Термодинамические основы процессов вентиляции и кондиционирования воздуха 5 страница

- качественное, когда изменяют , оставляя постоянным и ;

- количественное, когда изменяют , оставляя постоянными и ;

- качественно- количественное, когда при одновременном изменении и значение остается постоянным;

- прерывистое (регулирование пропусками), когда периодически включают и выключают прибор или отопительную систему, т. е изменяют значение коэффициента , оставляя постоянными и .

В системах теплоснабжения при центральном регулировании наиболее распространенным способом является качественный. В этом случае регулируемым параметром является температура теплоносителя. Зависит она от температуры наружного воздуха. Для определения температуры теплоносителя удобно пользоваться отопительными графиками (рис. 56).

Рис. 56. Отопительный график

В паровых системах теплоснабжения наиболее распространенным способом регулирования является прерывистое, т. е. регулирование пропусками. По этой причине пар, как правило, не используется в качестве теплоносителя в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.

Схемы тепловых сетей.

Тепловые сети представляют собой теплопроводы, т. е. сооружения, состоящие из стальных труб различного диаметра, соединенных сваркой, тепловой изоляцией, запорной и регулирующей арматурой, компенсаторов теплового удлинения труб, регуляторов расхода и температуры, опор, устройств для спуска воды и выпуска воздуха и др.

Принятая схема тепловых сетей в большой мере определяет надежность теплоснабжения, маневренность системы, удобство ее эксплуатации и экономическую эффективность. Принципы построения крупных систем теплоснабжения, средних и мелких систем существенно отличаются.

Крупные и средние системы имеют иерархическую структуру. Высший уровень - магистральные сети, соединяющие источники теплоты с крупными тепловыми узлами – районными тепловыми пунктами (РТП), которые распределяют теплоноситель по сетям низшего уровня и обеспечивают в них автономные гидравлический и тепловой режимы. Низший уровень составляют распределительные системы, которые транспортируют теплоноситель в групповые или индивидуальные тепловые пункты. В случае присоединения через водо –водяные водоподогреватели гидравлические режимы магистральных и распределительных сетей полностью разобщаются, что делает систему надежной, гибкой и маневренной. В системе теплоснабжения с насосами в РТП отсутствует полная изоляция магистральных и распределительных сетей. Последнее приводит к зависимости режимов работы магистральных сетей от потребителя, усложнению их и меньшей маневренности и надежности.

Различают радиальные и кольцевые тепловые сети. Радиальные сети характеризуются постепенным уменьшением диаметра по мере удаления от источника теплоснабжения и снижения тепловой нагрузки. Эти сети просты и требуют наименьших капитальных затрат. Распределительные сети, как правило, являются радиальными. Кольцевыми выполняют магистральные сети. Часто осуществляют кольцевание промышленных тепловых сетей, а также сетей для потребителей, не допускающих перерывов в теплоснабжении.

Радиальные сети иногда оснащают перемычками, т. е. через определенное расстояние соединяют трубопроводы горячей и обратной воды. По существу перемычки приводят к частичному кольцеванию сетей, что повышает их надежность. На перемычках устанавливается запорная арматура.

От источника теплоснабжения на территории города тепловые сети отдельно для промышленных предприятий, как правило, не прокладываются, а совмещаются с сетями жилых, общественных и гражданских зданий. Направление террасы теплопроводов выбирают таким образом, чтобы она проходила по районам с наиболее плотной тепловой нагрузкой. Это обеспечивает наименьшие объемы работ по устройству сетей.

Уклон тепловых сетей должен приниматься независимо от направления движения теплоносителя и способа прокладки не менее 0,002. На проводах к отдельным зданиям при подземной прокладке уклон должен выполняться от здания к ближайшей камере или теплофикационному колодцу для предотвращения затопления подвалов.

Конструкции тепловых сетей

Теплопроводы прокладывают подземными или надземными способами

Подземный способ является основным в жилых районах, так как при этом не загромождается территория и не ухудшается архитектурный облик населенного места. Надземный способ применяют обычно на территориях промышленных предприятий при совместной прокладке энергетических и технологических трубопроводов. В жилых районах надземный способ используют только в особо тяжелых условиях: вечномерзлые и проседающие грунты, заболоченные участки, большая густота существующих подземных сооружений и коммуникаций, пересечение естественных и искусственных препятствий.

Подземные теплопроводы прокладывают в проходных, полупроходных и непроходных каналах или бесканальным способом. Кроме того распределительные сети прокладывают иногда в технических подпольях зданий, что удешевляет сети и улучшает условия их эксплуатации. Варианты подземной прокладки теплопроводов изображены на рис. 57.

Рис. 57. Варианты подземной прокладки теплопроводов:

а – сборный железобетонный непроходной канал; б - бесканальная прокладка; в – прозодной канал; 1 – труба; 2 – тепловая изоляция; 3 – внешняя штукатурка; 4 – бетонные прокладки; 5 – плиты и стенки каналов; 6 – гравий; 7 – дренажная труба; 8 – песок; 9 – металлический каркас; 10 – подготовка основания

При использовании подземного способа прокладки теплопроводов в каналах или технических подпольях зданий они защищены от механических воздействий и частично от грунтовых и поверхностных вод. Для восприятия собственного веса трубопроводов в каналах устраивают подвижные опоры, которые при тепловом расширении перемещаются по опорной плите или консоли. При бесканальной прокладке теплопроводы укладываются непосредственно в грунт, и внешние механические нагрузки воспринимаются трубой и теплоизоляционной конструкцией. При этом подвижных опор не предусматривают, а теплопроводы укладывают прямо на слой песка или гравия. Стоимость бесканальной прокладки на 20 – 25 % меньше, чем канальной, однако условия работы теплопроводов существенно ухудшается.

Глубина заложения теплопроводов от верхнего уровня каналов или изоляционной конструкции (при бесканальной прокладке) до поверхности земли должна составлять не менее 0,5 – 0,7 м. При высоком уровне грунтовых вод его понижают путем устройства попутного дренажа из гравия, песка и дренажных труб под каналом или изоляционной конструкцией (рис. 57).

Каналы устраивают из унифицированных сборных железобетонных деталей. Для защиты от грунтовых вод и поверхностных вод наружную поверхность каналов покрывают битумом с оклейкой гидроизоляционными рулонными материалами. Однако, несмотря на гидроизоляцию, влага, как правило, попадает в каналы и испаряется, что приводит к увлажнению тепловой изоляции.

В проходных каналах обеспечиваются наилучшие условия для работы и эксплуатации теплопроводов, хотя по затратам они являются наиболее дорогостоящими. В связи с этим сооружать их целесообразно для наиболее ответственных участков, а также при совместной прокладке теплопровода с другими коммуникациями. Проходные каналы (коллекторы) оборудуют естественной или принудительной вентиляцией, обеспечивающей температуру не выше 40 °С и приемлемую относительную влажность воздуха, электрическим оснащением 30 В и телефонной связью.

Для сбора влаги в проходных каналах в пониженных местах трассы устанавливают приямки, сообщающиеся с водостоками, или оборудованные откачивающими насосами с дистанционным или автоматическим управлением.

Непроходные каналы применяют обычно для трубопроводов до 500 мм.

Бесканальную прокладку используют обычно для трубопроводов небольших диаметров (до 300 мм). Однако в последние годы в связи с повышением качества сварочных и теплоизоляционных работ её начинают использовать и для труб больших диаметров (до 500 мм и более).

Теплопроводы, прокладываемые бесканально, разделяют в зависимости от вида теплоизоляционной конструкции на литые, засыпные и в оболочках.

На подземных теплопроводах оборудование, требующее обслуживания, такое, как задвижки, некоторые типы компенсаторов, дренажные устройства, спутники, вантузы, насосы и другое, размещают в специальных камерах, а П-образные компенсаторы – в нишах (рис. 58).

Рис. 58. Ниша с П-образным компенсатором

Конструктивно камеры выполняют с наземными или подземными павильонами. Наземные павильоны предусматривают на теплопроводах большого диаметра.

Надземные теплопроводы прокладывают на отдельно стоящих опорах, мачтах, эстакадах со сплошными пролетным строением в виде ферм или балок, в виде вантовых конструкций. На промышленных предприятиях применяют иногда прокладку на консолях (кронштейнах) по стенам зданий и на подставках по крышам зданий.

Для тепловых сетей применяют несколько разновидностей стальных труб:

- стальные трубы диаметром от 50 до 400 мм – горячекатаные бесшовные с толщиной стенки от 2,5 до 13 мм, пригодные для давления до 3,6 МПа;

- стальные трубы диаметром от 400 до 700 мм - электросварные с толщиной стенки 5 – 6 мм, пригодные для давления до 1,6 МПа.

На теплопроводах предусматривают задвижки для отключения отдельных участков трубопроводов. Задвижки располагают в теплофикационных камерах или колодцах. По конструкции они такие же, как и те, что устанавливаются на отопительных системах. Открывание и закрывание задвижек большого диаметра осуществляется электродвигателями, управление которыми осуществляется автоматически или дистанционно.

Компенсаторы устанавливают на прямых участках трубопроводов, если их длина превышает 25 – 30 м. Расстояние между компенсаторами зависит от диаметра трубопровода и температуры теплоносителя, колебания которой и приводит к изменению длины труб. Приближенно в зависимости от диаметра это расстояние можно принимать в пределах 30 – 70 м.

Между компенсаторами располагают неподвижные опоры, представляющие собой конструкции для замоноличивания трубопроводов либо в стенки канала, либо в грунт.

Высокое качество работы систем теплоснабжения обеспечивается средствами автоматического управления и контроля, которыми оснащаются как источники теплоты, так и соответствующие сооружения на теплопроводах.

3. ГАЗОСНАБЖЕНИЕ.

Источники газоснабжения. Некоторые характеристики горючих газов.

Источниками газоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий могут быть месторождения природного газа и газовые заводы, на которых газы получают путем соответствующей термической переработки твердых топлив (в основном каменного угля).

Природные газы в настоящее время получили наиболее распространение. По химическому составу они представляют собой смесь различных углеводородов. Природные газы подразделяют на три типа: получаемые из чисто газовых месторождений, «попутные», выделяющиеся из нефтяных скважин вместе с нефтью, газы конденсатных месторождений (смесь сухого газа и паров тяжелых углеводородов).

Природные газы обладают рядом преимуществ перед другими видами топлива, в том числе и перед искусственными газами. Они дешевы, обладают большой теплотворной способностью (30 000 – 40 000 кДж/ против примерно 15 000 кДж/ у искусственных, характеризуются высокой транспортабельностью, а также большим возможностями автоматизации процесса горения.

Замена газов других видов топлива, кроме того, приводит к уменьшению территорий, занятых под склады угля, дров, шлака, а также к разгрузке городского транспорта от перевозки топлива.

Зарождение использования газа в качестве топлива относятся к концу ХVIII – началу ХIХ в., когда стали использовать газ, получаемый из каменного угля для освещения городов Англии, Франции, Бельгии и других стран. В первой половине ХIХ в. появились крупные установки для выработки газа из каменного угля – газогенераторы. В дореволюционной России небольшое количество газа добывалось на нефтяных промыслах, на мелких заводах из угля производился низкоколорийный газ. Природный газ не использовался и его месторождения не были известны.

К концу 1971 г. добыча газа у нас в стране была доведена до 212 млрд , а получение искусственного газа – до 2 млрд . В 1975 г. было добыто уже 300 млрд . В последние годы именно у нас в стране разработаны и внедрены конструкции высокодебитных скважин диаметром 300 мм. Каждая такая скважина позволяет получать на таких крупных месторождениях, как Уренгойское, Медвежье, Заполярное, примерно 3 млрд газа в сутки. По разведенным запасам газа России занимает первое место в мире (16 триллионов , в том числе Уренгойское – около 4 триллионов ).

Важнейшим элементом газоснабжения является системы транспортировки газа. Газ передается от месторождения к потребителям по газопроводам. В России широко внедряются трубы диаметров и повышаются рабочие давления газопроводов до 7,5 Мн/ (75 кг/ ). Строятся газопроводы диаметром 1400 и 2020 мм. Необходимая степень сжатия газа для передачи на большие расстояния обеспечивается компрессорными станциями, расстояния между которыми составляют 100 – 130 км.

Развитие газопроводного транспорта в СССР до 1941 г. характеризовалось сооружением газопроводов из труб малых диаметров (100 – 250 мм) для подачи газа от месторождений со сравнительно небольшими запасами природного и попутного нефтяного газа. В 1946 – 50 гг. у нас сооружаются первые крупные магистральные газопроводы для подачи газа из месторождений Саратовской области в Москву и из месторождений Предкарпатья в Киев. Газопровод Саратов - Москва из труб диаметром 325 мм и длиной 800 км явился первым в СССР магистральным газопроводом. Затем создаются крупные и крупнейшие газопроводы Дашава - Киев - Москва (1300 км), Серпухов-Ленинград (815 км), «Сияние Севера» (2200 км), Бухара-Урал (4500 км), Средняя Азия-Центр (около 5500 км), Уренгой-Ужгород (6000 км) и др. В 1967 г. у нас в стране впервые в мировой практике стали широко применяться трубы диаметром 1220 мм. В последнее время магистральные трубопроводы для транспортировки газа в России сооружаются из труб диметром 1420 мм. Проектируются газопроводы диаметром 2520 мм. Максимальный диаметр труб в США 1067 мм. Средний диаметр магистральных газопроводов в России 674 мм, в США – 410 мм.

Следует отметить, что газ, подаваемый в города, идет в основном на промышленные предприятия и частично подается в квартиры и общественные здания. В СССР 85 % природного газа используется в промышленности в качестве топлива, 6 % всего добываемого газа идет на производство минеральных удобрений, синтетического каучука, спирта, сажи, пластмасс, ацетилена и другой ценной продукции.

Для надежности газоснабжение вблизи крупных промышленных центров создаются хранилища газа, чаще всего подземные. Газ в течении суток и года потребляется неравномерно. Летом, например, потребление газа сокращается до 60 – 70 % от среднегодового, зимой возрастает в среднем до 130 – 140 %. Наземные хранилища - газгольдеры служат для сглаживания суточной неравномерности, подземные-сезонной. Подземные газовые хранилища сооружаются двух типов: в пористых породах и в полостях горных пород. К первому типу относятся хранилища в истощенных нефтяных и газовых месторождениях, ко второму – созданные в заброшенных шахтах, старых тоннелях и в специальных горных выработках. В хранилищах первого типа газ хранится в газообразном состоянии, второго – в сжиженном. В СССР впервые в мире осуществлено в промышленных масштабах вблизи Ленинграда (Гатчинское подземное хранилище) хранение газа в горизонтальных и полого падающих водоносных пластах.

Первое подземное хранилище газа сооружено в Канаде в 1915 г. в истощенной залежки. Наибольшее развитие подземного хранения газа получило в США, где в 1970 г. Насчитывались 330 хранилищ общей емкостью 124 млрд. Первое газовое хранилище под землей было сооружено в Куйбышевской обл. (Башкатовское) в 1958 г. К настоящему времени емкость подземных газовых хранилищ у нас в стране составляет более 51 млрд . Крупнейшим в мире является Щелковское, его емкость около 3 млрд .

Несмотря на большие удобства, которые дает применение газа для приготовления пищи в квартирах, необходимо иметь в виду и недостатки, присущие сжиганию газа в газифицированных кухнях.

Это прежде всего изменение газового состава воздуха и насыщение воздушной среды кухонь и квартир продуктами сгорания. Меняется и температурный режим, увеличивается влагосодержание воздуха. Концентрация кислорода, например, снижается с 21 до 18 %, приращение температуры достигает 9 °С, а относительная влажность воздуха становится равной 70 – 80 %.

Потребление газа в городах подразделяется на следующие группы: а) бытовое (для приготовления пищи и горячего водоснабжения); б) коммунально-бытовое (потребление в зданиях сферы обслуживания и общественных зданиях); в) на отопление и вентиляцию зданий; г) промышленное. По СНиП расход газа на одного человека в год следует принимать: на приготовление пищи – 2680 МДж при наличии централизованного водоснабжения; на приготовление пищи и горячей воды на плите – 3400 МДж; на приготовление пищи и горячей воды в газовом водонагревателе – 5330 МДж. Нормы расхода газа на промышленных предприятиях определяются технологическими процессами.

Количество газа ( /год) определяются давлением годового расхода газа в МДж на теплоту сгорания.

Газовые распределительные сети и газорегуляторные станции (ГРП)

От места добычи до города газ поступает по магистральным трубопроводам. Началом транспортировки газа является головная компрессорная станция, а конечным пунктом - газораспределительная станция (ГРС), расположенная на вводе в город (населенный пункт). Площадь земельного участка для ГРС принимается в пределах от 300 до 10 000 . После компрессорной станции, как уже указывалось, давление газа повышается до 5 – 5, 5/50 – 55 кг / . На вводе магистрального газопровода в город давление газа обычно составляет примерно 1 – 1, 2 МПа.

От ГРС начинаются городские газовые сети. Давление в них снижается до требуемой величины. Для небольших городов и поселков или промышленных объектов предусматривается контрольно-распределительные пункты (КРП).

Городские газопроводы (рис. 59) подразделяются на распределительные газопроводы высокого, среднего низкого давления; абонентские ответвления к отдельным потребителям и их группам; внутридомовые трубопроводы. Для газопроводов высокого давления определенно давление 0,3 – 1,2 МПа, среднего – 0,005 – 0,3 МПа, низкого – до 5 кПа.

Газопроводы высокого давления служат для питания через газорегулярные пункты (ГРП) среднего давления распределительных сетей среднего и низкого давления. По газопроводам среднего давления газ подается к крупным потребителям (промышленным предприятиям, ТЭЦ, отопительным котельным и коммунально-бытовым предприятиям) и к ГРП низкого давления, от которых он поступает в сети низкого давления. Газопроводы низкого давления служат для подачи газа в жилые дома, мелкие коммунально-бытовые предприятия.

Конфигурация газовых сетей чаще всего предусматривается кольцевой, что обеспечивает высокую надежность и равномерное распределение давления в сети. Газопроводы в пределах города прокладывают в грунте. При транспортировке влажного или сжиженного газа во избежание образования наледи на трубах их прокладывают ниже глубины промерзания с уклоном к конденсатосборникам не менее 0,002. Газопроводы осушенного газа размещают в зоне сезонного промерзания. Минимальная глубина заложения газопроводов – 0,8 от верха трубы. Газопроводы низкого давления размещают от стен здания на расстоянии не менее 2 м, среднего давления – 5 м. Газопроводы прокладывают по городским проездам. При этом газопроводы среднего и низкого давления разрешается прокладывать совместно с другими трубопроводами и кабелями освещения и связи в проходных коллекторах или полупроходных каналах. В непроходных каналах совместная прокладка газопроводов запрещена. В таблице 2 приведены минимальные расстояния в метрах по горизонтали между подземным газопроводами и другими инженерными сооружениями.

Рис. 59.

Схема газоснабжения города: 1 – ГРС; 2 – газгольдерные станции; 3 – ГРП среднего давления, ГРП среднего давления, ГРП низкого давления; 5 - газопровод высокого давления; 6 - газопровод среднего давления; 7 - газопроводы низкого давления; 8 – магистральный газопровод

Т а б л и ц а 2. Расстояния между подземным газопроводами и другими сооружениями и коммуникациями

Газопровод	Минимальное расстояние в м от подземного газопровода.
до зда-ний	до рельса	до кабеля элек. сети и связи	до водопр. трубы	до тепл. канала	до канала трубы	до ствола дерева
Ж-Д пути	тр. пути
Высокого давления (0,6 – 1,2 МПа) То же (0,3 – 0,6 МПа) Среднего давления (0,005 – 0,3 МПа) Низкого давления (до 5 кПа)							1,5	1,5 1,5 1,5 1,5

При устройстве газопроводов применяют стальные трубы, соединяемые сваркой. На них накладывают слой гидроизоляции.

Постоянства давления в городской газовой сети поддерживается на заданном уровне при помощи автоматически действующих регуляторных станций. Они обеспечивают передачу газа из газопроводов с более высоким давлением в газопроводы с более низким давлением. Часто газорегуляторные станции называют газорегуляторными пунктами (РГП). РГП могут быть сетевыми, падающими газ в распределительные сети среднего и низкого давления, и объектовыми, подающими газ промышленным или коммунально-бытовым потребителям. В зависимости от давления газа на выходе РГП могут быть среднего и низкого давления.

Сетевые РГП размещают в отдельно стоящих зданиях. Для мелких потребителей они могут размещаться в шкафах, устанавливаемых на несгораемых конструкциях зданий снаружи. Отдельно стоящие РГП располагают в садах, парках, внутри жилых кварталов и во дворах. Расстояния от РГП до зданий и сооружений должны быть не менее указанных в таблице 3.

Т а б л и ц а 3. Расстояния между РГП и другими зданиями и сооружениями в метрах

Давление газа на вводе в РГП в атм (МПа)	Расстояния от РГП по горизонтали в свету
до зданий или сооружений	до Ж – Д трамвайных.путей до ближайшего рейса	до автодороги	до воздушной линии электропередачи
До 6 (0,6) 6 – 12 (0,6 – 1,2)				Не меньше 1,5 высоты опоры То же

Площадь отдельно стоящих – 12 – 15 при высоте не менее трех метров. На рис. 60 приводятся план и разрез такого РГП.

Рис. 60. Газорегуляторный пункт: 1 – отключающая задвижка; 2 – фильтр; 3 – предохранительно-запарный клапан; 4 – регулятор давления; 5 – задвижка в городскую сеть; 6 – обводная линия (байпас); 7 – задвижка на обводной линии; 8 – приборный щит

Газоснабжение зданий.

Газ в жилых зданиях используется в качестве топлива для приготовления пищи и горячей воды. Основными газовыми приборами являются газовые плиты, водонагреватели, пищеварочные котлы и т. п. Газовые приборы в жилых и общественных зданиях должны работать на низком давлении. В жилых зданиях газовые плиты устанавливаю в кухнях объемом не менее 15 - для четырехкомфорочной плиты и 8 - для двухкомфорочной плиты. Высота кухни не должна быть менее 2,2 м. Кухни должны иметь вытяжную вентиляцию. Для других газовых приборов продукты сгорания отводятся в атмосферу по специальным дымоходам. Каждый дымоход конструируется обособленным. Минимальная площадь дымохода 100 – 150 .

Газоснабжение зданий (рис. 61) включает вводы и внутренние газопроводы. Вводы в жилых зданиях проходят через нежилые помещения (лестничные клетки, коридоры). В общественных, коммунально-бытовых, промышленных зданиях, предприятиях общественного питания вводы предусматриваются на лестничных клетках, помещениях, где установлены газовые приборы, или смежных помещениях, которые имеют воздухообмен не менее трехкратного и соединены с основным дверным проемом.

В связи с взрывоопасностью смеси газа с воздухом (сам газ не взрывоопасен) не допускается прокладка вводом в подвалы, лифтовые помещения, вентиляционные камеры и шахты, мусоросборники, электрораспределительные устройства и склады.

При осушенном газе ввод прокладывают снаружи здания, он проходит через стену выше фундамента (рис. 62). При влажном или сниженном газе диаметр ввода увеличивают и прокладывают через отверстие, устанавливаемое в фундаменте. В месте прохода трубы через фундамент на нее одевают футляр диаметром на 100 мм больше диаметра трубы (рис. 63), минимальный диаметр ввода 50 мм.

Рис. 61. Схема внутридомовой газовой сети:

1 – газовая плита; 2 – газовая колонка; 3 – газовый счетчик; 4- краны пробковые; 5- стояк газовый; 6-ввод газовый; 7- вытяжка вентиляции

Внутренние газопроводы состоят из разводящих трубопроводов, стояков и поэтажных разводок. Разводящие трубопроводы служат для подачи газа от ввода к стоякам. Они прокладываются обычно в нижней части здания. Стояки предназначены для распределения газа по этажам здания. Поэтажные разводки служат для передачи газа от стояков к газовым приборам и технологическому оборудованию.