Инженерные системы

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ

ПРЕПОДАВАТЕЛЯ

по дисциплине «Инженерные системы 1»

для студентов специальности 050420 «Архитектура»

Факультет «Инженерно-строительный»

Кафедра «Технологии строительного производства и

архитектуры»

2008

Предисловие

Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя разработан: канд.техн.наук, доцентом Эповым Георгием Клеонниковичем, преподавателем Рожковым Андреем Владимировичем, ассистентом Ким Ларисой Борисовной

Обсужден на заседании кафедры «ТСПиА»

Протокол № ______от «______»________2008 г.

Зав. кафедрой_____________ «____»________2008 г.

Одобрен методическим бюро факультета инженерно-строительного

Протокол № ______от «______»________2008 г.

Председатель_______________ «____»________2008 г.

1 Рабочая учебная программа

1.1 Сведения о преподавателе и контактная информация

Эпов Георгий Клеонникович, канд.техн.наук, доцент, Рожков Андрей Владимирович преподаватель, Ким Лариса Борисовна ассистент

Кафедра «ТСПиА» находится в 1 корпусе КарГТУ

(Бульвар-Мира 56), аудитория 178, контактный телефон – 56-59-32 вн.239

1.2 Трудоемкость дисциплины

1.3 Характеристика дисциплины

Дисциплина «Инженерные системы 1» является базовой дисциплиной при изучении инженерных сетей и оборудования зданий

1.4 Цель дисциплины

Целью изучения данной дисциплины является получение знаний в области создания систем теплоснабжения, водоснабжения, канализации и вентиляции

1.5 Задачи дисциплины

Задачи дисциплины следующие:

Изучить теоретические основы водоснабжения, канализации тепло–газоснабжения и вентиляции, получить практические навыки по их расчету и проектированию.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны:

иметь представление о: инженерных системах зданий и сооружений, параметрах инженерных систем, свойствах жидкости как рабочего тела инженерных систем, законах и понятиях гидростатики и гидродинамики рабочего тела;

знать: характеристику инженерных систем, свойства жидкости и газа, законы гидростатики и гидродинамики;

уметь: применять законы гидростатики и гидродинамики при проведении расчетов инженерных систем;

приобрести практические навыки: по определению параметров инженерных систем, расчету магистральных трубопроводов, воздуховодов и движению жидкости в открытых руслах.

1.6 Пререквизиты

Для изучения данной дисциплины необходимо усвоение следующих дисциплин (с указанием разделов (тем)):

1.7 Постреквизиты

Знания, полученные при изучении дисциплины «Инженерные системы 1» используются при освоении следующих дисциплин: «Технология строительного производства», «Архитектурная физика», «Инженерное благоустройство и транспорт».

1.8 Содержание дисциплины

1.8.1 Содержание дисциплины по видам занятий и их трудоемкость

1.8.2 Тематика курсовых работ (проектов)

Курсовой проект по дисциплине не предусмотрен.

1.9 Список основной литературы

1. Калицун В.И., Кедров В.С. и др. Основы гидравлики, водоснабжения и канализации.-М: Строиздат,1980-359с. илл.

2. Прозоров И.В., Николадзе Г.И., Минаев А.В. Гидравлика, водоснабжение и канализация.-М: Высшая школа,1990-448с

3. Внутренние санитарно-технические устройства в 3 ч. ч.2. Водовод и канализация под ред И.Г.Староверова и Ю.И.Шиллера-М.:1990-247с.

4. Тихомиров К.В., Сергиенко З.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1991. – 475 с., ил.

5. Внутренние санитарно-технические устройства в 3 ч. Ч.1. Отопление. Ю.Н.Саргин и др. / Под редакцией И.Г.Староверова и Ю.И.Шиллера. 4-е изд. – М.: Стройиздат, 1989. – 346 с., ил. (Спр. Проект.)

6. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1991. – 735 с., ил.

7. Ю.М.Варфоломеев, О.Я.Кокорин Отопление и тепловые сети:Учебник.-М.:ИНФРА-М, 2006.-480с.

8. Грудзинский М.М., Ливчак В.И., Поз М.Я. Отопительно-вентиляционные системы повышенной этажности.-М.:Стройиздат, 1982

1.10 Список дополнительной литературы

1. СНиП 3.05.01-85 Внутренние санитарно-технические системы

2. СНиП 2.04.01-85 Внутренний водопровод и канализация здания

3. СНиП РК 4.01-02-2001 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения

4. СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения

5. Кострюков В.А. Примеры расчета по отоплению и вентиляции.ч.1 Отопление-М.:Стройиздат, 1964.-199с.

6. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.-М:ФГУП ЦПП, 2004

7. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.- М.: ГУП ЦПП, 2003

1.11 Критерии оценки знаний студентов

Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма максимальных показателей успеваемости по рубежным контролям (до 50%) и итоговой аттестации (экзамену) (до 50%) и составляет значение до 100% в соответствии с таблицей.

Рубежный контроль проводится на 5-й, 10-й и 15-й неделях обучения и складывается исходя из следующих видов контроля:

1.12 Политика и процедуры

При изучении дисциплины «Инженерные системы 1» прошу соблюдать следующие правила:

1. Не опаздывать на занятия.

2. Не пропускать занятия без уважительной причины, в случае болезни прошу предоставлять справку, в других случаях – объяснительную записку.

3. Активно участвовать в учебном процессе.

4. Быть терпимыми, открытыми, откровенными и доброжелательными к сокурсникам и преподавателям.

1.13 Учебно-методическая обеспеченность дисциплины

2 График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

3 Конспект лекции

Лекция 1

Тема: Системы водоснабжения. Классификация, нормы потребления, расчет потребности в воде (1 час)

План лекции

1.Классификация систем водоснабжения.

2.Нормы водоснабжения и требования к качеству воды.

3.Расчет потребности в воде.

Система водоснабжения – это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, ее очистки, хранения и подачи к потребителям.

Системы водоснабжения классифицируют по ряду признаков.

По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения делят на городские, поселковые, промышленные, сельскохозяйственные, железнодорожные и пр.

По назначению системы водоснабжения (или водопроводы) подразделяют на хозяйственно-питьевые, предназначенные для подачи воды, на хозяйственные и питьевые нужды населения и работников предприятий; производственные, снабжающие водой технологические цехи; противопожарные, обеспечивающие подачу воды для тушения пожаров.

Часто устраивают объединенные системы водоснабжения: хозяйственно-противопожарные, производственно-противопожарные или хозяйственно-производственно-противопожарные. Так, в городах и поселках обычно устраивают единый хозяйственно-противопожарный водопровод. На промышленных предприятиях, как правило, сооружают два раздельных водопровода - производственный и хозяйственно-противопожарный. Объединенный производственно-хозяйственно-противопожарный водопровод устраивают тогда, когда для технологических нужд предприятия требуется небольшое количество воды питьевого качества. На некоторых промышленных предприятиях устраивают специальные противопожарные водопроводы.

Системы водоснабжения могут обслуживать как один объект, например город или промышленное предприятие, так и несколько объектов. В последнем случае эти системы называют групповыми. Систему водоснабжения, обслуживающую несколько крупных объектов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, называют районной системой водоснабжения или районным водопроводом. Небольшие системы водоснабжения, обслуживающие одно здание или небольшую группу компактно расположенных зданий из близлежащего источника, называют обычно местными системами водоснабжения.

В случаях, когда отдельные части территории имеют значительную разницу ^-в отметках, устраивают зонные системы водоснабжения. При таком рельефе местности насосы должны поддерживать в наружной сети для высоко расположенных участков высокое давление, которое не нужно для низко расположенных участков (обычно в наружной сети при шести — восьмиэтажной застройке поддерживается давление не более 6 атм). В связи с этим водопроводную сеть разбивают на зоны, для каждой из которых устанавливают напор требуемой величины.

Нередко для производственных целей требуется подача воды различного качества и под разными напорами. В этом случае устраиваются две самостоятельные сети или даже несколько сетей.

Вода, использованная в технологическом процессе, подается в канализационную сеть и после соответствующей очистки сбрасывается в водоем ниже по течению.

На ряде промышленных предприятий (химические, нефтеперерабатывающие, металлургические заводы, ТЭЦ и пр.) вода применяется для целей охлаждения и почти не загрязняется, а только нагревается. Такую производственную воду, как правило, используют вновь, предварительно охладив ее.

Нормой водопотребления называют количество воды, расходуемой на определенные нужды в единицу времени или на единицу вырабатываемой продукции.

Следует различать нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных местах и на промышленных предприятиях.

В населенных пунктах нормы хозяйственно-питьевого водопотребления назначаются по СНиП в зависимости от степени благоустройства жилых районов и климатических условий.

Меньшие значения норм водопотребления относятся к районам к районам с теплым климатом. Д крупных городов и курортов принимаются повышенные, специально обоснованные нормы.

На промышленных предприятиях вода расходуется рабочими и служащими на хозяйственно-питьевые нужды и для душей. Нормы водопотребления для хозяйственно-питьевых целей на промышленных предприятиях следует принимать согласно СНиП. Количество воды, подаваемой для душей, определяется из условия, что часовой расход воды на одну душевую сетку составляет 500 л(продолжительность пользования душем 45 мин после окончания смены). Количество душевых сеток определяется по проектам внутренних водопроводов, а при их отсутствии в зависимости от количества работающих и вида производства.

Нормы потребления воды для производственных нужд. Многие отрасли промышленности (химическая, текстильная, металлургическая и др.) расходуют значительные количества воды. Обычно устанавливают нормы расходования воды на единицу вырабатываемой продукций (1 т металла, 1 т волокна, 1 т хлеба и т. д.). Эти нормы разрабатываются технологами соответствующих производств с учетом принятой технологии.

Нормы потребления воды для тушения пожаров. Эти нормы также устанавливают по СНиП. Расчетный расход воды для тушения пожаров в населенных местах определяют по таблице II.3 (1), а на промышленных предприятиях — по таблице II.4 (1). Для промышленного предприятия определяют расходы воды для тушения пожаров в отдельных зданиях. За расчетный принимают наибольший расход.

Водопровод должен быть рассчитан так, чтобы пропускная способность его сооружений была достаточна в течение всего расчетного срока его действия. За расчетный принимают расход в часы максимального водоразбора суток с наибольшим водопотреблением.

Расчетный расход хозяйственно-питьевого водопотребления населенного места определяют по формуле

где q— среднесуточная норма водопотребления на одного жителя в л;

N — расчетное число жителей;

86 400— число секунд в сутках.

Расчетный расход воды на производственные нужды принимается по данным технологов.

Контрольные вопросы:

1 Как предохранить водонапорные трубы внутренней разводки от конденсата?

2 Критическое значение числа Рейнольдса для воды:

3 Что такое диктующий прибор в расчетной схеме водоснабжения здания?

Рекомендуемая литература

1. Калицун В.И., Кедров В.С. и др. Основы гидравлики, водоснабжения и канализации.-М: Строиздат,1980-359с. илл.

2. Прозоров И.В., Николадзе Г.И., Минаев А.В. Гидравлика, водоснабжение и канализация.-М: Высшая школа,1990-448с.

Лекция 2

Тема: Проектирование и расчет системы внутреннего водоснабжения здания (2 часа)

План лекции

1. Основные положения проектирования системы внутреннего водоснабжения

2. Аксонометрическая схема водоснабжения

3. Гидравлический расчет

Для выбора системы водопровода необходимо установить: обеспеченность здания напором, потребность в регулирующей емкости. Если гарантийный напор больше или равен требуемому напору для здания, то повысительного насоса при этом не требуется.

Ввод водопровода прокладывают под прямым углом к стене здания с наименьшей длиной, в среднюю часть здания или подземную пристройку к зданию, где размешают повысительные насосы. Диаметр ввода определяют расчетом. При устройстве ввода применяют чугунные трубы диаметром 50, 100 мм и более или стальные оцинкованные при диаметре ввода менее 50 мм. Глубину заложения ввода с уклоном от здания принимают с учетом глубины заложения труб городского водопровода и глубины промерзания грунта. Ввод водопровода располагают выше труб канализации на расстоянии в плане не менее 1,5 м друг от друга. К городскому водопроводу ввод присоединяется с применением запорной арматуры, тройника или седёлки.

Водомерный узел располагают непосредственно за наружной стеной подвала в помещении с температурой воздуха не ниже +2^о С. Внутреннюю водопроводную сеть проектируют из стальных водо-газопроводных оцинкованных труб с уклоном 0,005 к водомерному узлу. Стояки водопровода располагают в санузлах, кухнях (вблизи мест потребления воды). Трубы целесообразно прокладывать в каналах, бороздах, санитарно-технических кабинах. Водопроводные стояки должны иметь нумерацию. Магистраль водопровода соединяет стояки с водомерным узлом и прокладывается по стенам и колоннам.

Поливочные краны (через 60—70 м по периметру здания) для поливки прилегающей территории показывают на плане подвала и на аксонометрической схеме сети, предусматривая опорожнение подводок на зиму. Подводки от стояков к водозаборной арматуре целесообразно прокладывать по стенам на 0,15—0,25 м выше пола.

Аксонометрическая схема водопроводной сети и ввода вычерчивается в масштабе поэтажного плана и является расчетной схемой. Если подводки к водоразборным точкам на всех этажах одинаковы, то достаточно их показать только для одного (верхнего) этажа. На остальных этажах показывают ответвления от стояков. Дальний прибор на самом удаленном от ввода стояке является диктующим прибором.

Гидравлический расчет водопроводной сети выполняют по участкам расчетного направления от диктующего водоразборного устройства до места присоединения ввода к наружной сети.

В пределах расчетного участка расход воды и диаметр трубы не меняются. При выборе диктующего водоразборного устройства следует учитывать величину свободного (рабочего) напора, высоту.

Расчетные расходы воды определять по методике СНиП 2.04.01-85*. Весь расчет, как правило представляется в табличной форме. При этом следует учесть, что гидравлический расчет сетей внутренних водопроводов холодной воды необходимо производить по максимальному секундному расходу воды (q, л/с). В жилых и общественных зданиях, по которым отсутствуют сведения о расходах воды и технических характеристиках санитарно-технических приборов, СНиП допускает принимать

Сети объединенного хозяйственно-противопожарного и производственно-противопожарного водопроводов должны быть проверены на пропуск расчетного расхода воды, пожаротушения при наибольшем расходе ее на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, при этом расход воды на пользование душами, мытье полов, поливку территорий не учитывается. Скорость движения воды в трубопроводах при этом не должна превышать 3 м/с, в синклерных и дренчерных системах – 10 м/с. Диаметры трубопроводов водоразборных стояков в секционном узле следует выбирать по расчетному расходу в стояке с коэффициентом 0,7.

Потери напора на участках трубопроводов определяются по

H=il(1+k_l)

Значение k_lследует принимать:

0,3 – в сетях хозяйственно-питьевого водопроводов жилых и общественных зданий;

0,2 – в сетях объединенных хозяйственно-противопожарных водоводов и производственных;

0,15 - в сетях объединенных производственных противопожарных водоводов;

0,1 – в сетях противопожарных водоводов.

Контрольные вопросы:

1 Глубина заложения водопроводной сети (Н₃) в зависимости от глубины промерзания грунта (Н_п):

2 Максимальное давление на которое испытываются системы внутреннего водопровода

3 Отчего зависит коэффициент местных сопротивлений?

4 Основной расчетный параметр инженерных сетей:

Рекомендуемая литература

1. Калицун В.И., Кедров В.С. и др. Основы гидравлики, водоснабжения и канализации.-М: Строиздат,1980-359с. илл.

2. Прозоров И.В., Николадзе Г.И., Минаев А.В. Гидравлика, водоснабжение и канализация.-М: Высшая школа,1990-448с.

3.СНиП РК 4.01-02-2001 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения

Лекция 3

Тема: Инженерное оборудование зданий. Насосы, насосные станции

(2 часа)

План лекции

1.Общие понятия о преобразовании гидравлической энергии.

2.Объемные гидромеханизмы.

3. Гидродинамические передачи.

4. Контрольно распределительная арматура насосных станций.

Особенностью энергии потока жидкости является возможность ее преобразования в механическую энергию и наоборот – преобразование механической энергии в энергию потока жидкости, но необходимо отметить, что преобразование потенциальной энергии и кинетической (скоростного напора) происходят отдельно в каждом виде преобразователей. Механизмы, в которых преобразованию подвергается потенциальная энергия потока жидкости называются объемными гидромашинами (силовые и моментные гидравлические пневмоцилиндры, шестеренные, поршневые, пластинчатые и винтовые машины). Если преобразованию подвергается кинетическая энергия потока жидкости, то механизмы преобразования называются гидродинамическими передачами (центробежные, вихревые насосы, эрлифты, струйные насосы, гидромуфты и гидротрансформаторы).

Особенностью объемных машин является то, что процесс всасывания-нагнетания жидкости связан с изменением внутреннего рабочего объема и давления внутри него. При увеличении внутреннего объема в нем возникает разряжение и за счет внешнего атмосферного давления происходит всасывание жидкости, при уменьшении объема жидкость сжимается, давление в ней возрастает и происходит процесс нагнетания жидкости. Наиболее характерным объемным насосом является поршневой, в котором возвратно-поступательное движение поршня создает основу для рабочего процесса. Однако поршневая пара весьма чувствительна к свойствам перекачиваемой жидкости и для воды неприменима. Менее чувствительны к свойствам перекачиваемой жидкости шестеренные, пластинчатые и винтовые насосы, но и в этом случае отрицательное влияние воды на рабочие поверхности и внутренние каналы ограничивает возможность их применения в системах водоснабжения. Для перемешения воды наиболее применимы гидродинамические механизмы. Наиболее простым образцом которых являются водоструйные насосы (гидроэлеваторы). Действие струйных насосов основано на вовлечении и движении частиц транспортируемой жидкости частицами рабочей жидкости, движущейся с большей скоростью. К струйным насосам относятся эжекторы, инжекторы и гидроэлеваторы. В инжекторах в качестве рабочей среды используется водяной пар.

Гидроэлеваторы применяют для подъема воды из колодцев, траншей и т. д., а также для транспортирования неоднородных сред в виде пульп. В зависимости от области применения гидроэлеваторы имеют различное конструктивное оформление.

Коэффициент полезного действия водоструйных насосов не превышает 0,25—0,3, в связи с чем их используют на небольших установках периодического действия.

Наиболее широко в водоснабжении применяют центробежные насосы, характеризующиеся надежностью, относительной конструктивной простотой, удобством в эксплуатации.

Центробежные насосы можно классифицировать по напору, числу колес, расположению вала, назначению и пр.:

по напору — низконапорные (до 2 МПа), средненапорные (0,2-0,6 МПа) и высоконапорные (более 0,6 Мпа);

по способу отвода воды из рабочего колеса в напорный трубопровод — спиральные и турбинные;

по расположению вала — горизонтальные и вертикальные;

по характеру перекачиваемой жидкости — водопроводные, канализационные, кислотные, песковые, грязевые и др.

Основной рабочий орган центробежного насоса – рабочее колесо с лопатками, расположенное внутри корпуса на валу. Лопатки рабочего колеса изогнуты в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Корпус насоса соединен со всасывающим и нагнетательным трубопроводами. Перед пуском насоса в работу корпус его и всасывающий трубопровод заполняют жидкостью. При вращении рабочего колеса жидкость, находящаяся в корпусе между лопатками, под действием центробежной силы отжимается к периферии, переходит в спиральную камеру и затем в напорный трубопровод. В центре насоса перед входом в рабочее колесо возникает пониженное давление, и жидкость под действием атмосферного давления поступает из всасывающего трубопровода в насос.

Высота всасывания и напор, развиваемый насосом. Для обеспечения нормальной работы центробежных насосов необходимо, чтобы разрежение в их патрубке не превышало определенной допустимой вакуумметрической высоты всасывания, которая зависит от особенностей их конструкции, частоты вращения рабочего колеса и др. Допустимая вакуумметрическая высота всасывания приводится в каталогах, обычно она не превышает 8,5м.

Различают геометрическую высоту всасывания и вакуумметрическую высоту всасывания. Геометрическая высота всасывания определяется как разность отметок оси колеса и уровня воды в источнике. Вакуумметрическая высота всасывания представляет собой сумму геометрической высоты всасывания, потерь напора во всасывающем трубопроводе и скоростного напора на входе в насос. Она не должна превышать допустимую вакуумметрическую высоту всасывания для насоса данного типа.

Полный напор Н, создаваемый центробежным насосом складывается из геометрической высоты всасывания Н_г.в., геометрической высоты нагнетания Н_г.н., потерь напора во всасывающем трубопроводе h_нв, потерь напора в напорном трубопроводе h_п.н. и разности скоростного напора на входе и выходе из насоса.

Вихревые насосы благодаря парному кольцевому вихревому движению жидкости под действием лопастей рабочего колеса внутри корпуса в состоянии развивать напор в 2-4 раза больший, чем напор центробежных насосов при одном и том же диаметре колеса. Это позволяет существенно уменьшить габариты и массу насоса. Серийно выпускаемые насосы имеют подачу 1-40 м³/ч при напорах 15-90 м. Достоинством вихревых насосов является их самовсасывающая способность, исключающая необходимость заливки перекачиваемой жидкостью корпуса и всасывающей линии перед пуском; недостаток их – невысокий КПД, равный 0,25-0,5

Современные насосные станции систем водоснабжения обычно оснащаются центробежными насосами, позволяющими создать большее давление в сети. В ка