CC BY
80
5. Portnyagin V.D. Osobennosti podgotovki bitumov i prigotovleniya asfal'tobetonnykh smesei [Peculiarities of bitum and hydrocarbon concrete preparation]. Moscow, IPK Minavto-dora RSFSR Publ., 1988. 81 p.
6. Bazhenov A.V., Sorokin V.V. Melting of packaged bitum. Avtomobil'nye dorogi [Automobile roads], 2014, no. 1 (986), pp. 64-69. (In Russian)
7. Skripkin A.D. Implementation of transportation, keeping and preparation of bitum, what provides safety and high quality of road bitum. Avtomobil'nye dorogi [Automobile roads], 2009, no. 6, pp. 48-52. (In Russian)
8. Wunder M. Integrating Innovative Technologies into Grown Supply Chains. Available at: https://www.pwc.de/de/prozessoptimiemng/assets/pwc_whitepaper_supplychainasphaltindus-try_2013.pdf (accessed 13.04.2016).
9. Portnyagin V.D., Koshelev V.A., Ovsyannikov V.N., Shishov G.I. Improvement of organization of keeping and preparation of road bitum. Avtomobil'nye dorogi [Automobile roads], 1994, no. 10-11, pp. 22-26. (In Russian)
10. Wunder M., Hiete M., Stengel J., Schultmann F., Simmleit N. Potential supply chain cost savings from innovative cold bitumen handling. International Journal of Logistics Research and Applications: A Leading Journal of Supply Chain Management, 2012, vol. 15, issue 5, pp. 337-350. D0I:10.1080/13675567.2012.742044
11. Braziunas J., Sivilevicius H. Heat Transfer and Energy Loss in Bitumen Batching System of Asphalt Mixing Plant. The 9th International Conference "Environmental Engineering", 22-23 May 2014, Vilnius, Lithuania.
12. Mikheev M.A. Osnovy teploperedachi [Heat-transfer principles]. Moscow - Leningrad, Gosenergoizdat Publ., 1956. 392 p.
13. Zavod teploizolyatsionnykh materialov [Factory of heat-insulating material]. Available at: http://ztim.ru/koeficient_teploprovodnosti_materialov (accessed 13.04.2016).
Информация об авторе
Саенко Сергей Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильных дорог, e-mail: [email protected]; Донской государственный технический университет, 344022, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.
Information about the author
Saenko S.S., Candidate of technical sciences, Associate Professor, Department of Automobile Roads, e-mail: [email protected]; Don State Technical University, 162, Socialisticheskaya St., Rostov-on-Don, 344022, Russia.
УДК 628.218
DOI: 10.21285/2227-2917-2016-3-101-113
ОПТИМИЗАЦИЯ ВАРИАНТОВ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ВОДООТВЕДЕНИЯ
© Р.В. Чупин, Фам Нгок Минь
Переход к рыночным отношениям определил новую для нашей страны технологию управления развитием городских инженерных систем. Эта технология сместилась на муниципальный уровень и ее можно, по-крупному, представить в виде двух этапов. Первый - разработка схемы развития системы водоснабжения и водоотведения, второй - реализа-
ция этой схемы на основе инвестиционных программ предприятий коммунального комплекса. В инвестиционных программах формируется финансовое обеспечение развития и реконструкции систем водоотведения за счет инвестиционной составляющей в тарифе, платы за подключение для вновь вводимых в строй объектов капитального строительства и целевого финансирования по отдельным государственным и муниципальным программам, займам и кредитам. Финансовое обеспечение развития систем водоотведения становится ограниченным, и возникает задача его рационального распределения между строительством новых объектов водоотведения и реконструкцией уже существующих. В работе предлагается методика формирования вариантов развития систем водоотведения, выбора лучшего из них по критерию затрат жизненного цикла с учетом ограниченных инвестиций в их строительство, модели и методы анализа, оптимизации их реконструкции и развития с учетом надежности и сейсмостойкости.
Ключевые слова: управление развитием систем водоотведения, методы оптимизации, избыточная схема, варианты развития, ограничение на инвестиции.
OPTIMIZATION OF DEVELOPMENT VARIATION OF WATER DISPOSAL
SYSTEMS
© R.V. Chupin, Pham Ngoc Minh
Switch over to market relations defined the new technology managing the development of city engineering systems in our country. This technology moved to a municipal level and generally it can be imagined in the form of two stages. The first on is connected with the scheme development of water disposal and water supply system, the second - with realization of this scheme at the basis of investment programs of public utility companies. In investment programs there is a forming financial provision of development and reconstruction of water disposal systems at the expense of investment component in the tariff, connection charge for newly introduced objects of capital construction and target financing according to separate state and municipal programs, loans and credits. Financial provision with the development of water disposal systems is becoming limited and there is a target to distribute them reasonably between the construction of new objects of water disposal and reconstruction of the existing ones. In this work we offer methods to create variants of development of water disposal systems, choice of the best one according to the criteria of life cycle cost taking into account limited investments into their construction, models and methods of analyses, optimization of their reconstruction and development with regard to reliability and seismic capacity.
Keywords: management of development of water disposal systems, methods of optimization, excessive scheme, variants of development, restriction for investments
Переход к рыночным отношениям определил новую для нашей страны технологию управления развитием городских инженерных систем, в том числе систем водоотведения (СВО). Эту технологию можно представить в виде двух этапов. Первый - разработка схемы развития системы водоснабжения и водоотведения на период не менее 10 лет, второй -реализация этой схемы на основе инвестиционных программ предприятий коммунального комплекса, разрабатываемых на срок действия фиксированных тарифов на коммунальные услуги, но не менее трех лет. В инвестиционных программах формируется финансовое обеспечение развития и реконструкции систем водоотведения за счет инвестиционной составляющей в тарифе, платы за подключение для вновь вводимых в строй объектов капитального строительства и целевого финансирования по отдельным государственным и муниципальным программам, займам и кредитам.
В работе предлагается методика формирования и оценки вариантов развития, а также комплекс моделей и методов для анализа и оптимизации параметров и режимов функционирования новых и реконструируемых систем водоотведения.
Как показали проведенные исследования, критерий оптимизации в виде приведенных расчетных затрат в основном направлен на минимизацию единовременных капиталовложений, хотя известно, что эксплуатационные затраты за жизненный цикл систем водо-отведения превышают единовременные капиталовложения в 10-20 раз. Очевидно, при обосновании проекта реконструкции и развития систем водоотведения следует учитывать затраты всего жизненного цикла системы (ЗЖЦ). Для сети водоотведения, состоящей из п участков, эти затраты за исследуемый временной период Т можно представить в виде следующих слагаемых:
( Т1 п ( 'Т ,
г=1
с = Ё cf • + ) +£ СНС + -fe + с^,)\+£ -Су , (1)
T
(1 + Г) J г=1 t (1 + r) J г=1 Ц1 + r)
где СТР ,сНС - затраты, связанные с проектированием, с приобретением оборудования (труб, механизмов, средств автоматизации и диспетчеризации), со строительством и монтажом системы водоотведения; СЭКС, С ЭКсС - эксплуатационные затраты, состоящие из расходов на оплату труда основных производственных рабочих, отчислений на социальное страхование, амортизационных отчислений на полное восстановление, ремонтного фонда, цеховых и общеэксплуатационных расходов (накладных), прочих прямых расходов (рассчитываются согласно «Методике планирования, учета и калькулирования себестоимости услуг жилищно-коммунального хозяйства», утвержденной постановлением Госстроя РФ № 9 от 23.02.99 г.); Соч - годовые затраты, связанные с предотвращением попадания неочищенных стоков на поверхность земли и в водоемы; СЭЛК - годовые затраты электроэнергии на перекачку сточной жидкости; С0 - затраты на разборку и утилизацию отслужившего свой срок оборудования; Т - время жизненного цикла (принимается временной интервал, соответствующий оборудованию с наибольшим сроком службы); г - норма дисконта (величина ставки рефинансирования ЦБ РФ), играет роль базового уровня, в сравнении с которым оценивается экономическая эффективность варианта проекта.
Следует отметить, что для оборудования с меньшим сроком службы единовременные капиталовложения СГ ,сНС увеличиваются на коэффициент кратности в отношении оборудования с наибольшим сроком службы.
Для конкретизации единовременных и эксплуатационных затрат была использована информация, приведенная в укрупненных нормативах цен строительства: НЦС 81-0214-2012 «Сети водоснабжения и канализации», в документе «Сметные нормы и расценки на новые технологии в строительстве». После обработки информации, представленной в данных документах, получены (с величиной достоверности аппроксимации К2 = 0,9) функции вида, тыс. руб.:
СТР =(а • Га • + Ь • Г 3 )■ Ц, (2)
где Г - средняя глубина заложения трубопровода, м; di - диаметр трубопровода i, м; а ,Ь ,а ,¡3 - коэффициенты, которые зависят от материала труб, от состояния грунтов и
способов строительства; - длина участка i, км. СТР с учетом дефляторов стоимости приводятся к соответствующему году строительства и эксплуатации системы водоотведе-ния.
Получив формулу (2), можно построить функцию стоимости прокладки самотечных коллекторов в зависимости от расхода транспортируемой сточной жидкости. Для этого воспользуемся гидравлической зависимостью диаметра коллектора, работающего полным сечением, от расхода стоков [1]:
Ы 0,375
л - У_ а0'375
Л 0,6477 • I0'1875 'а , (3)
где а1 - расчетный расход на участке i, который вычисляется по формуле
qi Чср, г К общ, i ,
где дср, г - средний секундный расход на участке г, м3 / с; Кобщ, г. - общий коэффициент
неравномерности на участке г, полученный на основании фактических или прогнозных графиков поступления и движения стоков в системе водоотведения. Подставляя выражение (3) в (2), получим:
( лт0'315 Л
а • Г--Л 0 1875 • + Ь • Г* • Ц. (4)
0,6477-/0'1875 , '
ч 7 г /
При проектировании новых сетей водоотведения следует принимать уклон в соответствии с рельефом местности или минимальный уклон, вычисляемый по следующей формуле:
fiTF _ C1 =
± =_ Р
1 10(
Следовательно,
1, =. (5)
г 1000•d
= 6,655 • N0'411 • дг0'411. (6)
Соответственно, стоимость, тыс. руб.:
С? =(6,655 • а • Га • №'411 • д°'411 + Ь • Гр )• Ц . (7)
Годовые эксплуатационные затраты трубопровода на основе нормативных данных можно представить в виде следующей функции, тыс. руб. в год:
СТЭРКС1 = а • Ц + Ь • Ц • (8)
или
СЭКС, = a •L + b •Li •
f N °,375 ^ iV_ q 0,375
v 0,6477 • 1°-1875 '4i
i
(9)
Стоимость проектирования и строительства насосных станций с величиной досто-
верности аппроксимации R2 = 0,9 можно представить в виде функций следующего вида, тыс. руб.:
С- = (а • Н + Ь) д<Тн. (10)
Годовые эксплуатационные затраты по канализационным насосным станциям (КНС), тыс. руб. в год:
С"эскс = 2794,54 • д0Д352 + (3,277 • Н + 562,5> дО'4948-0,01^ . (П)
Стоимость годовых затрат электроэнергии насосных установок, тыс. руб. в год:
С = пэ-Н
СЭЛК = 2э , (12)
367,2 • ц
где 2э - стоимость электроэнергии, руб. за Квт час; пэ - число часов использования нагрузки (для года пэ = 8768 час); ц - коэффициент полезного действия насосных агрегатов; Н - действующий напор (напор насосной станции, м в. ст.); qi - расход сточной жидкости, м3/с.
Годовые затраты, связанные с предотвращением попадания неочищенных стоков на поверхность земли и в водоемы (Соч), можно вычислить исходя из объемов неочищенных стоков, образующихся в результате аварийных ситуаций на самотечных и напорных коллекторах за год:
СоЧ =Щсбр-Ксбр = , (13)
где Ксбр - затраты на очистку и предотвращение попадания 1 м3 стоков на поверхность земли и в водоемы; ДОсбр - количественный критерий объема неочищенных стоков, который имеет следующий вид [2]:
Абсбр У • *, (14)
1=1
где ДОсбр - объем стоков, м3, поступающих на территорию и в водоемы без очистки за время * (год); qi - расчетный расход стоков на участке сети ¡, 1 = 1, ...,п, м3/с; п - количество расчетных участков системы водоотведения; у. = ——, причем —Г =(17 • — + VI,
1 иГ
уч 8760 .¡с _
М = , где ^ - длина участка сети 1, км, — - интенсивность заявок на ремонт и обслуживание колодцев (1/год), 17 - среднее количество колодцев на 1 км, — - интенсивность отказов трубопроводов (1/год), которая зависит от диаметров трубопроводов; * -время эксплуатации системы водоотведения за год.
Трудоемкость ремонтных работ на сети (Т), чел.-ч, также зависит от диаметров трубопроводов.
Следует отметить, что при определении зависимости интенсивности отказов от диаметров трубопроводов требуется учитывать многообразие грунтовых, климатических особенностей, особенностей распространения сейсмических волн по различным территориям. Необходимо собирать такую статистику и получать такие зависимости для каждого города или населенного пункта, для которого выполняются оптимизационные расчеты СВО.
В работе [3] на основе изучения статистического материала по отказам трубопроводных систем при землетрясениях в различных городах получены зависимости увеличения интенсивности отказов от ориентации сейсмического воздействия по отношению к трубопроводному участку (угол наклона а ) и балльности (Б) по шкале MSK-64:
Ка = 0,08418 • мп (74,709 + »)• Б26 (15)
Следует отметить, что при балльности меньше 4 сейсмические воздействия на трубопроводы не проявляются.
С учетом (3) формула (13) представляется в следующем виде:
ДО = К» Т (17 • —— + X ) / 748,8 • ^375 • q0,з75 _ 1200 • • q0,75 _ 271 • q • I (16) ^сбр Л 8760 101875 10375
у
Беря во внимание полученные зависимости (2)-(16), формулу (1) можно представить в виде функции затрат жизненного цикла от расчетного расхода стоков по участкам самотечного коллектора. Данная функция показана на рис. 1. Она построена для полиэтиленовых труб с учетом устройства КНС и круглых пластиковых канализационных колодцев «РОСПАЙП» в мокром грунте ^ = 1 км, Г = 3 м, Т = 15 лет, г = 0,08, Н = 8 м, = 1 руб.).
Как видно из рис. 1, функция (1) имеет выпуклый вверх характер, близкий к линейной форме. Следовательно, ее можно привести к кусочно-линейному виду.
Введем понятия максимальной и минимальной пропускной способности трубопроводного участка сети. Для существующего безнапорного коллектора максимальная пропускная способность будет соответствовать расходу стоков при работе коллектора полным сечением (3). Если фактический расход будет меньше расхода в коллекторе для
полного сечения х, < в,, то на участке будет наблюдаться самотечный режим. Для новых
участков сети ее максимальная пропускная способность не ограничивается. Минимальная
пропускная способность (в. ) существующего и нового коллектора назначается из условия незаиливающих скоростей.
45000
40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0
0 0,2 0,4 0,6 ОД 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
• 1=0,001 • N0,002 ИМЩВ «1=0,ОМ #1=0,005 Г 1=0,006 • 1=0,007 #1=0,008 #1=0,009 #1=0,01
Рис. 1. Функция (1) для коллекторов с различными уклонами
Согласно СП 32.13330.2012 заиливающая скорость вычисляется по формуле
Vmnn =(0,2613-ln(d) + 1,156) . Для хозяйственно-бытовой канализации:
et = Vmn -0 = 0,6 - d2 - (0,2613 - ln(d)+1,156). (17)
Для ливневой канализации:
2, = Vmn -0= 0,471-d2. (18)
Задача минимизации затрат за жизненный цикл системы водоотведения формулируется следующим образом: требуется найти такую структуру сети и потоков системы во-доотведения, которая бы обеспечивала минимум затрат на строительство системы, ее эксплуатацию и предотвращение попадания аварийных неочищенных стоков на поверхность территории и в водоемы за период ее жизненного цикла.
Задача в этом случае формируется следующим образом:
Л n
Сж = Х ХС • Кобщ ,- X ^mm, (19)
при в^ < < в,, А- х = q'cp, (20)
Сж < Си, (21)
где Сж - затраты жизненного цикла, которые требуется минимизировать и которые имеют ограничения (21) в виде выделяемых инвестиций на строительство и эксплуатацию системы водоотведения; х, - искомый поток на ветви избыточной или транспортной сети; А -матрица смежности узлов и участков схемы; qp - вектор средних секундных расходов
стоков, поступающих в систему водоотведения; в., в, - нижние и верхние ограничения на поток; ¡1 - количество аппроксимаций кусочно-линейной функции (1).
Задачу (19)-(21) предлагается решать на основе предварительно построенных избыточных схем, которые формируются путем наложения нескольких, заранее проработанных вариантов развития систем водоотведения. На основе избыточной схемы составляется транспортная сеть, на которой решается задача поиска максимального потока ми-
нимальной стоимости (метод Форда - Фалкерсона). При этом стоимость единицы потока определяется по каждому участку сети на основе стоимостных данных по капиталовложениям и эксплуатационным затратам. В результате оптимизации определяются трасса и параметры новых участков сети, варианты реконструкции существующих коллекторов (перекладка открытым способом или бесканальная перекладка, или прокладка параллельного трубопровода). Методика подробно изложена в работах [4-8]. В этой же работе данная методика используется при формировании и оценке возможных вариантов развития системы водоотведения. При этом рассматриваются: вариант, рассчитанный на полные нагрузки всех объектов водоотведения, которые будут построены за период действия перспективной схемы; вариант поэтапного ввода в строй объектов водоотведения и различные комбинации этих двух вариантов. Выбор предпочтительного варианта осуществляется в условиях ограниченных инвестиций, которые определяются инвестиционными программами на каждом этапе развития системы водоотведения.
В качестве иллюстрации предлагаемой методики рассмотрим фрагмент реальной проектируемой системы водоотведения, представленный на рис. 2.
Согласно рис. 2 объектами водоотведения являются два существующих и шесть новых жилых микрорайонов, для которых показаны возможные прокладки систем водоотве-дения внутриквартальных и магистральных трубопроводов (двухуровневая система СВО), строительство которых предполагается осуществить в три этапа.
При такой последовательной схеме ввода в строй объектов водоотведения вариантов их развития будет 6. Если обозначить нагрузки от абонентов для каждой очереди, соответственно, = 54 л/с, О2 = 90 л/с, 03 = 234 л/с, то эти варианты можно представить в виде табл. 1.
Согласно первому варианту развития первая очередь строительства системы водо-отведения рассчитывается на нагрузки первой очереди, вторая на нагрузки второй и третья на нагрузки третьей очереди.
Этот случай можно характеризовать как вариант постоянных реконструкций, так как для пропуска расходов второй очереди потребуется реконструкция системы водоотве-дения первой очереди, для пропуска расходов от третьей очереди - реконструкция системы водоотведения второй и первой очереди.
Согласно шестому варианту развития первая очередь строительства рассчитывается на суммарные нагрузки всех очередей строительства, вторая на нагрузки второй и третьей очереди. Этот вариант не требует реконструкций, но на первом этапе требуются значительные капиталовложения.
Таблица 1
Варианты развития системы водоотведения
Номер Нагрузки Нагрузки Нагрузки третьей
варианта первой очереди второй очереди очереди
1 Ql Q2
2 Ql Q2+ Qз
3 Ql +Q2 Q2 Qз
4 Ql +Q2 Q2+ Qз
5 Ql +Q2+ Qз Q2
6 Ql +Q2+ Qз Q2+ Qз
Другие варианты представляют собой комбинации этих двух вариантов. Требуется выбрать лучший из них по критерию ЗЖЦ, обосновать параметры строительства первой очереди и приступить к ее реализации.
Далее производится уточнение исходной информации, с учетом которой корректируется траектория последующих очередей развития системы водоотведения и т.д.
Такая вычислительная процедура представляет непрерывное управление развивающимися системами водоотведения, их эволюцию и адаптацию к меняющимся внешним и внутренним условиям реальной жизни.
На основе изложенной выше методики, моделей и методов была произведена оценка вариантов развития системы водоотведения, представленной на рис. 2.
Рассматривая реконструкцию системы водоотведения в виде бесканальной технологии расширения существующих и прокладки новых коллекторов, удалось получить вариант развития под номером 1, который представлен на рис. 3, 4, 5.
Рис. 3. Избыточная схема и оптимальный вариант первой очереди развития системы
водоотведения
На рис. 3 синим цветом показаны существующие участки, на которых необходимо провести реконструкцию с увеличением диаметров, соответственно, для участка 16-23 с d900 мм на d1000 мм, 24-23 - с d400 мм на d560 мм, 23-25 - с d1000 мм на d1200 мм. Стоимость строительства первой очереди составляет 36 661,4 тыс. руб.
Рис. 4. Избыточная схема и оптимальный вариант второй очереди развития системы
водоотведения
На рис. 4 синим цветом показаны участки, на которых необходимо провести реконструкцию с увеличением диаметров: на участке 28-27 с ё450 мм на 560 мм, 27-26 - с ё450 мм на ё560 мм, 26-10 - с ё450 мм на ё560 мм, 11-16 - с ё710 мм на ё800 мм, 37-29 - с ё560 мм на ё630 мм, 41-24 - с ё560 мм на ё630 мм, 24-23 - с ё560 мм на ё630 мм. Стоимость второй очереди составляет 32741,5 тыс. руб.
Рис. 5. Избыточная схема и оптимальный вариант третьей очереди развития
системы водоотведения
На рис. 5 синим цветом показаны участки, на которых необходимо провести реконструкцию с увеличением диаметров: на участке 56-53 с 450 мм на 560 мм, 28-27 -с 560 мм на 630 мм, 27-26 - с 560 мм на 630 мм, 12-11 - с 710 мм на 900 мм, 37-29 - с 630 мм на 900 мм, 54-37 - с 630 мм на 900 мм, 63-54 - с 630 мм на 710 мм, 11-16 -с 800 мм на 900 мм, 16-23 - с 1000 мм на 1200 мм, 24-23 - с 630 мм на 900 мм, 67-49 - с 800 мм на 900 мм, 69-67 - с 710 мм на 900 мм. Стоимость второй очереди составляет 31796,9 тыс. руб. Общая стоимость варианта 1 с учетом индекса цен (первая очередь -1,25, вторая - 1,5, третья - 1,75) составляет ^ С = 140583,6 тыс. руб.
На рис. 6 представлен вариант развития под номером 6.
На рис. 7 красным цветом показан участок, на котором скорость движения стоков будет намного меньше, чем незаиливающая скорость. Этот участок будет не загружен, подвержен заиливанию 10 лет. Стоимость этого варианта составляет 116 879,5 тыс. руб. Хотя шестой вариант значительно дешевле первого, затраты на прочистку участка 30-24 будут существенными. Таким же образом можно оценить и другие 4 варианта развития системы водоотведения.
Рис. 6. Избыточная схема и оптимальный вариант, рассчитанный на полное
развитие системы водоотведения
Рис. 7. Результаты гидравлического расчета первой и второй очередей развития
системы водоотведения
Затраты на строительство каждой очереди для всех шести вариантов развития с учетом индекса цен представлены в табл. 2.
Согласно проведенным расчетам оптимальным по затратам будет вариант 6, рассчитанный на полное развитие системы водоотведения и поэтапную его реализацию, но он требует значительных инвестиций на первых очередях строительства.
Самый дорогой - первый вариант, вариант постоянных реконструкций системы водоотведения. Однако этот случай требует минимальных инвестиций на первых этапах развития и при нем не возникают режимы со скоростями, меньше заиливающих. Если выделяемые инвестиции будут формироваться в инвестиционных программах только за счет платы за подключения (например, 50 млн руб.), то предпочтительным вариантом будет строительство первой очереди на нагрузки первого этапа ввода в строй жилого массива (вариант 1). Если на втором этапе развития будут предусмотрены инвестиции в размере 45 млн руб., то предпочтительным вариантом дальнейшего развития будет вариант 2, когда параметры системы водоотведения будут рассчитаны на суммарные нагрузки строительства второй и третьей очередей строительства. Если же после строительства первой очереди изменится экономическая ситуация, уточнятся объемы жилищного строительства, появятся новые материалы и технологии, то можно все расчеты выполнить заново и обосновать строительство второй очереди и т.д.
Таблица 2
Выбор предпочтительного варианта развития системы водоотведения
№ варианта I очередь II очередь III очередь Стоимость, млн руб.
5 лет 5 лет 5 лет
Инвестиции, млн руб. Инвестиции, млн руб. Инвестиции, млн руб.
Требуемые Выделяемые Требуемые Выделяемые Требуемые Выделяемые
1 45,8 50,0 49,1 45,0 55,6 35,0 140,6
2 41,5 39,7 127,0
3 52,4 35,7 33,6 121,7
4 34,2 31,5 118,1
5 64,4 32,4 22,5 119,3
6 31,2 21,3 116,9
Очевидно, при разработке перспективных схем развития систем водоотведения необходимо рассматривать не один вариант, рассчитанный на полное развитие, например вариант 6, как это требуют методические указания (постановление правительства РФ № 782 от 05.09.2013 «О схемах водоснабжения и водоотведения»), но и другие. Это обеспечит возможность на уровне формирования инвестиционных программ рационально распределять инвестиции и под них выбирать оптимальный вариант развития системы во-доотведения.
Особенно это важно для обоснования первой очереди строительства, для которой желательно построить характеристики в виде зависимостей инвестиций от объемов нагрузки подключаемых к сети абонентов. Такие зависимости несложно получить, используя оптимизационную модель (19)-(21).
На рис. 8 представлена такая зависимость для первой очереди строительства системы водоотведения (см. рис. 3).
Зависимость нагрузки подключаемых абонентов от велечины выделяемых инвестиций
400
-
350 300
5 250 з 5 200 х
2 150 100
50 0
0 10 20 30 40 50
Стоимость (млн руб.)
Рис. 8. Выбор оптимального варианта строительства первой очереди при
ограниченных инвестициях
Каждой точке, лежащей на кривой, будут соответствовать инвестиции, оптимальный вариант структуры и параметров системы водоотведения, оптимальное количество и объем стоков от абонентов, подключаемых к сети.
Например, если согласно инвестиционной программе будут обеспечены инвестиции в размере 30 млн руб., то первую очередь строительства системы водоотведения можно принять на пропуск стоков только в количестве 174 л/с (при нагрузке первой очереди 90 л/с). Если инвестиций будет больше 44 млн руб., то первую очередь строительства можно принять на полное развитие, т.е. на пропуск стоков от второй и третьей очередей строительства.
Таким образом, предлагается новая методика формирования вариантов развития, анализа и оптимизации параметров реконструируемых и новых объектов систем водоот-ведения при ограниченных инвестициях в их строительство. Она соответствует рыночным отношениям, которые все глубже проникают в эту жизненно важную отрасль - жилищно-коммунальное хозяйство. Данная методика позволяет учитывать детерминированный, вероятностный характер и интервальную неопределенность информации о поведении системы водоотведения в будущем и воплощает принцип «принимай решение с минимальной заблаговременностью».
Статья поступила 07.04.2016 г.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. М.: Энергоатомиздат, 1984. 640 с.
2. Алексеев М.И., Ермолин Ю.А. Надежность систем водоотведения. СПб.: СПб. гос. архит. строит. ун-т, 2010. 166 с.
3. Гехман А.С., Зайнетдинов Х.Х. Расчет, конструирование и эксплуатация трубопроводов в сейсмических районах. М.: Стройиздат, 1988. 184 с.
4. Чупин В.Р., Мелехов Е.С., Чупин Р.В. Развитие методики гидравлических расчетов систем водоотведения // Вода и экология: проблемы и решения. 2010. № 1-2. С. 48-58.
5. Чупин В.Р., Мелихов Е.С, Чупин Р.В. Напорное движение стоков в безнапорных коллекторах // Водоснабжение и санитарная техника. 2010. № 7. С. 15-24.
6. Чупин Р.В. Расчет систем водоотведения с замкнутыми контурами и разгрузочными коллекторами // Водоснабжение и санитарная техника. 2014. № 1. С. 56-62.
7. Чупин Р.В., Нгуен Туан Ань. Оптимальная реконструкция систем водоотведения // Водоснабжение и санитарная техника. 2015. № 2. С. 58-66.
8. Чупин Р.В., Горьков Е.С. Повышение надежности и сейсмостойкости самотечных систем водоотведения // Водоснабжение и санитарная техника. 2015. № 6. С. 62-69.
REFERENCES
1. Shterenlikht D.V. Gidravlika [Hydraulics]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1984.
640 p.
2. Alekseev M.I., Ermolin Yu.A. Nadezhnost' sistem vodootvedeniya [Water disposal system reliability]. St. Petersburg, SPb. gos. arkhit. stroit. un-t Publ., 2010. 166 p.
3. Gekhman A.S., Zainetdinov Kh.Kh. Raschet, konstruirovanie i ekspluatatsiya trubo-provodov v seismicheskikh raionakh [Calculation, design of a pipeline in seismic regions]. Moscow, Stroiizdat Publ., 1988. 184 p.
4. Chupin V.R., Melekhov E.S., Chupin R.V. Methodical development of hydraulic calculations of water disposal systems. Voda i ekologiya: problemy i resheniya [Water and ecology: problems and solutions], 2010, no. 1-2, pp. 48-58. (In Russian)
5. Chupin V.R., Melikhov E.S, Chupin R.V. Pressure flow of drains in free-flow collectors. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water supply and sanitary equipment], 2010, no. 7, pp. 15-24. (In Russian)
6. Chupin R.V. Calculation of water disposal systems with close circuits and discharge headers. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water supply and sanitary equipment], 2014, no. 1, pp. 56-62. (In Russian)
7. Chupin R.V., Nguen Tuan An'. Optimal reconstruction of water disposal systems. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water supply and sanitary equipment], 2015, no. 2, pp. 58-66. (In Russian)
8. Chupin R.V., Gor'kov E.S. Increase of reliability and seismic capacity of gravity water disposal systems. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water supply and sanitary equipment], 2015, no. 6, pp. 62-69. (In Russian)
Информация об авторах
Чупин Роман Викторович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры городского строительства и хозяйства, тел.: +7 (3952) 405-145, e-mail: [email protected]; Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Фам Нгок Минь, преподаватель кафедры строительства; Виньский университет, 460000, Вьетнам, провинция Нгеан, г. Винь, ул. Ле Зуан, 182.
Information about the authors
Chupin R.V., candidate of technical sciences, senior researcher, Department of Urban Construction and economy, tel.: +7 (3952) 405-145, e-mail: [email protected]; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Pham Ngoc Minh, teacher of Urban Construction; Vinh University, 182 Le Duan St., Vinh City, Nghe An Province, 460000, Vietnam.
УДК 681.2-027.31
DOI: 10.21285/2227-2917-2016-3-113-118
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМАХ
ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ
© И.Ю. Шелехов, Д.И. Майзель, А.С. Афанасьева, Е.Е. Тимофеева
Рассматривается вопрос создания новых нагревательных и отопительных систем на основе нагревательных элементов с индивидуальными характеристиками. Представлено одно из новых направлений в этой области, основанное на использовании стеклокристал-лических материалов, предполагающем формирование резистивного слоя с помощью кристаллизации стекла вместе с функциональной фазой. Представлен анализ имеющихся работ в данном направлении и собственный опыт авторов. Показано, что технические характеристики нагревательных элементов можно изменять в зависимости от внешнего воздействия. Представлена модель расчета параметров нагревательных элементов и раскрыты новые перспективы применения данных нагревательных элементов в системах жизнеобеспечения.
Ключевые слова: функциональная фаза, термоактивная фаза, нагревательные элементы, температурный коэффициент сопротивления, диэлектрические прослойки.
