Учебное пособие 1322
.pdfФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный технический университет»
Кафедра жилищно-коммунального хозяйства
34-2017
ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ
Методические указания
для студентов 1-го курса направления 08.03.01 «Строительство»,
(профиль «Теплогазоснабжение и вентиляция»)
Воронеж 2017
УДК 697(07)
ББК 38я73
Составители: Р.А. Шепс, А.В. Шашин
Введение в специальность: методические указания ля студентов 1 курса направления 08.03.01 «Строительство» (профиль «Теплогазоснабжение и вентиляция») / сост.: Р.А. Шепс, А.В. Шашин. – Воронеж : ВГТУ, 2017. – 46 с.
Методические указания содержит рекомендации по выполнению практических заданий по изучаемой дисциплине, а также основные теоретические сведения, необходимые для усвоения изучаемой дисциплины.
Издание направлено на освоение основных компетенций изучаемой дисциплины и получения первичных представлений о строительстве. В работе рассматриваются основные понятия о микроклимате, отоплении, вентиляции, теплоснабжении и газоснабжении, приведены основные термины и понятия, а также собраны практические задачи для лучшего освоения изученного.
Предлагаемые методические указания способствуют развитию у студентов как общекультурных, так и профессиональных компетенций. Применяя предлагаемые рекомендации, преподаватель и студенты имеют возможность работать в разных режимах (индивидуальном или групповом) с использованием инновационных методов обучения, ориентированных на закрепление изученного материала.
Ил. 9. Табл. 4. Библиогр: 3 назв.
УДК 697(07)
ББК 38я73
Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом ВГТУ
Рецензент: - О.А. Сотникова, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Проектирование зданий и сооружений»
© Оформление. ВГТУ, 2017
Введение
Дисциплина «Введение в специальность» предназначена для ознакомления студентов с особенностями обучения в ВУЗе, с учебным планом специальности ТВ, с общими представлениями о теплогазоснабжении и вентиляции и их роли в жизни людей, с историей развития этой отрасли в мире и России, с кратким содержанием основных разделов и изучаемых дисциплин по специальности.
Методические указания направлены на освоение основных компетенций изучаемой дисциплины и получения первичных представлений о строительстве. В работе рассматриваются основные понятия о микроклимате, отоплении, вентиляции, теплоснабжении и газоснабжении, приводятся основные термины
ипонятия, а также собраны практические задачи для лучшего освоения изученного.
На основе изучаемой дисциплины формируется представление студента об этапах развития строительной науки, о видах используемых энергетических ресурсов и особенностях их применения. Целями освоения дисциплины является знакомство студентов с основными задачами теплогазоснабжения и вентиляции
иих ролью в развитии строительства, промышленности и ЖКХ.
1. История развития специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция»
Системы теплогазоснабжения и вентиляции сейчас являются непременными элементами жилых, общественных и производственных зданий. Эти системы прошли долгий путь развития от костра, который первобытные люди применяли для обогрева жилищ и приготовления пищи до современных систем кондиционирования, которые автоматически поддерживают заданный микроклимат (температуру, влажность, чистоту воздуха) в помещениях различного назначения.
Еще несколько столетий назад появились эффективные отопительные печи. Они достигли высокого совершенства для своего времени в отношении рационального использования топлива, а также по своему внешнему оформлению. Печи, устанавливаемые во дворцах и богатых домах, обложенные художественно выполненными изразцами, часто являлись подлинными произведениями искусства.
В России из-за довольно сурового климата на большей части страны вопросам отопления всегда приходилось уделять большое внимание.
Сравним средние температуры января, наиболее холодного месяца в Северном полушарии: Москва - 10,2 °С, Стокгольм -3,0 °С, Нью-Йорк - 0,8 °С, Берлин - 3,0 °С, Вашингтон +1,0 °С, Париж +3,4 °С, Лондон +5,3 °С.
Расчетные температуры соответствующих отапливаемых помещений в названных городах примерно одинаковы, но средняя наружная температура в Москве существенно ниже, чем в этих городах. Большей является и разность внут-
ренней и наружной температур (температурный перепад). Поэтому расход теплоты на отопление и вентиляцию зданий в Москве больше: по сравнению с Лондоном - в 2,2 раза, Парижем - в 1,8 раза, Нью-Йорком, Берлином и Вашингтоном - в 1,6-1,65 раза, Стокгольмом - в 1,35 раза.
В Москве больше продолжительность отопительного периода. Следовательно, годовой расход теплоты в Москве будет значительно выше, чем в городах Западной Европы и США.
В странах Южной Европы, Африки, Южной Америки, Южной Азии климат еще теплее. В ряде стран здания не отапливаются. Лишь в большей части Канады климатические условия близки к российским. Однако население Канады в несколько раз меньше населения России, и ее крупные города расположены в южной части страны.
Из приведенных данных видно, какую важную роль в России играют отопление и теплоснабжение. На теплоснабжение в России расходуется около 30 % добываемого топлива.
Большая часть территории России находится в зоне континентального климата. Летом наблюдаются высокие температуры наружного воздуха. Воздух помещений приходится охлаждать для поддержания комфортных условий. Это требует значительного расхода электрической энергии.
На основании многолетнего народного опыта была создана русская печь. Она сочетает в себе эффективное отопительное устройство, очаг для приготовления пищи и теплую постель (лежанку). Еще совсем недавно в стране были десятки миллионов русских печей.
Системы водяного и парового отопления появились в конце 18, начале 19 вв. В 1816 г. в Петербурге была применена система парового отопле-
ния теплиц. Первые установки водяного отопления в России осуществил в 1834 г. член-корреспондент Академии наук П.Г. Соболевский. В конце 19 в. в Петербурге и Москве многие крупные здания строились с системами центрального водяного отопления.
Следует отметить систему водяного отопления квартиры от кухонного очага, которую выполнил в 1875 г. инженера К.А. Лешевич.
Системы водяного отопления с насосным побуждением стали применять с начала 20 в.. Впервые такая система была осуществлена в России в 1909 г. инженером. Н.П. Мельниковым.
В 1905 г. русский инженер В.К. Яхимович осуществил первые системы лучисто-панельного отопления. Трубы, по которым проходил теплоноситель - пар или вода, заделывались в строительные ограждения - потолок, стены или пол.
Первые установки для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии (теплофикация) были осуществлены в Одесской окружной и в Петербургской детской больницах. Первая городская система теплофикации была построена по проекту и под руководством проф. В.В. Дмитриева и инж. Л.Л. Гинтера в Ленинграде в 1924 г., на 3-й Ленинградской электростанции. В
2
дальнейшем теплоснабжение на основе теплофикации или с использованием районных (или групповых) котельных получило широкое распространение.
По имеющимся данным в нашей стране проложено около 260 тыс. км тепловых сетей.
В1944-1946 гг. в СССР были открыты богатые месторождения газа. Началось интенсивное развитие газоснабжения. Природный газ стал широко применяться в быту и на производстве. Ранее в крупных городах в ограниченных масштабах использовали лишь газ, полученный путем переработки твердого топлива.
Впоследующие десятилетия в городах были газифицированы тысячи домов. Природный газ от места добычи передается по трубам на сотни и тысячи километров. Газификация жилых домов создает значительные удобства.
Сейчас большая часть металла, цемента, минеральных удобрений производится с применением газа. В стране газифицировано 30 млн. квартир, газом пользуются жители 85 тыс. сельских населенных пунктов. До Великой Отечественной войны в Москве было газифицировано лишь 62,3 тыс. квартир, в Ленинграде - 25 тыс.
Вентиляционная техника зарождается во второй половине 18 в. со времени появления первых отраслей промышленности, предприятия которых нуждались в проветривании (горячие цеха, горные разработки и др.).
К проблемам вентиляции прямое отношение имела работа М.В. Ломоносова «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном».
Внастоящее время без систем вентиляции не может работать ни одно предприятие. Широко применяются эти системы также в общественных и жилых зданиях. Согласно действующему законодательству, устройство эффективной вентиляции обязательно во всех вновь сооружаемых фабриках и заводах.
Внаше время применением систем отопления и вентиляции нельзя ограничиться во многих производственных зданиях. Появляется все больше технологических процессов, требующих для своего проведения строго определенного микроклимата (температуры, влажности, а также чистоты воздуха), которое обеспечивают системы кондиционирования (технологическое кондиционирование). Кондиционирование воздуха осуществляют также в общественных зданиях для улучшения самочувствия людей, лучшей сохранности исторических и культурных ценностей (комфортное кондиционирование).
Во многих случаях требования к обеспечению параметров воздуха весьма жесткие и требуют применения автоматического регулирования работы систем. Область применения кондиционирования воздуха постоянно расширяется. Кондиционирование воздуха впервые стали применять в США на текстильных фабриках в 1906 г. В том же году была предложена камера для орошения воздуха.
ВРоссии первые системы, предусматривающие регулирование параметров воздуха, появились в начале 20 в. Одной из них было оснащено здание архива Государственного Совета, другой - здание Эрмитажа.
3
Производство кондиционеров и другого оборудования для систем кондиционирования было организовано у нас в начале 50-х годов 20 в. Тогда же появилась возможность широко применять системы кондиционирования.
В недалеком будущем для снабжения теплотой и электроэнергией систем теплогазоснабжения и вентиляции будут широко использоваться альтернативные источники. К ним относятся геотермальные воды, теплота твердого подземного массива (уже применяется в Японии), солнечная энергия, энергия ветра, биоэнергетические ресурсы, водородная энергетика. Использование этих источников, в отличие от сжигания твердого топлива, не влечет за собой загрязнения атмосферы.
По вопросам ТГС и В сейчас имеется обширная литература. Создавалась она сравнительно недавно - со второй половины 19 в., со времени широкого развития систем.
Первый учебник по отоплению и вентиляции был написан С.Я. Лукашевичем в 1880 г. Он предназначался для строительных училищ. В послереволюционный период, в 1924 г., вышел в свет курс «Отопление и вентиляция» в 2-х частях В.М. Чаплина, предназначенный в качестве учебника для высшей школы.
В последующий период были изданы курсы «Отопление и вентиляция» для специальности ТГС и В. Их авторами являются: Б.М. Аше, ч. 1,1939; Б.М. Аше и Г.А. Максимов, 1940; Г.А. Максимов и А.И. Орлов, ч.1, 1948; Г.А. Максимов, 1966; группа преподавателей МИСИ под руководством П.Н. Каменева, 1964, 1975; группа преподавателей МИСИ под руководством В.Н. Богословского, 1976. Издана также учебная литература по теплоснабжению: Е.Я. Соколов. Теплофикация и тепловые сети. 1982, А.А. Ионин. Б.М. Хлыбов и др. Теплоснаб-
жение. 1982.
В 60-х годах 19 в. в Петербурге были введены в действие установки при- точно-вытяжной вентиляции в Зимнем дворце, а также в ряде общественных зданий.
Однако в целом современные системы отопления и вентиляции не получили в дореволюционной России широкого применения. В начале 20 в. в России насчитывалось лишь около 200 вентиляционных установок на фабриках и заводах.
Большое значение в развитии вентиляционной техники имело изобретение вентилятора в начале 19 в. Его авторами являются английский инженер Вестингауз и русский инженер А.А. Саблуков.
Значительную роль в развитии вентиляционной науки и техники сыграли специализированные лаборатории промышленной вентиляции институтов охраны труда, организованных в конце 20-х - начале 30-х годов прошлого века в городах: Москва, Ленинград, Свердловск, Тбилиси, Горький.
Создание этих институтов и лабораторий связано с индустриализацией страны, которая происходила в этот период, необходимостью расширения в связи с этим работ в области охраны труда, важнейшим элементом которой является промышленная вентиляция.
4
В 40-х годах стали работать лаборатории отопления и вентиляции в Центральном научно-исследовательском институте промышленных сооружений (ЦНИИПС) и Институте строительной техники Академии архитектуры СССР. После войны был создан Всесоюзный научноисследовательский институт са- нитарно-технического оборудования (ВНИИСТО). В середине 50-х годов - На- учно-исследовательский институт санитарной техники Академии строительства и архитектуры СССР. В него вошел ВНИИСТО.
Ряд ученых был упомянут выше в качестве авторов основных курсов по отоплению и вентиляции. Необходимо назвать имена и других ученых, известных своими исследованиями и разработками в области ТГС и В.
Теоретическими вопросами промышленной вентиляции, в частности, исследованиями воздушных струй, занимались Г.Н. Абрамович, В.В. Батурин, М.Ф. Бромлей, И.А. Шепелев. В.В. Батурину принадлежит широко известный капитальный труд «Основы промышленной вентиляции». Книга впервые была издана в 1956 г., выдержала ряд изданий, последнее - в 1990 г.
Известен своими работами в области централизованного теплоснабжения проф. С.Ф. Копьев, его столетний юбилей был отмечен в 2003 г. В системах вентиляции важная роль принадлежит устройствам для очистки воздуха от пыли и других вредных примесей. За последние десятилетия техника очистки воздуха прошла большой путь развития. Современные устройства позволяют очищать воздух практически от любых загрязнений.
2. История кафедры «Жилищно-коммунального хозяйства»
Кафедра жилищно-коммунального хозяйства была создана в 1962 году и называлась кафедрой «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция». Первым заведующим кафедрой был к.т.н., доцент Симаков Борис Дмитриевич, который заведовал кафедрой с 1962 по 1971 годы. Профессорско-преподаватель- ский состав кафедры того времени: к.т.н., доцент Гревцов Г.Я., к.т.н., доцент Тамарин М.Д., доцент Щереберкин П.С., доцент Дольник А.М., доцент Зайко С.А., доцент Шкляров С.С., старший преподаватель Альева Н.Г., ассистент Редькина Л.И., Кукоба Н.П., Насонова Т.Г.
В 1969 году кафедра была разделена на кафедры «Теплотехника» и «Теплогазоснабжение и вентиляция». На кафедре в 1965 году была открыта аспирантура. Руководил аспирантами заведующий кафедрой, к.т.н., доцент Симаков Б.Д. Первыми аспирантами были Сазонов Э.В., Новосельцев Б.П., Полосин И.И., Самодуров В.М., Гительман Е.Б. В 1965 году на кафедру были, приняты ассистентами Полянина Э.Д. и Кострикина Н.Д., а позднее к.т.н., доцент Зазымкин С.И.
С 1971 по 1972 год заведующим кафедрой стал к.т.н., доцент Зазымкин С.И. С 1972 по 1985 год заведовал кафедрой к.т.н., доцент Сазонов Э.В., а с 1985 по настоящее время заведующим кафедрой работает член-корр. Междуна-
5
родной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, д.т.н., профессор Полосин Иван Иванович
В 1974 году дисциплины «Теплоснабжение» и «Газоснабжение» были переданы на кафедру «Теплотехника» и кафедра стала называться кафедрой «Отопление и вентиляция».
Учитывая острую потребность специалистов для городского строительства и хозяйства, государственный комитет Российской федерации по высшему образованию разрешил Воронежской государственной архитектурностроительной академии введение образовательной деятельности по специальности 290500 городское строительство и хозяйство (ГСХ). Для организации учебного процесса в академии в марте 1997 года создана кафедра Городского строительства и хозяйства, руководителем которой является доктор технических наук, профессор, действительных член Петровской академии наук и искусств Э.В.Сазонов.
В 2014 году кафедру «Отопления и вентиляции» в связи с современными тенденциями строительной отрасли переименовывают в кафедру «Жилищнокоммунального хозяйства». Чуть позже, в 2015 году кафедру «Городского строительства и хозяйства» присоединяется к кафедре «Жилищно-коммунального хозяйства» образуя наиболее перспективную и активно развивающуюся кафедру Воронежского ГАСУ. Руководителем объединенной кафедры становится Полосин И.И.
Наибольший вклад на начальном этапе развития учебно-методической и материальной базы, а также научно-исследовательской деятельности кафедры внесли: к.т.н., доцент Симаков Б.Д., доцент Зайко С.А., к., доцент Гребцов Г.Я., к.т.н., доцент Тамарин М.Д. Все аспиранты Б.Д. Симакова успешно защитили диссертации.
Кафедра жилищно-коммунального хозяйства имеет современную матери- ально-техническую и лабораторную базу. На кафедре издан лабораторный практикум по отоплению и вентиляции с грифом УМО, в котором преподаватели кафедры предлагают свои разработки - методики проведения лабораторных работ по отоплению, вентиляции, кондиционированию и холодоснабжению. Кроме того, в лабораториях кафедры проводятся лабораторные работы по технологии заготовительных и монтажных работ и охране воздушного бассейна.
Лабораторное оборудование, установки и измерительные приборы, имеющиеся на кафедре, позволяют выполнять не только традиционные работы, но и оригинальные, например, изучать динамику систем радиаторного и напольного отопления на действующем стенде (разработчики - к.т.н., профессор Новосельцев Б.П., к.т.н., доцент Яременко С.А., зав. лабораторией Шепс Р.А.).
Основными направлениями научно-исследовательской работы кафедры являются: разработка нетрадиционных методов и высокоэффективных установок и аппаратов очистки вентиляционных выбросов; оптимизация потребления энергии системами обеспечения микроклимата зданий и сооружений; экологоэкономическая оптимизация режимов работы промышленной вентиляции; раз-
6
работка прикладных программ для расчета и проектирования на ЭВМ систем обеспечения микроклимата жилых, гражданских и промышленных зданий; защита жилых зданий и помещений от шума систем обеспечения микроклимата; разработка альтернативных источников энергии; проектирование градостроительных объектов различного масштабам назначения и уровней сложности, от систем расселения до участков благоустройства и застройки территории; управление и администрирование градостроительной деятельности на местном и региональном уровнях; эксплуатация городских объектов и территорий.
Научно-технические разработки кафедры:
-Разработка и внедрение в учебный процесс современного научно-лабо- раторного комплекса «Отопление». Авторы Полосин И.И., Новосельцев Б.П., Яременко С.А., Шепс Р.А.
-Разработка и внедрение в учебный процесс современного научно-лабо- раторного комплекса по исследованию воздухораспределения в системах вентиляции, кондиционирования воздуха. Авторы Полосин И.И., Яременко С.А.
Кафедра входит в состав центра экологической экспертизы и технологий систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и имеет лицензию на проектирование и реконструкцию систем отопления и вентиляции, разработку проектов ПДВ, экологическую паспортизацию и наладку пылегазоочистного оборудования, экологическое обучение, экологический консалтинг, разработку проектов охраны окружающей природной среды.
Кафедра, начиная с 1996 года, провела экологическую экспертизу рабочих проектов более 200 объектов, среди которых Бобровский сахарный завод, Рамонская птицефабрика, Россошанское ОАО «Минудобрения», ОАО «Воронежсинтезкаучук» и др. На кафедре выполнено более 50 проектов по отоплению и вентиляции, проектов ПДВ, издано 10 учебных пособий и монографий с грифом Ассоциации строительных вузов РФ, разработано более 120 новых аппаратов и установок по обезвреживанию вентиляционных выбросов. Аппараты и устройства защищены авторскими свидетельствами, патентами и свидетельствами на полезную модель. Установки и аппараты внедрены на Подгоренском цементном заводе Воронежской области, Киевском механическом заводе, Богословском алюминиевом заводе, производственном объединении ВАСО, Сургутском заводе строительных конструкции, ОАО «Воронежсинтезкаучук», Борисоглебском пивзаводе и др. предприятиях. Разработанный на кафедре отопительный прибор РПН (авторы проффесор Новосельцев Б.П., Петров В.Р.) широко применяется для отопления помещений различного назначения. Разработанный к.т.н., доцент Петровым В.Р. пакет прикладных программ для проектирования систем отопления и вентиляции на ЭВМ получил широкое признание в проектных организациях региона ЦЧР. Сборником задач по расчету систем кондиционирования микроклимата зданий (под общей редакцией д.т.н., профессора Сазонова Э.В.), учебными пособиями «Техника и технология заготовительных и монтажных работ систем тепло газоснабжения и вентиляции» (авторы Полосин И.И., Кострикина Н.Д., Котуков А.НЛ «Охрана атмосферы от вы-
7
бросов промышленной вентиляции» (авторы д.т.н., профессор Полосин И.И., д.т.н., профессор Скрыпник А.И.), методическими разработками по расчету и проектированию систем отопления (автор к.т.н., доцент Новосельцев Б.П) и вентиляции (автор к.т.н., профессор Шершнев В.Н.) пользуются не только студенты нашего университета, студенты других вузов РФ, но и проектные и монтажные организации. «Методика оценки пожаровзрывоопасности систем местных отсосов», в разработке которой принимала участие кафедра, утверждена Минэлектронпромом в качестве руководящего ведомственного материала.
Ежегодно преподаватели кафедры публикуют не менее 10 статей в центральной печати - журналах «Строительство», «Экология и промышленность России», «Машиностроение», «Строительные материалы», «Экология промышленности в производстве», «Жилищное строительство» и др., а также принимают участие в международных конференциях и семинарах. Кафедра ежегодно принимает участие в проведении олимпиад и конкурсах дипломных проектов по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция». В 1989 году кафедра за «Устройство для мокрой очистки газа» награждена дипломом Минвуза РФ и Президиума республиканского комитета профсоюза работников высшей школы. В 1996 г. дипломный проект Тройниной Ю.В. «Очистка вентиляционных выбросов Подгоренского цементного завода» (д.т.н., профессор Полосин И.И.) награжден дипломом Ассоциации строительных вузов РФ за первое место. В 1998 году дипломный проект «Эколого-экономическое обоснование проектирования коттеджей» (рук. к.т.н., проф. Новосельцев Б.П.) награжден дипломом Ассоциации строительных вузов РФ за третье место среди строительных вузов РФ, а в 1999 году дипломный проект «Вентиляция и экологическая безопасность базы сжиженного газа г. Воронежа» (руководитель д.т.н., профессор Полосин И.И.) награжден дипломом Министерства образования РФ за второе место.
На кафедре работает аспирантура. Кандидатами технических наук стали аспиранты выпускники факультета ИСиС Кузнецов С.Н., Щукина Т.В., Старцева Н.А., Колодяжный С.А., Жерлыкина М.Н., Яременко С.А. и др.
Преподавателями кафедры получено более 300 патентов на изобретение, многие из которых внедрены в производство такими организациями как ДОАО «Газпроект инжиниринг», ЗАО «Промвентиляция», ООО «Инженер-Сервис», «Воронежсинтезкаучук», ВАСО и другие. Заключени долгосрочные соглашение с администрацией городского округа г. Воронеж, администрацией Воронежской области, Управлением архитектуры и градостроительства Администрации Воронежской области, департаментом Жилищно-коммунального хозяйства городского округа г. Воронеж, ОАО «ДСК», ЗАО «ЦЧР Агропромпроект», ГУП ВО «Нормативно-проектный центр», ЗАО «ВоронежДом», Управлением по технологическому и экологическому надзору Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору по Воронежской области.
Кафедра выполняет на основе хозяйственно-договорных отношений работы по проектированию инженерных систем и сооружений, занимается технической экспертизой, проводит энергетические обследования.
8