З.Х.Замалеев, М.А.Валиуллин, А.П.Давыдов
ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Учебно-методическое пособие по курсу
и задания к индивидуальной работе для студентов
направления подготовки 08.03.01 «Строительство»
Квалификация – бакалавр
Казань, 2017
УДК 697.1(107), 697.3.5(107), 697.2
ББК 31.38 и 73, 38.763
З-26
Замалеев З.Х., Валиуллин М.А., Давыдов А.П.
З-26 Инженерные системы зданий и сооружений: учебно-методическое пособие по курсу и задания к индивидуальной работе для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство» всех профилей. Квалификация – бакалавр/ З.Х.Замалеев, М.А.Валиуллин, А.П.Давыдов. – Казань: Изд-во Казанского государственного архитектурно-строительного университета, 2017. - 94 с.
Печатается по решению Редакционно-издательского совета Казанского государственного архитектурно-строительного университета.
В учебно-методическом пособии для студентов по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство» изложены основные вопросы по курсу «Инженерные системы зданий и сооружений» и даны задания к индивидуальной работе с примерами расчетов указанных систем.
Пособие поможет студентам всех строительных специальностей лучше усвоить данный курс.
Рецензенты:
д.п.н., профессор кафедры профессионального
обучения, педагогики и социологии Р.С.Сафин
к.т.н., доцент Казанского государственного
технического университета Б.А.Акишин
ОГЛАВЛЕНИЕ
| стр. | |
| Глава 1. Отопление | |
| 1.1. Общие положения ………………………………………………. | |
| 1.2. Конструктивные требования к системам отопления………….. | |
| 1.3. Особенности поквартирного отопления ……………………… | |
| 1.4. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций……… | |
| 1.5. Проектирование системы отопления зданий…………………. | |
| 1.6. Расчет отопительных приборов ………………………………. | |
| 1.7. Общие положения по гидравлическому расчету систем | |
| отопления ……………………………………………………….. | |
| Глава 2. Естественная вентиляция жилых зданий | |
| 2.1. Основные положения …………………………………………… | |
| 2.2. Расчет систем вентиляции малоэтажных зданий …………….. | |
| Глава 3. Газоснабжение зданий | |
| 3.1. Общие положения………………………………………………. | |
| 3.2. Газоснабжение жилого дома и расчет внутридомовых | |
| газопроводов …………………………………………………… | |
| 3.3. Промышленная безопасность в системе газораспределе- | |
| ния и газопотребления ………………………………………… | |
| Глава 4. Задание к индивидуальной работе по курсу | |
| 4.1. Общие положения ……………………………………………….. | |
| 4.2. Объем и содержание расчетно-графической работы | |
| Приложение 1………………………………………………………. | |
| Приложение 2………………………………………………………… | |
| Приложение 3………………………………………………………… | |
| Приложение 4………………………………………………………… | |
| Приложение 5……………………………………………………….. | |
| Приложение 6.................................................................................. | |
| Приложение 7………………………………………………………… | |
| Приложение 8………………………………………………………. | |
| Приложение 9………………………………………………………. | |
| Приложение 10……………………………………………………… | |
| Список литературы……………………………………………….. |
ВВЕДЕНИЕ
Современные инженерные системы отопления, вентиляции и газоснабжения создают комфортные условия в помещениях, благоприятные для жизни и деятельности человека.
Цель изучения дисциплины – получение знаний студентами по конструкциям, принципам действия и характерным свойствам различных систем отопления, вентиляции и газоснабжения, используемых в современной отопительно-вентиляционной технике; освоение научных методов расчета, приемов проектирования, монтажа и эксплуатации систем отопления, вентиляции и газоснабжения.
ГЛАВА 1. ОТОПЛЕНИЕ
1.1. Общие положения
Система отопления жилого здания проектируется с целью создания в помещениях комфортной для человека температурной обстановки, поддерживающей баланс затрат теплоты на испарение с поверхности кожи, а также теплоты, отводимой с поверхности тела посредством конвекции и излучения. Каждая система отопления представляет собой комплекс элементов для получения (котел, индивидуальный тепловой пункт), транспортирования (теплопроводы, каналы) и передачи теплоты (отопительные приборы) во все отапливаемые помещения здания.
Наибольшее распространение в жилых зданиях получили системы водяного отопления (СВО), имеющие ряд преимуществ перед паровыми, воздушными и другими системами. СВО обладают наибольшей надежностью (нормативный срок службы до 50 лет), бесшумны, просты и удобны в эксплуатации, полностью соответствуют санитарно-гигиеническим и архитектурно-строительным требованиям к инженерным системам жилых зданий.
Системы СВО различаются по конструкции стояков (однотрубные и двухтрубные), местоположению распределительных магистральных теплопроводов (с верхней и нижней разводкой), по способу прокладки стояков в здании (горизонтальные и вертикальные), по схеме движения воды в подающих и обратных магистралях (тупиковые и с попутным движением). Выбор конкретной системы СВО определяется конфигурацией здания, условиями его проектирования и строительства.
На рис. 1-5 показаны схемы расположения отопительных приборов, стояков и магистральных теплопроводов однотрубных и двухтрубных систем водяного отопления.
1.2. Конструктивные требования к системам отопления
Размещение стояков. В жилых зданиях стояки систем отопления рекомендуется располагать ближе к наружным углам помещения во избежание их промерзания и конденсации влаги. Для обслуживания лестничных клеток следует выделять самостоятельные проточные стояки без регулирующей арматуры, так как они подвержены большей опасности замораживания. Главный стояк системы с верхней разводкой размещается в лестничной клетке.
Отопление ванных комнат в зданиях более 4-х этажей должно осуществляться от полотенцесушителей, присоединенных к циркуляционному трубопроводу системы горячего водоснабжения, поэтому в ванных комнатах отопительные стояки не предусматриваются.
Рис.1. Размещение стояков и магистралей однотрубной системы с верхней разводкой
Рис. 2. Схема расположения приборов, стояков и магистралей
при однотрубной схеме СО с нижней разводкой
Число стояков зависит от способов присоединения к ним отопительных приборов (рис. 6).
Рис. 6. Варианты присоединения отопительных приборов к стоякам:
а – двухстороннее в однотрубной системе отопления; б – то же в двухтрубной системе; в, д – одностороннее; г – по проточной схеме; е – присоединение прибора на сцепке
В двухтрубных системах подающий стояк располагается справа, обратный - слева (если смотреть на стояк из помещения). Стояки двухтрубных систем и однотрубных систем с верхней разводкой следует размещать таким образом, чтобы каждый из них имел двухстороннее присоединение приборов.
Рис.7. Приборы на сцепке
| С целью экономии расхода труб необходимо стремиться использовать наименьшее число стояков. При размещении стояков нужно иметь в виду, что возможно присоединение отопительных приборов, устанавливаемых в одном помещении или в разных вспомогательных помещениях (кухни, коридоры, туалеты и т.п.) на сцепке (рис.7,а). Расстояние между этими радиаторами рекомендуется принимать не более 1,5 м. |
Радиаторы с большим количеством секций в каждом (более 25) или три прибора следует присоединять на сцепке по диагональной схеме (рис.7, б).
Однотрубная система водяного отопления с нижней разводкой должна состоять из экономически более выгодных и гидравлически более устойчивых П - образных стояков, присоединенных своими нижними концами к подающей и обратной магистралям, проложенным по подвалу, техническому подполью или в подпольных каналах 1-ого этажа. Подъемный участок П-образного стояка, присоединяемый к подающей магистрали, прокладывается при радиаторном отоплении по помещениям с меньшими тепловыми потерями, а опускной стояк, присоединяемый к обратной магистрали, - по помещениям с большими теплопотерями (рис.2).
Подъемные участки стояков могут быть транзитными (без нагревательных приборов), в этом случае на них предусматриваются П-образные компенсаторы тепловых удлинений. Для экономии труб число транзитных стояков должно быть минимальным.
Размещение отопительных приборов. В жилых зданиях в качестве отопительных приборов рекомендуется применять радиаторы и конвекторы. Для обеспечения теплового комфорта в помещении (равномерной по высоте температуры воздуха) целесообразнее применять невысокие и длинные приборы (конвекторы), чем высокие и короткие (радиаторы). Длина отопительного прибора в жилых зданиях должна быть не менее 65% длины окна. Если высота от пола до низа окна небольшая (но не менее 300 мм), то следует применять низкие конвекторы плинтусного типа высотой 200¸300 мм. Если эта высота менее 200 мм, то необходимо предусматривать напольное отопление.
Отопительные приборы размещают, в основном, по периметру наружных стен в нишах либо открыто под окнами для локализации холодных потоков воздуха, ниспадающих вдоль остекления (рис.3). Дополнительные приборы устанавливают у глухой наружной стены в угловых жилых помещениях. Установка отопительных приборов у внутренних стен здания допускается только при невозможности размещения их у наружной стены, так как при этом происходит нежелательное понижение температуры внутренней поверхности наружных стен.
В крупнопанельных зданиях отопительные приборы устанавливают свободно у наружных стен. В зданиях с кирпичными наружными стенами отопительные приборы утапливают в специальные подоконные ниши глубиной 130 мм для прокладки прямых подводок к приборам
Желательна установка прибора по оси окна, а при использовании унифицированных узлов этаже-стояков однотрубных СВО приборы привязываются к стоякам на расстоянии 350¸500 мм от среза оконного проема (подводки длиной 350¸400 мм для стояков диаметром 15 и 20 мм и 500 мм - для стояков диаметром 25 мм).
Приборы в двухтрубных схемах присоединяются к вертикальным стоякам по параллельной схеме на уровне 60 мм от пола. Стояки прокладывают открыто, на расстоянии 35 мм от внутренней поверхности стен до оси трубы. Максимальная длина подводок при двухтрубной системе не должна превышать 1,25¸ 1,5 м, уклон подводки - 5¸10 мм на всю ее длину.
Особое размещение отопительных приборов требуется в лестничных клетках, где естественное движение воздуха способствует теплопереносу в верхнюю их часть и вызывает переохлаждение нижней части. В связи с этим в лестничных клетках целесообразно располагать отопительные приборы в нижней их части рядом со входными дверями (за тамбуром). В зданиях до 4-х этажей приборы в лестничных клетках следует устанавливать только на первом этаже и присоединять к самостоятельному стояку. В высотных зданиях 2/3 приборов монтируют на первых двух этажах, 1/3 распределяют по остальным этажам.
На подводках к отопительным приборам следует размещать регулирующую арматуру, за исключением приборов в помещениях гардеробных, душевых, санитарных узлов и лестничных клеток. Желательно устанавливать автоматические терморегуляторы, с помощью которых можно поддерживать заданную потребителем температуру воздуха в помещении.
С появлением на рынке металлополимерных труб появилась возможность прокладывать трубы от коллектора поквартирных СВО к отопительным приборам в конструкции пола, а сами приборы стали изготавливаться с нижней (донной) подводкой. Нижнее присоединение к отопительному прибору позволяет практически полностью скрыть все трубопроводы в помещении.
Прокладка магистралей. После расстановки стояков и нагревательных приборов решается задача их объединения магистральными разводящими теплопроводами. Система отопления при этом разбивается на ряд отдельных отключаемых веток, которые, располагаясь в здании по отдельным его частям, секциям или фасадам, могли бы допускать гибкое регулирование или отключение соответствующих частей отопительной системы (рис. 1,2,4,5). Это позволяет поддерживать в отдельных частях здания свой режим отапливания, отличный от предусматриваемого в остальной части.
При разбивке на ветви необходимо, чтобы тепловые нагрузки ветвей по возможности уравновешивались и чтобы стояки, расположенные возле узла управления, имели подъемные и опускные участки, присоединенные к одной и той же ветви.
При нижней разводке в зданиях без подвала магистральные подающие и обратные трубопроводы прокладываются над полом 1 этажа. Если под зданием запроектирован подвал, то подающие магистрали удобнее располагать в подвале (вместе с обратными магистралями) (рис.2,4). При решении вопроса о возможности расположения магистралей над полом 1 этажа необходимо учитывать обязательность выдерживания уклона для этих трубопроводов.
Там, где высота подоконников не дает возможности расположить магистрали над полом, приходится для магистралей предусматривать подпольные каналы. Ширина и глубина подпольных каналов зависит от количества размещённых в них магистралей, их диаметров, длины и величины уклона труб.
Магистрали, проектируемые в подвале, могут располагаться над полом, под окнами и под потолком (500 мм от внутренней поверхности).
Компенсация температурных удлинений труб. Для компенсации температурного расширения труб в однотрубной системе можно использовать ее изгибы при смещении замыкающего участка от оси стояка не менее 200 мм (при низкотемпературной воде). Компенсация удлинения магистралей выполняется прежде всего естественными их изгибами, связанными с планировкой здания. Только прямые магистрали значительной длины, особенно при высокой температуре воды, снабжаются П – образными компенсаторами.
Удаление воздуха из системы отопления. Необходимо предусматривать удаление воздуха из системы. При нижней разводке - через воздуховыпускные краны, устанавливаемые в верхних пробках радиаторов последнего этажа и приборов лестничных клеток, а также в верхних точках любых обводных линий, где может образоваться воздушная пробка. При верхней разводке - через воздухосборники, расширительные баки, автоматические воздухоотводчики.
Величину уклонов магистральных трубопроводов следует принимать не менее 0,002 (в системах с естественной циркуляцией – не менее 0.005).
1.3. Особенности поквартирного отопления
В соответствии с современными требованиями к проектированию энергоэффективных жилых зданий, в СВО следует предусматривать комплексное автоматическое регулирование параметров теплоносителя, обеспечивающее требуемую точность и стабильность комфортных условий и экономный расход тепловой энергии. Комплексное автоматическое регулирование включает в себя следующие основные требования:
· регулирование в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП) или автоматизированных узлах управления (АУУ), обеспечивающее изменение температуры теплоносителя в системе отопления в зависимости от температуры наружного воздуха;
· индивидуальное автоматическое регулирование на каждом отопительном приборе с термостатом, обеспечивающее поддержание заданной жильцом температуры помещения.
Требование по индивидуальному учету расхода теплоты ведет к преимущественному распространению двухтрубных СВО с поквартирным присоединением систем к ИТП и с установкой теплосчетчиков на вводе в каждую квартиру (рис.8). Дополнительные преимущества таких систем:
- обеспечивается возможность энергосбережения при поквартирном учете тепла;
- обеспечивается более устойчивая работа системы отопления в целом, так как при замене отопительных приборов, трубопроводов или других элементов системы в отдельных квартирах это не сказывается на теплоснабжении остальных квартир жилого дома.
Кроме того, при устройстве поквартирной схемы СВО стояки прокладывают в доступных местах, например, в холлах с установкой резервного отключающего крана, что обеспечивает отключение квартиры в аварийной ситуации при отсутствии жильцов без доступа в квартиру.
Если совсем недавно двухтрубные системы рекомендовалось применять только для зданий не более 3-х этажей (из-за значительного расхода труб и фасонных частей), то в последнее время они чаще проектируются и для высотных зданий. При использовании индивидуальных регуляторов теплоотдачи приборов с повышенными сопротивлениями (термостатов) двухтрубная СВО оказывается более высокоэффективной и теплогидравлически устойчивой по сравнению с однотрубной. На это указывают результаты исследований многих отечественных специалистов, а также зарубежный опыт, где практически отсутствуют однотрубные системы отопления.
Прокладка труб системы отопления в самой квартире может выполняться по любой схеме (вертикальной или горизонтальной, попутной или тупиковой, с присоединением отопительных приборов по одно- или двухтрубной схеме). Все зависит от конкретных условий: габаритов квартиры, ее этажности, размещения в объемно-планировочной структуре здания.
Разработаны несколько схем разводки трубопроводов при поквартирном отоплении (рис.9). Наиболее удобной является линейная схема с прокладкой труб по внешнему периметру квартиры. Трубы и фитинги системы прокладываются в плинтусах, либо бетонируются в конструкциях пола. Также применяется подпольная прокладка трубопроводов с антидиффузионным слоем или прокладка труб в кожухе (гофре).
а)
| 
б)
|
| Рис.9. Схемы прокладки трубопроводов систем поквартирного отопления |
Укладка горизонтальная двухтрубная.
Эта укладка, представленная на рис.9, а, характеризуется центральным расположением стояка, с которого осуществляется подача воды через распределитель (гребенку), установленный в шкафу в стене. Отопительные приборы отдельными отводами подключаются к распределителю. Чаще всего трубы прокладываются в защитной трубке.