10914

210

Теплоноситель, то есть подогретая вода, от центральной котельной (ЦК) по магистральной теплотрассе поступает в центральные тепловые пункты (ЦТП), которые также называют бойлерными. Далее от ЦТП теплоноситель распределяется по зданиям жилого района по трубопроводам. Центральный тепловой пункт также обычно является местом приготовления горячей воды для окружающего микрорайона.

Центральная котельная обслуживает десятки домов, которые в принципе должна отапливать одинаково. Однако все эти дома находятся на разном расстоянии от котельной, различаются по тепловой нагрузке и имеют разные теплотехнические свойства, обусловленные в том числе и сроком их эксплуатации. В таких системах регулирования качества теплоносителя – его температуры и давления – возможно только посредством регулирования температуры или напора теплоносителя в центральной котельной, а для текущих потребностей каждого отдельного дома – невозможно.

Установление индивидуального теплового пункта на входе теплоносителя в жилой дом дает возможность регулировать подачу тепла в конкретном здании и управлять интенсивностью подачи тепла в зависимости от погодных условий.

Малый индивидуальный тепловой пункт может использоваться в доме на одну семью или небольшом строении, подключенном непосредственно к централизованной сети теплоснабжения. Такое оборудование рассчитано на отопление помещений и подогрев воды. Большой индивидуальный тепловой пункт занимается обслуживанием больших или многоквартирных строений. Мощность его находится в пределах от 50 кВт до 2 МВт.

Источником тепла для ТП служат теплогенерирующие предприятия (котельные, теплоэлектроцентрали). ТП соединяется с источниками и потребителями тепла посредством тепловых сетей. Тепловые сети подразделяются на первичные магистральные теплосети, соединяющие ТП с теплогенерирующими предприятиями, и вторичные (разводящие) теплосети, соединяющие ТП с конечными потребителями. Участок тепловой сети, непосредственно соединяющий ТП и магистральные теплосети, называется тепловым вводом.

Магистральные тепловые сети, как правило, имеют большую протяженность (удаление от источника тепла до 10 км и более). В условиях, когда имеется несколько теплогенерирующих предприятий, на магистральных теплопроводах делаются закольцовки, объединяющие их в одну сеть. Это позволяет увеличить надежность снабжения тепловых пунктов, а в конечном счете и потребителей, теплом. Например, в городах, в случае аварии на магистрали или местной котельной, теплоснабжение может взять на себя котельная соседнего района. Также, в некоторых случаях, общая сеть дает возможность распределять нагрузку между теплогенерирующими предприятиями. В качестве теплоносителя в магистральных теплосетях используется специально подготовленная вода. При подготовке в ней нормируются показатели карбонатной жесткости, содержания кислорода, содержания железа и показатель pH. Неподготовленная для использования в тепловых сетях вода (в том числе водопроводная, питьевая) непригодна для

211

использования в качестве теплоносителя, так как при высоких температурах, вследствие образования отложений и коррозии, будет вызывать повышенный износ трубопроводов и оборудования. Конструкция ТП предотвращает попадание относительно жесткой водопроводной воды в магистральные теплосети.

Вторичные тепловые сети имеют сравнительно небольшую протяженность (удаление ТП от потребителя до 500 метров) и в городских условиях ограничиваются одним или двумя кварталами. При строительстве вторичных тепловых сетей могут использоваться как стальные, так и полимерные трубопроводы. Использование полимерных трубопроводов наиболее предпочтительно, особенно для систем горячего водоснабжения, так как жесткая водопроводная вода в сочетании с повышенной температурой приводит к усиленной коррозии и преждевременному выходу из строя стальных трубопроводов. В случае с индивидуальным тепловым пунктом вторичные тепловые сети могут отсутствовать.

Источником воды для систем холодного и горячего водоснабжения служат водопроводные сети.

В типичном ТП имеются следующие системы снабжения потребителей тепловой энергией:

•система горячего водоснабжения (ГВС). Предназначена для снабжения потребителей горячей водой. Различают закрытые и открытые системы горячего водоснабжения. Часто тепло из системы ГВС используется потребителями для частичного отопления помещений, например ванных комнат в многоквартирных жилых домах;

•система отопления. Предназначена для обогрева помещений с целью поддержания в них заданной температуры воздуха. Различают зависимые и независимые схемы присоединения систем отопления;

•система вентиляции. Предназначена для обеспечения подогрева поступающего в вентиляционные системы зданий наружного воздуха. Также может использоваться для присоединения зависимых систем отопления потребителей;

•система холодного водоснабжения. Не относится к системам потребляющим тепловую энергию, однако присутствует во всех тепловых пунктах, обслуживающих многоэтажные здания. Предназначена для обеспечения необходимого давления в системах водоснабжения потребителей.

Теплоноситель, поступающий в ТП по подающему трубопроводу теплового ввода, отдает свое тепло в подогревателях систем ГВС и отопления, а также поступает в систему вентиляции потребителей, после чего возвращается в обратный трубопровод теплового ввода и по магистральным сетям отправляется обратно на теплогенерирующее предприятие для повторного использования. Часть теплоносителя может расходоваться потребителем. Для восполнения потерь в первичных тепловых сетях на котельных и ТЭЦ существуют системы подпитки, источниками теплоносителя для которых являются системы водоподготовки этих предприятий.

212

Водопроводная вода, поступающая в ТП, проходит через насосы ХВС, после чего часть холодной воды отправляется потребителям, а другая часть нагревается в подогревателе первой ступени ГВС и поступает в циркуляционный контур системы ГВС. В циркуляционном контуре вода при помощи циркуляционных насосов горячего водоснабжения движется по кругу от ТП к потребителям и обратно, а потребители отбирают воду из контура по мере необходимости. При циркуляции по контуру вода постепенно отдает свое тепло и для того, чтобы поддерживать температуру воды на заданном уровне, ее постоянно подогревают в подогревателе второй ступени ГВС.

Система отопления также представляет собой замкнутый контур, по которому теплоноситель движется при помощи циркуляционных насосов отопления от ТП к системе отопления зданий и обратно. По мере эксплуатации возможно возникновение утечек теплоносителя из контура системы отопления. Для восполнения потерь служит система подпитки теплового пункта, использующая в качестве источника теплоносителя первичные тепловые сети.

ИТП для отопления – схема независимая, с установкой пластинчатого теплообменника, который рассчитан на 100% нагрузку. Предусмотрена установка сдвоенного насоса, компенсирующего потери уровня давления. Подпитка отопительной системы предусмотрена от обратного трубопровода тепловых сетей. Данный тепловой пункт может быть дополнительно укомплектован блоком горячего водоснабжения, прибором учета, а также другими необходимыми блоками и узлами.

ИТП для ГВС – схема независимая, параллельная и одноступенчатая. Комплектацией предусмотрены два теплообменника пластинчатого типа, работа каждого из них рассчитана на 50% нагрузки. Предусмотрена также группа насосов, предназначенных для компенсации понижения давления. Дополнительно тепловой пункт может оснащаться блоком отопительной системы, прибором учета и другими необходимыми блоками и узлами.

ИТП для отопления и ГВС – работа индивидуального теплового пункта (ИТП) организована по независимой схеме. Для отопительной системы предусмотрен теплообменник пластинчатый, который рассчитан на 100%-ную нагрузку. Схема горячего водоснабжения – независимая, двухступенчатая, с двумя теплообменниками пластинчатого типа. С целью компенсации снижения уровня давления предусмотрена установка группы насосов. Подпитка отопительной системы происходит с помощью соответствующего насосного оборудования из обратного трубопровода тепловых сетей. Подпитка горячего водоснабжения выполняется от системы холодного водоснабжения. Кроме того, ИТП (индивидуальный тепловой пункт) укомплектован прибором учета.

Одна из основных функций ИТП – это автоматическое регулирование теплового потока, то есть корректировки количества горячего теплоносителя, поступающего из теплосети, для обеспечения определенной температуры теплоносителя на входе в систему отопления дома в зависимости от текущей температуры наружного воздуха. Погодозависимое регулирование дает возможность экономить количество потребленной тепловой энергии. Иными словами, если на улице тепло, то регулятор теплового потока в индивидуальном

213

тепловом пункте снижает температуру теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, для обеспечения комфортной температуры воздуха в отапливаемых помещениях, а если холодно – повышает ее, согласно заданным настройками.

Состав технологического оборудования ИТП:

•автоматическая система регулирования и контроля;

•узел отопления;

•узел подпитки контура отопления;

•узел горячего водоснабжения.

Узел отопления поддерживает в системе отопления определенную температуру. Контур отопления по зависимой или независимой схеме подключается к источнику теплогенерации. При зависимой схеме теплофикационная вода от объекта теплогенерации направляется в отопительные батареи напрямую. При независимой схеме она поступает в теплообменники, где нагревает воду для второго контура отопления. После теплообменников нагретая вода циркуляционными насосами перенаправляется в систему отопления. Обычно в такой схеме работают два циркуляционных насоса, активирующихся поочередно, чтобы при поломке одного из насосов автоматика сразу же включала резервный.

Регулирование температуры в системе отопления осуществляет трехходовой клапан с электроприводом, который монтируется на подающем трубопроводе. При зависимой схеме подключения клапан управляет количеством подаваемой теплофикационной воды в систему отопления. Если используется независимая схема, клапан определяет расход теплоносителя, поддерживая нужную температуру на выходе из теплообменников.

Узел подпитки контура отопления поддерживает нужное давление в контуре. Подпитка включается при падении ниже того давления, которое допустимо в контуре отопления. Функцию подпитки контура выполняют трехходовой клапан или подпиточные насосы.

Узел горячего водоснабжения выполняет функцию обеспечения горячей водой 55°С или 60°С. Теплоноситель от объекта теплогенерации проходит через теплообменники ГВС и нагревает в них воду до заданной температуры, затем нагретая вода циркуляционными насосами направляется потребителям. Функцию регулирования температуры ГВС выполняет клапан с электроприводом, который монтируется на подающем трубопроводе и регулирует расход теплоносителя для поддержание определенной температуры на выходе из теплообменников.

Система автоматизация индивидуальных тепловых пунктов обеспечивает совмещение энергосбережения и комфорта в помещениях; задает правильный режим работы, зависящий от погоды, времени суток, праздничных и выходных дней. Автоматизация избавляет от необходимости содержать дефицитный сегодня высококвалифицированный персонал, обеспечивает бесперебойную работу ИТП и более продолжительные сроки его эксплуатации.

Данные аналитических обзоров говорят о том, что использование индивидуальных тепловых пунктов помогает минимизировать затраты на

214

эксплуатацию вплоть до 60% по сравнению с центральными тепловыми пунктами, и до 15% снизить теплопотери за счет возможности выбора режимов теплопотребления и теплоснабжения.

Список литературы

1.Соколов, Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов. – 8-е изд., стереот. / Е.Я. Соколов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 472 с.: ил.

2.СНиП 2.04.07-86 Тепловые сети - (изд. 1994 с изменениями № 1 и 2). Тепловые пункты.

3.СП 41-101-95 Своды правил по проектированию и строительству. Проектирование тепловых пунктов.

УДК 69.033.15

И.А. Вальков

История развития пневматических строительных конструкций

Пневматические строительные конструкции делятся на два основных вида: воздухоопорные и воздухонесомые.

Воздухоопорные конструкции представляют собой здание, в котором объединены стеновая и кровельная части. После закрепления контура оболочки и наполнения ее воздухом конструкция приходит в эксплуатируемое состояние, которое поддерживается центробежными или осевыми вентиляторами с непрерывной подачей воздуха.

Воздухонесомые конструкции – конструктивные стержневые элементы (стойки, балки, арки и т.п.) или панельные элементы. Давление воздуха в этих оболочках создается компрессорами при разовом или редком периодическом наполнении. [1]

Мысль об изобретении пневматических конструкций в головах людей появилась не случайно. Природа не раз подталкивала человека на эту идею. Еще в древности человек использовал пузыри и шкуры животных в качестве плавучих средств, которые стали известны нам, как надувные плоты, лодки и даже корабли. Солдаты Древнего Рима использовали в походах кожаные надувные матрацы.

В свое время на пневматические конструкции обратил свое внимание Леонардо Да Винчи. Из особенной восковой массы, изготовленной им самим, он делал фигурки животных, которые затем надувал и заставлял взлетать вверх.

Благодаря пневматическим конструкциям человек смог подняться в воздух. Эти конструкции представляли собой воздушные шары, которые изобрели в 1783 г. братья Монгольфье.

В 90-х годах IXX века было впервые задокументировано предложение по использованию воздухонесомых конструкций в строительстве. Инженером И.А. Сумовским Российскому Министерству путей сообщения была представлена «аэробалка». Изобретение представляло собой воздухонепроницаемые мешки

216

квадратным в плане зданием. В конструкции купола были предусмотрены горизонтальные кольцевые канаты усиления.

Еще одно воздухоопорное здание было разработано в 1941 г. американцем Г. Стивенсом. Это был проект перекрытия здания авиасборочного цеха в виде воздухоопорной оболочки диаметром 365 м. Материалом оболочки служила листовая сталь толщиной 1,27 мм [2].

Первым в мире пневматическим сооружением был воздухоопорный обтекатель антенны радиолокатора, изобретенный в 1948 г. инженером Уолтером У. Бэрдом. Это сооружение диаметром 15,25 и высотой 12,2 м (рис. 3)

[1].

Рис. 3. Первый воздухоопорный обтекатель радиолокационной антенны

В США впервые применили однослойное пневматическое покрытие из стекловолокнистой ткани толщиной 2,4 мм, подкрепленное 12 стальными тросами диаметром 48 мм, для павильона США на выставке ЭКСПО-70 в Осаке. Овальное в плане здание имело размеры 138х78 м со стрелой подъема 6,1 м. [1] Всемирная выставка ЭКСПО-70 в Осаке (Япония, 1970 г.) дала сильный импульс развитию пневматических конструкций по всему миру. На этой выставке многими странами были представлены воздухоопорные и

воздухонесомые пневматические конструкции. [1] Развитие пневматических конструкций в СССР проходило в три этапа:

начальный период (1959-1970 гг.); период подготовки выпуска серийных воздухоопорных пневматических сооружений (1970-1975 гг.) и период их серийного выпуска после 1975 г. Лаборатория пневматических конструкций ЦНИИСКа, являясь головной организацией этого направления в системе Госстроя СССР, координировала выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ для нужд строительства. Решающую роль в начальном и последующих периодах развития пневматических конструкций сыграл Загорский филиал НИИ резиновой промышленности, взявший на себя разработку материалов, конструкций и технологии изготовления многих оригинальных сооружений. Проектированием, разработкой и испытаниями ряда уникальных пневматических сооружений успешно занимался ВНИИмонтажспецстрой [1].

217

Одним из примеров пневмоарочных конструкций начального периода является передвижной кинотеатр на 200 мест с широким экраном, который в течение ряда лет обслуживал сельские поселения на Украине. Воздухоопорная конструкция склада сахарной свеклы в г. Яготине Киевской области размером 24 ×48 м построена в 1970 году. В 1973 г. в Магадане было смонтировано воздухоопорное сооружение, которое использовалось в качестве мастерской. Пролет оболочки 16 м, длина 60 м, высота 8 м, размер шлюза 14 × 4 ×5 м. Оболочка выполнена из дублированной капроновой ткани с каучуковым покрытием [1].

Если в ХХ веке пневматические конструкции наиболее часто использовались как временные или сезонные сооружения, то сегодня, в связи с появлением нового высокопрочного материала для оболочек со сроком службы 20-25 лет – стекловолокнистой ткани с покрытием из тефлона, во всем мире увеличивается интерес к использованию их в стационарных сооружениях, в особенности предназначенных для проведения спортивных, учебнотренировочных, общественно-массовых мероприятий и пр. На настоящий момент в мире насчитывается не менее ста тысяч пневматических сооружений, их возводят во всех технически развитых странах.

Рассмотрим наиболее известные пневматические объекты нашего времени, которые сыграли знаковую роль в их распространении по всему миру. На рис. 4 показано одно из самых известных пневматических сооружений – ботанический сад «Eden Project» в Англии. Купола ботанического сада похожи на пчелиные соты, каждая ячейка которых представляет собой пневмолинзу из современного полимерного материала ЭТФЭ [3].

Рис. 4. Ботанический сад «Eden project», г. Сент-Остелл, Англия, 2001 г.

Еще одним известным объектом, в котором был использован материал ЭТФЭ, является Национальный плавательный центр (рис. 5). Проект разработан ПТВ Аркитектс совместно с Китайской государственной корпорацией строительства и инженерии. Ячейки из пластика, специально разработанного под данный проект, – это своеобразные батареи, улавливающие солнечную энергию, которая потом нагревает воду в самом бассейне. Светопропускающие стены и крыша экономят до 30% электричества на естественном освещении [3].

218

Рис. 5. Национальный плавательный центр, Пекин, Китай, 2008 г.

В 2005 г. в Мюнхене был возведен футбольный стадион «Альянс Арена» (рис. 6). Фасад из пневмолинз запроектирован архитекторами Херцогом и Мауроном и состоит из 2760 ромбовидных подушек из ЭТФЭ на общей площади 66 тыс. м2. За пневмолинзами располагаются люминесцентные трубки, обеспечивающие красную, голубую или белую подсветку здания [3].

Рис. 6. Футбольный стадион «Альянс Арена», Мюнхен, ФРГ, 2005 г.

Перспективы развития пневматических конструкций определяются такими их свойствами, как возможность перекрытия больших пролетов и больших площадей и возможность создания изолированного от окружающей среды пространства под оболочкой [1].

Если будут разработаны дешевые материалы высокопрочные и долговечные, огнестойкие и морозостойкие; разработаны совершенные системы воздухоподачи, которые полностью исключат возможность падения давления воздуха под оболочкой; создано оборудование, которое позволит управлять температурно-влажностным режимом под оболочкой, используя естественные источники энергии, например, солнечную, то все это значительно расширит сферу применения пневматических конструкций и приведет к возникновению новых областей их использования.

Если габариты пневматических оболочек смогут стать такими, что ими можно будет накрыть определенную территорию городского или сельскохозяйственного назначения, район строительства или открытую разработку полезных ископаемых, если под пневмооболочками, возведенными в

219

арктической или тропической зонах, можно будет создавать комфортный для человека искусственный климат, то они встанут в ряд таких достижений строительной науки и техники, которые доступны будут только пневматическим сооружениям, где другие конструкции соперничать с ними не смогут.

Список литературы

1.Пневматические строительные конструкции / Ермолов В.В., Бэрд У.У., Бубнер У. [и др.] / Под ред. В.В. Ермолова. – М.: Стройиздат, 1983. – 439 с., ил.

2.Вознесенский, С. Б. Проектирование пневматических конструкций в

СССР и за рубежом / С. Б. Вознесенский, В. В. Ермолов. – М.: ЦИНИС Госстроя

СССР, 1975.

3.Кривошапко, С.Н., Пневматические конструкции и сооружения / С.Н. Кривошапко// Российский университет дружбы народов. – 2015. – № 3. – С.4553.

УДК 624.04

Е.С. Вершинина

Создание КЭ модели вантового перехода трубопровода в программе ЛИРА-САПР

Объектом проектирования являются строительные конструкций вантового перехода ТМ № 3 через р. Инсар в г. Саранск. Вантовый переход ТМ №3 предназначен для пересечения магистральной теплотрассой ТМ №3 р. Инсар. Величина пролета висячего перехода магистральной теплотрассы ТМ № 3 равна 60,015 м.

Конструктивная схема перехода представляет собой одноцепную ферму с несущим средним пролетом, в котором трубопровод лежит на поперечных балках. Несущий пролет с помощью подвесок крепится к четырем (попарно расположенным) несущим канатам, перекинутым через пилоны. Несущие основные канаты выполнены из каната двойной свивки типа ТК конструкции 6х37(1+6+12+18)+1х37(1+6+12+18), диаметром Ø42,5мм с маркировочной группой 180кгс/мм² по ГОСТ 3086-74. Закрепление несущих канатов осуществляется на двух анкерных опорах. Каждая анкерная опора поделена (условно) на два опорных участка. На каждом опорном участке осуществляется закрепление несущих основных канатов по два на общей траверсе перегибом через круговые опоры. Стрела провисания несущих канатов принята равной 1/6,7 величины пролета, т.е. f=8,957 м. Пилоны выполнены стальными, высотой 9,36м, расположенным на расстоянии 5,5 м в осях один от другого, сварными из прокатных профилей в виде двух швеллеров №30 и двух №24. Крепление пилонов к опоре выполнено шарнирным в продольном направлении перехода. Сооружение имеет горизонтальные ветровые канаты, выполненные из каната двойной свивки типа ТК конструкции 6х37(1+6+12+18)+1х37(1+6+12+18), диаметром Ø30мм с маркировочной группой 180кгс/ мм² по ГОСТ 3086-74.