Тема 2. Проєктний розрахунок внутрішніх систем водопостачання і каналізації

2.1. Проєктний розрахунок систем холодного водопостачання

Проектування внутрішніх систем водопостачання здійснюється згідно будівельних державних нормативів та стандартів України, передусім – ДБН В.2.5-64:2013 Внутрішній водопровід та каналізація. Частина І. Проектування. Частина ІІ. Будівництво [47]. Вводи водопровідної системи повинні під'єднуватись до зовнішніх мереж з урахуванням вимог ДБН В.2.5-74:2013 Водопостачання. Зовнішні мережі та споруди. Основні положення проектування [48]. Також, обов'язково потрібно використовувати вказівки нормативу (ДБН) з проектування для заданого типу будівлі (житлової, громадської, промислової тощо).

1. Схему системи внутрішнього водопроводу вибирають залежно від гарантійного тиску (вільного напору ) води у зовнішній мережі. Для цього визначають орієнтовне значення потрібного тиску у системі внутрішнього водопроводу за формулою (2.1.1), яке має не перевищувати за умовою (2.1.2). Інакше, у конструктивній схемі системи водопроводу слід передбачити установку для підвищення тиску. Наприклад, підвищувальні насоси, водонапірні баки чи гідроакумулятори тощо.

Орієнтовне значення потрібного тиску в системі внутрішнього водопроводу, в МПа, приймаємо згідно [48]:

, (2.1.1)

де – густина води, кг/м;

= 9,81 м/с - прискорення вільного падіння;

– вільний напір, м;

10– коефіцієнт переводу з Па в МПа;

10 – нормативний вільний напір для 1-поверхових будівель, м;

4 – нормативний вільний напір на кожний наступний поверх, м;

– кількість поверхів.

Перевірка потреби в підвищувальній установці для системи внутрішнього водопроводу виконується за умовою:

‑ система без підвищувальної установки; ‑ система з підвищувальною установкою.

(2.1.2)

Розрахунок внутрішнього водопроводу виконується згідно [47].

2. Визначення розрахункових витрат води ‑ згідно [47].

При цьому, за планувальними рішеннями визначаються кількість сантехприладів та за табличними даними і формулами ‑ відповідні розрахункові витрати води для кожного приладу та системи загалом.

Система розбивається на розрахункові ділянки – починаючи від вводу до диктуючої точки. Для розрахункових ділянок визначаються витрати, за якими при подальшому гідравлічному розрахунку перевіряється правильність вибраних діаметрів трубопроводів.

Спочатку за табличними даними визначаються розрахункові (питомі середні за рік) добові витрати води, л/добу. А далі – добові (м³/добу), годинні (м³/год), секундні (м³/с) витрати води, в тому числі середні, максимальні та мінімальні.

Згідно [47] розрахункові витрати питної води у водопроводах холодної води (загальна, холодної води) допускається визначати залежно від:

а) питомої розрахункової середньої витрати води, л/год, віднесеної до одного споживача або санітарно-технічного приладу;

б) кількості споживачів води U або від кількості санітарно-технічних приладів N (для водопроводу в цілому і для окремих ділянок розрахункової схеми мережі водопроводу). При невідомій кількості санітарно-технічних приладів (точок водорозбору) N дозволяється приймати їх кількість, що дорівнює кількості споживачів U;

в) кількості споживачів води U у житлових і багатоквартирних будівлях згідно з таблицями А.6-А.9 додатка А [47]. При використанні цих таблиць розрахункові середні витрати води за добу треба приймати відповідно до таблиці А.1 [47] для житлових будинків з різними системами інженерного забезпечення з урахуванням кліматичного району будівництва.

Розрахункова максимальна секундна витрата води та розрахункова мінімальна годинна витрата води використовуються при перевірці правильності вибору діаметра лічильника холодної та лічильника гарячої води.

3. Гідравлічний розрахунок системи водопостачання.

Гідравлічний розрахунок мережі внутрішнього водопроводу холодної води виконується за максимальною секундною витратою води, визначеної згідно [47].

Потрібний тиск в системі повинен підтримуватись і при найгірших умовах. Тобто, цей тиск повинен забезпечувати подачу води до найдальшої (по довжині і висоті) від вводу точки ‑ розрахункової точки (її ще називають диктуючою точкою) навіть у час максимального водоспоживання. Тому, на основі рівняння Бернуллі потрібний тиск, МПа:

, (2.1.3)

де - перевідний коефіцієнт з Па в МПа;

- густина води, кг/м³;

- геометрична різниця між відмітками розрахункової точки і точки врізки в колодязі зовнішнього водопроводу, м;

- втрати тиску у водолічильниках, м;

- вільний напір на водорозбірному пристрої сантехприладу у розрахунковій точці;

- втрати тиску (по довжині та місцеві) у трубопроводах системи, Па;

- втрати тиску на вводі, Па:

(2.1.4)

де - довжина вводу, м (з генплану, від точки врізки в колодязі зовнішнього водопроводу до водомірного вузла в будівлі);

- гідравлічний ухил, Па/м (втрати тиску на 1 м трубопроводу при заданій витраті води). Значення можна визначити за формулами [47]. На основі таких формул побудовані номограми та таблиці для пришвидшення інженерних розрахунків. До таких відносяться таблиці Ф. А. Шевельова [1, 17 та ін.].

Порядок знаходження гідравлічного ухилу, , наступний:

а) визначають витрату , м/с;

б) підбирають умовний діаметр трубопроводу , мм – з досвіду, але не менший від мінімального;

в) на перетині та в таблиці знаходять: швидкість руху води , м/с; гідравлічний ухил, , Па/м;

Причому вибирають так, щоб швидкість руху води в трубопроводах внутрішніх мереж була не більше ніж:

а) 1,5 м/с - для металевих труб;

б) 3,0 м/с - для мідних труб;

в) 2,5 м/с - для труб із полімерних матеріалів;

г) 3,0 м/с - при пожежогасінні.

Найбільш економічним є значення швидкості води від 0,9 до 1,2 м/с.

Згідно [47] визначаються втрати тиску у водолічильниках. Діаметр умовного проходу лічильника води , мм вибирають виходячи із значення середньої годинної витрати води за добу (зміну), м³/год, яка не повинна перевищувати експлуатаційної витрати води.

Визначені втрати напору у водолічильниках повинні відповідати умові: не перевищувати 2,5 м для крильчастих, 1 м ‑ для турбінних. У зв‘язку з особливостями конструкції крильчасті лічильники виготовляють з до 50 мм, а турбінні – з від 50 мм.

Втрати тиску , Па, що виникають при русі рідини по трубопроводах запроектованої системи внутрішнього водопроводу:

(2.1.5)

де - втрати тиску по довжині в трубопроводах системи, Па. Знаходяться за формулою (2.1.6);

- втрати тиску на місцеві опори (коліна, розгалуження, арматуру тощо), Па, за формулою (2.1.7).

Втрати тиску по довжині в трубопроводах системи , м, визначаються за рівнянням Дарсі-Вайсбаха:

(2.1.6)

де - гідравлічний коефіцієнт тертя (коефіцієнт Дарсі), безрозмірний;

- довжина ділянки трубопроводу, м, з незмінним умовним діаметром , м, швидкістю руху рідини , м/с;

- гідравлічний ухил, Па/м, тобто втрати тиску на 1 м трубопроводу постійного довжиною . Значення довжини кожної ділянки системи з незмінними та приймається з аксонометричної схеми цієї системи.

Втрати тиску на місцеві опори , м, за рівнянням Вайсбаха:

, (2.1.7)

де - коефіцієнт місцевого опору, безрозмірний.

Однак, за формулою (2.1.7) рекомендується визначати при малих наявних тисках в системі, наприклад при встановленні водонапірних баків на невеликій висоті над водорозбірними пристроями; при розрахунку всмоктувальних трубопроводів насосів. У гідравлічному розрахунку систем водопостачання використовується спрощений (але достатньої точності) варіант формули втрат напору на ділянках трубопроводів систем холодного водопостачання, м:

(2.1.8)

де - встановлена частка від :

0,3 – в мережах господарсько-питних водопроводів житлових і громадських будівель;

0,2 – в мережах об’єднаних господарсько-протипожежних водо-проводів житлових і громадських будівель, а також в мережах виробничих водопроводів;

0,15 – в мережах об’єднаних виробничих і протипожежних водопроводів;

0,1 – в мережах протипожежних водопроводів.

При об’єднанні стояків в секційні вузли втрати напору в вузлі, м:

, (2.1.9)

де - кількість стояків у вузлі;

- коефіцієнт, що враховує характер водорозбору в системі, приймається: 0,5 – для господарсько-питного водопроводу; 0,3 – для господарсько-протипожежного водопроводу.

Гідравлічний розрахунок системи водопроводу холодної води виконується від розрахункової точки (диктуючої точки) до колодязя зовнішньої мережі. Дані розрахунку зводяться в таблицю. Результатом розрахунку є знаходження .

За результатами гідравлічного розрахунку системи перевіряється умова:

(2.1.10)

де - потрібний тиск;

- гарантійний тиск (вільний напір) у зовнішній мережі водопостачання.

Якщо умова (2.1.10) не виконується, то потрібно підбирати підвищувальні насоси з тиском:

. (2.1.11)

Кільцеві системи холодної води повинні бути приєднані до зовнішньої кільцевої мережі холодного водопроводу не менше ніж двома вводами, кожен ввід розраховується на 100 % розрахункових витрат води [47].

2.2. Проєктний розрахунок систем гарячого, виробничого, протипожежного та поливного водопроводів

Розрахункові витрати води у водопроводах гарячої води визначаються відповідно до [47, розділ 12]:

1) для режиму водорозбору аналогічно розрахункам холодного водопроводу з урахуванням залишкової циркуляційної витрати на ділянках від точки нагрівання до першої точки відбору води;

2) для режиму циркуляції при теплогідравлічному розрахунку;

3) для режиму термодезінфекції систем.

Швидкість руху гарячої води в трубопроводах системи гарячого водопостачання повинна бути не більше ніж [47]:

- для металевих труб - 1,5 м/с;

- для мідних труб - 2,0 м/с;

- для пластикових та металопластикових труб - 2,5 м/с.

Гідравлічний розрахунок системи водопроводу гарячої води дещо відрізняється від викладеного вище для холодної води: розрахунковими витратами гарячої води, з урахуванням циркуляційних витрат гарячої води, які, в свою чергу, залежать від тепловтрат трубо-проводами гарячого водопостачання; від особливостей конструктивної схеми (включення циркуляційних стояків тощо).

Гідравлічний розрахунок циркуляційних систем гарячого водопостачання проводиться для трьох режимів подачі води (режиму водорозбору, режиму циркуляції і терморегулювання) і включає:

а) визначення розрахункових витрат води;

б) підбір діаметрів подавальних трубопроводів і визначення втрат тиску по подавальних трубопроводах у режимі водорозбору;

в) визначення параметрів циркуляційного насоса;

г) підбір діаметрів циркуляційних трубопроводів, визначення необхідної циркуляційної витрати і ув'язку втрат тиску в системі гарячого водопостачання в режимі циркуляції, визначення настроювань автоматичної та ручної регулювальної арматури.

Згідно [47], системи водопроводу гарячої води можна розраховувати аналогічно до розрахунку для холодної води, якщо не потрібно враховувати заростання труб. Фактично це означає, що на практиці можна приймати діаметри цих труб аналогічними діаметрам труб водопроводу холодної води. Приклади розрахунку та креслень наведено у [1, 17].

Для житлових, громадських, багатофункціональних будівель, а також адміністративно-побутових будівель виробничих підприємств необхідність улаштування внутрішнього протипожежного водопроводу, кількість струменів у кожну точку приміщення та мінімальну витрату води одним струменем на пожежогасіння треба визначати відповідно до таблиці 3 [47], а для виробничих і складських будівель – відповідно до таблиці 4 [47].

У приміщеннях сміттєзбірних камер будинків слід передбачати установлення спринклера діаметром не менше 20 мм з розрахунковою витратою води 1,8 л/с відповідно до вимог ДСТУ Б В.2.5-34, ДБН В.2.2-15 і ДБН В.2.2-24 [47].

Системи виробничого, протипожежного та поливного водопроводів розраховуються аналогічно до системи холодного питного водопостачання. При цьому потрібно визначити розрахункові витрати води, відповідно до потреби для цих систем, а далі – провести гідравлічний розрахунок, який дозволить правильно прийняти діаметри ділянок трубопроводів системи. Приклади розрахунку наведено у [1, 17].

2.3. Проєктний розрахунок систем побутової каналізації

Проєктування внутрішніх систем каналізації виконується з урахуванням їх взаємного узгодження та відповідно до вимог будівельних державних нормативів та стандартів України, передусім – ДБН В.2.5-64:2013 Внутрішній водопровід та каналізація. Частина І. Проектування. Частина ІІ. Будівництво [47]. Випуски каналізації повинні під'єднуватись до зовнішніх мереж з урахуванням вимог ДБН В.2.5-75:2013 Каналізація. Зовнішні мережі та споруди. Основні положення проектування [49]. Також, обов'язково потрібно використовувати вказівки нормативу (ДБН) з проєктування для заданого типу будівлі (житлової, громадської, промислової тощо).

Система розбивається на розрахункові ділянки – починаючи від диктуючої точки до випуску. Для розрахункових ділянок визначаються витрати, за якими при подальшому гідравлічному розрахунку перевіряється правильність вибраних діаметрів трубопроводів.

За [47] гідравлічний розрахунок каналізаційних трубопроводів діаметром до 500 мм з різних матеріалів слід виконувати за номограмою рекомендованого додатку або за таблицями.

Згідно [47] для стояків систем каналізації розрахунковою витратою є максимальна секундна витрата від приєднаних до стояка санітарно-технічних приладів, які не спричиняють зриву гідравлічних затворів будь-яких видів санітарно-технічних приладів (приймачів стічних вод). Ця витрата є сумою розрахункової максимальної секундної витрати стічних вод від усіх санітарно-технічних приладів, від яких стоки надходять у стояк, що визначається відповідно до вимог 5.1 [47] і розрахункової максимальної секундної витрати стічних вод від приладу з максимальною витратою (таблиця А.3 додатка А [47]).

Для горизонтальних відвідних трубопроводів систем каналізації розрахункова витрата, л/с, обчислюється залежно від кількості санітарно-технічних приладів N, які приєднані до проектованої ділянки трубопроводу L, м.

Максимальна секундна витрата стічних вод, л/с:

а) при л/с за формулою:

, (2.3.1)

б) в інших випадках:

, (2.3.2)

де - максимальна секундна витрата води, загальна (холодної і гарячої води, що потрапляє у прилад), л/с, для потрібної групи приладів (потрібної ділянки трубопроводу з приладами);

- витрата стоків від сантехприладу з найбільшим водовідведенням, л/с, який взято з потрібної групи приладів, за [47].

Годинні і добові витрати в системі побутової каналізації рівні витратам в системі водопостачання.

Перевірка пропускної здатності стояка системи побутової каналізації виконується в такому порядку:

а) визначається кількість сантехприладів , приєднаних до стояка;

б) визначається для стояка;

в) знайдене значення повинно не перевищувати значення, знайдене за номограмою [47], або згідно [47] для вентильованих та невентильованих стояків.

Гідравлічний розрахунок випусків дворової мережі побутової каналізації виконується від диктуючої (найвіддаленішої) точки (точки під‘єднання найвіддаленішого від випуску стояка) через найвіддаленіший випуск, колодязі дворової мережі до колодязя міської мережі (головного - ГКК1 чи магістрального - МКК1).

Розрахунки зводять у таблицю. Приклад наведено у [17]. У таблиці заповнюють:

а) стовпчики з нумерацією та довжиною ділянок за аксонометричною схемою та генпланом об‘єкта;

б) стовпчик із розрахованими значеннями ;

в) для відомої витрати на ділянці приймається діаметр труби та наповнення труби стоками за умовою ;

г) за , , визначають за таблицею [17] ухил та швидкість руху стоків за такими трьома умовами: швидкість ; ухил (за виключенням відгалужень від приладів довжиною до 1,5 м); добуток порівнюється з допустимим значенням:

, (2.3.3)

де - для трубопроводів з полімерних матеріалів;

- для трубопроводів з інших матеріалів.

Коли умова (2.3.3) не може бути виконана через малі величини витрат побутових стічних вод, безрозрахункові ділянки прокладають:

- для Ǿ 40 - 50 мм ‑ з ухилом 0,03;

- для Ǿ 85 та Ǿ 100 мм ‑ з ухилом 0,02;

д) стовпчики з та відмітками трубопроводу заповнюються з точністю до 1 мм, відмітки відповідають значенням на аксонометричній схемі та профілі дворової мережі каналізації (за таблицею на кресленні профілю).

2.4. Проєктний розрахунок систем водостоків

Розрахунок систем внутрішніх водостоків (К2) виконується за методикою [47].

Розрахункова витрата дощових вод, л/с з водозбірної площі:

(2.4.1)

де - коефіцієнт ризику, який визначається за табл. 18 [47], для заданої категорії відповідальності водостічної системи;

- водозбірна площа, м². Це горизонтальна проекція ділянки покрівлі, що обслуговується однією лійкою (воронкою). Згідно [47] слід додатково враховувати 30 % сумарної площі вертикальних стін, прилеглих до покрівлі і височіючих над нею, якщо такі є.

- мінімальна розрахункова інтенсивність дощу, л/(с*м²) для заданої місцевості:

(2.4.2)

де - інтенсивність дощу, л/с з 1 га (для даної місцевості), тривалістю 20 хв при періоді однократного перевищення розрахункової інтенсивності рівної 1 року. Приймається згідно [47], для наближеного розрахунку за ізолініями .

- коефіцієнт, що враховує збільшення стоку за умови збільшення інтенсивності дощу тривалістю менше 20 хв та визначається за [47].

Мінімальні ухили відвідних трубопроводів: для підвісних трубопроводів 0,005; для підпільних – як для мережі побутової каналізації.

Відвідні труби і горизонтальні ділянки випусків К2 розраховують аналогічно К1, швидкість руху води переважно приймають 0,7-5 м/с.

Результатами розрахунку внутрішньої системи К2 є встановлення кількості стояків, діаметру та матеріалу трубопроводів; зображення мереж К2 на планах, генплані.

Напірні системи каналізації розраховуються аналогічно системам водопостачання.