Инженерные системы зданий и сооружений. Теплогазоснабжение и вентиляция

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
А. А. Прокопьев, Р. Р. Хасаншин 
ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ 
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ.
ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ 
И ВЕНТИЛЯЦИЯ 
Учебное пособие 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2023 

УДК 697(075) 
ББК  38.76я7 
П80 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
д-р техн. наук Е. Ю. Разумов 
гл. инж. ООО «НПП «ТермоДревПром» А. А. Сычев 
П80 
Прокопьев А. А. 
Инженерные системы зданий и сооружений. Теплогазоснабжение 
и вентиляция : учебное пособие / А. А. Прокопьев, Р. Р. Хасаншин; 
Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : 
Изд-во КНИТУ, 2023. – 84 с. 
ISBN 978-5-7882-3316-1
Содержит материалы по инженерным системам зданий и сооружений, в том 
числе по теплогазоснабжению и вентиляции. 
Предназначено для бакалавров направления подготовки 08.03.01 «Строительство». 
Подготовлено на кафедре архитектуры и дизайна изделий из древесины. 
УДК 697(075) 
ББК  38.76я7
ISBN 978-5-7882-3316-1 
© Прокопьев А. А., Хасаншин Р. Р., 2023 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2023 
2 

С О Д Е Р Ж А Н И Е
Введение 
......................................................................................................................... 5 
1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ
ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ 
...................................................... 6 
1.1. История развития за рубежом 
............................................................................ 6 
1.2. История развития в России ................................................................................ 8 
2. ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОТЫ 
...................................................................................... 10 
2.1. Основные типы источников теплоты 
.............................................................. 10 
2.2. Устройство котельной установки 
.................................................................... 10 
2.3. Тепловой баланс котла ..................................................................................... 17 
2.4. Типы тепловых электростанций 
...................................................................... 19 
2.5. Теплоэлектроцентрали и теплофикация 
......................................................... 22 
3. СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 
....................................................................... 28 
3.1. Классификация систем теплоснабжения ........................................................ 28 
3.2. Централизованная система теплоснабжения ................................................. 29 
3.3. Индивидуальная система теплоснабжения .................................................... 32 
3.3.1. Системы воздушного отопления/охлаждения ......................................... 33 
3.3.2. Системы гравитационных печей ............................................................... 34 
3.3.3. Системы отопления в полах ...................................................................... 35 
3.3.4. Традиционные котельные и радиаторные системы ................................ 37 
3.3.5. Плинтусный радиатор с горячей водой 
.................................................... 38 
3.3.6. Системы отопления с тепловым насосом 
................................................. 39 
3.3.7. Системы электрического нагрева 
.............................................................. 40 
4. СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ .......................................................................... 42 
4.1. Принцип работы систем газоснабжения ........................................................ 42 
4.2. Городские газопроводы (классификация) ...................................................... 46 
5. СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ .................................................................................. 49 
5.1. Классификация систем вентиляции ................................................................ 49 
5.2. Влияние вентилируемости помещений на здоровье людей ......................... 53 
5.3. Качество воздуха в помещении ....................................................................... 53 
5.4. Источники загрязнения воздуха в помещении .............................................. 54 
5.5. Способы оценки качества воздуха .................................................................. 56 
5.6. Рекомендации по улучшению качества воздуха ........................................... 58 
3 

5.7. Вентиляционные системы по типу работы .................................................... 61 
5.7.1. Естественная вентиляция ........................................................................... 61 
5.7.2. Механическая вентиляция только для вытяжки 
...................................... 62 
5.7.3. Механическая приточная вентиляция ...................................................... 63 
5.7.4. Приточно-вытяжные, или сбалансированные системы 
механической вентиляции.................................................................................... 64 
5.7.5. Рециркуляция .............................................................................................. 64 
5.7.6. Контроль температуры и влажности с помощью механической 
вентиляции (кондиционирования воздуха) 
........................................................ 65 
5.7.7. Фанкойлы и индукционные системы 
........................................................ 65 
5.7.8. Системы постоянного и переменного объема воздуха 
........................... 67 
5.7.9. Одноканальная система 
.............................................................................. 67 
5.7.10. Двухканальные системы .......................................................................... 69 
5.8. Оборудование приточно-вытяжных установок ............................................. 70 
5.8.1. Амортизаторы ............................................................................................. 71 
5.8.2. Фильтры ....................................................................................................... 71 
5.8.3. Нагревательные и охлаждающие змеевики ............................................. 72 
5.8.4. Увлажнитель воздуха ................................................................................. 73 
5.9. Характеристики систем естественной и гибридной вентиляции 
................. 74 
5.9.1. Преимущества естественной и гибридной вентиляции 
.......................... 75 
5.9.2. Схемы вентиляции 
...................................................................................... 75 
5.9.3. Схема естественной вентиляции ............................................................... 76 
5.9.4. Вентиляционный элемент .......................................................................... 77 
5.9.5. Геометрия здания 
........................................................................................ 78 
5.9.6. Каналы приточного и вытяжного воздуха ............................................... 78 
5.9.7. Системные решения и характеристики .................................................... 79 
Заключение .................................................................................................................. 82 
Литература ................................................................................................................... 83 
4 

В В Е Д Е Н И Е
Инженерные системы зданий и сооружений (инженерные сети) – 
это совокупность коммуникаций, оборудования и сооружений, служащих для жизнеобеспечения объектов и образующих внешнюю и внутреннюю инженерную инфраструктуру современных зданий. 
Современные крупные города имеют тенденцию к расширению 
и все более оснащаются инженерными системами жизнеобеспечения 
с коммунальными сооружениями различного профиля. Это тепловые, водопроводные и газовые сети, без которых немыслима жизнь в современном городе. Их значение особенно возрастает в холодный период года. 
Кроме того, в каждом отдельном здании существует система вентиляции, 
которая призвана обеспечивать комфортное проживание и работу. 
Инженерно-технические задачи и проблемы в области газоснабжения и вентиляции необходимо решать для всех классов жилых и производственных помещений. Экономические требования и рыночные 
условия современной жизни диктуют повышенные требования к системам жилищно-коммунального хозяйства, их энергоемкости и энергосбережения. Современные системы должны предусматривать не только 
бесперебойную работу, но и возможность контроля за расходом горячей и холодной воды, газа, тепловой энергии как в целом по зданию, 
так и в каждой квартире, офисе, помещении. 
Теплогазоснабжение и вентиляция – область материального производства, которая включает в себя совокупность средств, способов 
и методов человеческой деятельности, направленных на решение комплексных задач, связанных с проектированием, монтажом, эксплуатацией и реконструкцией систем теплогазоснабжения, вентиляции 
и средств охраны воздушного бассейна, промышленных, гражданских 
и других объектов. 
Основная цель учебного пособия – изучение основ работы систем 
теплогазоснабжения и вентиляции зданий и сооружений. 
5 

.  К Р А Т К А Я  И С Т О Р И Я  Р А З В И Т И Я  С И С Т Е М
Т Е П Л О Г А З О С Н А Б Ж Е Н И Я  И  В Е Н Т И Л Я Ц И И  
1 . 1 .  И с т о р и я  р а з в и т и я  з а  р у б е ж о м
Теплоснабжение. В XVIII в. в Англии была изобретена система парового отопления высокого давления (с превышением рабочего давления 
более 0,5 атм.). Данный факт был довольно широко освещен как в периодической, так и в специальной литературе того времени. Впервые такая 
система была предложена английским полковником Дж. Куком в 1745 г., 
но применение нашла только спустя 10 лет для отопления теплиц, а уже 
в 1770 г. имеются данные об отоплении системой фабричных зданий. 
В 1793 г. запатентовано изобретение – паровые калориферы высокого 
давления для воздушной системы отопления. В начале X в. паровая система высокого давления стала применяться в том числе и в жилых зданиях, но в исключительных случаях.
Первым человеком, кто попытался научно обосновать расчет паровой системы, является англичанин Т. Тредгольд (1862 г.). Он  также описывает паровую систему, устроенную в 1818 г. для отапливания целой 
группы оранжерей из общей котельной. В 1828 г. с помощью паровой системы высокого давления было отоплено крупное здание биржи в Праге.
В 1830 г. появилась первая система отопления паром, где был использован выхлопной пар паровой машины. Э. Альбан смог внедрить данную систему на своем машиностроительном заводе в Германии, в г. Плау. 
Система водяного отопления низкого давления, т. е. открыто сообщающаяся с атмосферой через расширительный сосуд и с нагревом 
воды до температуры не выше 100 °С, была изобретена в  1777 г.  парижским инженером-физиком Ж. Л. Боннеменом (рис. 1.1). 
До 1841 г. водяные системы отопления строились без всякого 
расчета. Но в 1841 г. англичанин Ч. Хууд приходит к правильным взглядам на причины возникновения циркуляции воды в водяной системе, положившим конец различным спорам на эту тему. Таким образом, Ч. Хууд 
был первым теоретиком водяной системы отопления. Он уже констатирует факт, что скорости циркуляции воды пропорциональны квадратным 
корням из высот расположения нагревательных приборов над котлом.
6 

Рис. 1.1. Водяная система низкого давления Боннемена 
для инкубатора: 1 – подъемный стояк; 2 – воздушная трубка; 
3 – воронкообразный расширительный сосуд; 4 – обогревающий 
змеевик; 5 – инкубатор; 6 – полки для яиц; 7 – отделение для цыплят 
До 1841 г. водяные системы отопления строились без всякого 
расчета. Но в 1841 г. англичанин Ч. Хууд приходит к правильным взглядам на причины возникновения циркуляции воды в водяной системе, положившим конец различным спорам на эту тему. Таким образом, Ч. Хууд 
был первым теоретиком водяной системы отопления. Он уже констатирует факт, что скорости циркуляции воды пропорциональны квадратным 
корням из высот расположения нагревательных приборов над котлом.
Но большое затруднение представляло конструирование и изготовление регулирующей и запорной арматуры. Долгое время это были простейшие пробочные конусные краны без сальников, весившие несколько 
килограммов при проходе в 32 мм и постоянно протекавшие.
Вентиляция. К осознанию необходимости вентилирования своих 
жилищ и общественных зданий человечество пришло значительно 
позднее, чем это было в отношении отопления.
После римских хюпокаустов и подпольно-канальных систем, которые совмещали в себе как системы отопления, так и системы для 
ввода в помещения подогретого наружного воздуха, дело вентилирования совершенно заглохло. Только в 1792 г. было положено начало организованному вентилированию помещений. Позднее (1821 г.) К. Мейснер 
(Германия) своей усиленной пропагандой и распространением воздушной системы отопления, тоже с притоком наружного воздуха, упрочил 
положение вентиляционных устройств.
7 

Уже в 1845–1847 гг. здание английского парламента в Лондоне 
(еще в 1790 г. отапливавшееся угольными жаровнями) получило организованную напорную (приточную) систему вентиляции, работавшую 
с помощью нагнетающих вентиляторов и построенную по схеме подачи 
и удаления (подпором) воздуха «снизу – вверх». Но вскоре эта система 
неприятного ощущения дутья была заменена одной вытяжной системой. В начале XX в. в зале английского парламента функционировала 
одна из наиболее совершенных систем вентиляции, работающая также 
по схеме «снизу – вверх». 
1 . 2 .  И с т о р и я  р а з в и т и я  в  Р о с с и и
К самому древнему разделу этой науки можно отнести отопление, которое с момента возникновения человеческого общества служило для обогрева жилья. По мере развития общества развивалась 
и отопительная система. Одним из основоположников теплотехники 
был великий русский ученый М. В. Ломоносов. Его классические 
труды легли в основу последующего развития теплотехники как 
науки. К знаменательному этапу развития техники теплоснабжения 
относят разработку и внедрение централизованного способа отопления зданий, при котором несколько помещений или все здания отапливаются из одного центра. 
Первая система водяного отопления в России была предложена 
и внедрена в 1834 г. П. Г. Соболевским. Пар, впервые использованный 
для обогрева оранжерей, получил широкое распространение для отопления в России только в XIX в. в отличие от западных стран. Но в жилых домах отопление почти не применялось, так как оно не отвечало 
санитарно-гигиеническим требованиям. 
Отечественным ученым и инженерам принадлежит большая заслуга в развитии воздушного отопления. Эта система под названием 
«русская система» стала широко применяться на Западе для отопления 
дворцов и других больших помещений. В. М. Чаплин в 1903 г. разработал и внедрил систему пароводяного отопления, В. А. Яхимович 
в 1905 г. – панельно-лучистое отопление, Н. П. Мельников в 1909 г. – 
водяное отопление. В 1924 г. в СССР была построена первая теплофикационная установка с тепловой сетью, по которой подавалась 
8 

подогретая вода в несколько общественных зданий. Создание электростанций большой мощности вызвало появление крупных систем теплоснабжения, объединяющих тепловые станции, тепловые сети, отопление и вентиляцию, что позволило резко снизить затраты на выработку тепловой энергии. 
Одновременно с техникой теплоснабжения развивалось и техника вентиляции зданий. В 60-х годах XIX в. в России была устроена 
приточно-вытяжная вентиляция в нескольких госпиталях и в других 
общественных зданиях.  
В настоящее время большое значение придается вопросам сохранения здоровья и оздоровления населения. Эту задачу должна решить совместно с другими отраслями науки и техники вентиляция, занимающаяся обеспечением чистоты атмосферы в помещениях зданий 
и сооружений, а также очисткой воздуха, выбрасываемого из помещений в окружающую среду. 
9