Глава 5. Особенности реконструкции систем инженерного обеспечения территории города.
Инженерное обеспечение современного города предназначено для создания необходимых санитарно-гигиенических условий и высокого комфорта жителям городов. Городские инженерные сети обслуживают промышленность и культурно-бытовые предприятия. Все это представляет собой комплексную систему, состоящую из инженерных коммуникаций, сооружений и специальных устройств. В крупнейших городах система инженерного обеспечения – сложная отрасль городского хозяйства, удельный вес стоимости объектов и сооружении которой превышает 30 % общей стоимости городской застройки.
Инженерное обеспечение города состоит из систем водоснабжения, канализации, электро-, газо- и теплоснабжения. Кроме того, в отдельную систему выделяют организации сбора, переработки, транспортировки и обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО). Перечисленные выше системы, хотя и не исчерпывают перечень имеющихся в городах сетей и устройств (не рассматриваются телефонные и радиолинии, пневмосистемы, продуктопроводы и т.д.), но формируют до 90 % всех затрат по инженерному обеспечению объектов.
На выбор стратегии реконструкции городской застройки большое влияние оказывают инженерные системы. Их технические параметры, в частности физический износ, мощность и пропускная способность, предопределяют допустимую степень трансформации и модернизации объектов без кардинальной перекладки этих сетей
Вместе с тем и сама система инженерного обеспечения нуждается в постоянном развитии и совершенствовании. Необходимость в реконструкции инженерных сетей и сооружений возникает в следующих принципиальных ситуациях.
при проведении ремонтно-восстановительных работ на сетях или сооружениях, в ряде случаев эффективнее оказывается реконструкция с применением новых материалов технологий и оборудования, и в результате получения нового качества в системах инженерного обеспечения, чем просто ремонт и латание дыр;
при изменении характера представляемых услуг населению или предприятиям, например, отказ от газа и переход на электричество;
при изменении функционального состава застройки территории и как следствие новых требований к инженерному обеспечению;
•при строительстве объектов или сооружений, а также реконструкции имеющихся с изменением объемов или требуемого качества инженерного обеспечения.
Основная сложность проведения конструктивных мероприятий заключается в значительной изношенности сетей и сооружений инженерных систем в городах, а также отставании мощностей и пропускных способностей от потребностей. Так, дефицит мощностей водопровода в целом составляет около 15 %, дефицит мощностей в энергетике – 40%. Уровень надежности работы инженерных в 2,5-3 раза ниже, чем в странах Восточной Европы. Срок службы наружных трубопроводов горячего водоснабжения из-за ускоренной коррозии в 2-4 раза ниже нормативного Велики утечки воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения. Только 3 % твердых бытовых отходов перерабатываются промышленными методами. Износ основных фондов систем инженерного обеспечения достигает 60 %, и в условиях недостаточного финансирования он продолжает увеличиваться.
Комплекс жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) городов, существовавший на дотации из государственного бюджета, не был по-настоящему заинтересован в использовании имеющихся мощностей и налаживании эффективного экономического механизма реализации оказываемых населению услуг. Сегодня в ЖКХ сосредоточено 1/4 основных фондов страны, потребляется 1/3 общего объема всех энергоресурсов. Большинство предприятий ЖКХ являются монополистами на соответствующих рынках услуг, что затрудняет развитие конкурентной среды, а следовательно, повышение качества представляемых ими услуг и снижение производственных издержек. Это не в последнюю очередь обусловило техническое отставание инженерного оборудования, сетей, сооружений от мирового уровня.
Рассмотрим некоторые принципиальные моменты, возникающие при необходимости реконструкции инженерных сетей и сооружений.
Система холодного водоснабжения – комплекс сооружений, обеспечивающий забор воды из источника, очистку, хранение и подачу к местам потребления. Более 1/3 всех сетей требуют замены.
Свыше 13 % поданной в сеть воды попросту теряется, не доходя до потребителей.
Ранее при строительстве городских водопроводов вследствие незначительных расходов воды использовали подземные источники. Сегодня 68 % воды поступает из поверхностных источников, на долю подземных приходится лишь 32%.
Одним из крупных потребителей питьевой воды в городах являются промышленные предприятия, причем в ряде случаев на их нужды может расходоваться 50-70% общего суточного расхода воды города. Поэтому важнейшим направлением реконструкции системы водоснабжения должно быть частичное, а лучше полное исключение пользования воды от коммунального водопровода промышленностью.
Хозяйственно-бытовые сети объединяют с противопожарными, а иногда и с поливочными сетями. В ряде засушливых районов поливочные водопроводы образуют самостоятельную систему, часто мелкого заложения. Для хозяйственно-питьевых водопроводов следует шире использовать подземные воды при условии, если они удовлетворяют требованиям ГОСТа.
По начертанию в плане водопроводные сети бывают кольцевые, тупиковые и комбинированные. Для надежного водоснабжения при реконструкции следует стремиться к созданию кольцевых или комбинированных сетей.
Долгие годы в нашей стране существовала практика проектирования и строительства инженерных коммуникаций, основанная на нормативной базе, главным принципом которой была минимизация капитальных затрат без должного учета стоимости эксплуатации, надежности и ремонтопригодности. Использование некачественных и недолговечных материалов и оборудования привели к современному плачевному состоянию водопроводных коммуникаций.
Наиболее часто встречающимися повреждениями на стальных трубах водопровода являются свищи (96%), на чугунных – нарушения герметичности раструбных соединений (50 %) и переломы (43 %).
Основные причины повреждения трубопроводов – значительные сроки их службы, без профилактических ремонтов, низкие темпы обновления труб, резкие колебания напоров в сети, интенсивная внешняя и внутренняя коррозия, плохое качество строительства трубопроводов. Анализ ситуации, создавшейся в водопроводном хозяйстве страны, показывает, что главная из этих причин кроется в нерациональном использовании применяемых для труб материалов. Более 70 % труб, используемых в строительстве и ремонте инженерных коммуникаций, – стальные, хотя в мировой практике 70% составляют пластиковые трубы и только, менее 20 % – стальные.
Системы из поливинилхлорида (ПВХ) для холодной воды изготавливают уже четверть века, и их применение имеет ряд значительных преимуществ. Трубы из ПВХ устойчивы к осаждению на их внутренних поверхностях минеральных примесей, имеющихся в воде, загрязнению, к коррозии, блуждающим токам. В отличие от стальных они не шумят и не «потеют» от холодной воды.
Срок службы трубопроводов из ПВХ оценивается в 50 лет. Они легкие, прочные, не горят, нейтральны в физиологическом и микробиологическом отношении. Однако широкого использования в отечественном коммунальном водопроводном хозяйстве трубопроводы из ПВХ до сих пор не получили.
При реконструкции ветхих трубопроводов одним из наиболее прогрессивных методов является ремонт бестраншейным способом с помощью комбинированного рукава. Основу технологии восстановления работоспособности трубопроводов составляет принцип формирования из комбинированного рукава новой композитной трубы внутри изношенного трубопровода. Пропитываемая синтетической смолой тканевая основа рукава помещается в старую трубу, затем подается сжатый воздух или вода и под тепловым воздействием происходит отверждение материала. Этот метод нашел широкое применение при восстановлении подземных коммуникаций, работающих под давлением (водо- и газопроводы), а также канализационных трубопроводов. В зависимости от протяженности ремонтируемого участка, диаметра трубопровода и его назначения изменяется технология протаскивания рукава и состав пропитки армирующего материала.
С середины 70-х годов в системе ЖКХ для санации трубопроводов большого диаметра стали применять цементно-песчаную облицовку.
Двадцатилетний опыт применения труб с внутренней цементно-песчаной облицовкой показал, что аварии из-за коррозии практически прекратились.
Трубопроводы имеют стабильную пропускную способность на 10-20% выше, чем трубы без облицовки, при одновременном снижении на 10-20% энергозатрат на перекачку воды. Стоимость работ по санированию изношенных трубопроводов методом цементно-песчаной облицовки не превышает 50 % затрат на прокладку новых труб, а с увеличением диаметра трубопровода эти затраты снижаются до 18-20%.
Данная технология на реконструкции трубопроводных сетей широкого не получила широкого распространения из-за отсутствия отечественного технологического оборудования.
Системы водоотведения стоков (канализации) представляют собой совокупность инженерных сетей и сооружений, служащих для приема жидкостей, их транспортировки к очистным сооружениям, очистки и обеззараживания, сброса очищенных вод в водоемы и утилизации полезных веществ в осадке.
Различают три вида сточных вод. Это ливневые и другие атмосферные осадки, хозяйственно-бытовые и производственные жидкие отходы.
Исторически сложилось так, что ливневая канализация отделена от остальной. В ряде малых городов закрытых систем не существует вовсе и атмосферные воды отводят по открытым лоткам и кюветам. Между тем ливневые расходы довольно велики. При среднем дожде образуется примерно 100–150 м3 воды на гектар водонепроницаемых территорий (асфальтовые и бетонные покрытия, крыши зданий и др.). Стоки в условиях слабопересеченного рельефа достигают нескольких м3/с.
В сложившейся экологической обстановке водосборные бассейны загрязнены. Это заставляет решать проблему очистки ливневых стоков, выпадающих весьма неравномерно. В центральных зонах крупных городов нет территорий для очистных сооружений, и эти стоки приходится перегонять на большие расстояния, кроме того, строить пруды-отстойники и другие резервуары временного хранения воды. Все это требует больших инвестиций, поэтому в настоящее время проблема далека от своего разрешения.
В градостроительной практике используют три типа канализационных систем. В случае, когда все виды стоков отводят по единым трубопроводам, система является общесплавной. Если же существуют две системы трубопроводов, по одной из которых отводят хозяйственно-бытовые или производственные стоки, а по второй – ливневые, то такую систему называют раздельной.
Существуют системы частично объединенного отвода хозяйственно-бытовых и ливневых вод. Их называют полураздельными. Они позволяют сбрасывать на очистные сооружения только первые загрязненные порции поверхностных вод при сильных ливнях или весь сток при малых дождях.
В хозяйственно-бытовой канализации важнейшими являются сооружения очистки. Этот процесс выполняют применяя следующие методы:
механический (позволяет довести степень очистки сточных вод до 60 %);
биологический (степень очистки доходит до 92 %, а с доочисткой - 98 %).
Очищенные стоки обеззараживаются в основном хлором, уничтожающим большинство болезнетворных бактерий. Весьма опасный для здоровья человека хлор постепенно будет заменяться другими дезинфектантами, такими, например, как озон, ультрафиолетовое изучение, радиация. Только после этого сточная вода возвращается в поверхностные водоемы.
Технологии по очистке сточных вод довольно хорошо отработаны и при наличии финансовых средств проблем не вызывают. Хуже обстоит дело с переработкой и утилизацией образующихся при очистке сточных вод осадков.
В большинстве городов такие осадки после обработки в течение нескольких суток в метатенках выливают на поверхность земли и дожидаются их подсушки за счет отстаивания, фильтрации воды в грунт и испарения с поверхности. Такие сооружения называют иловыми площадками. Занимают они довольно много места и не отвечают требованиям охраны окружающей среды. Применение различных механизмов для высушивания осадка позволяет уменьшить его объем в 7-20 раз, но, во-первых, это довольно дорого, а во-вторых, химический состав даже обезвоженного осадка больших городов показал наличие в нем железа, цинка, хрома, свинца, ртути и других загрязнений, попадающих со сточными водами промышленных предприятий. В качестве удобрений на полях (как это делалось раньше) осадок использовать нельзя, да и просто захоронить в отработанном карьере нежелательно из-за опасности загрязнения подземных вод. Проблема эта, пожалуй, одна из самых сложных в системе канализования застройки городов и она ждет своего технического решения.
Значительные сложности в организации канализования отдельных территорий возникают в городах с расчлененным рельефом, когда сточные воды нужно подавать на одну - две имеющихся станции очистки.
В этих случаях перспективным направлением в развитии канализационного хозяйства города является строительство локальных очистных сооружений. Это позволяет значительно сократить протяженность коммуникаций.
Характерной особенностью таких сооружений является малая обводненность очищенного сброса. Поэтому должны быть ужесточены санитарные требования к качеству очистки воды, попадающей в поверхностные водотоки и водоемы.
Опыт строительства локальных очистных сооружений различной мощности очень важен для получивших в последние годы большое распространение коттеджных поселков в пригородах крупных городов, периферийных городских районов, крупных торгово-развлекательных и спортивно-рекреационных центров.
Как и в случае с водопроводом, большие проблемы в канализационном хозяйстве составляют протечки и разрушения трубопроводов. Канализационные сети являются самотечными (безнапорными) системами, поэтому скорость протекания жидкости в них, препятствующей выпаданию взвешенных частиц, должна быть 0,7-1 м/с.
Вследствие этих требований глубина заложения бывает довольно значительной.
Замена ветхих канализационных трубопроводов в крупнейших городах часто связана с глубоким разрытием улиц, что создает помехи движению транспорта и пешеходов, и угрозу разрушения зданий вдоль трассы.
Санация ветхих трубопроводов методом пластикового рукава взамен традиционном перекладки сети позволяет избежать разрытии, что экономит значительные средства.
Система теплоснабжения городов обеспечивает теплом и горячей водой жилые дома, промышленные и коммунальные объекты. В городах России с многоэтажной застройкой получило распространение теплоснабжение, включающее отопление зданий, подогрев воздуха в системах вентиляции и кондиционирования зданий, подачу горячей воды на хозяйственно-бытовые нужды и технологические потребности промышленных предприятий.
Основными источниками тепла для городов при централизованном тепло снабжении являются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), вырабатывающие тепло и на электроэнергию. Сегодня это в основном паротурбинные, работающие на органическом топливе.
Городские ТЭЦ и районные котельные стараются размещать в промышленных или коммунально-складских зонах. В нашей стране в качестве теплоносителя для жилых домов используют воду, на отдельных промышленных предприятиях – пар. Однако предпочтение отдают единому теплоносителю – воде, нагреваемой до разных температур. Применение единого теплоносителя упрощает схему теплоснабжения и снижает эксплуатационные затраты. Жилые и общественные здания по одной трубе получают перегретую воду, а по другой охлажденная вода возвращается на ТЭЦ или в районную котельную.
Централизованное теплоснабжение экологически более эффективно. При этом ликвидируются многие мелкие котельные с низким коэффициентом полезного действия и далеким от оптимального режимом горения.
Однако принципиальным недостатком централизованного теплоснабжения является наличие большого количества теплотрасс и неизбежные потери тепла в них.
В крупнейших городах нашей страны очень высок удельный вес общей площади жилого фонда, обеспеченного отоплением и горячей водой.
Ежегодный износ теплотрасс составляет 15%, потери тепла в них 15-20%, что эквивалентно перерасходу 25 млн. т условного топлива в год.
Причин такого состояния несколько. Первая состоит в том, что на теплотрассах, как правило, применяют черные стальные трубы без надежной тепло- и гидроизоляции. Использование оцинкованных труб не решает проблемы, так как сваривают обычными электродами без специальных антикоррозионных добавок. Это сводит на нет цинковое покрытие самих труб.
Вторая причина обусловлена многочисленными случаями подпитки водой без специальной подготовки. Это вызывает ускоренное засорение труб и их коррозию, снижает пропускную способность системы, увеличивает затраты электроэнергии на прокачку теплоносителя.
В массовом жилищном строительстве вопросы надежности и долговечности теплотрасс не были решены. Сети прокладывали без соответствующей гидроизоляции. Теплоизоляцию выполняли из минеральной ваты, материалы были недолговечны. Они быстро теряли свои гидро- и теплозащитные свойства.
Отсутствие надежного дренажа в железобетонных каналах приводило к постоянному их затоплению. Сернистые вещества, входящие в состав минеральной ваты вступали в реакцию с металлом труб, вызывая их повышенную коррозию, разрушение теплоизоляции, увеличение тепловых потерь.
В среднем теплотрассы через 10-15 лет выходили из строя. Ремонт теплотрасс, проложенных под землей, был сопряжен с большими разрытиями. Это мешало нормальному функционированию территории, создавало препятствия движению транспорта и пешеходов, приводило к нарушению благоустройства и гибели зеленых насаждений. В городах пытались решить эти проблемы за счет строительства теплотрасс на поверхности. Такой метод значительно удешевил ремонт и реконструкцию. Однако он не устранил причин столь частых ремонтов и малой долговечности. К тому же открытые прокладки не украшают интерьер улиц и городов и создают определенные неудобства для горожан.
Следует особо рассмотреть недостатки теплоизоляции. Применяемое стекловолокно или прошивные маты из минеральной ваты, обмазываемые сверху асбестоцементом по стальной сетке, не обеспечивают долговечности, технологичности при нанесении на трубу, устойчивости к попаданию влаги. Через каждые 5 лет теплоизоляция подлежит замене. В конце 80-х годов широкое распространение в качестве теплоизолирующего материала получил армопенобетон который, безусловно, был более эффективен и технологичен, чем минеральная вата и стекловолокно. Однако армопенобетон обладал высокой гигроскопичностью, что после 5-10 лет эксплуатации приводило к росту тепловых потерь на 20-30%. За этим следовало интенсивное корродирование наружной поверхности трубы. Реальный срок службы теплопроводов с армо-пенобетоном в качестве теплоизолирующего слоя редко превышал 15 лет.
При огромной протяженности сетей централизованного теплоснабжения в городах Украины и ежегодному недоремонту потребность восстановления теплопроводов непрерывно возрастает. Изменение существующего положения возможно лишь с внедрением труб из стойких к коррозии материалов и новых видов теплоизоляции. Наибольшее распространение в качестве теплоизолирующего материала получил пенополиуретан (ППУ). Коэффициент теплопроводности ППУ [0,028 Вт/(м-К)] в 1,5 раза меньше, чем у минеральной ваты, и в 1,2 раза, чем у армопенобетона. От попадания наружной влаги стальная труба и слой ППУ надежно защищают тонкостенной и герметичной полиэтиленовой оболочкой.
Главные отличительные особенности трубопровода с ППУ – эго возможность монтажа без устройства каналов и срок эксплуатации не менее 25-30 лет. Бесканальная прокладка трубопроводов с ППУ обеспечивает снижение стоимости строительства тепловых сетей по сравнению с традиционными (канальными) методами на 20-30 % Если учесть незначительные тепловые потери и низкую аварийность трубопроводов с ППУ, то срок их окупаемости составляет 3-5 лет.
Несмотря на очевидные преимущества централизованного теплоснабжения в ряде градостроительных ситуаций является предпочтительным использование автономных источников тепла. Так, теплоснабжение районов малоэтажной застройки должно решаться путем технико-экономического сравнения альтернатив: варианта прокладки сетей от централизованного источника или использования небольших, работающих на природном газе или другом виде топлива местных котельных.
В Украине разработана специальная Программа внедрения автономных источников теплоэнергоснабжения. в районах с дефицитом централизованного теплоснабжения. В этой Программе планируют от автономных источников получать до 8 % тепла. В ней рекомендованы научные разработки способов теплоснабжения с использованием нетрадиционных источников энергии, например, низкопотенциального тепла грунта, вентвыбросов, канализационных стоков и др. Введены в действие нормативно-технические документы по применению крышных котельных с использованием в качестве топлива природного газа: выпущены «Инструкция по проектированию крышных котельных» и «Технические условия по устройству и эксплуатации крышных котельных на природном газе».
Эффективность использования крышных котельных, предназначенных для децентрализованного теплоснабжения на отопление горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий, обусловлена следующими факторами:
сокращением абсолютных капитальных вложений внедрением в практику одновременной сдачи в эксплуатацию здания и источника тепла;
экономией удельных капитальных вложений за счет отсутствия необходимости прокладки наружных тепловых сетей;
снижением текущих эксплуатационных затрат путем сокращения потерь, а следовательно, экономии топлива (примерно 20-30%);
расположением котельной непосредственно на здании, что повышает эффективность использования территорий, поскольку отпадает необходимость размещения теплового пункта и теплотрасс на земле;
При проведении реконструкции территорий и объектов, особенно в зонах удаленных от централизованных источников тепла и горячей воды, использование крышных котельных является, безусловно, экономически оправданным.
Одним из важнейших направлений в реконструкции инженерных сетей является достижение энергоресурсосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве. Решение этой задачи связано с проведением комплекса инженерно-технических мероприятий:
постепенная замена ЦТП на индивидуальные для каждого дома тепловые пункты, сооружаемые в блочно-модульной конфигурации;
внедрение при соответствующем экономическом обосновании, децентрализованных источников тепло-, электроснабжения;
снижение теплопотерь в инженерных сетях путем постепенного перехода на современные трубопроводы, в том числе и на тепловые сети с пенополиуретановой изоляцией;
оптимизация работы сетей тепло- и водоснабжения путем внедрения автоматически регулируемого привода насосных агрегатов;
применение новейших технологий для очистки от отложений на теплообменном оборудовании, в том числе гидрохимической промывки внутридомовых систем отопления;
обеспечение режимов водоподготовки, запрет пуска в эксплуатацию котельных, не оснащенных установками водоподготовки;
установка внутри квартирных счетчиков и регуляторов тепло- и водопотребления.
Внедрение автоматически регулируемого электропривода на ряде московских ЦТП позволило сэкономить 30-50 % электроэнергии, сократить расходы воды на 14-20 % тепла – на 5-10 %.
Сегодня западные фирмы предлагают массу, безусловно, интересных, но дорогостоящих приспособлений, технологий приборов, обеспечивающих энергосбережение. Они полезны, но хотелось бы подчеркнуть, что прежде чем внедрять дорогостоящие западные технологии, необходимо навести элементарный порядок в производстве и доставке потребителям тепловой энергии. Нормально работающая запорная аппаратура, регуляторы, приборы и теплообменники являются резервом экономии. Своевременная промывка систем от грязи и отложений и другие формы технического обслуживания обеспечат значительный эффект. Главное в кратчайшие сроки и без значительных финансовых затрат.
Роль газоснабжения в топливно-энергетическом обеспечении городов продолжает возрастать. Поступление газа в города может быть обеспечено из месторождений природного газа и с газовых заводов, на которых путем термической обработки из угля получают искусственный газ.
Для газоснабжения городов в основном применяют природный газ, поскольку он обладает большой удельной теплотой сгорания, сравнительно дешев и легко транспортируется по трубопроводам на большие расстояния. Природный газ бывает трех видов: из газовых месторождении, выделяемый из скважин нефтяных месторождений (попутный газ) и добываемый из газоконденсатных месторождений (смесь сухого газа и паров тяжелых углеводородов). Газ в городах в основном потребляется на следующие нужды:
как химическое сырье в промышленности;
для отопления, вентиляции, кондиционирования здании;
для приготовления пищи и горячего водоснабжения;
для энергообеспечения технологических процессов объектов коммунально-бытового назначения.
Система газоснабжения городов и поселков на природном газе базируется на единой газоснабжающей системе, заложенной еще в СССР. К городам газ поступает по магистральным газопроводам, как правило, по трубам диаметром 1220 и 1420 мм и под давлением 5,5-6 МПа. На вводе в город устраивается газораспределительная станция (ГРС), а если газовое хозяйство населенного пункта незначительно, то вместо ГРС устраивается контрольно-регулировочный пункт (КРП). На ГРС (КРП) газ очищается от механических взвесей, при необходимости одорируется, его давление снижается до требуемого для системы газоснабжения города, поселка.
Городские газовые сети по уровню максимального рабочего давления разделяют на системы низкого – до 5 кПа, среднего 5-300 кПа и высокого – 300-1200 кПа. Газопроводы низкого давления используют для подачи газа в жилые и общественные здания, мелкие коммунальные и промышленные объекты. Газопроводы среднего и высокого давления обеспечивают крупные промышленные предприятия, ТЭЦ, отдельные котельные, а также питают газовые сети низкого и среднего давления.
Связь между газопроводами разных давлений, а также питание крупных потребителей осуществляются через газорегуляторные пункты (ГРГТ). Чем крупнее город, тем более сложна сеть газораспределения. Она оснащена множеством ГРП двух-, трех- и многоступенчатых – для объединения газопроводов всех применяемых в городе давлений.
По схеме построения городских распределительных газовых сетей различают: тупиковые, кольцевые и смешанные. Надежность кольцевых схем значительно выше, к тому же в этом случае проще организовывать проведение ремонтов и реконструктивные мероприятия.
Независимо от расчетного давления газопроводы прокладывают, как правило под улицами и дорогами достаточной ширины и с малой интенсивностью движения. Трассу газопроводов проектируют по границам кварталов. ГРП стараются размещать в центре нагрузок. Это необходимо для сокращения расстояния от потребителей до источника питания. Аналогичными принципами руководствуются при выборе количества и мест размещения ГРС на подходах к городу.
Газопроводы высокого и среднего давления укладывают в отдельные траншеи, глубину заложения принимают 0,8-1 м от дневной поверхности до верха трубы, если транспортируется осушенный газ. Если же газ влажный, то трубы необходимо укладывать ниже глубины промерзания и с уклоном не менее 0,002 %. в сторону конденсатосборников.
Газопроводы низкого давления допускается прокладывать в коллекторах совместно с другими инженерными коммуникациями.
Для газопроводов в основном применяют сварные прямошовные или спирально-шовные трубы. Их обязательно защищают от коррозии, в том числе и от блуждающих электрических токов. Снижение затрат на коррозийную защиту дает применение неметаллических труб (асбестоцементных, полиэтиленовых, винипластовых).
Основное требование к газовым сетям в городах – высокая герметичность, поскольку утечка газа может ^привести к взрывам, пожарам, разрушениям.
Современные методы ремонта газовых труб аналогичны изложенным (см. анализ систем теплоснабжения, рассмотренный выше).
Реконструктивные мероприятия на газораспределительной сети сводятся в основном к обеспечению постоянного давления у потребителей, надежности снабжения, возможности проводить работы на сети без отключения потребителей.
Для малых городов, рабочих поселков и сельских населенных пунктов из-за низкой плотности газопотребления сооружение распределительных систем природного газа сказывается неэкономично. В этих случаях применяют системы газоснабжения на сжиженном газе. В качестве сжиженного газа используют пропан, бутан и их смеси. Снабжение газом потребителей организуют с помощью баллонов пли групповых резервуарных установок.
Электроснабжение. На современном этапе развитие энергетики городов характеризуется опережающим ростом электропотребления по сравнению с другими видами топливо-энергетических ресурсов. В городах и сельской местности отмечается практически стопроцентный охват электроснабжением сооружений и объемов.
На большей части территории страны создана единая структурно и технологически взаимосвязанная система, обеспечивающая надежное и бесперебойное электроснабжение городов и населенных пунктов.
К городским электрическим сетям и сооружениям относят:
электроснабжающие сети напряжением 110 (35) кВ и выше, включая кольцевые сети с понижающими подстанциями, линиями и подстанциями глубоких вводов;
распределительные сети напряжением 10 (6)-20 кВ, включая трансформаторные подстанции (ТП) и линии, соединяющие центры питания (ЦП) с ТП, а также ТП между собой и вводы к потребителям;
распределительные сети напряжением до 1000 В;
При наличии промежуточного элемента – распределительного пункта (РП) в состав распределительной сети напряжением 10(6)-20 кВ входят также РП и питающие линии, соединяющие РП с: ЦП и ТП.
Сети различаются по роду тока – переменный и постоянный, по величине напряжения – низковольтные до 1000 В и высоковольтные – более до 1000 В.
В городских системах электроснабжения используют переменный трехфазный ток частотой 50 Гц. Электрические сети выполняют в виде воздушных линий электропередач (ЛЭП) и кабельных прокладок.
В настоящее время в черте города воздушные ЛЭП высокого напряжения, постепенно переустраиваются на кабельные, поскольку площадь, занимаемая ЛЭП, практически не используется для городских нужд.
Для низковольтных распределительных сетей воздушные линии используются в районах малоэтажной застройки, в сельской местности, а также в качестве внутриквартальных осветительных сетей.
Большинство низковольтных и высоковольтных распределительных сетей в городах выполняют подземной прокладкой кабельных линий. Их прокладывают преимущественно под тротуарами или газонами в земляных траншеях с глубиной заложения 0,7 м. Располагают кабели в следующей последовательности (от застройки): 1) кабель распределительной сети напряжением до 1000 В; 2) кабель распределительной сети напряжением более 1000 В; 3) кабель питающей линии напряжением более 1000 В.
При пересечении улиц и дорог кабели помещают в асбестоцементные или бетонные трубы, глубину заложения принимают не менее 1 м.
При выводе из подстанций большого количества кабелей их прокладывают в отдельных каналах, тоннелях (коллекторах) или совмещают с другими инженерными сетями.
Все городские потребители электроэнергии (электроприемники) по требованиям надежности электроснабжения делят на три категории:
I категория – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, нарушение функционирования важных элементов городского хозяйства, повреждение уникального оборудования. Потребители, относящиеся к I категории, имеют два независимых источника электропитания и систему автоматического включения резервного питания.
II категория – электроприемники, для которых допустим перерыв в электроснабжении на время включения резервного питания, производимого выездной бригадой. Питание электроприемников II категории возможно от одного источника (трансформатора) по одной воздушной линии напряжением 0,4 – 20 кВ, или кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелем, имеющих самостоятельные разъединители.
III категория – электроприемники с допустимым перерывов в электроснабжении на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, но не более чем на одни сутки.
Сложность выбора и обоснования схемы электроснабжения городских территорий обусловлена наличием на них потребителей всех трех категорий.
Повышение этажности домов, рост благоустройства и инженерного обеспечения ведут к непрерывному увеличению электрических нагрузок и доли потребителей I и II категорий.
В городах создают сложные системы электроснабжения, обслуживающие всех потребителей, независимо от их ведомственной принадлежности. Основное направление в обслуживании потребителей электроэнергией – обеспечение надежности и бесперебойности питания, с заданными характеристиками по частоте и напряжению тока.
Современные электрические приборы (компьютеры, телевизоры и др.) очень чувствительны к колебанию напряжения в сети. Даже при работе ламп накаливания снижение напряжения на 5 % уменьшает световой поток на 20 %, а повышение напряжения на те же 5% несколько увеличит светоотдачу, но в 2,5 раза сократит срок службы.
Города являются основными потребителями электроэнергии. С ростом инженерного оборудования городов, благоустройства, развитием электрических видов транспорта, освещения и рекламы резко возрастает потребление электроэнергии на коммунально-бытовые нужды. С увеличением населения количество энергоемких токоприемников: кондиционеров, камер глубоко замораживания, посудомоечных и стиральных машин, электроплит и других электроприборов потребление электроэнергии в жилых домах достигнет более 2000 кВ-ч на квартиру в год.
Для возможности взаимосвязи отдельных частей электрической системы города с различным напряжением служат понизительные и повысительные трансформаторные подстанции.
Понизительные подстанции служат для распределения электроэнергии, получаемой из электросистем или зависимости от их положения в системе электроснабжения, формируют первичное напряжение 110 (35) кВ во вторичное 10 (6) кВТ (связь между районной электросистемой и городскими электрическими сетями). На ТП общего назначения электроэнергия трансформируется с напряжения 10 (6) кВ на напряжение 0,4 (0,23) кВ, которое непосредственно получают мелкие потребители в городе. Для электроснабжения отдельных крупных потребителей применяют ТП с трансформацией напряжения 10 (6) кВ на 0 63 (0,4) кВ.
Повысительные трансформаторные подстанции применяют для повышения напряжения вырабатываемой на электростанциях электроэнергии перед передачей ее в районную энергосистему.
Использование в городских электрических системах трансформаторных подстанций различного назначения позволяет оптимизировать схемы электроснабжения, сократить потери при передаче электроэнергии, а также минимизировать затраты на строительство и эксплуатацию систем электроснабжения в городах.
Основным напряжением для распределительных сетей общего пользования в городах является 380/220 В. Питание этих сетей осуществляется в районах новой застройки только от распределительной сети напряжением 10 к В.
Система сбора и переработки твердых бытовых отходов имеет первостепенное значение для экологии городов. При реконструкции жилых территорий серьезной проблемой является обеспечение высокого уровня их санитарного благоустройства. В городах не менее важна защита от загрязнения почв, открытых водоемов и подземных вод, что имеет место в местах складирования отходов.
Виды, загрязнений можно разделить на жидкие газообразные и твердые. В данном параграфе рассмотрены основные вопросы очистки городов от твердых бытовых отходов (ТБО), поскольку они в наибольшей степени влияют на планировочно-градостроительные решения при реконструкции. Кроме того, объем этих отходов весьма велик. В нашей стране ежегодно образуется в среднем 300-400 кг на каждого жителя, включая детей и стариков.
К ТБО относится мусор из жилых и общественных зданий, строительный мусор и отходы промышленных коммунальных предприятий, отходы торговых учреждений и предприятий общественного питания, снег, лед.
При неправильном и несвоевременном удалении и обеззараживании этих отходов может быть нанесен значительный урон состоянию окружающей среды.
На технологию сбора, утилизации и обеззараживания ТБО влияет множество факторов, основными из которых являются:
состав ТБО, их физико-механические свойства, химические и микробиологические характеристики;
климатические и природные условия, наличие свободных территорий, их удаленность, гидрогеологические характеристики территории возможного захоронения ТБО и др.;
общий уровень развития производительных сил и технологий мусоропереработки и утилизации.
По морфологическому признаку ТБО подразделяют на следующие компоненты – пищевые отходы, кости и кожу, бумагу, картон и текстиль, стекло и камни, дерево, черные и цветные металлы, прочие неклассифицированные части, садовые отходы и отсев диаметром менее 15 мм. Процентное соотношение этих компонентов в составе ТБО различается по сезонам года, климатическим зонам, способам организации сбора в городе утильной бумаги, пищевых отходов, стеклотары, крупногабаритных отходов (старой мебели, холодильников, стиральных машин, крупной упаковочной тары и т.д.).
Важным показателем физических свойств ТБО является плотность Значение плотности меняется по сезонам года и в среднем для городов составляет 0,19-0,23 т/м3.
ТБО обладают механической (структурной) связностью за счет волокнистых компонентов (текстиль, резина, проволока, полимерные материалы), слипаемостью, слеживаемостью при длительной недвижимости, абразивностью за счет наличия твердых фракций (фарфор, стекло, керамика и др.).
При уплотнении до 0,3-0,5 МПа объем ТБО уменьшается в 5-8 раз, плотность возрастает до 0,8-1,0 т/м3. При повышении давления до 10-20 МПа выделяется до 80 % воды, содержащейся в ТБО. Их объем снижается еще в 2-2,5 раза, а плотность возрастает до 1,5-1,7 т/м3. Дальнейшее повышение давления не дает заметных изменений объема и плотности.
Большое влияние на выбор методов переработки ТБО и качество получаемого в результате вторичного продукта имеет химический состав ТБО. Для получения полноценного компоста и биотоплива необходимо, чтобы в ТБО содержалось не менее 25 % органических веществ, оптимальная влажность общей массы ТБО должна быть 40-69 %. Наличие азота – 0 9-1 9 серы – 0,2-0 3, кальция – 2-3, фосфора 0,5-0,8, калия 0,5-1,0 (в % от сухой массы).
В отечественной и мировой практике широкое распространение получили следующие методы обработки ТБО: открытые и закрытые свалки с организацией контроля, компостирование, прессовка, пиролиз, сжигание, комплексная переработка ТБО на мусороперерабатывающих заводах.
Процесс обработки ТБО начинается с организации сбора, накопления на территориях жилых районов и последующего удаления ТБО за пределы жилых районов. Встречаются два способа сбора ТБО. Первый способ подразумевает наличие единой емкости для всех видов ТБО, при втором происходит раздельный сбор ТБО в разные емкости. Организация сбора ТБО по второму способу дает возможность собрать отдельно, например, пищевые отходы, или стекло и стекольный бой. Однако система раздельного сбора требует сознательного отношения граждан и наличия специальных транспортный средств для раздельного вывоза ТБО.
Для удаления ТБО из квартир многоэтажных зданий используют мусоропроводы. Сегодня в основном применяется посекционная схема сбора ТБО из мусоропроводов. К площадкам погрузки в мусоровозы мусор транспортируют вручную по тротуарам или внутриквартальным подземным тоннелям.
При реконструкции и строительстве многоэтажных зданий следует предусматривать возможность горизонтальной транспортировки ТБО в единую для всего здания мусорокамеру. Это позволит обеспечить лучшие санитарные условия временного хранения и удаления ТБО.
В учреждениях, где необходима дезинфекция мусора, мусоропроводы оборудуют специальным устройством для сжигания. При этом объем мусора сокращается в 3-4 раза, но возрастает экологическое загрязнение среды и, расходы на оборудование мусоросжигательных печей.
Вывоз ТБО с территорий жилых районов осуществляется мусоровозами навалом, либо мусоровозами со сменными контейнерами. Второй способ имеет ряд преимуществ повышение производительности машин контейнеровозов, а также улучшение санитарного состояния дворов.
В ряде случаев предлагается система так называемого мокрого удаления мусора. Это может быть установка мельницы-мусородробилки под выходной патрубок мусоропровода, дробящей мусор с небольшим добавлением воды. Полученная смесь перекачивается в специальный сборник, откуда загружается мусоровоз Процесс идет без применения ручного труда, что значительно повышает санитарное состояние мест загрузки. Иногда систему удаления мусора объединяют с хозяйственно-фекальной канализацией. ТБО в этом случае предварительно дробят и разбавляют водой.
Дробление мусора можно организовать в квартирных мусородробилках, либо в мусородробилках на территории жилого квартала, микрорайона. В этом случае мусор собирают из домов всего микрорайона.
Вместо воды в качестве среды для перемещения измельченных ТБО применяют избыточное давление воздуха или вакуум, однако эксплуатация оказалась довольно сложной и дорогой.
Наибольшее распространение получил метод вывоза ТБО мусоровозами к местам его обезвреживания, либо к мусороперегрузочным станциям. На этих станциях мусор дробится и прессуется. Мусоровозами большой вместимости он доставляется к местам утилизации и обезвреживания.
Последним этапом санитарной очистки санитарной очистки городов является обезвреживание ТБО. Самым распространенным методом обработки ТБО до недавнего времени были открытые свалки. Метод совершенно недопустимый, так как ведет к загрязнению окружающей среды и изъятию из градостроительного оборота значительных территорий. По нормам хозяйственное их освоение возможно не ранее 10–15 лет.
Более эффективным является использование закрытых свалок с организацией контроля, поскольку возможно самовозгорание ТБО. Привезенный на свалку мусор укладывают слоем не более 2 м и покрывают сверху и по откосам водонепроницаемым слоем глинистого грунта 0,25-0,35 м. Это снижает риск загрязнения грунтовых вод.
Прогрессивный способ использования территорий для свалок ТБО предложен во Франции. Вместимость полигонов увеличивается за счет уплотнения ТБО тяжелыми катками. Высота уплотненного слоя составляет 1,5-2,0 м, плотность около 1000 кг/м3.
Слои
покрывают грунтом толщиной 10-30 см, общая
высота складирования ТБО может достигать
20 м. В толще ТБО образуется «биогаз»
(50-55% метана, 40-45% углекислого газа и около
5% азота). Каждая тонна складируемых ТБО
выделяет до 200 м3
газа, который отводится системой
горизонтально уложенных труб. Газ
используют для выработки тепловой и
электрической энергии.
Можно отметить, что свалки, не являются эффективным решением обезвреживания ТБО. На смену этому, довольно распространенному методу постепенно приходят новые, основанные на передовых технологиях.
Компостирование – биохимический процесс обеззараживания ТБО, позволяющий получать компост и биотопливо. Наиболее интенсивно процесс идет при влажности ТБО – 40-60% и при содержании в нем не менее 25% органических веществ. Для увеличения органической составляющей в ТБО можно добавлять растительные остатки. В малых и средних городах в среднем на одного жителя в год приходится 0,2-0,4 м3 отходов зеленых насаждений, образующихся при обрезке деревьев и кустарников, сборе опавших листьев. Раньше их вывозили на свалку или просто сжигали. Однако при наличии довольно простого оборудования для транспортировки и измельчения отходы зеленых насаждений представляют ценное сырье для получения компоста.
Метод компостирования применяют в различных вариантах в открытых штабелях на специально отведенных территориях, бескамерным способом с принудительной аэрацией и в биотермических камерах. Во всех случаях полученный материал должен освобождаться от балластных примесей (камней, стекла, пластмассы и т. д.).
Прессовка – дробленный материал, разбавленный водой, подвергают давлению в 80 МПа. Получаемый материал имеет плотность 1900 кг/м3 и может использоваться для строительства дорог. При этом жидкая часть подвергается компостированию.
Пиролиз – нагревание до 600-800°С ТБО без доступа кислорода – обеспечивает высокоэффективное обезвреживание отходов. Допускает их использование в качестве топлива и сырья для химической промышленности, что сокращает выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду.
Сжигание применяют в условиях повышенных санитарных требований к ТБО, а также при содержании в ТБО менее 25 % активного органического вещества, отсутствии потребности в компосте и биотопливе.
На мусоросжигательных заводах получают тепло, пар, шлак и золу. Пар и тепло используют для выработки электроэнергии и теплоэнергии, золу – в качестве удобрения, а шлак как строительный материал. Недостатком данного метода является загрязнение окружающей среды за счет содержания синтетических продуктов в ТБО, которые при термическом разложении выделяют токсичные газы, а при сгорании – углеводороды и другие газообразные продукты. Шлак тоже является потенциальным загрязнителем грунтовых вод и почвы, т.к. содержит растворимые в воде минеральные и органические вещества.
Непрерывно возрастающие требования к охране окружающей среды, а также поиск возможностей получения вторичного сырья привели к разработке новых систем. Например системы комплексной утилизации, переработки и обезвреживания ТБО, организуемых на мусороперерабатывающих заводах. Технологическая схема завода включает линии сортировки ТБО; переработки на удобрения органической части; чистки, мойки, сушки утилизируемых компонентов ТБО (металл, стекло, резина и т.д.) и сжигания неутилизируемых остатков.
Сегодня в мире существует множеств технологий сортировки ТБО с последующей утилизацией получаемого сырья. Основное внимание уделяется разработке безотходных технологий переработки ТБО с минимально вредным воздействием на окружающую среду.
Однако нужно отметить, что утилизация TБО начинается с квартиры, жилого дома, квартала, микрорайона. Хорошо организованный раздельный сбор бумаги, стекла, пластмасс, металла и органических остатков позволил бы с наименьшими затратами сократить потребность производства в новых материалах за счет использования вторичных ресурсов.
Организационно-экономические аспекты реконструкции инженерных систем в новых социально-экономических условиях становятся особенно актуальными. Значительные изменения функциональных характеристик реконструируемых территории требуют адекватного изменения количественных и качественных параметров системы инженерного обеспечения реконструируемой застройки. Возникает проблема оптимизации градостроительного преобразования территории во взаимоувязке с развитием инженерных систем жизнеобеспечения.
Инженерная инфраструктура должна быть подвергнута реконструкции с учетом ранее созданного потенциала. Распределительную квартальную сеть с соответствующими сооружениями, магистральные сети и головные сооружения нужно сохранять, а при необходимости и развивать.
Города в течение длительного периода создавали инженерную инфраструктуру. Она была рассчитана на обеспечение функционирующих городских объектов. Как правило, имеются и резервы инженерных ресурсов, необходимые для нового строительства. Однако в градостроительном процессе появился собственник, заинтересованный только в обеспечении «своего» объекта, подключении его к существующим инженерным системам.
Естественно, что городские власти заинтересованы в том, чтобы была продолжена практика развития инженерной инфраструктуры, может быть даже опережающего. Также закономерно часть расходов переложить на нетрадиционного застройщика – собственника или арендатора. Он должен компенсировать следующие затраты:
на развитие головных сетей и сооружений пропорционально используемой им части ресурсов;
на развитие распределительной сети и инженерных сооружении на них (ТП, ЦТП и др.) для возможности подключения объекта к городским инженерным коммуникациям;
на содержание эксплуатационных служб и возмещения расходов в зависимости от величины потребляемого ресурса.
В условиях реконструкции или строительства на освоенных территориях часто возникает еще один вид затрат – на вынос существующих инженерных сетей из застраиваемой площадки. При этом предполагают, что инженерные сети непосредственно от объекта до распределительных сетей и сооружений на них входят в состав строительной сметы объекта.
На практике определение сумм оплаты за возможность подключения к инженерным системам города довольно затруднительно. Кроме того, градостроительных ситуации инвестор застройщик вообще отказывается от некоторых наиболее дорогостоящих видов инженерного обеспечения.
В последнее время широкое распространение получают индивидуальные котельные для многоэтажных жилых и общественных зданий, выработка электроэнергии на автономных установках, использование воды индивидуальных артезианских скважин (часто только для хозяйственных нужд, а питьевую воду привозят в специальных емкостях) и т.д. Начинают по-настоящему работать рыночные механизмы в сфере инженерного обеспечения объектов.
В условиях дефицита городского бюджета на содержание жилищно-коммунального хозяйства городские власти разрабатывают различные механизмы привлечения средств застройщиков для развития и реконструкции системы инженерного обеспечения.
Однако за прошедшее время практика работы показала, что инвесторы-застройщики крайне отрицательно относятся к этому порядку, так как фактически не создано механизма, обеспечивающего подключение объектов строительства (реконструкции) к городским инженерным коммуникациям в сроки, необходимые инвестору. Кроме того, не было методических обоснований: ни размера суммы – 100$ США за 1 м2, ни ее распределения между видами инженерного обеспечения.
Важно отметить, что идет планомерный поиск рыночных механизмов формирования внебюджетных средств на развитие и реконструкцию инженерных сетей и сооружений. При этом необходимо учитывать, что доля инженерных ресурсов инвесторов-застройщиков в общем объеме инженерного обеспечения города сегодня невелика. Потребуется довольно длительный период, когда будет проведена реформа в жилищно-коммунальном секторе, у большинства потребителей инженерных ресурсов появится реальная возможность оплачивать предоставляемые услуги. Это позволит создать действенный механизм реконструкции инженерных сетей и сооружений, экономической эффективности внедрения передовых технологий и мероприятий по ресурсосбережению.