовавшаяся из растопленного снега, льда и реагента масса называется рассолом, имеющим температуру замерзания ниже температуры замерзания воды. Именно раствор антигололедного реагента, пока его концентрация высока, растапливает лед и предотвращает возникновение гололедных образований. При этом лучшим является тот антигололедный реагент, который при наиболее низкой температуре расплавит большее количество снега и льда и окажет наименьшее действие на окружающую среду и материалы.

Твердые реагенты применяют после уборки территории от снега. Жидкие реагенты, напротив, используют до выпадения осадков и желательно при температуре от –5 °С и ниже. Их распределяют с помощью механизмов и рекомендуют обрабатывать ими большие территории. Жидкие составы предпочтительнее брать для предупредительной обработки, так как при покрытии дороги с уже образовавшейся ледяной коркой подобными реагентами на некоторое время резко возрастает вероятность аварийной ситуации. И только после того, как лед расплавится, условия для движения автотранспорта становятся нормальными.

Технологический процесс снегоочистки разбивают на циклы и этапы в зависимости от интенсивности снегопада и температуры окружающего воздуха. Первый цикл работ выполняется в течение часа после начала снегопада, а последующие – каждые 1,5 ч. Каждый цикл обработки дорожного покрытия разбит на этапы, которые называют:

– выдержка – время от начала снегопада до момента внесения реагента в снег (t_a= 0,25-0,75 ч);

– обработки – время внесения реагента в снег (t₀ = 1 ч);

– интервал – период между обработкой и началом уборки снега (t _и = 0,25...3 ч), необходимый для перемешивания выпавшего снега и реагентов;

– сгребания (при высоте снежного покрова h>4 см) и сметания (при h<4 см) – время уборки и укладывания снега в прилотковой части улицы (t_c = 1,5...3 ч).

Общая продолжительность уборки снега в первом режиме составляет 7,5 ч, во втором – 4,25 ч, в третьем – 2,75 ч.

Снег с улиц города убирают различными способами: 1) погрузкой на автотранспорт и вывозом на снеговые свалки; 2) перекидкой снега с проезжей части за ее пределы (в русло рек, на полосы зеленых насаждений и т. д.); 3) сплавом снега по сети ливневой канализации; 4) путем снеготаяния в специальных установках. Эффективность и экономичность работ по зимней уборке улиц достигается путем осуществления комплекса наиболее рациональных способов и приемов снегоочистки в зависимости от местных условий.

Общее количество снега за сезон или снегопад можно определить по формуле

,

где F –площадь уборки, м²; h – высота снежного покрова, м; γ – объемная масса снега, равная 0,1 т/м³; k_у– коэффициент уплотнения.

Высота снежного покрова h принимается по метеорологическим данным за последние 10 лет.

Количество плужно-щеточных машин и распределителей технологических материалов рассчитывается по формуле

где – эксплуатационная производительность одной машины, м²/ч; t – время выполнения работ по графику, ч.

Эксплуатационная производительность машин может быть определена по технической производительности с учетом коэффициента использования машин в течение рабочего времени:

где – ширина полосы захвата, м; – эксплуатационная скорость машины при выполнении той или иной операции, км/ч; – коэффициент перекрытия очищаемой полосы; k_В – коэффициент использования машины в рабочее время.

Расчет количества роторных снегоочистителей и снегопогрузчиков производится по формуле:

где – эксплуатационная производительность машины, м³ /ч; – коэффициент уплотнения снега, принимаемый в зависимости от времени нахождения снега в валах, k_у = 1,5…3. Обозначения F, h, t даны в предыдущих формулах.

Количество автомобилей для вывоза снега определяется по формуле:

где V – объем снега, подлежащего вывозу, м³; V _а – производительность одного автомобиля, м³ /ч.

Необходимое количество самосвалов, обслуживающих один снегопогрузчик, определяется следующим образом:

где к_В – коэффициент использования времени, рассчитываемый по формуле

где t_р, t₃ и t_см – время соответственно разгрузки, загрузки и смены самосвалов при загрузке, ч; l – расстояние до места разгрузки, км; V_э – скорость самосвала, км/ч.

Таким образом, можно определить не только эксплуатационную производительность любой машины, но и их количество. При этом следует учитывать возможность повторного использования машин на одной и той же территории, т. е. количество проходов по одной и той же полосе, например, при сгребании и подметании снега.

Транспортная система

Дороги являются сухопутными транспортными связями. По характеру транспортных средств дороги бывают автомобильными (безрельсовыми), рельсовыми (трамвайными, железными), велосипедными и пешеходными.

Затраты времени в городах на передвижение от места проживания до места работы для 90% человек не должны превышать в городах с населением свыше 2 млн человек 45 мин, 1 млн человек – 40 мин, 500 тыс. человек – 37 мин, 250 тыс. человек – 35 мин, 100 тыс. человек и менее – 30 мин. Основным транспортом в городах являются автомобили. Поэтому пропускную способность сети улиц, дорог, транспортных пересечений и других элементов определяется исходя из уровня автомобилизации, т. е. количества автомобилей на 1000 человек.

Дорожная сеть города занимает около 25% селитебной территории города. Она характеризуется протяженностью, плотностью и конфигурацией. Под протяженностью улиц подразумевается их общая длина (в километрах). Длина улиц, приходящаяся на 1 км² территории, называется плотностью уличной сети. Она устанавливается в зависимости от численности населения, характера застройки, размещения жилых массивов, промышленных и коммунальных предприятий. В центральной части города плотность уличной сети допускается увеличивать до 3,5-4,5; в периферийных районах с жилой застройкой – до 2,0-2,5; в промышленных зонах – до 1,5-2,0; в лесопарковых – до 0,5-1 км/км².

Таким образом, если известна площадь той или иной территории S_i ,то можно рассчитать и общую протяженность улично-дорожной сети города:

где Н_i –плотность улично-дорожной сети в i-й зоне города.

Основные перевозки пассажиров и грузов осуществляются по магистральным улицам и дорогам. Именно эти улицы и обуславливают тип улично-дорожной сети города. По очертаниям этой сети она может быть отнесена к одной из принципиальных схем улично-дорожной сети города: 1) свободной, не содержащей четкого геометрического рисунка; 2) прямоугольной; 3) прямоугольно-диагональной; 4) лучевой и 5) радиально-кольцевой. Приспособленность уличной сети к требованиям современного города оценивается коэффициентом непрямолинейности – отношением действительной длины пути между двумя точками к длине воздушной линии между ними.

Свободная схема улиц характерна для старых городов. Вся сеть состоит из узких, кривых улиц с переменной шириной проезжей части, нередко затрудняющих автомобильное движение. Для современных городов эта схема непригодна.

Под пропускной способностью улицы понимается максимальное число автомобилей, которые могут пройти по ней в единицу времени при обеспечении заданной скорости и безопасности движения. В реальных условиях пропускную способность определяют по наименьшей пропускной способности одного из участков или сечений улицы (пересечений, сужений, мостов, путепроводов, кривых, подъемов, спусков и т. п.). Плотность транспортного потока (Д, авт./км), скорость (V, км/ч) и интенсивность (И, авт./ч) движения связаны зависимостью

При плотности транспортного потока Д_max = 81 + 0,125n_лег, где n_лег – количество легковых автомобилей на 1000 жителей, достигается предельная интенсивность движения (близкая к затору), которая и является количественным выражением пропускной способности (N). Зная расстояние между автомобилями ( ) и их скорость ( ), можно найти временной интервал между ними:

а через этот интервал выразить пропускную способность улицы:

где – минимальный интервал времени между автомобилями, с.

Ширина полосы определяется следующим по формуле:

где