ОСНОВЫИНЖЕНЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЛАНДШАФТНОЙ АРХИТЕКТУРЕ
ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ В СИСТЕМЕ БЛАГОУСТРОЙСТВА
ГОРОДОВ И НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ
Методические указания для студентов по направлению подготовки
072500.62 – Дизайн
Составители:
А. Н. Фешин
В. Д. Коркин
Санкт-Петербург
Утверждено
на заседании кафедры
18.12.2014г., протокол № 4
Рецензент Т. В. Камынина
Методические указания по дисциплине «Основы инженерного оборудования в ландшафтной архитектуре» разработаны по материалам кафедры дизайна оборудования в средовых объектах в соответствии с требованиями ФГОС. Они включают основные разделы инженерного оборудования: водоснабжение, канализация, теплоснабжение, газоснабжение, электроснабжение, инженерные сети в разрезе улиц. Содержание разделов переработано в соответствии с необходимым уровнем знаний дизайнеров.
В данной работе содержатся методические указания к выполнению практической работы по инженерному оборудованию в составе дисциплины «Проектирование объектов пространственной среды».
Предназначены для направлений подготовки 072500.62 – Дизайн,
072500.68 – Дизайн.
Оригинал-макет подготовлен авторами.
Подписано в печать 26,01,2015г. Формат 60x84 1/16.
Усл. печ. л. 1.9. Тираж 100 экз. Заказ 15/15
Отпечатано в типографии ФГБОУ ВПО «СПГУТД»
Электронный адрес: www.https://publish.sutd.ru
191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26
Оглавление
1. ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..4
2. ВОДОСНАБЖЕНИЕ……………………………………………………………...5
3. КАНАЛИЗАЦИЯ………………………………………………………………….6
4. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ…………………………………………………………….9
5. ГАЗОСНАБЖЕНИЕ……………………………………………………………..11
6. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ………………………………………………………..12
7. ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ В РАЗРЕЗЕ УЛИЦ……………………………………17
8. ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ПО
ИНЖЕНЕРНОМУ ОБОРУДОВАНИЮ. ………………………………………18
8.1. ОБЪЕМ РАБОТЫ……………………………………………………….19
8.2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ……………………………………….19
9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………….27
Список литературы …………………………………………………………………28
Приложение А…………………………………………………………………….…29
Приложение Б…………………………………………………………………….…30
Приложение В………………………………………………………………….…... 32
1. ВВЕДЕНИЕ
Инженерное оборудование современных поселений представляет собой весьма сложную систему инженерных коммуникаций, сооружений и вспомогательных устройств. При этом инженерное оснащение любого населенного пункта включает в свой состав подземные инженерные коммуникации, надземные сооружения и довольно сложные комплексные сооружения, совмещающие связь подземных и наземных устройств. К этому же надо отнести совмещение ряда этих устройств при управлении и энергосбережении.
Инженерные сети городов проектируют как комплексную систему, объединяющую как подземные сети, так и надземные сооружения и оборудование, во многих случаях, весьма сложные и в конструктивном и в эстетическом отношении. Основным местом прокладки инженерных сетей, естественно, является подземная часть городских магистралей: но при это надо знать особенность каждой системы, ее температурный и влажностный режимы, конструктивные особенности, способность выдерживать нагрузки транспортных средств, способность так или иначе реагировать на электростатические поля и пр. В состав инженерных сетей и сооружений входят: водоснабжение, канализация, системы мусороудаления и его утилизации, системы тепло-, газо-, и электроснабжения. Сюда же входят и так называемые слаботочные системы (радио, телефон, телевидение, сигнализация и др.).
Заметим сразу, что степень благоустройства тех или иных городских образований во многом, если не в основном, определяется уровнем инженерного оснащения их зданий и сооружений.
Данная работа предназначена для более глубокой проработки студентами теоретических основ курса инженерного оборудования зданий и сооружений, необходимой для оценки нагрузок на инженерные системы, принятия целесообразных решений в части внутренней планировки зданий, учета взаимной связи инженерных систем друг с другом и с планировочными решениями, умения разбираться в специальных проектах инженерного оснащения зданий.
ВОДОСНАБЖЕНИЕ
Одним из необходимых условий городского благоустройства является водоснабжение. Последнее должно учитывать количество потребителей, норму водопотребления, неравномерность потребления воды, требуемое ее качество и перспективу развития города или населенного пункта.
Населению вода подается для удовлетворения хозяйственно-питьевых нужд. Норма суточного водопотребления при этом зависит от степени благоустройства здания и самого населенного пункта. Для населения крупных городов при обеспечении зданий холодным и централизованным горячим водоснабжением не превышает 350 л/сутки на человека. Минимальная норма водопотребления при наличии водоразборных колонок – 35 - 50 л/сутки на человека.
Существенным потребителем воды является промышленность. Ее потребности могут быть весьма значительными и превышать даже расходы на хозяйственно-питьевое водоснабжение.
Вода к потребителям может подаваться как от поверхностных, так и подземных источников. Первые являются традиционными, но требуют весьма сложной системы обработки воды, вторые же, хотя и труднодоступны, но гарантируют относительно высокое качество воды при минимальных расходах на ее обработку. Что лучше? Простота очистки подземной воды при нерационально большом ее потреблении приводит часто к безвыходным деформациям городских территорий. Примеров тут множество.
На городских территориях трубопроводы водоснабжения прокладываются без учета способа ее добывания. Принципиальная схема водоснабжения приводится на рис.1.
Следует отметить, что наличие (рис. 1) двух насосных станций, резервуаров чистой воды и относительно большого объема водонапорного бака определяются существенной неравномерностью воды в системе водопотребления.
Водопроводные сети прокладывают, как правило, подземно. Глубина заложения водопроводных трубопроводов ниже расчетной глубины промерзания грунта 0,5 м. Водопроводные сети могут выполняться тупиковыми и кольцевыми. Для населенных пунктов с достаточно большим числом жителей (от 20 тыс. и более) предпочтительными являются кольцевые сети как наиболее надежные.
Материалом для водопроводных труб являются чаще всего чугун, асбестоцемент, железобетон и полимерные материалы. Стальные трубопроводы используются для наружных водопроводных сетей только в сейсмоопасных районах. Диаметр трубопроводов принимается в соответствии с расчетом и составляет от 100 до 1000 мм и более. Свободный напор в водопроводной сети должен, как правило, поддерживаться таким, чтобы обеспечить подачу воды и наиболее высокие точки водозабора. В противном случае необходимо предусматривать повысительные насосные станции, которые стараются проектировать подземными или заглубленными, не воздействующими на восприятие застройки.
На водопроводной сети обязательно устраиваются водопроводные колодцы. Их выполняют обычно из железобетонных колец разного диаметра и местных материалов. в колодцах располагаются запорно-регулирующая арматура, пожарные гидранты, устройства для выпуска воздуха, компенсаторы и др.
Водопроводные трубопроводы для полива, заполнения открытых бассейнов, функционирования фонтанов, действующих только летом, разрешается прокладывать существенно выше глубины промерзания (примерно на глубине 0,5 м).
КАНАЛИЗАЦИЯ
Системы городской канализации предназначены в основном для очистки хозяйственно-бытовых и ливневых сточных вод. Промышленные сточные воды, физико-химический состав которых обладает весьма широким спектром составляющих, необходимо очищать на местных очистных сооружениях. То же самое касается большинства коммунальных городских сооружений.
Системы городской канализации могут быть общесплавными и раздельными. Первые предполагают единую сеть и единые очистные сооружения для транспортировки и обработки как хозяйственно-бытовых, так и ливневых вод. Во втором случае и те и другие сточные воды имеют собственные сети и очистные сооружения. Более подробная классификация систем канализации будет приведена в специальном курсе. Нормы водоотведения в системах канализации определяются нормами водопотребления. Материалом для трубопроводов канализационных сетей служат керамика (диаметры – до 300 мм), асбестоцемент, бетон и железобетон (для труб больших диаметров – от 500 мм и более). Довольно часто канализационные коллекторы большого диаметра возводятся методами подземной проходки. Диаметр трубопроводов канализации и их уклоны выбираются в зависимости от количества сточных вод и обеспечения так называемой самоочищающей скоростью, т. е. скоростью, обеспечивающей отсутствие отложений на стенах трубопроводов. Минимальный уклон в большинстве случаев не должен быть ниже 0,007. На относительно равнинных городских территориях устраиваются насосные станции перекачки сточных вод, располагаемые, как правило, ниже уровня земли (иногда на глубине десятков метров). Важнейшую роль в системе канализации играют очистные сооружения. Для обработки, например, хозяйственно-бытовых сточных вод – это весьма сложный комплекс инженерных сооружений, принципиальная схема очистных сооружений канализации, которых приведена на рис. 2. Территория крупных городов разбивается на бассейны канализования, каждый из которых имеет свои очистные сооружения. Между очистными сооружениями и зонами застройки обязательно предусматриваются озелененные санитарные зоны. Их ширина в зависимости от производительности последних составляет 200 – 1000 м.
Наименьшую глубину заложения канализационных трубопроводов принимают в соответствии со строительными нормами на 0,3 м выше глубины промерзания – для труб диаметром до 500 мм и 0,5 м – для труб большего диаметра, но не менее 0,7 м до верха трубы от планировочной отметки. Последнее требование связано не разрушением трубы при движении транспорта.
Рис.1. Принципиальная схема водоснабжения:
1 – водозаборные устройства; 2 – береговой колодец; 3 – насосная станция I подъема;
4 – отстойник; 5 – очистные сооружения; 6 – резервуары чистой воды; 7 – насосная станция II подъема; 8 – водонапорная башня; 9 – водовод; 10 – распределительная сеть
Рис. 2. Очистные сооружения канализации:
1 – решетка; 2 – песколовка; 3 – песковые площадки; 4 – дробилка; 5 – первичный отстойник;
6 – метантенк; 7 – иловые площадки; 8 – аэротенк; 9 – вторичный отстойник; 10 – установка обеззараживания; 11 – контактный бассейн
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ
Тепловая энергия требуется для работы промышленных предприятий, систем инженерного оснащения зданий (отопления, горячего водоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха). Жилищно-коммунальное хозяйство города использует около 25 % всей вырабатываемой тепловой энергии.
Системы теплоснабжения подразделяются на централизованные и децентрализованные (от местных источников теплоты, чаще всего это домовые котельные). До последнего времени у нас в стране основным направлением развития систем теплоснабжения была его чрезмерная централизация с использованием в качестве источников теплоты крупных теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), на которых производится комбинированная выработка электрической и тепловой энергии, районные котельные, в качестве которых часто использовались и промышленные котельные. Кстати, Петербург является родиной теплофикации: именно в нашем городе в 1924 г. была спроектирована и реализована первая установка совместной выработки электроэнергии и теплоты. Первым объектом теплофикации стали Фонарные бани и жилой дом на Мойке.
В соответствии с требованиями СНиП П-60-75* теплоснабжение городов и жилых районов с застройкой зданиями выше 2-х этажей должно быть централизованным. При этом чаще всего предусматривается одна котельная на группу домов или квартал. В таких системах теплоснабжения параметры теплоносителя невысоки, и составляют: температура горячей воды tr = 95 0C, обратной t0 = =70 0C. В крупных системах теплоснабжения эти параметры соответственно равны 150 0C -70 0C, а такая вода носит название перегретой.
Для транспортировки теплоты используют тепловые сети, которые в зависимости от теплоносителя могут быть водяными и паровыми. В связи с тем, что пар в жилищно-коммунальном хозяйстве находит существенно меньшее использование, нежели вода, то водяные тепловые сети находят преимущественное применение. Чаще всего используют двухтрубные сети: по одной трубе транспортируется горячая вода, по другой обратная. Различают три вида прокладки теплосетей:
- бесканальная прокладка;
- прокладка в непроходных каналах;
- прокладка в проходных каналах (коллекторах).
Бесканальная прокладка теплопроводов наиболее простой и дешевый способ. Однако, этот способ предопределяет отсутствие надлежащего надзора за состоянием тепловой сети, трудность ремонта и, несмотря на гидроизоляцию теплоизолированных теплопроводов, коррозию и постепенное разрушение трубопроводов (гидроизоляция со временем разрушается из-за теплового разрушения труб). У нас в Петербурге наибольшее распространение получила именно бесканальная прокладка теплопроводов, которая и является причиной многочисленных аварий и нарушения отопительного графика.
Прокладка в непроходных каналах - более удобный способ транспортировки теплоносителя. Здесь тепловое расширение труб не приводит к нарушению теплоизоляции, так как последние прокладываются по днищу канала на подвижных металлических опорах. Часто каналы оснащаются попутным дренажем. Однако и здесь имеются трудности с осмотром трубопроводов и ремонтные трудности. И, тем не менее, непроходные каналы гарантирую длительный срок нормальной работы теплопроводов.
В проходных каналах теплопроводы размещаются совместно с водопроводом диаметром до 300 мм, кабелями связи, силовыми кабелями напряжением до 10 кВ, газопроводами природного газа с давлением до 0,005 МПа.
На рис.3 изображены все три типа прокладки теплопроводов.
Рис 3. Варианты подземной прокладки теплопроводов:
а – бесканальная; б – в непроходных каналах; в – в проходных каналах
ГАЗОСНАБЖЕНИЕ
Благодаря, развитию газовой промышленности в нашей стране большинство городов и поселков газифицированы. Природный газ используется в промышленности в жилищно-коммунальном хозяйстве. Он транспортируется от месторождений на большие расстояния и при больших значениях давления. На вводе в город магистрального газопровода давление газа обычно составляет 1,0 – 1,2 МПа (10-12 кг/см 2). Городские газовые сети начинаются от газораспределительной станции (ГРС). Давление на этих станциях снижается до допустимого для транспортировки по городской территории. Городские газопроводы подразделяются на распределительные газопроводы высокого, среднего и низкого давления. Для газопроводов высокого давления определено давление 0,3 - 1,2 МПа, среднего – 0,005 - 0,3 МПа, низкого – до 5 кПа.
Газопроводы высокого давления служат для питания через газорегуляторные пункты (ГРп) среднего давления распределительных сетей среднего и низкого давления. По газопроводам среднего давления газ подается к крупным потребителям (промышленным предприятиям, ТЭЦ, отопительным котельным, 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 предусматриваются кольцевой, что обеспечивает высокую надежность и равномерное распределение давления в сети. Газопроводы в пределах города прокладывают в грунте. При транспортировке влажного или сниженного 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 при этом – 0,8 м до 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 в проходных коллекторах и полупроходных каналах. В непроходных каналах совместная прокладка газопроводов запрещена.
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
Современный город представляет собой сложный комплекс различных потребителей электрической энергии. Основная часть электроэнергии потребляется промышленностью (около 70 %).
Различные виды природной энергии преобразуются на электрических станциях в электрическую (органическое топливо, атомная энергия, энергия падающей воды, ветра, морских приливов, солнечная и геотермальная энергия). В зависимости от вида энергии различают и электрические станции: тепловые, атомные, гидравлические, гелиотехнические, геотермальные, ветровые и т. д.
Наиболее широкое распространение получили тепловые станции. В России, например, более 80 % электроэнергии вырабатывают на таких станциях. Передачу электрической энергии на большие расстояния выгодно осуществлять при больших напряжениях. Поэтому на электростанциях сооружаются ТП (трансформаторные подстанции), на которых напряжение повышается до 35, 110, 220 кВ и более. Выбор напряжения зависит в основном от расстояния. В местах потребления напряжение снижается.
Здесь энергия передается на районные понизительные подстанции, называемые центрами питания (ЦП) со вторичным номинальным напряжением 6 -10 кВ. От ЦП энергия передается обычно по кабельным линиям на городские распределительные пункты (РП), от которых она распределяется между понизительными трансформаторными подстанциями (ТП), распложенными в микрорайонах и жилых кварталах. Затем при номинальном напряжении 380/220 В, как правило, по кабельным линиям поступает к электроприемникам, установленным в зданиях. Схема электроснабжения города приводится на рис. 4.
Городские электроприемники подразделяются на три категории:
Первая категория - электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству (пожарные насосы, дымовая защит, лифты, аварийное освещение зданий 17 этажей и более, огни светового ограждения этих зданий, эти же системы административных зданий с числом работающих более 2000 человек, библиотеки с числом единиц хранения более 1 млн, учебные заведения с числом учащихся более 1000 человек в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ).
Вторая категория – электроприемники, перерыв в электроснабжении, которых влечет за собой массовый простой рабочих, транспорта, а также нарушение деятельности большого числа людей. Это все электроприемники в зданиях 17 и более этажей, не относящиеся к первой категории, электроприемники жилых домов от 6 до 16 этажей с плитами на газовом топливе, здания любой этажности с электроплитами и числом проживающих более 50 человек, большинство электроприемников общественных зданий.
Третья категория –все остальные электроприемники (жилые дома до 5-ти этажей, 1- 8-квартирные дома с электроплитами, небольшие общественные здания).
I категория обеспечивается электропитанием от двух независимых источников. Перерыв в электропитании – только на автоматическое включение резерва. II категория – перерыв в электропитании на время включения резерва выездной бригадой или дежурным персоналом. Резерв – дублирование сетей.
III категория – перерыв на время ремонта поврежденного элемента, но не более суток.
Электрические сети выполняются в виде воздушных линий (ЛЭП) или кабельных прокладок. На территории крупных городов предпочтение отдается кабельным линиям. Замена воздушных линий на кабельные позволяет высвобождать дополнительные территории для строительства.
В сетях используют провода и кабели. Провода могут быть голыми и изолированными. Первые используются на воздушных линиях, вторые – для открытых и скрытых прокладок внутри здания и при присоединении передвижных объектов.
Кабели состоят из одной или нескольких скрученных изолированных жил, заключенных в металлическую, резиновую или пластмассовую оболочку. В грунте прокладывают кабели с металлической оболочкой (броней), хотя существует ряд марок кабелей с пластмассовой изоляцией без брони, но с достаточно прочной оболочкой, которые также разрешается прокладывать в грунтах.
Рис. 4. Схема электроснабжения города
Для сетей с напряжением 110 кВ и более применяются специальные маслонаполненные кабели.
Кабельные линии прокладывают в траншеях под непроезжей частью улиц (под тротуарами, во дворах и пр.). Кабели не должны проходить под существующими зданиями, под проездами, насыщенными коммуникациями. Иногда в крупных городах кабели прокладывают в проходных коллекторах или тоннелях. При напряжении до 10 кВ допускается прокладка кабелей совместно с другими коммуникациями. Кабели напряжением до 1 кВ можно прокладывать внутри технических подполий зданий. В местах пересечения улиц с усовершенствованными покрытиями и различными трубопроводами, кабелями связи и т. п. силовые кабели прокладывают в асбестоцементных трубах или железобетонных блоках.
Трансформаторные подстанции выполняют отдельностоящими, пристроенными или встроенными. В небольших поселках и сельской местности сооружаются открытые мачтовые подстанции мощностью до 100 вВ·А.
Некоторые требования к встроенным ТП:
1. Подстанции не допускается встраивать в жилые здания, школы, больницы, спальные корпуса санаториев из-за создаваемого или шума. Кроме того, маслонаполненные трансформаторы из-за взрывоопасности не разрешается размещать над и под помещениями, в которых могут находиться более 50 чел.
2. ТП не допускается размещать под помещениями с мокрыми технологическими процессами, душевыми, ваннами.
3. Во внутрицеховых ТП допустима максимальная мощность 2000 кВ·А.
Установлен разрыв от отдельно стоящих ТП до зданий 7 – 10 м.
В среднем можно считать, что мощность отдельно стоящих ТП составляет 800 – 1200 ·Отсюда нетрудно определить их количество в квартале, микрорайоне, если иметь в виду следующие удельные электрические нагрузки:
- квартиры:
- многоквартирные здания с газовыми плитами – 0,5 – 0,75 кВт/ кв;
- многоквартирные здания с электроплитами – 1,0 – 1,5 кВт/ кв;
- малоквартирные здания с газовыми плитами – 1,5 – 2,5 кВт/ кв;
- малоквартирные здания с электроплитами – 2,5 – 4,0 кВт/ кв;
- электрифицированные предприятия общественного питания – 0,9 кВт/ пос.м. (посадочное место)
- то же, но с газовыми плитами – 0,7 кВт/ пос.м.
- продовольственные магазины – 0,11 – 0,14 кВт/ кв. м торг. площади;
- промтоварные магазины – 0,08 – 0,11 кВт/ кв. м торг. площади;
- поликлиники – 0,15 кВт на посещение;
- школы – 0,14 кВт/ место;
- детские сады – 0,4 кВт/ место;
- административные здания – 45 Вт/кв. м общей площади;
- комбинаты бытового обслуживания – 0,5 кВт/ раб. место;
- гостиницы – 0,4 кВт/ место.
Так, например, в микрорайоне на 10 000 жителей необходимо иметь 3-4 ТП мощностью 1000 – 1200 кВ·А каждая.
ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ В РАЗРЕЗЕ УЛИЦ
Размещение распределительных трасс подземных сетей на территории микрорайона и жилых кварталов зависит от общего планировочного решения и особенностей рельефа местности.
Расстояние от подземных сетей до зданий, сооружений, зеленых насаждений и до соседних подземных инженерных сетей регламентируется нормами. Все траншеи подземных сетей располагаются вне зоны давления в грунте от зданий, что способствует сохранению целостности основания и фундаментов зданий, предохранению их от размыва. Соблюдение нормативных расстояний кроме того обеспечивает необходимые условия ремонта и реконструкции сетей.
Прокладку подземных инженерных коммуникаций возможно производить тремя способами:
- раздельным, когда каждую коммуникацию прокладывают в грунте отдельно
с соблюдением соответствующих санитарно-технологических и строительных условий размещения каждой коммуникации независимо от других;
- совмещенным, когда одновременно в одной траншее прокладывают коммуникации различного назначения;
- в коллекторе, когда в одном коллекторе (железобетонном подземном сооружении, свободном для прохода людей и осмотра и ремонта тех или иных коммуникаций).
Наиболее распространенным, несмотря на все его недостатки, у нас является раздельный способ прокладки подземных коммуникаций различного назначения. Совмещенный способ представляется наиболее приемлемым при прокладке подземных коммуникаций в разделительных полосах улиц.
Коллекторы - наиболее прогрессивны, но при всех своих достоинствах весьма дороги в части первоначальных затрат. Кроме того коллекторы (или проходные каналы) требуют постоянных затрат на вентиляцию (механическую или естественную) при условии обеспечения минимум трехкратного воздухообмена. Температура воздуха в них также должна регулироваться в пределах от 5 0С (зимой) до 30 0С (летом). Это также требует определенных затрат. Однако, будущее, безусловно, за этим типом прокладки подземных коммуникаций.
Размещение инженерных коммуникаций в разрезе улиц приведено на рис. 5.
Рис. 5. Инженерные сети в разрезе улицы:
1 – кабели; 2 – ливневая канализация; 3 – хозяйственно-бытовая канализация; 4 – тепловые сети; 5 – водопровод; 6 – газоснабжение