3657

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Ю. Чадов

Теплогазоснабжение и вентиляция

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению расчетно-графических работ)

для обучающихся по дисциплине «Теплогазоснабжение и вентиляция» по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений

специализация Строительство высотных и большепролётных зданий и сооружений

Нижний Новгород

2022

2

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Ю. Чадов

Теплогазоснабжение и вентиляция

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению расчетно-графических работ)

для обучающихся по дисциплине «Теплогазоснабжение и вентиляция» по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений

специализация Строительство высотных и большепролётных зданий и сооружений

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

3

УДК 697 (075.8)

Чадов А.Ю. Теплогазоснабжение и вентиляция. : учеб.- метод. пос. /А.Ю.Чадов; ; Нижегородский государственный архитектурно - строительный университет., Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 21 c.; ил. – Текст : электронный.

В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Теплогазоснабжение и вентиляция» даются конкретные рекомендации студентам для освоения, как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций, в подготовке к практическим занятиям, а также в написании расчетно-графической работы.

Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Теплогазоснабжение и вентиляция» по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений специализация Строительство высотных и большепролётных зданий и сооружений.

© А.Ю. Чадов, 2022 © ННГАСУ, 2022

4

Оглавление

5

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Теплогазоснабжение и вентиляция» являются:

формирование теоретических знаний и практических навыков, с учётом индивидуальных особенностей, при проведении расчётов, конструирования, замеров и обследования теплотехнических, гидроаэродинамических и климатических систем, параметров систем ТГВ и условий микроклимата в гражданских и промышленных высотных и большепролётных зданиях с выдачей рекомендаций по рациональному использованию потребляемой энергии и обеспечению требуемых теплотехнических и метеорологических условий

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

основные направления и перспективы развития систем теплогазоснабжения и методы их проектирования.

правила эксплуатации, технологии, монтажа основного теплотехнического оборудования.

особенности расчёта, подбора оборудования и конструирования систем теплоснабжения и тепловых вводов зданий, индивидуальных тепловых пунктов и систем горячего водоснабжения, особенности обвязок теплообменного оборудования и конструкций энергосберегающих тепловых

схем в высотных и большепролётных зданиях

Уметь:

выбирать типовые схемные решения систем теплогазоснабжения и вентиляции.

составлять программы испытаний теплотехнического оборудования, готовить оборудование к испытаниям.

выбирать и применять индивидуальные и типовые решения систем теплоснабжения, газоснабжения, вентиляции в зависимости от функционального назначения высотных и большепролёт-

ных зданий и сооружений и региона строительства Владеть:

основами современных методов проектирования и расчета систем инженерного оборудования зданий.

приемами и методами обработки результатов теплотехнических испытаний.

методами анализа для определения эффективности полученных результатов с учётом особенностей теплотехнических расчётов с помощью вычислительных программных комплексов теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций гражданских и промышленных высотных и большепролётных зданий.

Данная дисциплина позволит студентам не только систематизировать полученные теоретические знания, укрепить исследовательские навыки, но и даст возможность ориентироваться в выборе инженерного теплотехнического оборудования для высотных и большепролетных зданий.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины «Теплогазоснабжение и вентиляция» сгруппирован по следующим разде-

лам:

6

1. Введение в предмет

Назначение, задачи теплогазоснабжения и вентиляции в народном хозяйстве. Системы ТГВ в городском и коммунальном хозяйстве.

2. Тепловлажностный и воздушный режимы зданий. Методы и средства его обеспечения.

Понятие микроклимата. Теплообмен человека и условия комфортности. Нормативные требования к микроклимату. Системы инженерного оборудования зданий для создания и обеспеченности заданного микроклимата зданий. Тепловой баланс помещений и затраты на отопление зданий.

3. Системы отопления зданий и сооружений.

Классификация. Теплоносители. Системы водяного, парового, воздушного отопления. Отопительные приборы. Системы воздушного, панельно-лучистого отопления. Местное отопление.

4. Вентиляция зданий.

Воздухообмен в помещениях. Понятие о способах организации воздухообмена и устройстве систем вентиляции и устройстве систем вентиляции. Естественная вентиляция жилых зданий. Механическая вентиляция. Местная приточная и вытяжная вентиляция. Системы кондиционирования воздуха.

5. Теплоснабжение.

Общие сведения о котельных установках и конструкциях котлов для теплоснабжения зданий. Топливо. Тепловые сети. Способы прокладки теплопроводов, присоединение тепло потребляющих систем к тепловым сетям. Тепловые пункты. Горячее водоснабжение.

6. Газоснабжение.

Газовые распределительные сети. Устройство и оборудование. ГРС, ГРП и ГРУ. Устройство внутренних газопроводов зданий.

7. Проблемы устройства систем отопления высотных и большепролетных зданий.

Особенности проектирования, конструирования и эксплуатации теплотехнического, отопительновентиляционного оборудования и особых видов комбинированных систем газоснабжения, теплогенерирующих установок, теплоснабжения, отопления, вентиляции, кондиционирование воздуха.

8. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха высотных зданий.

Особенности конструирования энергоэффективных систем создания и поддержания микроклимата в промышленных и гражданских высотных и большепролётных зданиях.

7

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — формирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необходимых знаний и применения их на практике.

Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к семинару, зачету, экзамену.

Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.

Вслучае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве случаев неусвоенность материала дисциплины.

2.3Общие рекомендации по изучению материала лекций

Раздел 1: "Введение в предмет".

Назначение, задачи теплогазоснабжения и вентиляции в народном хозяйстве. Системы ТГВ в городском и коммунальном хозяйстве. - 2 часа.

Раздел 2: "Тепловлажностный и воздушный режимы зданий. Методы и средства его обеспечения.".

Понятие микроклимата. Теплообмен человека и условия комфортности. Нормативные требования к микроклимату. - 2 часа.

Системы инженерного оборудования зданий для создания и обеспеченности заданного микроклимата зданий. Тепловой баланс помещений и затраты на отопление зданий. – 2 часа.

8

Раздел 3: "Системы отопления зданий".

Классификация. Теплоносители. Системы водяного, парового, воздушного и комбинированного отопления – 2 часа.

Отопительные приборы. Системы воздушного, панельно-лучистого отопления. Местное отопление. – 2 часа.

Раздел 4: "Вентиляция зданий".

Воздухообмен в помещениях. Понятие о способах организации воздухообмена и устройстве систем вентиляции и устройстве систем вентиляции. Естественная вентиляция жилых зданий. Механическая вентиляция. Местная приточная и вытяжная вентиляция. – 2 часа.

Раздел 5: "Теплоснабжение".

Общие сведения о котельных установках и конструкциях котлов для теплоснабжения зданий. Топливо. – 2 часа.

Тепловые сети .Способы прокладки теплопроводов, присоединение тепло потребляющих систем к тепловым сетям. Тепловые пункты. Горячее водоснабжение. – 2 часа.

Раздел 6: "Газоснабжение".

Газовые распределительные сети. Устройство и оборудование. – 2 часа. ГРС, ГРП и ГРУ. Устройство внутренних газопроводов. – 2 часа.

Раздел 7: "Проблемы устройства систем отопления высотных и большепролетных зданий". Особенности проектирования, конструирования и эксплуатации теплотехнического, отопи-

тельно-вентиляционного оборудования высотных зданий – 2 часа.

Особенности проектирования, конструирования и эксплуатации теплотехнического, отопи- тельно-вентиляционного оборудования большепролетных зданий – 2 часа.

Особенности конструирования энергоэффективных систем теплоснабжения высотных и большепролётных промышленных зданий. – 2 часа.

Не умаляя важности архитектурных и конструктивных проблем при проектировании высотных зданий, отметим следующие, не менее серьезные проблемы, которые имеют место при проектировании систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха:

–проектирование систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха высотного здания принципиально отличается от проектирования этих же систем для многоэтажных зданий, т. к. для высотных зданий влияние наружных климатических воздействий и величины градиентов перемещения потоков массы и энергии внутри здания являются по своей значимости экстремальными;

–каждое высотное здание является уникальным произведением архитектурно-инженерного искусства, и применяемые в нем решения не могут быть тиражированы в других проектах без серьезного переосмысления и глубоких дополнительных исследований, включающих методы физического и математического моделирования.

Архитектурное и инженерное проектирование здания с учетом направленного действия наружного климата позволяет без дополнительных затрат повысить энергетическую эффективность здания, качество микроклимата и решить задачу сохранения природной окружающей среды.

Для снижения стоимости энергии, а также уменьшения вредного воздействия на окружающую среду в высотных зданиях используются автономные источники тепло-, энергоснабжения. «Традиционные» автономные источники тепло-, энергоснабжения отличаются более высоким КПД и уменьшенными выделениями вредных выбросов. К «нетрадиционным» (возобновляемым) источникая тепло-, энер-

9

госнабжения относятся топливные элементы, фотоэлектрические панели (солнечные батареи), системы использования низкопотенциального тепла земли.

Теплоснабжение систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования (далее – системы внутреннего теплоснабжения) следует преимущественно осуществлять от тепловых сетей систем централизованного теплоснабжения города. Присоединение систем внутреннего теплоснабжения к централизованным системам возможно при условии обеспечения бесперебойной подачи тепла в количестве не менее требуемого расхода на отопление здания. Обеспечение 100 % резервирования подачи тепла для систем внутреннего тепло-снабжения здания устанавливается заданием на проектирование.

Одним из решений по резервированию может быть устройство автономных систем тепло- и электроснабжения высотных зданий на базе газотурбинной или газопоршневой установок, одновременно вырабатывающих обе эти энергии. Современные средства защиты от шума и вибрации позволяют размещать их непосредственно в здании, в том числе и на верхних этажах. Как правило, мощность этих установок не превышает 30–40 % максимальной потребной мощности объекта, и в штатном режиме эти установки работают, дополняя централизованные системы энергоснабжения. При большой мощности когенерационных установок возникают проблемы передачи избытков того или иного энергоносителя в сеть.

Во многих случаях в качестве автономных энергоцентров высотных зданий используются миниТЭЦ на базе поршневых мотор-генераторов. Реализация масштабных инвестиционных проектов во многих регионах сдерживается отсутствием свободных мощностей единой энергосистемы страны. Перспективные планы ввода в эксплуатацию новых крупных энергоисточников из-за длительных сроков не удовлетворяют потребности строительства. Период избытка мощности энергоисточников над уровнем энергопотребления заканчивается раньше, чем того ожидали энергетики.

Недавняя политика стимулирования роста энергопотребления (если есть резервы производства товара – надо их реализовать и продать) имеет и свою оборотную сторону. Резко увеличилось нерациональное использование электроэнергии для прямой трансформации в тепловую – электрокотлы, воздушные завесы, электрокалориферы систем вентиляции. Вернуться в русло энергосбережения весьма непросто.

Возможным вариантом решения проблемы энергоснабжения новостроек, включая высотные, является проектирование и строительство мини-ТЭЦ.

Мини-ТЭЦ, обеспечивающие энергоресурсами высотные здания, могут стать разумным дополнением единой энергосистемы и могут работать в параллельном режиме.

Сложность этой задачи состоит в том, что на самой ранней стадии проектирования необходимо все основные характеристики мини-ТЭЦ гармонизировать с режимами работы систем энергопотребления.

К сожалению, в России отсутствует нормативно-методическая база проектирования мини-ТЭЦ, а практический опыт небольшого числа организаций, проектирующих автономные энергоцентры, явно недостаточен. В итоге из-за неквалифицированного подхода к проблеме наметилась тенденция дискредитации прогрессивного направления малой энергетики. При оптимальной годовой загрузке установки, учитывая ее автономность и минимальную протяженность энергокоммуникаций, себестоимость производства электрической, тепловой энергии и холода по расчету оказывается в 1,5–2 раза ниже действующих тарифов центральной энергосистемы.

Для обеспечения максимальной загрузки машин можно было бы излишнюю электрическую энергию направить на компенсацию недостающего тепла для нагрева воды в системе горячего водоснабжения, установив тэны в баках-аккумуляторах. В этом случае автоматически сократилась бы подача тепла на нагрев горячей воды в той мере, в какой поступит электрическая энергия на эти же цели, вплоть до полного отключения тепла на нужды горячего водоснабжения. Подбор мощности устанавливаемых газопоршневых машин выполняется исходя только из нагрузки на отопление, но не максимально часовой, а средней за двое самых холодных суток из обычно выбираемой расчетной пятидневки. В летнее время

10

избыток тепловой энергии, вырабытываемой попутно с производством электрической энергии, может быть использован в тепловых абсорбционных холодильных машинах для получения холода, необходимого в системах кондиционирования воздуха.

При дефиците только тепловой энергии для объекта в качестве источника теплоснабжения может быть принят автономный источник теплоснабжения (АИТ) в виде котельной с водогрейными котлами.

Могут использоваться пристроенные или отдельно стоящие котельные, возможность и место размещения которых следует увязывать со всем комплексом воздействия на окружающую среду, в том числе и на жилое высотное здание. Отдельно стоящие АИТ рекомендуется использовать для двух и более близкорасположенных жилых высотных зданий. Дымовую трубу в пристроенных и отдельно стоящих АИТ следует выполнять выше уровня крыши здания, а ее высоту определяют расчетом на рассеивание продуктов сгорания.

Тепловую мощность АИТ выбирают по расчетной нагрузке на отопление здания, для теплоснабжения калориферов приточных систем, тепловых завес и среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения. В АИТ рекомендуется использовать водогрейные котлы с температурой нагрева воды до 115 °С. В качестве топлива для АИТ используется природный газ. Газопровод следует предусматривать из легированной стали с давлением газа 0,1–0,3 МПа. Тепловую мощность каждого котла АИТ и их количество рекомендуется принимать с учетом обеспечения одним из котлов выполнения условий обеспечения бесперебойной подачи тепла в количестве, не менее требуемого расхода на отопление здания.

Присоединение систем внутреннего теплоснабжения высотного здания выполняется через тепловые пункты (ТП). Учитывая, что высотные комплексы, как правило, являются многофункциональными по назначению с развитой стилобатной и подземной частью, на которой могут находиться несколько зданий, возможны два принципиальных решения. Одно – это устройство центрального теплового пункта (ЦТП), где располагаются все теплообменные аппараты, передающие энергию перегретой воды к низкопотенциальным теплоносителям второго контура с расчетными параметрами 95 °С и ниже для систем отопления, калориферов приточных систем и систем горячего водоснабжения. Из этого ЦТП низкопотенциальные теплоносители по отдельным трубопроводам от общей гребенки поступают к каждой системе теплопотребления. Другое решение – центральный тепловой пункт (ЦТП) – служит для ввода городских тепловых сетей на объект и размещения узла учета тепловой энергии при необходимости установки когенерации и может быть совмещен с одним из индивидуальных, локальных тепловых пунктов (ИТП), служащих для присоединения местных систем теплопотребления, близких по расположению к данному тепловому пункту. Из этого ЦТП перегретая вода по двум трубам, а не по нескольким от гребенки, как в предыдущем случае, подается в локальные ИТП, расположенные в других частях комплекса, в том числе и на верхних этажах, по принципу приближенности в тепловой нагрузке.

При высоте зданий до 200 м возможно размещение тепловых пунктов внизу здания, не ниже минус 1-го этажа. При большей высоте зданий во избежание повышенных давлений в трубопроводах следует применять каскадную схему подключения зональных теплообменников отопления и ГВС. В этом случае давление в контурах циркуляции греющей воды будет определяться только высотой своей зоны. Подпитка, как обычно, производится из обратного трубопровода греющей воды насосом в обратный трубопровод нагреваемой. Такая схема нашла свое отражение в МГСН 4.19–2005 «Проектирование многофункциональных высотных зданий в г. Москве» и в проектах самых высоких зданий, сооружаемых в районе Москва-Сити.

Все системы высотных многофункциональных комплексов должны иметь 100 %-ное резервирование по теплообменникам и насосам. Это позволяет в случае больших морозов, когда теплоснабжающая организация не соблюдает температурный график и по температуре не хватает площади нагрева, включать в параллельную работу резервные теплообменники и тем самым обеспечивать нормальный температурный график для данной температуры наружного воздуха.

Если невозможно запроектировать 100 %-ное резервирование оборудования ЦТП, необходимо предусмотреть резервный теплообменник только на систему вентиляции или хотя бы один теплообменник по максимальной мощности, который, в первую очередь, напрямую по самой короткой схеме па-