CC BY
9
УДК 628.86
ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОТЫ И ХОЛОДА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА КАНАЛИЗАЦИОННОЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ
В.И. Прохоров, М.А. Разаков
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва
Аннотация.
В статье рассматриваются различные источники теплоты, которые иногда не учитываются при моделировании теплового режима различных зданий и сооружений. В работе освещен технологический процесс канализационной насосной станции — перекачивание сточных вод, который является одновременно и источником теплоты (в зимний период года) и источником холода (в теплый период года). Также в статье произведено разделение источников теплоты и холода на внешние и внутренние, а также на временные и постоянные. Результаты данной работы можно применять при физико-математическом моделировании нестационарного и стационарного тепловых режимов канализационных насосных станций любой производительности.
Ключевые слова: Городская канализационная насосная станция (ГКНС); моделирование; тепловой режим КНС; стационарный тепловой режим; нестационарный тепловой режим. История статьи: Дата поступления в редакцию: 11.01.20
Дата принятия к печати: 13.01.20
Z м
О
-I
м
D CD
Энергосбережение всегда являлось одним из основных направлений экономики, как Советского Союза так и Российской Федерации. Ученые-исследователи сокращали лишние энергозатраты различных секторов экономики за счет технического развития машин и механизмов [1,2]. В связи с повышением производительности ЭВМ, набирает популярность другой инструмент исследования — математическое моделирование. На данный момент он является одним из эффективных способом поиска дополнительных резервов энергоресурсов, снижения расхода энергии, а также сокращения денежных затрат уже на стадии проектирования различных объектов исследования [3].
В строительстве и ЖКХ наибольшее распространение получили программы «Smart City» и «Smart Village», а именно «Умный Город» и «Умная Деревня». Основной целью данных проектов является максимально-эффективное и рациональное использование различных ресурсов для комфортного проживания людей в городе или в сельской местности. В строительстве также одним из подразделов данных программ является подгруппа «Цифровое проектирование» (BIM) [4].
Недостатков у данных программ, конечно, тоже много. Но главным является то, что рассматриваемые здания однотипны по назначению, т.е. рассматриваются только общественные или жилые здания. Несмотря на архитектурные различия зданий, их энергопотребление, в одном регионе строительства, колеблется в незначительных пределах [5]. Здания же промышленного или комплексного назначения вообще не рассматриваются. Городская канализационная насосная станция (ГКНС) относится к такому промышленному виду сооружений. Она также относится и к сооружениям стратегического назначения. Её нормальное функционирование напрямую влияет на комфортность жизни в городе [6].
н
и
J н
о : с S
S I
s * ¡е а s а
I*
о о со
о ц
м с
m щ О н
< s
S3 1
< га £L и
. о
и
СО q
О а
О
X
о
а
0
1 S
а i: га
о ц
о X
Для определения оптимальной тепловой составляющей энергетических затрат здания, следует смоделировать тепловой режим КНС. В данной работе предложена классификация различных источников теплоты и холода для городской канализационной насосной станции. Эти источники являются универсальными и существуют на всех типах КНС. В работах В.Я. Карелина, Б.Н. Репина, В.И. Прохорова, М.А. Разакова и др. [7,8,9] описываются различные планировки КНС и тепловые поступления от сточных вод при стационарном режиме. Авторами данной статьи предложена обобщающая классификация ГКНС. В табл. 1,2 классификация охватывает погодно-климати-ческие и технологические признаки упомянутых источников теплоты (Таблица 1) и холода характерных для ГКНС.
На Рис.1 и 2 приведены различные принципиальные схемы канализационных насосных станций с раздельным и совмещенным расположением машинного зала и резервуара с бытовыми, лабораторными и административными блоками.
Рис. 1. Насосные станции с раздельным расположением машинного зала и резервуара с бытовым лабораторным и административным блоком (1 — грабельное отделение; 2 — грабельная решетка; 3 — резервуар со сточными водами; 4 — трубопровод между отдельно-стоящими блоками машинного зала и резервуара со сточными водами; 5 — Насос, перекачивающий сточные воды; 6 — трубопровод к очистным сооружениям; 7 — 2-ой блок сооружения; 8 — машинный зал с насосами и задвижками; 9 — уровень земли; 10 — грунт между 1-ым и 2-ым блоками; 11 — 1-ый блок).
Рис. 2. Насосные станции с совмещенным расположением машинного зала и резервуара с бытовым лабораторным и административным блоком (1 — административный блок; 2 — грабельное отделение; 3 — грабельная решётка; 4 — резервуар со сточными водами; 5 — Насос, перекачивающий сточные воды; 6 — трубопровод к очистным сооружениям; 7 — подземная часть машинного зала; 8 — электропривод насоса; 9 — уровень земли; 10 — надземная часть машинного зала).
5
Классификация источников теплоты в ГКНС
Внешние
Внутренние
Постоянные
Временные
Постоянные
Временные
Теплый период Года
Холодный
период _Года_
Теплый период года
Холодный
период _Года_
Теплый период Года
Холодный
период _Года_
Теплый период года
Холодный период года
Окружающий грунт
Солнечная радиация
Сточные воды в резервуаре
Эл. приводы насосных агрегатов, перекачивающих сточные воды
Сопутствующие трубопроводы
системы теплоснабжения
Атмосферный воздух (Инфильтрация и Экс-фильтрация в результате действия ветра и гравитационного давления)
Сточные воды в перекачивающем на очистные сооружения трубопроводе
Эл. приводы насосных агрегатов, участвующих в промывке грабельных решеток
03
г
м О
-I
м
Э СО
Аварийно-регулирующий резервуар (При наличии)
Трубопроводы системы горячего водоснабжения обслуживающих, ремонтных бытовых, лабораторных и административных помещений
Система освещения здания (в том числе аварийная)
Провода электроснабжения
Другое эл. оборудование
Люди
Горячие блюда персонала станции
Серверные
Воздух системы вентиляции
Тепловые поступления от бытового, лабораторного и административного блока (Рис.1)
Параллельный блок сооружения ГКНС (При наличии) (Рис.2)
Воздуховоды системы вентиляции ГКНС
Трубопроводы системы отопления бытовых, лабораторных и административных помещений
н
и
.0 н
о : с 2
181 = *
¡е а * а
8 в
о о и
о ц
Сй (Ц
О н
2 15
< 5
£2 1
< га
а и . о
н
Сй 4
о
а
О
X
о
а
0
1 5
а 1= га
о ц
о X
Классификация источников холода в ГКНС
Внешние Внутренние
Постоянные Временные Постоянные Временные
Теплый период Холодный период Теплый период Холодный период Теплый период Холодный период Теплый период Холодный период
Окружающий грунт Атмосферный воздух (Инфильтрация и Эксфильтрация в результате действия ветра и гравитационного давления) Сточные воды в резервуаре (1 = 15 — 25 0С) -
Трубопроводы системы газоснабжения (при не зависимой схеме) Сточные воды в переправляющем на очистные сооружения трубопроводе
Аварийно-регулирующий резервуар (При наличии) Параллельный блок сооружений ГКНС (При наличии) Воздух системы вентиляции Система холодного водоснабжения Резервуар охлаждения подшипников
Выводы: На основании предложенной классификации источников теплоты и приведенных типичных конструктивных схем городских канализационных насосных станций, упрощается разработка различных физико-математических моделей теплового и воздушного режимов данных сооружений.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Клименко В.В. и другие Влияние Урбанизации и потепления климата на энергопотребление больших городов // Доклады Академии наук. 2016. Т. 470. № 5. С. 519-524;
2. Табунщиков Ю.А. Оптимизация инженерной инфраструктуры здания. Основные положения // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2016. № 3. С. 4-13;
3. Volkov A., Chelyshkov P., Brazhnikov P. Features of BIM — modeling of engineering systems of the construction object // E3S Web of Conferences. 2019;
4. Volkov A. Smart City: Convergent Socio-Cyber-Physical Complex // Matec Web of Conferences. 2018;
5. Игнатьев В.С., Шадрин А.П. Нормирование расхода теплоты и топлива как основа эффективности использования топливно-энергетических ресурсов при эксплуатации жилых и общественных зданий в условиях Якутии // Материалы Международной научно-технической конференции «Теоретические Основы Теплогазоснабжения и Вентиляции». 2005. С. 37 — 42;
6. Рымаров А.Г., Разаков М.А., Чернова Р.В. Управление работой системой отопления на канализационных насосных станциях // Естественные и технические науки. 2017. № 12 (114). С. 293 — 295;
7. Репин Б.Н., Запорожец С.С., Ереснов В.Н. и др. Водоснабжение и водоотведение. Наружные сети и сооружения // М.: Высшая школа. 1995;
8. Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции. // М.: Стройиздат, 1986;
9. Prokhorov V., Rymarov A., Razakov M., Kosarev A. Specialized Method of Calculating Heat Input fromWastewater in the Premises of the Sewage Pumping Stations // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. Volume 463. Article number №032073. doi:10.1088/1757-899X/463/3/032073.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Прохоров В.И., Разаков М.А. Источники теплоты и холода при моделировании теплового режима канализационной насосной станции. — Системные технологии. — 2020. — № 34. — С. 43—47.
HEAT SOURCES AT THE THERMAL REGIME MODELLING OF URBAN SEWAGE PUMPING STATION V.I. Prokhorov, M.A. Razakov
National Research Moscow State University of Civil Engineering, Moscow
Abstract.
There are discusses the various thermal sources, which are usually not taken into account when engineer is modeling the thermal regime of various buildings and structures in this research. There is the highlights of the technological process in a sewage pumping station — pumping wastewater, which is both a source of thermal (in the winter part of season) and a source of cold (in
Key words:
Waste water pumping station or sewer pumping station (SPS); modeling; thermal regime of the SPS; stationary thermal regime; non-stationary thermal regime. Date of receipt in edition: 11.01.20 Date o f acceptance for printing: 13.01.20
the summer part of season).
Also in the article there is the sources of thermal and cold which are divided into external and internal, as well as temporary and permanent. The results of this work can be used in physical and mathematical modeling of nonstationary and stationary thermal conditions of any capacity sewage pumping stations.
О
z
M
О
-I
M
D CD
I-
и
J H
о : с S
S i
¡e <u s a
о о u
о ц
м С
m щ О н
< S
£3 1
< га £L и
. о
и
СО q
О a
О
X
о
a
0
1 S
a с
га
о ц
о X
