Инженерные сети водоснабжения

--PAGE_BREAK--КАЧЕСТВО ВОДЫ


Главный критерий качества воды — ее чистота; она не должна содержать организмов и вредных веществ, опасных для жизни людей и животных. В городских системах требования к чистоте составляют часть соглашения между поставщиком и потребителем (имеются в виду частные водопроводные фирмы). В частных системах забота о сохранности воды лежит на владельцах, которые действуют в соответствии с законодательством, а за обработкой ее следят специальные контро­леры. Главный вид обработки заключается в небольшом хлорировании воды, чтобы убить опасные организмы, однако количество добавляемого хлора должно быть минимальным, чтобы не образовался неприятный привкус воды.

Другой химической добавкой к воде служит фтор. Случайно было обнаружено, что у жителей юго-западных районов США наблюдается феноменально небольшое гниение зубов. Проведенные анализы воды из местных источников показали в ней высокое содержание фтора. Это позволило авторитетам в области стоматологии установить взаимоза­висимость между данными явлениями. В связи с таким открытием мно­гие специалисты коммунального хозяйства начали добавлять в воду фтор, хотя против него имеются некоторые возражения религиозного характера, а также связанные с опасностью возникновения побочных явлений, которые в настоящее время остаются неизученными.

Содержание в воде ряда химических веществ придает ей свойство, называемое «жесткостью». Хотя это и не влияет на жизнь или здо­ровье людей, однако «жесткость» становится нежелательной по двум причинам. Во-первых, она препятствует образованию мыльной пены. Во-вторых, при нагревании воды эти вещества активно выделяются и отлагаются на греющих поверхностях в виде осадка, который обладает теплоизолирующим свойством и может в лучшем случае снизить эффективность работы нагревателя, а в худшем случае привести к его поломке. Не весь осадок остается в нагревателе. Некоторая его часть оседает на трубах и за время многолетней работы может их полностью за­купорить.

Жесткость воды выражается в процентах содержания накипеобра-зующих компонентов в единице объема воды. Удобным показателем являются также миллионные доли содержания компонента, т. е. когда одна молекула или один грамм компонента приходится на миллион молекул или граммов воды. По этой шкале жесткость воды находится в пределах от 75 до 700 единиц. Процесс «умягчения» (или стабилиза­ции) состоит в обработке воды, жесткость которой выше нормы. А какая же жесткость считается достаточно большой? Практикой установлено, что вода с жесткостью 140 единиц не нуждается в умягчении; при жесткости от 140 до 350 единиц хотя бы часть воды, подлежащей нагреванию, следует умягчить, а при жесткости более 350 единиц вся вода должна быть подвергнута умягчению.

Умягчение достигается путем добавления к воде солей, которые удерживают накипеобразующие компоненты в растворенном состоянии и тем самым препятствуют их осаждению. Чаны или сосуды для этих солей требуют места и их монтажа, о чем не следует забывать при проектировании жилых зданий. О степени жесткости воды можно узнать из сведений, поставляемых работниками коммунального хозяйства, а если источник индивидуальный, то путем анализа пробы воды.

Процесс умягчения следует контролировать, чтобы жесткость воды находилась в пределах 50—75 единиц, меньшая жесткость приводит к тому, что мыльную пену трудно смыть, и усиливаются коррозионные свойства воды.

В жилых зданиях имеется еще и другая статья расхода воды — поливка газонов, мытье лестниц, окон и т.д. Жесткость воды, используемой для этих целей, несущественна, поэтому не нужно тратить деньги на ее умягчение и очистку. Но следует помнить, что такую воду нельзя смешивать с чистой водой, предназначенной для питья.

ДАВЛЕНИЕ ВОДЫ


Проектировщик обязан изучить не только качество воды, которая предназначена для употребления, но также знать, при каком давлении она должна поступать к потребителям. Подача воды под давлением необходима в трех целях. Прежде всего для удобства. Давление в ко­нечной точке потребления должно быть строго определенным, чтобы обеспечивалось быстрое вытекание воды. Во-вторых, давление должно быть достаточным, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление, которое испытывает вода при прохождении по трубам, через водомеры, нагревательные приборы и другие устройства.

Третьим фактором, регламентирующим давление воды, является высота здания. Вода обладает собственным весом, и для того, чтобы поднять ее на самый верх, в нижней точке трубы необходимо создать достаточно большое давление. Чтобы поднять воду на высоту одного этажа обычного жилого дома, необходимо иметь давление 0,27 кг/см2. Рассмотрим в качестве примера 20-этажный дом.

Для хорошей работы душевых и уборных на последнем этаже давление воды должно быть, по рекомендации изготовителей сантехнических устройств, 1 кг/см2. После того как трассировка трубопрово­дов намечена, необходимо определить гидравлические потери. Допустим, они составили 1,4 кг/см2. Тогда очень просто подсчитать сум­марное давление, кг/см2:



Давление в верхней точке системы

1

Потери давления на трение

1,4

Давление, необходимое для подъема на 10-й этаж

5,4



Итого



7,8



Такое давление имеется в немногих магистралях городского во­допровода. Поэтому необходимое давление должно быть дополнительно создано повысительной (водоподъемной) установкой.

Представим себе коммунальную водопроводную систему, в которой давление на вводе (гарантийный напор) не падает ниже 3,9 кгс/см2. Какое давление должно создаваться установкой?



Требуемое, кгс /см2

7,8

Располагаемое, кгс/см2

3,4



Необходимое повышение давления, игс/см2



4,4



Для повышения давления служат центробежные насосы, непосред­ственно соединенные с электродвигателями, хотя в редких случаях приводом может быть газовый двигатель или турбина. Обычно приме­няют системы трех типов: с водонапорными баками, с воздушными (гидропневматическими) баками и насосные.

СИСТЕМЫ С ВОДОНАПОРНЫМИ БАКАМИ. Один или более баков, емкость которых примерно обеспечивает суточное потребление воды в здании, располагают на крыше достаточно высоко, чтобы создать необходимое давление в квартирах, расположенных на верхнем этаже. Насосы со сравнительно небольшой подачей наполняют эти баки ночью или в середине дня, когда разбор воды минимальный, и поддерживают там заданный уровень. Стальные баки покрывают изнутри коррозионно-стойким слоем и периодически контролируют качество покрытия. Иногда баки изготовляют из дерева, что исключает коррозию, но требует принятия мер против протечки воды,

Преимущество данной системы — небольшой размер насоса и соответственно маленькая пиковая потребность в электроэнергии, а также достаточный запас воды на случай ремонта насоса. Недостатки — пространственные и строительные. Чтобы создать необходимое давление, большой бак должен быть установлен достаточно высоко над верхним этажом, т. е. чтобы обеспечить на верхнем этаже давление 1 кгс/см2, необходимо поднять этот бак выше последнего этажа на 10м. Принимая во внимание массу бака с водой и надстройки, понятна та дополнительная нагрузка, которая должна передаваться на фундаменты дома.

СИСТЕМА С ВОДОВОЗДУШНЫМИ (ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИМИ) БАКАМИ создана для того, чтобы избежать необходимости в надстройке, упомянутой выше. Прерывисто работающие насосы, производительность которых равна максимальному потреблению воды, накачивают воду в бак достаточно умеренных размеров. Бак наполовину наполнен водой, а наполовину—воздухом под давлением, необходимым для обслуживания здания. Воздушная «подушка» заставляет часть воды выйти из бака, прежде чем давление упадет достаточно низко, чтобы снова включить насосы. Размеры воздушной подушки и бака выбирают таким образом, чтобы насосы включались не чаще 12 раз в 1 ч при пиковой нагрузке и только 2 раза за 6 ч 'работы ночью. Через какой-то период часть воздуха поглотится водой, поэтому для поддержа­ния необходимого давления следует предусмотреть установку небольшого воздушного компрессора.

НАСОСНАЯ СИСТЕМА. Стремясь еще больше уменьшить место для установки гидропневматического бака, инженеры усовершенствовали конструкции насосов, вентилей и приборов автоматики, необхо­димых для создания насосной системы постоянного давления. Один маленький насос, называемый «командным», производительностью 25% максимально ожидаемого потребления, работает непрерывно или почти непрерывно. Другие два насоса одинаковой производительности рассчитаны на 55—75% ожидаемого потребления. Приборы автоматики включают и выключают насосы в соответствии с объемом потребляемой воды, а регулирующие вентили изменяют подачу в зависимости от ко­личества работающих насосов. Например, если фактическое потребле­ние составляет 10% расчетного, «командный» насос может работать один, а его регулирующий вентиль будет дросселировать поток воды на напорной линии таким образом, чтобы подача уменьшилась с 25 до 10% от полной производительности установки. В периоды, когда вода почти не потребляется, например ночью, насосы могут быть выключены.

Большое преимущество системы постоянного давления, называемой также системой мгновенного действия, состоит в том, что для ее размещения требуется значительно меньше места и она стоит дешевле, так как отпадает надобность в баке. Экономия может быть еще больше, если отказаться от установки «командного» насоса, оставив два насоса. Применение этой упрощенной системы, менее чувствительной к коле­баниям водопотребления, способствует более продолжительной работе одного из насосов при сильно задросселированном вентиле, что приводит к некоторому перерасходу электроэнергии. Недостатки системы мгновенного действия — значительные затраты на электроэнергию вследствие почти непрерывной работы насосов и большая первоначальная стоимость из-за применения относительно сложных и точных приборов автоматики. В очень высоких зданиях серьезной проблемой является давление в системе. Вспомним, что при высоте здания 20 этажей давление в нижней части системы было 7,8 кгс/см2. Это приближается к максимальному пробному давлению, равному 8,5 кг/см2, на которое рассчитаны вентили, трубы, фитинги и другие элементы системы. Фак­тически же законами США в качестве максимального пробного давле­ния принято 5,5 кгс/см2, что усложняет проблему, но это не особенно страшно, поскольку в продаже имеются сверхпрочные трубы, вентили, фитинги (за дополнительную плату). Поэтому, если высота дома превышает 22 жилых этажа над нижним жилым этажом (это часто может быть второй этаж здания), нужно принять меры по защите арматуры нижних этажей. Если здание превышает максимальную высоту только на несколько этажей, эти меры предосторожности могут заключаться в установке редукционных клапанов на линиях холодной и горячей воды, обслуживающих опасные нижние этажи. Если же число этажей значительно больше максимально допустимого, то потребуется слишком много редукционных клапанов. В этом случае предпочитают зонирование системы. Например, в 40-этажном здании верхних 20 можно обслуживать одной повысительной установкой, а 20 нижних этажей— другой. Если используются напорные баки, то один бак можно устано­вить в надстройке и обслуживать им все этажи до 21-го, а на 24-м этаже найти место для установки второго напорного бака и обслуживать им нижние этажи. Если применяются гидропневматические баки или система мгновенного действия, нижняя зона может питаться от одной установки, расположенной в подвале, а верхняя зона—от второй уста­новки, работающей при повышенном давлении. Трубопроводы, обслуживающие верхнюю зону, проходят по нижним этажам транзитом, без ответвлений в эти этажи. Трубы и фитинги подбирают в соответствии с давлением в зональной системе, и это экономичнее, чем в упомянутом ранее примере.

В высоких зданиях особое внимание следует уделять поддержанию напора воды в общественных прачечных. Стиральные машины рассчитаны на значительно меньшее давление, чем санитарная арматура, и не существует другой схемы, кроме как выделить их в отдельную зону с установкой своего редукционного вентиля, если только прачечная не расположена наверху здания или зоны.

Другое требование—соблюдение в высоких зданиях заданного напора на первом (наземном) этаже. Очень много воды требуется для поливки газонов и мойки автомашин; кроме того, на первом этаже часто располагают прачечные. Чтобы избежать ненужных затрат на повышение напора воды, необходимого для подачи в верхние этажи (с последующим уменьшением его до величин, допустимых для прачечных), может оказаться целесообразным использовать воду из магистрали, хотя для этого и понадобится смонтировать отдельный трубопровод.

    продолжение
--PAGE_BREAK--НАГРЕВАНИЕ ВОДЫ


Существует хорошее правило для систем горячего водоснабжения — поддержание температуры на самом нижнем уровне, какой только допустим для жильцов. Замечено, что коррозия и отложение минеральных солей ускоряются с повышением температуры. Температура 60°С рассматривается как максимальная для обычного потребления. Если жильцы считают достаточно горячей воду при температуре меньше указанной на 5—8°С, то тем лучше. Для специальных целей, когда требуется более горячая вода, например для посудомоечных машин в квартирах или в ресторанах, находящихся в жилом доме, необходимо пользоваться отдельными догревателями. Только из-за того, что посудомоечные машины нуждаются в воде с температурой 70°С, нет необ­ходимости всю горячую воду греть до этой температуры.

Догреватели в домашних посудомоечных машинах обычно электри­ческого типа. Системы горячего водоснабжения для общих целей аналогичны отопительным системам. Если, например, индивидуальная отопительно-охладительная установка в качестве «топлива» использует электричество, для системы горячего водоснабжения предусматривается этот же источник.

С другой стороны, если запроектирована установка для центрального отопления, то и горячее водоснабжение часто делают как часть этой системы. Предметом обсуждения является выбор способа нагре­вания воды: с применением котла, водоподогревателя или комбинация обоих способов. Если проектом предусмотрен только один водогрейный котел, вода для горячего водоснабжения должна нагреваться отдельным устройством. Этот котел может быть остановлен летом для профилактического обслуживания. Поэтому применять установки с одним агрегатом допускается только в том случае, если лишение горячей воды на несколько дней в году не будет раздражать жильцов.

При установке двух и более котлов выгодно систему горячего водоснабжения объединить с системой отопления. В этом случае экономится площадь котельной и уменьшаются первоначальные затраты. Однако не следует забывать, что нагревание воды не происходит само собой. Поэтому если для горячего водоснабжения используются котлы системы отопления, их производительность должна быть увеличена на то количество тепла, которое затрачивается для нагревания воды в системе горячего водоснабжения. Нагрузка на котел зависит от ориентации здания, температуры поступающей холодной воды и т, п.;


Наружная расчетная
температура, °С
Нагрузка на котел для горячего
 водоснабжении, %
-23

20

-12

25

-1

33



Чем больше котлов в установке, тем эффективнее она работает в летний период. Если предусмотрено два котла одинаковой производительности, они будут слишком велики для нагрузки в летний период, за исключением районов с очень мягким климатом. Если же их пять, то нагревание воды будет экономичным даже в самых холодных районах.

Механизм нагревания воды от центральной котельной установки очень прост. Наиболее популярные водоподогреватели представляют собой обечайку с заключенным в нее пучком медных труб небольшого диаметра. Теплоноситель (пар или горячая вода от котла) омывает трубки снаружи, а вода для горячего водоснабжения течет внутри них. Тем­пература или количество теплоносителя регулируется в зависимости от температуры горячей воды так, чтобы она была достаточно постоянной независимо от разбора воды.

Достоинство этого нагревателя — малая занимаемая площадь. Например, для 200-квартирного дома потребность в горячей воде удовлет­воряется с помощью парового водоподогревателя диаметром 200 мм и длиной 2 м, который нетрудно установить в котельной. Если можно позволить дополнительное увеличение стоимости проекта, лучше установить на одном фундаменте два подогревателя, работающих попере­менно. Этой рекомендацией часто пренебрегают в угоду меньшим пер­воначальным затратам, считая, что кратковременный перерыв в подаче горячей воды не является бедствием. Однако хорошо иметь запасной пучок труб для быстрой замены, так как для ремонта всего водоподогревателя может потребоваться несколько дней и даже недель.

Местные водоподогреватели могут применяться в виде котла или теплообменника, установленных специально для этих целей. Очень часто процесс нагревания воды осуществляют в одном или нескольких котлах, в которых вода нагревается непосредственно топливом, без промежуточного теплообменника. Этим топливом может быть газ, нефть или электричество, а нагреватель может иметь некоторую емкость для нагретой воды.

Применяемые в системах горячего водоснабжения аккумуляторы тепла работают подобно банку, в который вкладываешь деньги, когда появляется их излишек, а потом их тратишь. Это происходит из-за того, что потребление воды в течение дня далеко не равномерное — максимальное в утренние и вечерние часы «пик». В результате создается сложная ситуация. Поясним это следующим примером. Предположим, что, согласно расчету, общая потребность в горячей воде в течение су­ток составляет 18200 л, и эта потребность определена на основании изучения статистических данных за многие годы. В то же время ожи­дается, что максимальный расход будет от 7 до 8 ч утра и составит 3400 л. Возможны два крайних случая. В одном случае производительность установки выбрана исходя из необходимости нагревать 3400 л воды в час от температуры, с которой поступает холодная вода, до температуры 52—60°С. Другой крайний случай будет, если считать, что вода равномерно расходуется в течение суток. В нашем примере расход будет равен 18200 л, деленным на 24 ч, т.е. 760 л в час. Аккумулятор рассчитывают таким образом, чтобы он мог за час работы обеспечить пиковую потребность в горячей воде. В нашем примере наи­больший расход равен 3400 л, из которых водоподогреватель может дать 760 л в час. Следовательно, аккумулятор должен добавить 2640 л.

Аккумулятор представляет собой стальной бак цилиндрической формы. Горячая вода, уходящая из бака, должна замещаться холодной водой. Около 75% емкости бака может быть замещено, прежде чем более холодная смесь изменит температуру подаваемой горячей воды. Поэтому полезная емкость бака составляет 75% полной емкости. В на­шем примере это означает, что емкость бака-аккумулятора должна составлять 3520 л.

Особая выгода от применения аккумуляторов получается для цент­ральных систем. Меньший нагреватель означает потребность в мень­шем котле, меньшей дымоходной трубе и более эффективную работу, поскольку этот нагреватель используется полнее в течение дня. Имеют­ся также серьезные недостатки. Аккумулятор занимает много места и стоит много денег, он подвергается коррозии, требует обслуживания и, наконец, демонтажа и замены. Однако все это не является главным критерием для выбора одной из этих крайних систем. Каждый проект следует оценивать по его собственным показателям.
ЦИРКУЛЯЦИЯ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ И ЗАЩИТА СИСТЕМЫ
В течение последних ночных часов, когда в жилом доме разбор горячей воды очень мал или его нет совсем, температура воды, стоящей неподвижно в трубопроводах, падает примерно до температуры здания. Первый проснувшийся житель, спуская воду рано утром, обнаруживает, что вода холодная и нужно выпустить большое количество воды, преж­де чем она станет горячей. Решение этой проблемы заключается в установке дополнительной системы трубопроводов, позволяющей медленно циркулировать воде по трубам и через водоподогреватель. Циркуляция может осуществляться гравитационным способом, под действием раз­ности массы наиболее горячей и прохладной воды, подобно тому, как циркулирует вода в системе отопления. Часто для этой цели устанав­ливают циркуляционный насос.

И последний вопрос, который необходимо рассмотреть,—это безо­пасность работы системы. Так как воду нагревают больше, чем на 4°С, она расширяется. Далее будет показано, что воздухосборники на водопроводных линиях демпфируют это расширение, но при значительном расширении или если воздухосборники переполнены водой, необходи­мо иметь предохранительный клапан, который бы открывался автомати­чески и, выпуская некоторое количество воды, сбрасывал давление в системе. Обычно достаточно бывает сбросить небольшое количество воды. Вторая опасность заключается в возможной поломке терморегуляторов нагревателя, что может привести к недопустимо высокому на­греву воды. Это тоже заставляет устанавливать предохранительный кла­пан, не позволяющий очень горячей воде попасть к потребителю. Эти две функции обычно возлагают на один и тот же клапан, называющийся термопневматическим предохранительным клапаном. В любой момент совершенно неожиданно он может полностью открыться. Чтобы предо­хранить людей от травмы, к клапану присоединяют трубопровод и отводят его в безопасное место, желательно непосредственно над приемником сточных вод. Особенно об этом следует помнить при установке индивидуального водоподогревателя в отдельном доме. Сброс от предохранительного клапана должен быть выведен в такое место, где он никому и ничему не может принести вреда.


    продолжение
--PAGE_BREAK--