4.Определение общих и расчетных расходов воды для зданий. Гидравлический расчет внутреннего водопровода.

Для определения диаметров трубопроводов и подбора оборудования, прежде всего, необходимо знать расчетные расходы воды.

Расчетные расходы зависят от нормы водопотребления, режима водопотребления и типа устанавливаемых санитарно-технических приборов.

Напомним, что нормой водопотребления называется количество воды, необходимое в среднем для обеспечения жизнедеятельности одного человека в едини­цу времени (обычно - сутки), или количество воды, расходуемое на выпуск единицы продукции, на принятие одной процедуры и т.д.

Норма водопотребления на бытовые нужды зависит от степени благоустройства здания, устанавливается опытным путем и приводится в справочных данных. Для систем внутреннего водопровода норма расхода воды (общая холодной и горячей воды) одним потребителем в сутки максимального водопотребления или в час максимального водопотребления приводится в прил. 3 СНиП 2.04.01-85. Например, для наиболее распространенной сейчас сте­пени благоустройства « жилые дома с водопроводом и канализацией, с ванными длиной от 1500 до 1700 мм оборудованными душами» норма водопотребления одним человеком в сутки максимального водопотребления составляет 300 л/сут.

Расход в сутки максимального водопотребления хозяйственно-питьевой воды (холодной и горячей, общ.) в жилых зданиях определя­ется по формуле

, м³/сут, (19.1)

где - норма водопотребления, принимается по данным прил.3 СНиП 2.04.01-85;

u - количество потребителей (жителей) в здании.

Расход воды и режим ее потребления на производственные нужды принимают по данным технологов. Например, он может быть вычислен по формуле

, м³/сут, (19.2)

где н орма расхода воды на единицу продукции м³/ед;

m - количество единиц продукции выпускаемой в смену;

z - количество смен в сутки.

Нормы расхода воды на пожаротушение и особенности определения расходов для объединенных с противопожарным водопроводом систем см. лекцию противопожарные водопроводы.

Режим водопотребления в течение суток для большинства зданий неравномерен. К примеру, в жилых зданиях больше воды расходуется в утренние часы (с 6 до 11 часов) и в вечерние (с 16 до 21 часа). В школах расходование воды происходит в основном в перерывах между занятиями; в театрах - в антрактах, в кинотеатрах - до сеанса.

Следовательно, расход воды на водоразбор в каждый момент вре­мени или за конкретный период является случайной величиной, поэтому расчетные доходы определяются в соответствии с теорией вероятнос­тей. При этом расчетное значение расхода воды должно быть найдено с заданной обеспеченностью. Заданная обеспеченность ограничивает число случаев в долях от общего числа, при которых фактический расход может превысить расчетный.

Основой методики определения расчетных расходов воды являются вероятность включения во­доразборных приборов и математическое ожидание числа их включений, совершаемых в части системы или во всей системе за некоторый проме­жуток времени. Так как математическое ожидание - это среднее арифметическое число включений водоразборных приборов, в дальнейшем вместо термина «математическое ожидание» используется термин «сред­нее число включений».

Гидравлический расчет сетей внутренних холодных водопроводов производится на максимальный секундный расход воды, который для внутреннего хозяйственно-питьевого водопровода вычисляется по формуле

q^хол=5q_о^хол , л/с, (19. 3)

где - q_о^хол расход холодной воды, л/с, одним прибором, величина которого принимается по данным приложения 2 СНиП 2.04.01-85. При установке на расчетных участках сети приборов различных типов, значение q_о^хол надлежит принимать по прибору, расход которого является наибольшим. При проектировании обычно пользуются следующими соображениями:

1. При количестве однотипных приборов 30 % и более от об­щего количества приборов, установленных в системе, расход воды данным прибором принимается для проведения расчетов по формуле (19. 3);

2. При наличии двух или трех типов санитарных приборов с количест­вом более 30% в качестве расчётного принимается прибор с наибольшим расходом воды.

3. П ри числе однотипных приборов в системе менее 30% расход воды определяется как средневзвешенная величина по формуле

, л/с, (19. 4)

здесь i - количество приборов одного типа; k- количество типов приборов;

 - величина, определяемая в зависимости от общего числа прибо­ров на расчетном участке и вероятности их действия.  - принимается по прил.4 СНиП 2.04.01-85.

Р^хол- вероятность действия приборов для участков сети обслуживающих одинаковых потребителей ( жители, установки и т.п.) определяется по формуле

, (19, 5)

-где н орма расхода воды, л, одним потребителем в час наибольшего водопотребления, принимается по данным приложения 3 СНиП 2.04.01-85.

u-общее число потребителей в здании или сооружении;

N- общее число приборов, обслуживающих потребителей.

При расчете по формулам (19. 4) и (19. 5) необходимо учитывать следующее:

1. В зданиях и сооружениях с одинаковыми потребителями значение Р^хол определяется по формуле (19. 5) для всего здания в целом, без учета изменения соотношения u/N на отдельных участках сети.

2. Для участков сети, обслуживающих различных потребителей, веро­ятность действия приборов определяется по формуле

, (19. 6)

где Р_i^хол - величины, относящиеся к каждому виду потребителей.

В зависимости от конструкции системы горячего водоснабжения при определении расходов холодной воды могут иметь место следующие случаи:

1. Горячая вода приготавливается в местных водонагревателях (газовые колонки, электронагреватели и т.п.), установленных не­посредственно в квартирах - при определении расходов воды на участках сети и на вводе в здание в формулы (19. 4) и (19. 5) из прил. 3 под­ставляются расходы с верхним индексом (общ.), которые учитыва­ют расход холодной и горячей воды.

2. Горячая вода приготавливается централизованно в центральных тепловых пунктах. При определении расходов холодной воды на участках сети внутри и на вводе в здание в формулы (19. 4) и (19. 5) из приложения 3 подставляются расходы с верхним индексом (хол.), которые учитывают расход только холодной воды.

Горячая вода приготавливается в бойлерной, установленной в под­вале здания. При определении расхода холодной воды на участках из прил. 3 принимаются значения с индексом (хол.), а на вводе в здание - (общ.).

Целью гидравлического расчета является определение напора на вводе в здание для подачи расчетных расходов воды к наиболее удаленному и высоко расположенному относительно ввода (диктующему) прибору. Порядок гидравлического расчета заключается в следующем:

1. Вычерчивается схема сети внутреннего водопровода в аксономет­рии.

2. Вычерчивается расчётная схема сети внутреннего водопровода, которая аналогична аксонометрической схеме, но проще её. Например, расчётная схема может быть такой как показано на Рис. 20. 1.

На схеме сети выделяются расчётные элементы:

• внутриквартирные разводки – элементы 1-2, 9-10, 11-12, 13-14;

• стояки – элементы 2-3, 9-4, 11-5, 14-6;

• участки магистрального трубопровода – элементы 3-4, 4-5, 5-6, 6-7;

• ввод – элемент 7-8.

В пределах расчётных элементов величина расхода считается постоянной.

3. По аксонометрической схеме определяется длинна каждого расчётного элемента l_i, м, и количество подключённых к элементу приборов N_i.

4. По формуле (19. 5) определяются вероятность одновременного действия приборов P^хол.

5. По формуле (19. 4) вычисляют расходы воды на каждом расчетном элементе. Для стояков, если они закольцованы по верху, расход вычисляется с коэффициентом 0,7, так как вода в них может поступать не только снизу, но и сверху;

6. Зная расходы воды и задавшись эко­номическими скоростями, по таблицам Шевелева А.Ф. подбираются диа­метры трубопроводов и определяются удельные потери напора в них (1000i) ,мм/м. Экономическими скоростями ( по рекомендациям НИИ са­нитарной техники) можно считать 0,9-1,2 м/с. В любом случае скорости воды в трубопроводах не должны превышать З м/с, в том числе и при пропуске противопожарного расхода для объединенных систем. Диаметры внутриквартирных разводок принимаются конструктивно равными 15 мм.

7. Потери напора в каждом i-том элементе подсчитываются по формуле

h_i=(1000i)  l_i /1000, м. (20. 1)

8. Определяются суммарные потери напора в расчётных элементах от диктующей точки на каждом стояке до точки подключения ввода. Например, для схемы рис.1 получим

h_1-8 = h_1-2 + h_2-3 + h_3-4 + h_4-5 + h_5-6 + h_6-7 + h_7-8;

h_9-8 = h_9-10 + h_10-4 + h_4-5 + h_5-6 + h_6-7 + h_7-8;

h_11-8 = h_11-12 + h_12-5 + h_5-6 + h_6-7 + h_7-8;

h_13-8 = h_13-14 + h_14-6 + h_6-7 + h_7-8;

При вычислениях этих сумм следует учитывать, что конструктивно внутриквартирные разводки и стояки в жилых домах одинаковы. Поэтому потери напора в них равны между собой

h_1-2 = h_9-10 = h_11-12 = h_13-14;

h_2-3 = h_10-4 = h_12-5 = h_14-16;

9. Определяются потери напора во внутреннем холодном водопроводе по формуле

, м, (20. 2)

где к_в- коэффициент, учитывающий характер водоразбора в системе и принимаемый:

• 0,5 – для систем хозяйственного водопровода;

• 0,3 - для систем хозяйственно-противопожарного водопровода;

- коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях прини­мается:

• 0,3 - для хозяйственного водопровода;

• 0,2 - для объединенного хозяйственно-противопожарного водопровода, а также для производственных водо­проводов;

• 0,15 - для объединенных производственных и противопожар­ных водопроводов;

• 0,1 - для противопожарных водопроводов.

m- количество стояков в здании;

- сумма потерь напора по всем расчётным направлениям,

По существу по формуле (20. 2) определяются средние потери напора в системе внутреннего водопровода по всем расчётным направлениям.

10. Определяется требуемый напор на вводе в здание в месте присое­динения к квартальной либо городской сети по формуле

, м , (20. 3)

где H_г - геометрическая высота подъема воды, определяется как разность геодезических отметок центра диктующего при­бора и оси ввода в месте подключения;

h_св - рабочий напор перед диктующим прибором, принимается по прил. 2 СНиП. Например, минимальный свободный напор перед умывальником - 2м, перед мойкой - 2м, перед сме­сителем общим для ванны и умывальника - 3м, перед уни­тазом со сливным бачком - 2м. В качестве расчетной величины принимается наибольший из рабочих напоров для установленных приборов;

H_сч - потери напора в водосчетчике определяются по формуле (9. 2).

Требуемый напор, необходимый для обеспечения водой дик­тующего прибора, сравнивается с напором, который гарантируется в наружной водопроводной сети H_гар.

В любом случае следует стремиться к наиболее полному исполь­зованию гарантийного напора на вводе в здание. Так, если гарантийный напор превышает требуемый, то можно скоростей 3 м/с. Если требуемый напор на 1-2м больше гарантийного, то избежать установки насосов можно путем увеличения диаметров внутренней сети (особенно на участках с наибольшими по­терями) на 1-2 сортамента.

Если здания подключены к микрорайонной сети, то для определения требуемого напора на выходе из ЦТП необходимо дополнительно учесть:

• потери напора в микрорайонной сети от самого удалённого и высоко расположенного здания до ЦТП;

• потери напора в трубопроводе от точки подключения к городской сети до ЦТП.

• потери напора в водосчетчике, установленного в ЦТП, который измеряет общий расход воды, поступающий в микрорайон из городского водопровода.

Формула для определения требуемого напора на выходе из ЦТП будет иметь вид

, м ,

(20. 4)

5.Требования к насосным установкам для внутреннего водопровода. Напорно-регулирующие баки. Гидропневматические установки.

В отдельные периоды суток или постоянно напор в наружной сети Н_гар может быть меньше требуемого Н_тр для получения воды из диктующего прибора в здании или сооружении. В этих случаях на сети внутреннего водопровода для повышения напора устанавливают­ся насосы. Выбор типа насосной установки и режимов ее работы осу­ществляют на основании технико-экономического сравнения вариантов:

1. Непрерывно или периодически действующих насосов при отсутствии ре­гулирующих емкостей;

2. Насосов производительностью равной, или превышающий максимальный часовой расход воды, работающих в повторно-кратковременном режиме совместно с водонапорным баком или гидропневматической установкой;

3. Непрерывно или периодически действующих насосов производительностью менее максимально-часового расхода воды, работающих совместно с регулирующей емкостью.

В зданиях насосные установки располагаются после водомерного узла. Хозяйственно-питьевые и противопожарные насосы располагают обычно в помещениях местных тепловых пунктов или центральных тепловых пунктов (ЦТП), об­служивающих квартал или микрорайон.

При работе насосных установок создается низкочастотный шум, который при длительном воздействии на людей вызывает серьёзные психические расстройства. Поэтому насосы (кроме пожарных) нельзя размещать непосредственно под квар­тирами, комнатами для детей в детских садах, школьными классами, больничными помещениями и другими помещениями с длитель­ным пребыванием людей.

В отдельных случаях, по согласованию с органами санитарного над­зора под указанными помещениями могут быть установлены малошумные насосы с суммарным уровнем шума до 30 дБ.

В производственных помещениях насосы размещаются с учетом осо­бенностей технологического процесса как можно ближе к установкам, которые они обслуживают.

В большинстве случаев насосная установка (рис.14.1) включает один рабочий 1 и один резервный 2 насосы со стандартной обвязкой арматурой.

У насосов 1 забирающих воду непосредственно из наружного водопровода 3 предусматривается обводная линия, на которой уста­навливают задвижки 4 и обратный клапан 5. Обратный клапан, задвиж­ка и манометр 6 предусматриваются также на напорной линии насосов 7.

В зависимости от величины напора, который необходимо создать насосам и характеристик самих насосов (напор и подача) они могут быть включены по одной из следующих схем:

• последовательно, когда напор одного установленного насоса всегда или периодически меньше величины Н= Н_тр- Н_гар и при колебании давления в наружной сети свыше 0,2 МПа (20 м). На рис.14. 1 насос 1 подаёт воду по трубопроводу (показан пунктирной линией) в насос 2. При верхних значениях напора в наружной сети работает один насос. При нижних значениях напора в сети – два насоса. Напор, который создаёт установка в этом случае, равен сумме напоров двух насосов;

• параллельно, когда подача одного насоса меньше расхода воды в здании. На рис.14. 1 насос 1 может работать параллельно с насосом 2. Подача воды установкой равна сумме подач двух насосов;

• с приемным резервуаром перед насосами, когда напор в наружной водопроводной сети Н_гар составляет 5 м и менее. Насосы ре­комендуется устанавливать «под залив». Если это невозможно, то пре­дусматриваются мероприятия для заливки насосов (вакуум-насосы, вакуумкотлы и т.д.). При этом предусматривается не менее двух всасыва­ющих линий, или каждый насос может иметь свою всасывающую линию. Каждая линия рассчитывается на пропуск всего расчетного.

Водонапорные баки. Выполняют функции напорно-регулирующей емкости при периодическом или постоянном недостатке напора в сети внутреннего водопровода и при неравномерном режиме водопотребления.Водопроводные баки 1 (рис.15.1) изготавливаются из листовой ста­ли и окрашиваются внутри и снаружи для предотвращения коррозии. При этом для внутренней окраски применяются материалы, удовлетворяющие санитарным требованиям. Сверху бак закрывается крышкой 2. Расстоя­ние от верха бака до перекрытия должно быть не менее 0,6м. Под ба­ком на расстоянии 0,5м устанавливается металлический поддон 3 с та­ким расчетом, чтобы дно было доступно для осмотра. Бак устанавлива­ется в помещении с положительной температурой.

Водонапорный бак оборудуется трубой 4, подающей в него воду и поплавковым клапаном 5 на ней. Перед поплавковым клапаном уста­навливается запорный вентиль или задвижка 6. С этой стороны от стен­ки бака до стены помещения должно быть не менее 1м.

В ода из бака отводится по трубе 7 с обратным клапаном и задвижками. Для предотвращения перелива бака предусматривается переливная труба 8. Для опорожнения бака служит спускная труба 9 с вентилем, присоединенная к днищу бака и к переливной трубе. Отвод воды из поддона производит­ся по трубе 10 диаметром 40 мм, присоединенной к переливной трубе. Для включения и выключения насосов в баке устанавливаются датчики верхнего и нижнего уровней 11. Кроме того, бак должен быть оборудован датчиком уровня воды с выводом его показаний на пульт управ­ления. При отсутствии такого датчика в баке устанавливается сигналь­ная трубка диаметром 15 мм, верхний конец которой выводится на 5 см ниже переливной трубы, а нижний конец выводится в раковину дежурного по­мещения насосной установки.

Расстояние между стенками бака и строительными конструкциями должно быть не менее 0,6 м, а с передней части не менее 1 м. Для соединения бака с атмосферой, необходима воздушная трубка 12 диаметром не ме­нее 25мм. Переливной и опоражнивающий трубопроводы соединяются с канализацией через гидравлический затвор 13.

Регулирующий объем бака определяется в зависимости от подачи насоса по формулам:

• при подаче насоса, равной или превышающей максимально-часовой расход в системе

, м³ , (15. 1)

где n- допускаемое число включения насосной установки в 1час, принимаемое равным 2-4;

- максимально-часовой расход холодной воды в системе, м³/с

• при производительности насоса менее максимального часового рас­хода воды по более сложным зависимостям (см. СНиП).

Если напорный бак установлен в объединенной системе хозпитьевого и противопожарного водопровода, то его емкость должна иметь запас на время включения противопожарных насосов. Общая емкость бака в этом случае определяется по формуле

, м³, (15. 2)

где - противопожарный объем воды, равный 10 минутной продолжительности тушения пожара из внутренних пожарных кранов при одновременном наибольшем расходе воды на производ­ственные и хозяйственные нужды;

к - коэффициент запаса, при использовании насосов работающих в повторно-кратковременном режиме к=1,2 - 1,3

Гидропневматические установки (ГПУ) служат для создания напора в сетях внутреннего водопровода и работают с помощью сжатого воздуха. ППУ применяются при водоснабжении отдельных зданий или групп зданий с использованием местных источников водоснабжения, скважин, ключей и т.д. Оправдывается применение пневматических установок при водоснабжении отдельно стоящих построек, домов отдыха, санато­риев, совхозных усадеб.

Применение ГПУ обеспечивает возможность установки напорных баков в подвале, в отдельно стоящем помещении и т. д. Располагать ГПУ рядом с помещениями, где возможно пребывание большого числа людей (более 50 человек, гардеробы, зрительные залы и т.п.) не допускается.

ГПУ состоит из следующих основных элемен­тов (рис.16.1): воздушного 1 и водяного 2 резервуаров, соединенных между собой перепускным трубопроводом 3 с запорным устройством 4; для зарядки резервуара 1 воздухом служит компрессор 5, за которым устанавливается маслоотделитель 6; компрессор с воздушным резервуа­ром соединен трубопроводом. В водяной ре­зервуар по трубопроводу 7 подается вода от насоса. Подающий тру­бопровод 7 в резервуаре заканчивается поплавковым клапаном 8, кото­рый предотвращает полное опорожнение резервуара и попадание воздуха в сеть внутреннего водопровода. Перепускной трубопровод 3 заканчивается обратным клапаном 9, который препятствует попаданию воды в воздушный резервуар. Водяной резервуар с внутренней водопроводной сетью соединен трубопроводом 10. Для управления работой трубопроводов 7 и 10 на них установлена система запорных устройств 11, 12 и 13.

П еред пуском в работу производится зарядка установки воздухом и водой, для чего включают в работу компрессор и в обоих резервуа­рах создают давление Р_мин (минимальное давление в системе, определяемое гидравлическим расчетом водопроводной сети), после чего вклю­чают насос и производят закачку воды в водяной резервуар до верхнего уровня. После чего насос выключается.

Под давлением воздуха вода будет вытесняться в сеть внутреннего водопровода. После опорожнения водяного резервуара до нижнего уровня насос вновь включается. При расходе воды уровень ее в водяном резервуаре 2 понижается, воздух расширяется в результате чего, давление падает до величины Р_мин после заполнения резервуара 2 до верхнего уровня, давлений воздуха будет Р_макс.

В ходе эксплуатации часть воздуха растворяется в воде, а часть просачивается через неплотности в соединениях, поэтому периодически (обычно один раз в месяц) производят зарядку установки воздухом от компрессора.

Резервуары 1 и 2 оборудуются манометрами и предохранительными клапанами, а 2, кроме того, уровнемерным стеклом. Резервуары изготавли­вают из листовой стали, и каждый из них имеет лаз диаметром 700 мм.

ГПУ работают при резких изменениях напора, причем минимальный напор должен быть не менее требуемого в водопро­водной сети. Следовательно, большее время установка работает при напорах больше требуемого, это является их большим недостатком.

Полный объем ГПУ определяется по формуле

, м³, (15. 2)

где - регулирующий объем бака (формула 15. 2);

А - отношение абсолютного минимального давления к максималь­ному давлению, значение которого следует принимать: для установок с напором до 50 м. вод. ст. - 0,7; для установок с напором свыше 50 м. вод. ст.;

- коэффициент запаса емкости бака, принимаемый 1,2-1,3 при ис­пользовании насосных установок, работающих в повторно-кратковременном режиме и 1,1 при производительности насосных установок равной или менее часового расхода.