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工程系统笔记

第一二章工程系统概述

1城市工程系统规划范畴

1）城市供电工程系统规划；2）燃气；3）供热；4）通信；5）给水；6）排水；

7）防灾；8）城市环境卫生设施系统规划；9）城市工程管线综合规划。

2城市工程系统规划的任务

总体任务是根据城市经济社会发展目标，结合本城实际情况，合理确定规划期内各项工程系统的设施规模，容量，科学布局各项设施；制定相应的建设策略和措施。

各项城市工程系统规划在城市经济社会发展总目标的前提下，根据本系统的实况和特性，明确各自的规划任务。

3城市基础设施体系概念：

一种保证城市生存，持续发展的支撑体系，是建设城市物质文明和精神文明最重要的物质基础，由交通，供电，燃气，供热，通信，给水，排水，防灾，环境卫生设施等方面构成。

4城市工程系统的相互关系：

1）交通工程是其他各项的基础和纽带。

2）各项间存在相互吸引，相互排斥的关系。

有些设施可集中布置，有些设施是不可分割的整体，比如给排水。

但为了保证各类工程设施的安全和整个城市的安全，一些设施之间又要有足够的安全防护空间。

5城市工程系统规划各层面的关系

1）三个层面的相互关系

城市工程系统总体规划，分区规划，详细规划间逐层深化，逐层完善，上层面指导下层面。

总体规划是分区规划，详细规划的依据，起指导作用，后两者是对前者的深化，完善和具体落实，三者纵向联通。

2）三个层面与城市规划各层面的关系

同一层面，城市工程系统总体规划也是城市总体规划的专业工程规划，分区规划，详细规划同理。

6城市工程系统规划的意义与作用

现实指导和未来导向意义。

即可超前和科学的知道各层面的开发建设，又可以详细具体的指导各项工程设施设计。

通过工程系统规划的综合协调，有效的指导城市基础设施的整体建设，提高基础设施建设的经济性，可靠性，科学性。

7城市工程系统规划的工作程序

1）拟定城市工程系统规划建设目标

2）编制城市工程系统总体规划

3）编制城市工程系统分区规划

4）编制城市工程系统详细规划

第三章城市供电系统规划

第一节城市电力负荷预测与计算

1城市用电分类：

产业分类（4）行业分类（8）

水电部规定：

农业，工业，交通运输，市政生活。

2单位：

用电量kwh；用电负荷kw，Mw；电压kv，v；发电厂规模万kw

变电所容量kvA，MVA。

3负荷预测：

A电量入手：

电量——市内各分区的负荷预测——电源装机容量（KVA）

B负荷密度入手：

负荷密度——负荷——电源装机容量

4电量预测：

近期：

用电水平法（指标法，常用人均），年平均增长率法（公式：

）

产量单耗法，产值单耗法，部门分项分析叠加法，大用户调查法。

回归分析法。

远期：

时间序列建模法，经济指标相关分析法，国际比较法，

电力弹性分析法。

（误差一次性）

5市政生活用电：

市政设施，道路照明，非工业动力，生活，公共设施，其他。

6电力弹性系数：

GDP或GNP的增长速度与用电量增长速度保持一定合理的比例。

各国E＞1，说明工业国电力发展速度高于GDP发展速度。

7城网最大负荷预测：

＝年供电量的预测值/年综合最大负荷利用小时数（4500－6500h）

年综合最大负荷利用小时数＝平均日负荷率×月不平衡负荷率×季不平衡负荷率×8760

第一产业2000－2800h，二4000－5500，三3500－4000，城乡居民生活用电2500－3500

8负荷密度法：

用于市区内大量分散的电负荷预测，少数集中用电的大用户做为点负荷计算。

A单位用地负荷密度kw/km2，总规，分区规划（综合分类）

B单位建筑面积负荷密度w/m2，详规（按建筑类型分类）

9城市电力负荷预测与计算：

总体规划——综合用电指标法

详细规划——负荷密度法

规划人均生活用电指标：

城市生活用电水平分类

人均生活用电量（kwh/人·年）

人均综合用电量（kwh/人·年）

较高生活用电水平

2500－1501

8000－6001

中上

1500－801

6000－4001

中等

800－401

4000－2501

较低

400－250

2500－1000

第二节城市供电电源规划

1电源分类：

城市发电厂；变电所

2发电厂分类：

火力，水力，风力，太阳能，地热，原子能

3火力发电厂分类：

A（蒸汽参数）低温低压，中温中压，高温高压，超高压，亚临界压力

B（燃料）燃煤，燃油，燃气（天然气，沼气，煤气）

4热电厂：

装有供热机组的电厂，提供生产用气和采暖用热水。

5水力发电厂：

利用水的位能发电，3种分类方式

A（使用水头）高水头80m以上，中水头30－80m，低水头30m以下

B（集中水头）堤坝式（河床式和坝后式），引水式，混合式

C（径流调节）蓄水式（可进行径流调节），径流式（无调节径流）

6风力发电厂，地热发电厂，太阳能发电厂只做为辅助。

7变电所：

1）分类：

A（功能分类）变压，变流

B（构造形式）屋外式，层内式，地下式，移动式

C（职能）区域变电所，城市变电所

2）作用：

A变换电压；B集中电力，分配电力；C控制电流流向和调整电压

3）等级：

110kv，35kv，10kv为城市变电所

220kv，330kv，500kv为区域变电所

8选址：

火电厂：

1）靠近负荷中心——使热负荷和电负荷距离经济合理，缩短热管道距离。

2）接近燃料产地——靠近煤源，减少燃料运输费。

3）电厂铁路专用线选线要尽量减少对国家干线通过能力的影响。

4）用水量大，靠近水源

5）废物处理，有足够的贮灰场。

6）考虑出线条件

7）满足防护要求

8）满足地质要求

9）属三类工业用地

10）主导风向下风向

水电厂：

1）选在便于拦河筑坝的河流狭窄处，或水库水流下游处。

2）地质条件好。

3）较好的交通运输条件。

核电厂：

1）靠近负荷中心

2）人口密度较低地区

3）用水量大，靠近水源

4）用地面积要求

5）地势平坦，地质条件良好

6）便捷交通条件

7）考虑防洪，防御，环保要求

变电所：

1）接近负荷中心或网络中心

2）有足够进出线走廊宽度

3）工程地质条件良好

4）防洪抗震要求

5）交通运输方便

6）不设在空气污秽地区

7）有生产，生活用水的可靠水源

8）不占或少占农田

9）考虑对邻近设施的影响

10）符合城市总规要求

第三节城市供电网络规划

1电力网络等级：

A一次送电电压500kv，330kv，220kv

B二次送电电压110kv，66kv，35kv

C高压配电电压10kv

D低压配电电压380v，220v

城市变压层次不超过4个，小城市小于3个，老城在简化时可分区进行。

2容载比：

变电站容量与负荷之比（一般容量大于负荷）

220kv——1.8-2.0;110kv——2.2-2.5;10kv——2.3-3.3

△从城市用电量转换成各级变配电站数目过程

用电量——用电负荷——（容载比）容量（变压器）——（单个容量）变电所数量

△开闭所是较小型的配电所，两者功能相同

A进线单回或两回；B出线七八回；C单回电压不变

3城市变配电设施：

变电所电压等级（kv）

合理供电半径（km）

35

5－10

110

15－30

220

50－100

W不等于VA，虽然单位相同，但w表示负荷，VA表示容量

△变电所全变压器台数不超过4台，不少于2台，通常2－3台

高压进线不超过4回，低压出线小于12－14回。

△开闭所：

无变压器，只起分线和控制作用，不带负荷和容量，与10kv变电所合建。

△变电所平面布置：

一列式，二列式，“L”式，其他形式

4城网结线方式：

1）放射式：

可靠性低，适于较小负荷。

2）多回线式：

可靠性高，适于较大负荷。

双回平行式，多回平行式

3）环式：

可靠性高，适于一个地区的几个负荷中心。

4）格网式：

可靠性最高，造价高，适用于负荷密度很大且均匀分布的低压配电网。

5）连络线：

不接负荷，只作平衡或备用。

5城市送电网规划：

1）一次送电网：

是系统电力网的组成部分，又是城网的电源，应有足够的吞吐量。

城网电源点尽量接近负荷中心，一般设在市区边缘。

△大城市或特大城市在符合要求的情况下可以采用高压深入供电方式。

高压深入市区变电所的一次电压，一般采用220kv或110kv，二次电压直接降为10kv。

△结线方式：

一般采用环式（单环，双环或联络线等）

2）二次送电网：

应能接受电源点的全部容量，并能满足供应二次变电所的全部负荷。

△结线方式：

环式。

△电网升压改造是扩大供电能力的有效措施之一。

6城市配电网规划：

△结线方式：

高压配电网——放射式，大城市或特大城市应采用多回线式或环式。

低压配电网——放射式，负荷密集地区宜环式，市中心个别地区可格网式。

△高压配电网架与二次送电网配合，互通容量。

加强网络结构，提高供电可靠性

包括路灯照明的改进和发展部分。

第四节城市电力线路规划

1高压线规划原则：

1）线路长度短捷

2）保证安全距离，留出高压走廊地带

3）减少与其他工程线路的交叉

4）不穿过城市中心区和人口密集区

5）选择不拆迁或少拆迁的路线

6）避免通过林木密集区

7）地质条件良好，防洪要求

8）远离空气污染源及空气污秽地区，避免接近有爆炸危险的建筑或仓库区。

9）合理的杆距以及减少转弯。

2电缆敷设方式：

直埋式，沟槽式，排管式，隧道式，架构式，水下敷设。

△电力电缆线安全保护：

地下电缆的两侧各0.75m；海底电缆的两侧各2里；

江河电缆的两侧各100m

△电力线走廊：

电力导线边线向外延伸所形成的两平行线内的区域。

（架空电力线安全保护）高压线路部分成为高压走廊。

线路电压等级（KV）

走廊宽度值（m）

500

60-75

330

35-45

220

35-40

110，66

15-30

35

12-20

3电缆选型：

一个城网35kv及以下的主干电缆应力求统一。

4接户线安全距离：

高压接户线的电压等级为1kv以上，低压为1kv以下。

接户线受电端的对地面距离——高压≥4m，低压≥2.5m。

第四章城市燃气工程系统规划

第一节城市燃气负荷预测与计算

1燃气分类：

A来源：

天然气，（人工煤气，生物气，液化石油气）

B热值：

高热值燃气＞30（天然气，部分油制气，液化石油气），中热值20（干馏煤气），低热值12－13（气化煤气）

2热值：

1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量，MJ/Nm3

3燃气质量标准：

A人工煤气：

1）低热值大于14.65MJ/Nm3

2）杂质满足允许含量的指标

3）含氧量小于1％（体积比）

4）限制CO含量，我国小于10％

B燃气加臭：

1）有毒燃气在达到有害浓度前，应能察觉。

2）无毒燃气在相当于爆炸下限20％的浓度时，应能察觉。

4燃气气种选择：

优先使用天然气，合理利用液化石油气，发展完善煤制气，

大力回收工矿余气。

补充：

天然气被确立为许多国家主要气种，其他仍然使用人工煤气的原因：

1）人工煤气更为经济；2）对油气资源枯竭的忧虑。

5燃气互换与混配：

互换：

燃气发展方向改变或是满足高峰负荷，进行互换。

一般情况下，互换只能在热值相近的不同燃气之间进行，主要考虑到燃具的使用。

混配：

燃气需求量增大，调节燃气热值和调峰需要，城市可能采用多种气源，进行混配。

同样要考虑燃具的使用，混配的燃气各项指标应与原有气种相近。

6燃气比较煤的优势：

A更易点燃和熄灭；B燃气灶具热效率更高；C燃气使用调节方便；

D厨房环境改善；E有利于环保。

7燃气负荷预测：

△负荷分类：

民用燃气负荷（居民生活用气负荷，公建用气负荷）；工业燃气负荷。

还应考虑未预见用气量：

管网损失，未预见的增长量。

△单位：

热量——J,KJ,MJ,cal,Kcal（用气定额）

体积和重量——m3,万m3,kg,t

热值——MJ/Nm3,MJ/kg（燃气指标）

压力——Pa，KPa，MPa（1J＝0.24Cal;1Cal=4.19J）

△城镇居民生活用气华东，中南地区无集中采暖的用户2093－2305MJ/人年

△预测结果：

年用气量和日用气量用以确定设施规模（万m3/d,万m3/a,t/d,t/a）

小时用气量用于进行管网计算

日用气量和小时用气量是确定燃气气源，输配设施和管网管径的主要依据。

△预测取值注意点：

A要区分有无集中采暖设备（无集中燃气用量较少，火炉采暖同时做饭等）

B不使用于瓶装液化石油气居民用户（较管道供气指标低）

C不必考虑人均用气量随年份而增长的数量（很慢）

D未包括燃气热水器的用气定额，若考虑用气定额需加倍（5320MJ/人年）

△燃气的需用工况：

（指用气的变化规律，月，日，时的不均匀）

A月不均匀系数（气候原因）

Km＝该月平均日用气量/全年平均日用气量＝月高峰系数（1.1-1.3）

B日不均匀系数（周末和节假日增加，但工业企业减少，所以较均衡）

Kd＝该月中某日用气量/该月平均日用气量＝日高峰系数（1.05-1.2）

C小时不均匀系数（早午晚三个用气高峰，午晚较明显）

Kh＝该日某小时用气量/该日平均小时用气量＝小时高峰系数（2.2-3.2）

△燃气用量预测：

【计算】（书上P86例题）

1分项相加法：

详规

2比例估算法：

（指标概算＋用气比例）总规

燃气的供应规模由燃气的计算月平均日用气量决定

Q＝Qs/P（Q总用气量，Qs居民生活与公建用气量，P为Qs占Q的比例）

式一：

Q—计算月平均日用气量（m3或kg）；Qa—居民生活年用气量（m3或kg）

P—居民生活用气量占总用气量比例（％）；Km—月高峰系数（1.1-1.3）

式二：

城市人口，低热值，气化率及使用燃气热水器用户比例，计算居民生活用气总量。

用气定额：

5320MJ/人·年（有热水器）；2700MJ/人·年（无热水器）

Qa＝q·n/H

（Qa居民年用气量m3；q人均用气定额MJ/人·年；n人数；H燃气低热值MJ/Nm3）

第二节城市燃气气源设施规划

1气源概念：

指向城市燃气输配系统提供燃气的设施。

2气源设施：

煤气制气厂，天然气门站，液化石油气供应基地，煤气发生站，

液化石油气气化站。

△人工煤气气源设施

炼焦制气厂；直立炉煤气厂（城市主气源，产量大，热值适中，调节能力差）

水煤气型两段炉煤气厂；油制气厂（城市机动气源，调峰气源，中小城市可作主气源）

△液化石油气气源设施

作为中小城市的主气源和大城市的片区气源，也可作为调峰的机动气压。

总供应设施——液化石油气供应基地（液化石油气储配站）

分供应设施——液化石油气气化站，混气站，用于液化石油气的管道供应（小型气源）

由于瓶装不方便，因此进行气化进行管道直接供应给用户。

分供应设施——液化石油气瓶装供应站，用于液化石油气的瓶装供应。

△天然气气源设施（通过长输管线实现）

天然气门站——位于城市边缘或外围，接受长输管线的供气，净化，调压，计量后供应城市管网。

天然气储存基地——位于城市边缘或外围，储存，净化，调压运入或输入天然气，供应城市管网。

3气源规模确定：

【计算】

△煤气制气厂（用地，投资，防护要求的依据）

1）炼焦制气厂和直立炉煤气厂由于调节能力差，用一般月平均日的燃气负荷计算。

Q＝Qa/365Q为制气厂生产能力m3/d；Qa为城市年用气量m3

2）除干馏煤气（不宜调节），油制气厂和水煤气厂机动性好，用计算月平均日用气负荷。

Q＝Qa·Km/365Km为月高峰系数

△液化石油气气源（主要规模指液化石油气储存容量）

V——总储存容积m3；n——储存天数d（30－60）；Km——月高峰系数

——最高工作温度下液化石油气密度kg/m3

——最高工作温度下贮罐允许充装率，一般取90％

Qa/365——液化气年平均日用量kg/d

4气源种类选择原则：

1）根据能源政策和燃气发展方向

2）根据自然条件和水电热供给情况

3）合理利用现有气源

4）确定气源的数量和主次之分

5）考虑互换性，确定合理的混配气。

6）气源厂间和与其他工业企业的写作。

5选址：

煤气制气厂：

1）符合总规要求，不影响近远期建设，设在城市边缘或外围。

2）良好的交通条件。

3）足够的防护空间。

4）良好的工程地质条件和较低的地下水位。

5）满足生产生活必需的水源电源。

6）靠近生产关系密切的工厂。

7）符合环保要求

8）满足防洪抗震要求，设在不受洪水威胁的地方

液化石油气供应基地：

1）城市边缘或外围。

2）足够的防护空间。

3）地势平坦开阔。

4）最小风频的上风向。

5）良好的市政和交通条件。

6）相邻建筑的防火距离，灌区一侧应尽量留有扩建的余地。

7）远离交通枢纽等重要设施。

8）满足防洪抗震要求，设在不受洪水威胁的地方

天然气气源设施：

1）城市边缘或外围。

2）要求临近长输管线。

3）足够的防护空间。

4）便利的交通条件。

液化石油气气化站和混气站：

1）靠近负荷中心。

2）足够的防护空间。

3）地势平坦。

第三节城市燃气输配系统规划

1燃气输配系统：

从气源到用户间一系列输送，分配，储存设施和管网的总称。

2输配设施：

储配站，调压站，液化石油气瓶装供应站等。

△储配站：

功能——A储存及调峰；B混气；C加压。

规模——按工业与民用气比例确定储气系数。

储气系数——储气量占计算月平均日供气量的比例。

布局——对置储配站，设在城市与气源厂相对的一侧。

防护要求，交通市政条件。

△调压站：

功能——调压，稳压，将上一级输气压力降至下一级。

规模——十几平方米

分类——A性质：

区域调压站，用户调压站（与中低压连）；专业调压站（较大工业和公建。

B调节压力范围：

高中压，高低压，中低压。

C建筑形式：

地上，地压，箱式。

布局——供气服务半径500m左右；负荷中心，防护距离。

△液化石油气供应站：

功能——供应瓶装气。

规模——数百平方米。

布局——负荷中心，服务5000－7000户（不超过10000），半径小于0.5－1km。

3输配管网形制：

△管网布局方式：

干管为环状，保证双向供气，系统可靠性高。

通往用户的配气管为枝状可靠性低。

△输配管道压力分级：

高压A——0.8＜p≤1.6MPa

高压B——0.4＜p≤0.8MPa

中压A——0.2＜p≤0.4MPa

中压B——0.005＜p≤0.2MPa

低压——p≤0.005MPa

△管网形制：

1）一级管网系统——只有一个压力级制的燃气管网系统。

A低压一级管网（优）运行成本低；系统简单安全可靠；维护费用低。

（缺）一次投资费用高（压力低，管径大）；灶具燃烧效率低（灶前压力大）。

B中压一级管网：

适用于新建地区。

（优）减少管道长度；节省投资；提高灶具燃烧效率。

（缺）安装水平要求高；供气安全较低压供气差。

2）二级管网系统——最常用，具有二个压力级制的城市地下管网系统。

A中压B，低压二级管网系统（人工煤气和天然气都适用）

（优）供气安全；安全距离容易保证；可以全部采用铸铁管材。

（缺）投资较大，增加管道长度；占用城市用地。

B中压A，低压二级管网系统（适用于天然气，不太适合人工煤气）

（优）较中压B节省，管径较小；

由于压力较高，可在低峰时储存一定天然气用于调峰。

（缺）用钢管，年限短，折旧费高。

3）三级管网系统——适于大城市，特大城市等大系统

（优）供气较安全可靠；可储存一定燃气。

（缺）投资大；系统复杂，维护不便；

输配管径大（压力消耗在调压器阻力上）

4）混合管网系统—（优）投资较省（一级二级之间）；

管道总长度较短；根据情况需要选择形制。

（缺）介于一级，二级之间。

△管网形制选择原则：

1）管网形制本身的优缺点：

A供气的可靠性

B供气的安全性

C供气的适用性

D供气的经济性

2）考虑城市的综合条件：

A气源的类型

B城市的规模

C市政和住宅的条件

D城市的自然条件

E城市的发展规划

△燃气输配管网的布置原则：

1）结合城市总体规划和有关专业规划，远近结合。

2）尽量靠近用户

3）减少穿，跨越河流，铁路等，减少投资。

4）各级管网沿路布置。

5）避免与高压电缆平行敷设

6）高压，中压A管网布置在城市边缘，注意安全防护。

中压管网广泛分布于城市内部。

低压管网遍布大街小巷。

第五章城市供热工程系统规划

第一节城市集中供热负荷预测

1城市热负荷分类：

A用途：

室温调节（采暖，供冷，通风）；生活热水；生产用热（工艺，动力热负荷）。

B性质：

民用热负荷；工业热负荷。

（两者的比例不同是决定不同供热方案的重要依据。

）

C时间规律：

1）季节性热负荷——采暖，通风，供冷；用热情况全日中稳定，全年变化大。

2）全年性热负荷——生活热水负荷，生产用热；全日中变化大，全年中稳定。

（按用途分类的方法用于预测计算，后两者用于供热方案选择比较。

）

（电，燃气，集中供热三种方式共同负担城市的生活热水热负荷。

）

2热用户选择：

A先小后大——分散用热的规模较小的热用户。

B先集中后分散——供热系统的服务半径小，集中有利于减少成本。

3集中供热普及率：

已实行集中供热的供热面积与需要供热的建筑面积的百分比。

4热负荷预测：

△分类：

A计算法：

通过采暖通风设计数据来确定，精确，用于小范围的预测。

B概算指标法：

规划中常使用。

△步骤：

A收集资料

B分析种类及特点

C分类热负荷计算

D核对后相加

△指标概算法：

【计算】P118例题

1）采暖通风热负荷预测

采暖：

Qn＝q·A/1000

Qn——采暖热负荷（MW）

q——采暖热指标（W/m2）

A——采暖建筑面积（m2）

通风：

Qt＝K·Qn

K——加热系数，一般取0.3-0.5

2）生活热水热负荷预测

Qw＝K·qw·F

K——小时变化系数

qw——平均热水热负荷指标（W/m2）

F——总用地面积（m2）

3）空调冷负荷预测

Qc＝β·qc·A/1000

β——修正系数

qc——冷负荷指标，一般为70－90W/m2

A——建筑面积（m2）

4）生产工艺热负荷——工艺设计人员提供

5）供热总负荷

采暖通风热负荷和空调冷负荷属同类负荷，相加时取其中较大的。

△综合热指标60-67W/m2

第二节城市集中供热热源规划

1供热方式选择：

A集中供热：

优点——用户便利，供热量大，有利环保

缺点——投资大，维护困难

适用——有现成的经济热源，有大量的集中用户和稳定的热负荷，

城市条件有利于城网建设。

B分散供热：

小系统，投资少，灵活多样。

2集中供热热源种类：

A热电厂：

供热量大，稳定，投资高，供应对象多，一般为城市主要热源。