Расчёт теплового потока.

Введение.

Для проектирования систем водоснабжения необходимо знать  количество потребляемой воды режимы ее потребления. Суммарное водопотребление  устанавливают по составу и числу  потребителей. Основными потребителями  воды в сельском хозяйстве являются: население, животные, находящиеся в  личной собственности, животноводческие фермы, предприятия по переработки  молока, коммунальные предприятия и  т.п.

Проектирование  систем водоснабжения основано на ряде общих требований, а именно:

1. вода должна поставляться всем потребителям без исключения;
2. вода должна подаваться в нужном количестве;
3. вода должна подаваться  определенного качества;
4. вода должна подаваться  в определенные сроки;
5. подача воды должна быть максимально механизирована и автоматизирована наиболее доступными и дешевыми средствами.

Водопотребление может быть неравномерным в течении  суток и времени года. Это накладывает  определенные условия на проектируемые  сооружения водоснабжения, позволяющие  удовлетворить вышеуказанные требования. Расчёт систем водоснабжения проводят с учётом максимально возможных  расходов в сети. Для этого определяют сутки с максимальным водопотреблением. Одновременно анализируется водопотребление в течении суток и определяется час максимальной водоподачи, при котором водопроводная сеть испытывает максимальную нагрузку по расходу.

Водозаборные  и очистительные сооружения должны обеспечивать подачу максимального  суточного расхода, а разводящие водопроводные сети пропускать максимальный часовой расход.

Система водоснабжения должна проектироваться  с учётом генерального плана развития населенного пункта  на ближайшие 15-20 лет.

 

 

 

 

 

 

 

Содержание.

 

1. Расчет среднесуточного расхода населенного пункта Q _сут.ср. и годовая потребность в воде  Q _год.
2. Определение  максимального суточного расхода населенного пункта Q _{сут.макс.}
3. Построение графика неравномерности водопотребления населенного пункта и определение максимального часового расхода Q _{сек.макс.}
4. Построение интегральной кривой водопотребления населенного пункта и выбор режима работы насосной станции второго подъема, обеспечивающий минимальную емкость бака водонапорной башни.
5. Определение  емкости бака водонапорной башни, включив в нее регулирующий объем W _рег.  и десятиминутный пожарный запас воды  . Выбор типового бака водонапорной башни и определение отметки пожарного и регулирующего объёмов относительно дна бака.
6. Проектирование и выполнение гидравлического расчёта тупиковой водонапорной сети населенного пункта, если известны расходы крупных сосредоточенных потребителей (бани, больницы, молокозаводы и фермы) и число жителей в населенном пункте.

 

Принять к концу расчетного срока службы водопровода (15-20 лет) в населенном пункте число водопотребителей, расположенных  на водоснабжаемой территории, согласно прил.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные  данные.

№ п/п	Наименование потребителей.	Количество.
1.	Население пользующееся водой из уличных водоразборных колонок, чел.	3950
2.	Население, имеющее внутренний водопровод и канализацию с ванными  и местными водонагревателями, чел.	6250
3.	Баня, чел.	да
4.	Больница, коек.	-//-
5.	Прачечная, чел.	-//-
6.	Рабочий скот, голов.	160
7.	Полив газонов, цветников  и зелёных насаждений, га.	6,5
Скот в личном пользовании, голов.
8.	Коровы молочные	1200
9.	Свиньи	1075
10.	Овцы, козы	2285
11.	Куры, утки	4820
Промышленные  предприятия
12.	Завод по переработке сельскохозяйственной продукции, тон  молока  в сутки.	36,0
Животноводческий  комплекс
13.	Молочные коровы, голов.	1940
14.	Молодняк крупного рогатого скота, голов.	11300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика расчета.

 

1. Определение среднесуточного расхода населенного пункта.

Среднесуточный расход каждой группы потребителей определяем по формуле;

  , где - среднесуточная норма водопотребления на одного водопотребителя, л/сут; принимают по СниП 2.04.02-84 (прил. 4,5,6) – методическое пособие. N-количество потребителей.

 Результаты расчётов  сводят в таблицу 1.

Население пользующееся водой  из колонок;    

Население имеющее внутренний водопровод;

Рабочий скот;

Полив газонов; 

Скот в личном пользовании.

Коровы молочные;

Свиньи; 

Овцы, козы; 

Куры, утки; 

Промышленное  предприятие по переработке сельскохозяйственной продукции.

Завод по переработке;

Животноводческий  комплекс.

Молочные коровы; 

Молодняк крупного рогатого скота; 

Суточные расходы воды коммунальными предприятиями определяют следующим образом; для бани: , где N_ж - расчётное количество жителей пользующихся водоразборными колонками, Р_б – количество жителей пользующихся баней % Р_б – 30, g_б – норма расхода воды, используемой 1 чел., л, g_б – 180, П_б – количество помывок в год на 1 чел., П_б – 40, Т_б – продолжительность работы бани в год, дней, Т_б – 200.

Тогда;

 

2. Определение максимального суточного расхода населенного пункта.

 

Среднесуточные расходы  определяют для каждого вида потребителей. Однако они дают лишь общую характеристику водопотребления того или иного  объекта. Проектируемый водопровод рассчитывают на пропуск максимального  суточного расхода. Отклонение его  от среднесуточного у каждой группы потребителей учитывают коэффициент  максимальной суточной неравномерности  К_max.сут, , который показывает во сколько раз расчётный максимальный суточный расход превышает среднесуточный.  Для коммунального сектора К_max.сут, , можно принять 1,3, а для промышленного 1,1.

Максимальный суточный расход воды Q_{сут.мак} вычисляют по формуле;

 

Данные расчета сводят в таблицу 1.

 

Население пользующееся водой  из колонок; 

Население имеющее внутренний водопровод;

Рабочий скот;

Полив газонов; 

Скот в личном пользовании.

Коровы молочные;

Свиньи; 

Овцы, козы; 

Куры, утки; 

Промышленное  предприятие по переработке сельскохозяйственной продукции.

Завод по переработке;

Животноводческий  комплекс.

Молочные коровы;

Молодняк крупного рогатого скота;

Максимальный  суточный расход воды для бани составит;

 

 

Таблица №1.      Определение расчётных суточных расходов воды.

Наименование водопотребителей.	Количество водопотребителей.	Норма на одного водопотребителя л/сут.	Средняя суточная водопотребность м3/сут.	Коэффицент суточной неравномерности водопотребления	Расчётный расход воды в  сутки наибольшего водопотребления м3/сут.
Население пользующееся водой из уличных водоразборных колонок, чел.	3950	40	158	1,3	205,4
Население, имеющее внутренний водопровод и канализацию с ванными  и местными водонагревателями, чел.	6250	195	1218,75	1,3	1584,37
Баня, чел.	да		42,66	1,3	55,458
Больница, коек.	-//-
Прачечная, чел.	-//-
Рабочий скот, голов.	160	60	9,6	1,3	12,48
Полив газонов, цветников  и зелёных насаждений, га.	6,5	50000	325	1,3	422,5
Скот в личном пользовании.
Коровы молочные	1200	100	120	1,3	156
Свиньи	1075	15	16,125	1,3	20,96
Овцы, козы	2285	10	22,85	1,3	29,70
Куры, утки	4820	2	9,64	1,3	12,53
Промышленные  предприятия.
Завод по переработке сельскохозяйственной продукции, тон  молока  в сутки.	36,0	12000	43,2	1,1	47,52
Животноводческий  комплекс.
Молочные коровы, голов.	1940	100	194	1,3	252,2
Молодняк крупного рогатого скота, голов.	11300	30	339	1,3	440,7

 

 

Годовой расход воды потребителями  населенного пункта рассчитывается по формуле;

 

где; - среднесуточное водопотребление населением и скотом в личном пользовании, м³/сут.;  - среднесуточное водопотребление коммунальным сектором , м³/сут.;  - среднесуточное водопотребление животноводческим сектором, м³/сут.;    – число дней в году (принять =365), ; - среднесуточное водопотребление промышленным сектором, м³/сут.;  - число рабочих дней промышленного сектора в году (принять - 261),; - среднесуточное водопотребление на полив зелёных насаждений, м³/сут.;  - количество поливных дней в году (принять =150).

Среднесуточный расход воды промышленным предприятием (молочным комбинатом) определяется объемом производства молока и нормой 12 м³ воды на 1 тонну продукции.

м³/сут.

Используя таблицу 1, объединяют потребителей по группам , имевшими одинаковую неравномерность водопотребления  в течении суток,  полученные результаты сводим в таблицу 2.

 

3. Определение максимального часового Q_час.max.и максимального секундного Q_сек.max. расходов.

Используя кривые суточной неравномерности водопотребления  отдельных потребителей, строят суммарный график суточной неравномерности водопотребления по населенному пункту и определяют максимального часового Q_час.max.и максимального секундного Q_сек.max. расходов.

Распределения суточных расходов по часам суток для отдельных  категорий водопотребителей принимается по приложению .6. Промышленные предприятия работают в две смены. Воду на технологические нужды расходуют равномерно от расчётного суточного расхода воды предприятия. Баня работает с 8 до 24. Полив организуется 2 раза в сутки.

Так как распределение  расходов по часам суток задаётся в процентах, то у каждой группы потребителей необходимо проценты перевести в физические величины и определить распределение физических расходов всех потребителей населенного пункта по часам суток (таб.3). Далее физические расходы переводят в проценты от суточного потребления всего населенного пункта.

На основании таблицы.3 по данным графы 12 строят сводный суточный график неравномерности водопотребления всего населённого пункта (рис.1.). 

 

Таблица №2.  Сводная таблица расчётов.

Среднесуточный  расход, м3/сут						Максимальные  суточные расходы, м3/сут.
Население и скот в личном пользовании.	Животноводческий  комплекс (ферма)	Коммунальные  предприятия  (баня)	Промышленное  предприятие  (молокозавод)	Полив насаждений	Общий  расход м3/сут	Население и скот в личном пользовании.	Животноводческий  комплекс (ферма)	Коммунальные  предприятия (баня)	Промышленное  предприятие (молокозавод)	Полив насаждений	Общий  расход м3/сут	Годовой расход  м3/сут
						2021,44	692,9	55,458	47,57	422,5
Количество рабочих  дней.
365	365	365	261	150
Годовой расход м3.
567560,4	194545	15570,9	11275,2	48750

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Сводный суточный график неравномерности водопотребления для населённого пункта.

 

 

4.  Построение интегральной кривой водопотребления населенного пункта и выбор режима работы насосной станции второго подъёма, обеспечивающего минимальную емкость бака водонапорной башни.

Для выбора режима работы насосной станции второго подъема стоят  интегральную кривую водопотребления (рисунок 2.)

Ордината каждой точки  интегральной кривой показывают, какое  количество воды, выраженное в процентах  от максимального суточного расхода , израсходовано потребителями от начала суток до момента соответствующего абсциссе данной точки (таблица 3, графы14). На насосной станции 2-го подъема устанавливаются хозяйственные и пожарные насосы. Режим работы насосной станции для обеспечения хозяйственного водопотребления выбирают из  условия максимального приближения кривой подачи «б» с кривой водопотребления «а». Рассматривают четыре варианта работы насосной станции.

 

1. равномерный круглосуточный одним насосом (рис.2а)
2. двухсменный одним насосом (16ч) (рис.2б)
3. неравномерный круглосуточный несколькими одинаковыми насосами (рис.2в)
4. одним насосом с остановками (рис.2г)

Изменяя режим работы насосов  станции необходимо сохранять подачу каждого насоса постоянной для сохранения высокого КПД его работы. Это достигается предварительной подачей воды в водонапорную башню, откуда она затем поступает к потребителю. При наличии водонапорной башни подача насосов не зависит от потребления воды населенным пунктом.

График работы хозяйственных  насосов  устанавливается окончательно по минимальной регулирующей емкости бака водонапорной башни.

Необходимый объем бака водонапорной башни определяется по формуле:

 М³

где; W_рег – регулирующей объем, W_пож – неприкосновенный пожарный запас воды на 10мин. тушения пожара.

Регулирующей объем определяют по максимальному отклонению кривой водопотребления (а) в положительную  сторону (∆⁺) и отрицательную (∆^-) сторону от кривой подачи (б) (рис.2)

 

где; - расчётный суточный расход населенного пункта в сутки наибольшего водопотребления; = 3662,368 м³.

(∆⁺ ;∆^-) – максимальные разности ординат интегральных графиков  подачи  и потребления соответственно по избытку и недостатку.

График работы насосной станции  второго подъема выбирают таким, образом  чтобы сумма максимальных разностей по избытку и недостатку была бы наименьшей, то есть регулирующий объем был бы минимальным. Подача насоса определяется тангенсом угла наклона кривой (б) к горизонту.