Расчет и проектирование инженерных сетей микрорайона

1. Исходные данные

Основой для курсового проекта является генеральный план жилого микрорайона города Мурманск с указанием расположения магистральных трубопроводов инженерных сетей, к которым будут подключаться сети микрорайона.

1.1. Характеристика микрорайона

Район строительства микрорайона г. Мурманск

Основные технико-экономические показатели микрорайона:

- площадь территории микрорайона 33 га;

- площадь жилого фонда 219 776 м;

- численность населения 12 928 чел;

- плотность населения 391 чел/га.

1.2. Климатологические данные

Для района строительства г. Мурманск по [1] принимаются следующие данные:

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления

( средняя температура наиболее холодной пятидневки) = -34 ;

- средняя температура наружного воздуха за отопительный период

= -10,6 ;

- продолжительность отопительного периода = 218 сут.

1.3. Технические условия на проектирование инженерных сетей

Для разработки проекта систем жизнеобеспечения необходимы следующие данные:

- расчетная температура теплоносителя в тепловой сети в подающем и обратном трубопроводах, , =150 , =70 ;

- располагаемое давление в тепловой сети, =500 кПа;

- давление в распределительном газопроводе на вводе в микрорайон,

=0,3 МПа;

- давление в городском водопроводе на вводе в микрорайон, =550 кПа.

2. Разработка системы теплоснабжения

2.1. Описание системы теплоснабжения

Источником теплоты для рассматриваемого жилого микрорайона города является котельная. Таким образом, в зависимости от места размещения источника теплоты по отношению к потребителям проектируемая система теплоснабжения является централизованной. Передача теплоносителя осуществляется по тепловым сетям. Проектируемая водяная система – закрытая, сетевая вода, циркулирующая в тепловой сети, используется как теплоноситель для подогрева водопроводной воды в теплообменниках, но из сети не забирается.

В рамках курсового проекта разрабатывается схема теплоснабжения жилого микрорайона города с подогревом горячей воды в ЦТП. Применяемая водяная закрытая система – двухтрубная: по подающему трубопроводу горячая вода подводится от источника теплоты к теплопотребляющим установкам, по обратному трубопроводу остывшая вода возвращается к источнику теплоты для повторного нагрева.

Микрорайон разбивается на несколько жилых групп, в каждой из которых располагается ЦТП. Регулирование тепловой нагрузки на отопление осуществляется по повышенному графику.

2.2. Гидравлический расчет тепловой сети

Расчетные часовые расходы воды на отопление и вентиляцию , кг/с, определяются по формулам:

, (2.5)

, (2.6)

где с – удельная теплоемкость воды, принимаемая при расчетах равной 4,187 кДж/(кг); Т, Т - температура теплоносителя соответственно в подающем и обратном трубопроводе, ; , - соответственно расходы теплоты на отопление и вентиляцию, Вт.

Целью гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов и потерь давления по длине трассы при известных расходах теплоносителя и заданном располагаемом давлении на вводе в микрорайон, а также увязка потерь давления с ответвлениями.

Средние удельные потери давления в трубопроводах на трение , Па/м, исходя из заданного располагаемого давления , Па, определяются по формуле:

(2.7)

где - суммарная протяженность расчетной магистрали, м, состоящей из n участков; - коэффициент местных потерь, принимаемый для тепловых сетей при диаметре до 400 мм =0,3; - перепад давлений, достаточный для преодоления гидравлического сопротивления оборудования ЦТП, внутриквартальных сетей и абонентских установок, Па, принимаем =350 кПа; - располагаемое давление, определяется как разность давлений в подающей и обратной магистрали, по заданию =500 кПа;

Па/м.

Суммарные потери давления в трубопроводе , Па, определяются по формуле:

(2.8)

где R – удельные потери давления на трение, Па/м, определяемые по таблицам [6] в соответствии с определенными расходами теплоносителя; - приведенная длина участка трубопровода, м, определяется по формуле:

, (2.9)

где l – длина участка трубопровода, м; - эквивалентная длина местных сопротивлений, м, определяемая по формуле:

(2.10)

где - коэффициент местных потерь, принимаемый для тепловых сетей при диаметре до 400 мм =0,3.

Расчетная схема тепловой сети приведена на рис. 2.1.

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.2.

Рис. 2.1. Расчетная схема тепловой сети:

в числителе – расход , кг/с, в знаменателе – длине l, м

Таблица 2.2. - Гидравлический расчет тепловой сети

Составим монтажную схему

По монтажной схеме определяется окончательная эквивалентная длина местных сопротивлений , м, [7, прил.5]. Результаты сводим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3.- Результаты определения коэффициентов местных сопротивлений

3. Разработка системы газоснабжения

3.1. Описание системы газоснабжения

Система газоснабжения рассматриваемого микрорайона города – двухступенчатая с одним газораспределительным пунктом (ГРП). До ГРП проектируется распределительная сеть среднего давления. После ГРП – кольцевая сеть низкого давления.

Газопроводы низкого давления используются для газоснабжения жилых домов, общественных зданий и мелких коммунально-бытовых предприятий.

Вводы газопроводов в жилые дома должны предусматриваться в нежилые помещения, доступные для осмотра газопроводов.

На территории микрорайона газопроводы проложены подземно. Расстояния по горизонтали между подземными газопроводами и другими сооружениями приняты в соответствии с [5].

3.2. Расчет потребления газа

Расчетная схема газопроводов показана на рис. 3.1. Число жителей микрорайона m=12928 человек, число жителей по зонам, образованным кольцами газовой сети: =2385 чел., =1410 чел., =1684 чел., =2246 чел., =1927 чел, m_VI = 3276

Рис. 3.1. Расчетная схема газопроводов

Годовые расходы газа для жилых домов, общественных зданий , м/год, определяются по формуле:

(3.1)

где - норма расхода теплоты, МДж/(год , принимается по [5, таблица 2], =2800 МДж/(год ; m - количество жителей, чел, m=13709 чел; - низшая рабочая теплота сгорания газа, МДж/ м, зависит от состава газа, принимаем =34 МДж/ м;

м/год.

Максимальный расчетный часовой расход газа , м/ч, определяется по формуле:

(3.2)

где - коэффициент часового максимума расхода газа, принимается по [5, таблица 4.5], при m=12928 чел =1/2120

=1064658*1/2110=502 м/ч.

3.3. Расчет газовой сети низкого давления

3.3.1. Определение путевых расходов газа по участкам сети низкого давления

Путевые расходы газа по участкам , м/ч, определяются по формуле:

(3.3)

где - удельный путевой расход участка, м/(ч ); - длина участка по плану.

Удельный путевой расход участка складывается из удельных путевых расходов зон, питаемых от рассматриваемого участка. Зонами считаются площадки внутри колец, образованных газопроводами. Удельный расход зоны , м/(ч ), определяется по формуле:

, (3.4)

где - расход газа на жилую зону, м/ч; - периметр газопроводов, питающих зону, м.

Расход газа по жилым зонам , м/ч, можно определить из соотношения:

, (3.5)

где - число жителей в i-той жилой зоне, чел; m – общее число жителей в микрорайоне, чел; - часовой расход газа на микрорайон, м/ч, =502 м/ч.

Определяем расчетные часовые расходы газа по формуле (3.5):

=92,6 м/ч;

=54,7 м/ч;

=65,4 м/ч;

=87,2 м/ч;

=74,8 м/ч.

=127,2 м/ч.

Результаты вычисления путевых расходов участков по формуле (3.3) сводим в таблицу 3.1. Удельный путевой расход газа на участке складывается из удельных путевых расходов зон, питаемых от рассматриваемого участка.

Таблица 3.1.- Путевые расходы газа по участкам газовой сети низкого давления

3.3.2. Определение расчетных расходов газа по участкам кольцевых сетей

Расчетный расход газа на участке , м/ч, определяется по формуле:

, (3.6)

где - соответственно транзитный и путевой расходы газа на участке, м/ч. Участки, оканчивающиеся конечными узлами, транзитного расхода газа не несут, то есть для них =0.

Для решения задачи вычисления расчетных расходов промежуточных участков кольцевых сетей, определения их используется узловой метод расчета, состоящий в решении системы линейных уравнений узлового баланса, выражающих первый закон Кирхгофа для гидравлических сетей:

(3.7)

, (3.8)

где - фиктивный узловой расход, равный полусумме путевых расходов участков, примыкающих к расчетному узлу (вводится для упрощения расчетов), n – количество участков, сходящихся в расчетном узле.

Вычисляем расчетные расходы участков, оканчивающихся конечным узлом, по формуле (3.6), принимая =0:

м/ч;

м/ч;

м/ч;

м/ч;

м/ч;

м/ч.

м/ч;

м/ч.

Выбираем узел с одним неизвестным расходом – узел 14, составляем для него уравнение узлового баланса по формулам (3.7), (3.8):

Узел 10

Далее рассматриваем узел 9, у которого неизвестны два притекающих расхода, но известен вытекающий. Задаем для участка 9-11 коэффициент транзитного расхода =0,7 (т.е. по нему транзитом проходит 70%), тогда:

Узел 8

Узел 4

Узел 5

Узел 13

Узел 3

0,5 31,68+68+31,8)=65,74 м/ч;

;

м/ч.

Проводим проверку расчета с помощью уравнения узлового баланса для узла питания 1:

Узел 1

0,5 31,8+37,2+72,76)=70,88 м/ч;

;

м/ч.

Сравниваем полученное значение с максимальным расчетным часовым расходом газа на микрорайон, равным 500 м/ч, величина невязки составляет:

Невязка =

Результаты расчета заносим в таблицу 3.3.

Далее определяем гидравлические потери давления и выбираем диаметры трубопроводов газовой сети низкого давления.

Располагаемый перепад давления на распределительную уличную сеть низкой ступени давления составляет не более 1200 Па [5, прил. 5]. В качестве расчетной величины принимается значение за вычетом 10% потерь давления в местных сопротивлениях, определяемое по формуле:

. (3.9)

=1080 Па.

Выбираем главное направление 1-3-8-9-11 (рис. 3.1). Главное направление – это наиболее протяженное направление, в котором полностью срабатывается величина . Средний гидравлический уклон этого уклон этого направления и гидравлические уклоны его участков , Па/м, равны между собой и вычисляются по формуле:

, (3.10)

где - длина i-го участка, м; n – количество участков, входящих в расчетное направление.

=1080/(200+220+300+120)=1,28 Па/м.

Для вычисления гидравлических уклонов участков, не вошедших в выбранное направление, выбирается новое направление, для которого сначала определяют перепад давлений, приходящийся на участок с неизвестным гидравлическим уклоном, по формуле:

, (3.11)

где k – количество участков, для которых определено значение .

Последовательно задаем другие направления и определяем для остальных участков гидравлические уклоны по формулам (3.10), (3.11):

= Па/м;

=1080- 1,28*200/240=3,4 Па/м;

=1080 – 3,4*200/340=1,17 Па/м;

Па/м;

Па/м;

Па/м;

Па/м.

Па/м

Па/м

Па/м

Па/м

Па/м

Па/м

Па/м

Па/м

Перепад давлений на каждом участке , Па, определяется по формуле:

(3.12)

где - соответственно гидравлический уклон, Па, и длина участка, м.

Результаты вычислений значений R участков и потерь давления на них , Па, по формуле (3.12) заносим в таблицу 3.2.

Ориентируясь на вычисленные R, Па/м, для участков по номограммам [8] выбираем диаметры трубопроводов участков сети, определяем фактическое значение гидравлического уклона , Па/м, и вычисляем фактические значения потерь давления на участках. Результаты сводим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2. Гидравлический расчет газовой распределительной сети низкого

давления

Проверка:

=260+242+330+168=1000Па1080 Па

4. Разработка системы водоснабжения

4.1. Описание системы водоснабжения

Водопроводная сеть является одним из основных элементов системы водоснабжения. Наружная водопроводная сеть состоит из:

системы магистральных линий, идущих в направлении движения основных масс воды, транспортирующих воду в районы и кварталы города;

распределительной сети труб, подающих воду к отдельным домовым ответвлениям и пожарным гидрантам.

В рамках курсового проекта проектируется водопроводная сеть с одним кольцом по внешнему контуру микрорайона и тупиковыми ответвлениями к отдельным зданиям. Водопроводная сеть проектируется из стальных труб.

4.2. Определение расчетных расходов воды

Количество жителей микрорайона m=12928 чел.

За расчетный принимают расход в часы максимального водозабора суток с наибольшим водопотреблением.

Расчетный суточный (средний за год) расход воды , м/сут, на хозяйственно-питьевые нужды определяется по формуле:

(4.1)

где - норма водопотребления, принимается по [3] в зависимости от степени благоустройства районов жилой застройки. Для застройки зданиями, оборудованными централизованным горячим водоснабжением, =300 л/сут; m – количество жителей.

=3878,4 м/сут.

Расчетный расход воды в сутки наибольшего водопотребления , м/сут, определяется по формуле:

, (4.2)

где - максимальный коэффициент суточной неравномерности, в соответствии с [3] принимают =1,1…1,3;

=4654 м/сут.

Расчетный часовой расход воды , м/ч, определяется по формуле:

(4.3)

где - максимальный коэффициент часовой неравномерности, определяемый по формуле:

, (4.4)

где - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, принимается =1,2…1,4 [3]; - коэффициент, учитывающий число жителей, принимается по [3, таблица 2], принимаем =1,24;

=1,61;

=312,6 м/ч=86,7 л/с.

Намечаем распределение потоков по кольцу (рис. 4.1), точку сходов потоков (узел 6) намечаем из условия равенства длин участков: .

Расчетные расходы участков определяем, поделив общий расход воды на микрорайон между двумя ветвями кольца:

q(1-2-3-4-5-9)=q(1-7-8-9-10-11-12-13-14-6)=93,5/2=46,75 л/с.

По таблицам [7, прил. 16] выбираем диаметр трубопроводов. Экономический фактор Э=0,5 для г. Мурманска. Диаметр трубопроводов =200 мм.

Расчет тупиковой ветви (рис 4.1. 11-15-16-17-18-19) проводится по формулам (4.1) … (4.4) и сводится в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. - Расчет тупиковой ветви водопроводной сети

5. Разработка системы водоотведения

5.1. Описание системы водоотведения

Под системой водоотведения (канализации) понимается совместное или раздельное отведение всех видов сточных вод на очистные сооружения. Наружная водоотводящая сеть представляет собой систему подземных труб и каналов, отводящих сточные воды самотеком к насосным станциям или очистным сооружениям. Внутриквартальная сеть транспортирует сточные воды от зданий квартала в уличную сеть, которая оканчивается контрольным колодцем, расположенным за пределами квартала перед красной линией застройки.

Канализационные хозяйственно бытовые сети работают при самотечном режиме с частичным наполнением трубопроводов. В связи с этим, определяющим фактором при определении схемы водоотведения является рельеф местности.

К материалу труб, применяемых в водоотводящих сетях, предъявляется ряд требований. Они должны быть прочными, водонепроницаемыми, устойчивыми против коррозии и истирания, гладкими. В рамках курсового проекта разрабатывается система водоотведения с применением чугунных труб.

5.2. Определение расчетных расходов сточных вод

Схема внутриквартальной канализационной сети приведена на рис. 5.1.

Средний расход сточных вод на участках , л/с, определяется по формуле:

(5.1)

где - норма водопотребления, л/(сут ), принимается по [3], = 300 л/(сут ); m – количество жителей, обслуживаемых расчетным участком.

Расход воды на участке , л/с, рассчитывается по формуле:

, (5.2)

где - общий коэффициент неравномерности притока сточных вод, принимается по [4, табл.2].

Результаты расчета сточных на участках (0-…-26) по формулам (5.1) и (5.2) сводим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1.- Расчет расходов сточных вод

Окончание таблицы 5.1. Расчет расходов сточных вод

5.3. Гидравлический расчет водоотводящей сети

Целью гидравлического расчета водоотводящей сети является подбор диаметра труб и их уклонов, обеспечивающих транспортирование расчетного расхода сточных вод. Бытовую канализацию рассчитывают на частичное наполнение труб, характеризуемое отношением h/d (h – высота слоя жидкости в трубе, d – диаметр трубы).

Для каждого участка задаем уклон трубопровода i с учетом рельефа местности.

При известном расходе воды на участке , л/с, определяется модуль расхода при частичном наполнении труб , л/с, по формуле:

. (5.3)

Диаметры трубопроводов с рекомендуемым наполнением и модули скорости W, м/с, определяем по таблицам [9].

Скорость движения сточных вод V, м/с, определяется по формуле:

. (5.4)

Гидравлический расчет водоотводящей сети участков (0-…-26) по формулам (5.3) и (5.4) сводим в таблицу 5.2.

Таблица 5.2. Результаты гидравлического расчета водоотводящей сети

Библиографический список

1. СНиП 2.23.01-99. Строительная климатология – М.: Госстрой Росси, 2000. – 136 с.

2. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. – М.: Стройиздат,2004. – 38 с.

3. СНиП 2.04.02-85. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат –

1985. – 136 с.

4. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. – М.: Стройиздат 1986. – 72 с.

5. СНиП42-01-2002. Газораспределительные системы. – М.: Госстрой России, 2003 – 42 с.

6. Водяные тепловые сети:. Справочное пособие/ Под. ред. Н.К. Громова, Е.П. Шубина, 1988. – 360 с.

7. Разработка инженерных сетей микрорайона города: учеб. пособие/ Э.В. Сазонов,

М.С. Кононова; Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. – Воронеж, 2005. – 107 с.

8. Газоснабжение: Учеб. для вузов/ А.А. Ионин. – М.: Стройиздат, 1989. – 439 с.

9. Гидравлический рачет водоотводящих сетей. Справочное пособие/ В.И. Калицун –

М.: Стройиздат, 1998. – 194 с.