8.2 Вільний натиск.

Розбір води більшістю споживачів відбувається на деякій висоті над поверхнею землі, тому у водопровідній мережі має бути забезпечений тиск, необхідний для підйому води на вказану висоту.

Рис.8.2 – Схема свобідного наора

Іншими словами, п'єзометрична висота в точці відгалуження від міської мережі (вимірювана від поверхні землі) повинна дорівнювати сумі геометричної висоти підйому води (над цією крапкою) і сумарної втрати натиску на дорозі руху води. Ета п'єзометрична висота, необхідна для нормальної роботи водопроводу, зазвичай називається «Вільним господарським натиском», який рівний:

, м

де Н_св - вільний господарський натиск в м;

р - внутрішній тиск в трубі в кгс/м²;

γ — питома вага води в кгс/м³.

Отже:

H_св = H_о + h_н + h

де Н_о - геометрична висота розташування найвищої водорозбірної точки над поверхнею землі;

h_н - натиск, який необхідно забезпечити у водорозбірних приладів;

h - втрати натиску в трубах, фасонних частинах і арматурі на дорозі від точки приєднання до лінії міської мережі до водорозбірної крапки усередині будівлі.

За допомогою гідравлічного розрахунку можуть бути отримані величини h і h_н і, отже, може бути знайдена величина вільного натиску Н_св, потрібного в даній точці мережі зовнішнього водопроводу.

При розрахунку міського водопроводу розрахункову величину Н_св приймають різною для окремих районів залежно від розрахункової поверховості їх забудови.

Будівельні норми і правила дають наступні величини необхідного вільного натиску Н_св в мережі водопроводу населених місць:

- при одноповерховій забудові Н_св=10 м;

- при двоповерховій забудові Н_св = 12 м;

- при більшій поверховості плюс 4 м на кожен наступний поверх

Н_св = 4(n - 1)+ 10,

де n - число поверхів.

Для окремих висотних будівель або груп будівель, для ко­трих натиск в 60 м. недостатній, застосовують місцеві установки, що підвищують натиск. Вільний натиск в мережі у водо­разборних колонок повинен складати не менше 10 м вод. ст.

Максимальний вільний натиск в мережі об'єднаного водопровіду (господарсько-питного і протипожежного) у споживача води не повинен перевищувати 60 м. В разі пере­вищення цього тиску для окремих будівель, споруд або зон встановлюються регулювальники тиску або застосовується зонування систем водопроводу.. Для промислових підприємств мінімальний вільний натиск приймається за даними тех­нологів підприємства залежно від технології виробництва і характеру устаткування.

Для систем пожежогасіння низького тиску, яка ре­комендується для населених місць, мінімальний вільний на­пір в пожежних гідрантів, що встановлюються на мережі, має бути не менше 10 м. У випадках проектування проти­пожежного водопроводу високого тиску вільний натиск повинен забезпечувати висоту компактного струменя заввишки не ме­нш 10 м на рівні найвищої точки найвищої будівлі при подачі води по не прогумованому рукаву завдовжки 120 м, діаметром 66 мм, із сприском діаметром 19 мм і розрахунковою витратою води 5 л/с.

В усіх точках водопровідній мережі при роботі водопроводу в звичайний час (за відсутності пожежі) має бути забезпечений натиск не менше вказаних значень Н_св.

На Рис.5.2 змальований вертикальний подовжній розріз розглянутої вище системи водопостачання, на якому схематично показано положення п'єзометричних ліній для моменту максимального водорозбору. Малюнок дозволяє встановити зв'язок між елементами системи водопостачання відносно натисків. Найбільш Рис.5.2 несприятливо розташованими відносно натиску виявляються крапки, надалі віддалені від башти і такі, що мають найбільші геодезичні відмітки. У цих крапках будуть найнижчі п'єзометричні відмітки (унаслідок падіння натиску в мережі від джерела живлення до цих кінцевих крапок) і найменші величини вільного натиску, що розташовується.

Для визначення величини розрахункового натиску, який необхідно створити на початку мережі, слід вибрати «критичну» точку мережі, найбільш несприятливу як відносно її геодезичної відмітки, так і відносно віддаленості від джерела живлення.

Рис.8.3 - Вертикальний подовжній розріз системи водопостачання.

Хай на Рис.8.3 такою критичною крапкою буде крапка а, найбільш піднесена з кінцевих точок мережі. Відклавши в цій крапці величину необхідного (залежно від поверховості) вільного натиску Н_св, отримаємо розрахункову п'єзометричну відмітку для критичної точки мережі z+H_св. Необхідна величина Н_св має бути забезпечена в крапці а у будь-який момент роботи мережі, включаючи, як вказано, момент максимального водорозбору, при якому втрати натиску ?h на всіх ділянках від башти до критичної точки мережі матимуть максимальну величину.

П'єзометрична лінія, що характеризує падіння натиску в мережі. У години максимального водорозбору, показана схематично на рис.8.4 у вигляді лінії б₁а₁. У крапці б має бути створений такий натиск Нб, аби при максимальному ухилі п'єзометричної лінії натиск в крапці а не падав нижче заданої величини Н_св. Натиск H_б забезпечується розташуванням дна бака водонапірної башти на відповідній висоті. За схемою рис.8.3 легко встановити зв'язок між натисками в окремих характерних точках системи. Вочевидь, що:

z_б + Н_б = z + Н_св + ∑h

Звідси може бути визначена розрахункова висота башти, тобто висота розташування дна бака башти над поверхнею землі:

Н_б = Н_св + ∑h –(z_б - z).

Розташувавши башту на можливо вищій відмітці z_б, отримаємо при наявних відмітках забезпечуваною водою території найбільшу величину z_б-z, а отже, мінімальну величину Н_б, тобто найменшу висоту (і найменшу вартість) башти.

Рис 8.3 - Схема зміна розташування п'єзометричній лінії

Тому водонапірну башту слід прагнути розташовувати на високих відмітках. Зокрема, якщо в результаті розрахунку буде отримана величина Н_б≤0, то замість башти владнують напірний резервуар, розташований на поверхні землі (або частково заглиблений в землю). Такі резервуари завжди будуть значно дешевші, ніж башта з тією ж ємкістю бака.

На рис.5.3 схематично показана зміна розташування п'єзометричній лінії при зміні рівня води в баку башти і зміні величини водорозбору. При мінімальному наповненні бака і максимальній втраті натиску в мережі, відповідній моменту найбільшого водорозбору, п'єзометрична лінія займе положення б₁a₁.

Якщо до моменту максимального водорозбору бак повний, п'єзометрична лінія займатиме положення б'а'.

При зміні величини водорозбору і, отже, величини ∑h п'єзометрична лінія буде обертатися довкола точки б₁ або б' (або довкола проміжних крапок залежно від рівня води в баку) і займати різне положення аж до горизонтального, яке настане при припиненні водорозбору Все нові положення п'єзометричної лінії, показані на рис. 8.3, дають великі величини вільного натиску в кінцевій крапці, чим розрахункове положення, прийняте на рис.8.3.

Максимальні величини вільних натисків в мережі не повинні перевершувати певних меж. Вони встановлюються залежно від матеріалу і типа труб і умов експлуатації мережі. Відповідно до вказівок СНиП вільний натиск в мережах господарсько-питних водопроводів не повинен перевершувати 60 м.

На рис. 8.2 схематично показана також п'єзометрична лінія для водовода, що подає воду від насосної станції другого підйому до башти. При цьому розрахунковим положенням п'єзометричної лінії, що диктує величину натиску насосів, буде таке, при якому кінцева точка п'єзометричної лінії розташовується на висоті максимального рівня води в баку башти, а величина втрат натиску у водоводі

h_в відповідає максимальній кількості води, що подається насосами по графіку роботи насосної станції.

Натиск, що створюється насосами (показуваний манометром на напірному патрубку насоса), буде:

Н_н = (z_б - z) + (H_б + H₀) + h_в

де Н_н - відмітка осі насоса;

H_б - розрахункова висота бака башти.

Нормы и режим водопотребления.

9.1 Нормы и режим водопотребления.

Начальным этапом проектирования водопровода является оп­ределение расходов воды (годовых, суточных, часовых, секунд­ных) и установление режимов водопотребления. Расчетные рас­ходы воды на хозяйственно-питьевые нужды определяются по установленным удельным нормам водопотребления. Эти нормы показывают расход воды в литрах на одного человека в сутки. Они учитывают все хозяйственно-бытовые нужды населения го­родов, поселков и промышленных предприятий,

При наличии достаточно большого и устойчивого дебита во­ды в имеющихся водоисточниках величина расходов воды в на­селенных пунктах зависит от следующих обстоятельств:

- степени благоустройства населенного пункта или промышлен­ного предприятия;

- степени санитарно-технического благоустройства отдельных зданий или объектов;

- климатических условий и сезона года.

Наличие в городах кинотеатров, торговых центров, благоуст­роенных бань, парикмахерских, прачечных, плавательных бас­сейнов, катков и других общественных, коммунальных и спор­тивных сооружений, а также усовершенствованных дорожных покрытий и зеленых насаждений ведет к увеличению удельных норм водопотребления. Характер оборудования зданий санитар-но-техническими приборами также оказывает существенное влия­ние на нормы водопотребления.

Значения удельных расходов воды на хозяйственно-питьевые нужды приведены и табл. 9.1.

Таблица 9.1

Степень благоустройства районов жилой застройки	Удельное хозяйственно-питьевое водопотребление в населенных местах на одного жителя, среднесуточное (за год), л/сут.
Застройка зданиями с водопользованием из водозаборных колонок	30-50
Застройка зданиями, оборудованными внутренними водопроводом и канализацией:
Без ванн	126-160
С ваннами и местными водонагревателями	160-230
С централизованным горячим водоснабжением	230-350

Расчетный (средний за год) суточный расход Qcyт. m воды (м³/сут.) на хозяйственно-питьевые нужды в населенном пункте определяется по формуле:

Qcyт. m = q_ж · N_ж/1000,

где q_ж — удельное водопотреблеиие, принимаемое по табл. 2.1; N_ж — расчет­ное число жителей в районе жилой застройки с различной степенью благо­устройства.

Кроме среднего суточного расхода определению подлежат суточные расходы воды наибольшего и наименьшего водопотребления:

Qcyт. max = Kсут. max · Qсут.m

Qcyт. min = Kсут. min · Qcyт. m.

Коэффициент суточной неравномерности водопотребления Kсут учитывает уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели и составляет:

Kсут. max = 1,1..1,3 и Kсут. min = 0,7...0,9.

Расчетные часовые расходы воды (м³/ч) определяются по формулам:

q_{ч. max} = K_{ч. max} · Q_{cyт. max}/24;

q_{ч. min} = K_{ч. min} · Q_{cyт. min}/24.

Коэффициент часовой неравномерности водопотребления K_ч определяется из выражений:

К_{ч. max} = α_max · β_max; K_{ч. min} = α_min · β_min

где α — коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия; принимается α_max = 1,2...1,4; α_min = 0, 4...0, 6; β — коэффициент, учитывающий число жителей в населен­ном пункте (табл. 9.2).

Таблица 1.4. Значения коэффициента β

Коэф-фициент	Число жителей, тыс. чел.
	0,1	0,2	0,5	1,0	1,5	2,5	4,0	10	20	50	100	300	>1000
βmax βmin	4,50 0,01	3,50 0,02	2,50 0,05	2,0 0,1	1,8 0,1	1,6 0,1	1,5 0,2	1,3 0,4	1,2 0,5	1,15 0,60	1,1 0,7	1,05 0,85	1,0 1,0

Расходы воды на поливку улиц, проездов, площадей и зеле­ных насаждений в населенных пунктах и на территории промыш­ленных предприятий принимаются в зависимости от типа дорож­ных покрытий, климатических и грунтовых условий и вида зеле­ных насаждений в количестве от 0,3 до 15 л на 1 м² поверхности.

В общем случае расходы воды на производственные нужды определяются из выражения:

Q_{cyт. пр} = q · М · n,

где q — норма недопотребления на единицу продукции; М — число единиц продукции, выпускаемой за смену; n — число смен.

Одним из наиболее крупных производственных (технических) потребителей воды являются тепловые и дизельные электриче­ские станции, а также технологические процессы, связанные с охлаждением оборудования.

Расход воды (м³/ч) для удаления избытка тепла в этом слу­чае равен:

Q = A • Q_т/(ti-ta),

где А - коэффициент, определяющий количество тепла, отводимого 1 м³ воды. за 1 ч при нагреве ее на 1°С, м³ · °С/(ч · Дж); А — 1/(4,19 • 10^-7); Q_т — количество тепла, выделяемого оборудованием за 1 ч, Дж.

Принцип нормирования расхода воды, предназначенной для пожаротушения, существенно отличается от принципа нормиро­вания расходов воды на хозяйственно-питьевые и производствен­ные нужды. Отличие заключается в том, что этот расход не по­стоянен (он является случайным) и что за короткие промежутки времени должны быть поданы большие количества воды. Туше­ние водой пожаров как наружных, так и внутренних при совре­менных средствах пожаротушения предусматривается с помощью водяных струй и завес, лафетных стволов, спринклерных и дренчерных систем. Соответствующие устройства для забора воды и подачи ее на место возникновения пожаров (пожарные гид­ранты) предусматриваются на наружных водопроводных и внут­ренних сетях (пожарные краны).

Расчетные расходы воды на наружное пожаротушение и рас­четное количество одновременных пожаров в населенных местах зависят от количества населения в городах и поселках и этаж­ности застройки. Расчетные расходы воды на пожаротушение на промышленных предприятиях находятся в зависимости от сте­пени огнестойкости зданий, категории производств по пожарной опасности и объема зданий.

Расходы воды на пожаротушение как для жилых зданий, так и для промышленных предприятий приводятся в строительных нормах проектирования.

Источники водоснабжения и водозаборные сооружения

В качестве источников водоснабжения используются подзем­ные (напорные и безнапорные пластовые, подрусловые, шахтные и другие воды) и поверхностные (реки, озера, водохранилища, пруды, каналы, моря) воды. Для производственного водоснабжения промышленных предприятий могут использоваться очи­щенные сточные воды..

Для хозяйственно-питьевого водопровода рекомендуется ис­пользовать имеющиеся ресурсы подземных вод, причем при не­достаточном запасе должна быть рассмотрена возможность уве­личения их за счет искусственного пополнения. Если подземных вод нет, то используются поверхностные водоисточники — в пер­вую очередь реки, затем озера, водохранилища, моря.

Захват воды из водоисточников осуществляется с помощью водозаборных сооружений. Водозаборы представляют собой гид­ротехнические сооружения, предназначенные для приема под­земных или поверхностных вод и подачи в водохозяйственные системы. В зависимости от вида забираемых вод, а также усло­вий предназначения сооружений водозаборы подземных вод под­разделяются на вертикальные (трубчатые, или артезианские, и шахтные колодцы), горизонтальные (лучевые, инфильтрационные и горизонтальные водозаборы) и каптажи.

Трубчатые колодцы, или скважины, находят при­менение при захвате воды в напорных водоносных пластах, за­легающих на глубинах более 10 м. Если фильтр колодца пересе­кает водоносный пласт на всю мощность, то водозаборы назы­вают совершенными, если же он заглубляется лишь частично и не достигает водоупора, водозаборы называются несовершен­ными.

Шахтные колодцы (рис. 1.4) применяются в маломощных во­донапорных пластах, залегающих на глубинах до 10 м от по­верхности земли. В районах с ограниченным количеством под­земных вод шахтные колодцы могут устраиваться глубиной до 30...40 м. Колодцы сооружаются главным образом для удовлетворения небольших расходов воды водопотребителей.

Лучевые водозаборы строятся для захвата подзем­ных вод в водоносных пластах, располагающихся от поверхно­сти земли на глубинах не более 20 м и мощностью менее 20 м. Как правило, лучевые водозаборы рекомендуется проектировать вблизи рек и водоемов. Но они могут применяться и на участ­ках, где отсутствуют поверхностные источники воды. Не реко­мендуется проектировать лучевые водозаборы в следующих слу­чаях:

в галечниковых грунтах при крупности фракций D>70 мм и содержании их 60 % и более;

при наличии в водоносных породах включений валунов в ко­личестве более 10 %;

в иловатых мелкозернистых породах;

при возможности интенсивной кольматации пород.

Горизонтальные водозаборы(рис. 1.6) предназначены для захвата под­земных вод при неглубоком залегании и небольшой мощности во­доносных пластов. Строительство их рекомендуется в трещино­ватых и закарстованных горных породах для перехвата отдель­ных струй подземных вод, в речных долинах при большой ширине аллювиальных подрусловых потоков и небольшой их мощности, а также для перехвата потоков воды в местах их разгрузки (на склонах оврагов, балок, речных и морских террас).

Инфильтрационные водозаборы предназначены для захвата поверхностных вод, фильтрующихся через поровые грунты, но при этом в их питании могут участвовать и подземные воды. Ин­фильтрационные водозаборы конструктивно оформляются так же, как и горизонтальные (рис. 1.6).

Каптажные устройства применяются для захвата подземных вод, имеющих концентрированный выход на поверхность земли в виде ключей или родников (рис. 1.7).

Водозаборы из поверхностных водоисточников могут быть разделены на речные, озерные, водохранилищные и морские. По взаимному расположению береговых колодцев и насосных стан­ций первого подъема водозаборы делятся на совмещенные и раздельные, по месту расположения водоприемных отверстий и колодцев — на береговые, русловые, или трубчатые, приплотин-ные, комбинированные и т. д. Основные типы водозаборных со­оружений из поверхностных источников показаны на рис. 1.8 и 1.9.

Рис. 1.4. Шахтный колодец, оборудованный ленточным водоподъемником _ верхний блок;

Рис. 1.6. _Инфильтрационный водосбор

Рис. 1.6. Водозаборы из поверх­ностных водоисточников: а — водозабор раздельного типа с са­мотечными линиями; б — то же, сов­мещенного типа береговой;

Рис. 1.10. Схемы сооружении по осветлению и обесцвечиванию воды

а - с горизонтальными отстойниками и фильтрами; б —с осветлителями со взвешенным осадком и фильтрами; в —с контактными осветлителями (КО); г — с напорными фильт­рами;

Рис. 1.11. Общий вид напорной башни

/ — переливной трубопровод; 2 — шатер башни; 3 — бак; 4 — трубопровод для подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды; 5 — то же, на 'противопожарные; 6 — сальниковые компенсато­ры; 7 —лестницы; 8 — подающе-отводящий тру­бопровод; 9 — подвальное помещение; 10 — гря­зевой трубопровод; 11 — то же, сбросной; 12 — ствол башни

Рис. 1.12. Общий вид резервуара чистой воды

Рис. 1.9. Устройство берегового колодца ;

11.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕПЛОСНАБЖЕНИИ

Различают местное (МТ) и централизованное теплоснабже­ние (ЦТ). Система МТ (печное, центральное) обслуживает часть здания, полностью все здание или несколько зданий, си­стема ЦТ — жилой или промышленный район. В Советском Союзе наибольшее значение приобрело ЦТ, в связи с этим и тер­мин «теплоснабжение» чаще всего употребляется применительно к нему.

Централизованное теплоснабжение по сравнению с местным имеет целый ряд преимуществ:

значительное снижение расхода топлива и эксплуатационных затрат за счет автоматизации котельных установок и повышения их КПД;

уменьшение степени загрязнения воздушного бассейна и улучшение санитарного состояния населенных пунктов благодаря применению современных устройств по очистке дымовых газов;

возможность использования низкосортных видов топлива;

снижение стоимости строительства сооружений;

сокращение площадей, занятых местными котельными и складами топлива;

уменьшение пожарной опасности.

В то же время необходимо отметить, что в некоторых кон­кретных случаях МТ могут оказаться более технологичными и экономичными, например в системах с использованием местных электронагревательных устройств (электроотопление, электрона­грев воды). В этом случае отпадает необходимость в прокладке теплотрасс и строительстве ряда устройств. Такие системы наш­ли широкое применение в Финляндии.

Система ЦТ включает источник тепла, тепловую сеть, теп­ловые пункты и теплопотребляющие здания, сооружения и промышленные установки (рис. 1).

Источниками тепла при ЦТ могут быть теплоэлектроцентра­ли (ТЭЦ), на которых осуществляется комбинированная выра­ботка электрической и тепловой энергии (теплофикация); котель­ные установки большой мощности, вырабатывающие только теп­ловую энергию; устройства для утилизации тепловых отходов промышленности; установки для использования геотермальных источников.

В системах МТ источниками тепла служат печи, водогрейные котлы, различные водонагреватели, использующие избыточное тепло промышленных предприятий, солнечную энергию и т. п.

1 — котельная; 2 — турбина; 3 — электрогенератор; 4 — конденсатор; 5 — конденсатный насос; 6 — регенератор; 7 — химическая водоподготовка; 8—10 — потребители тепла; 11 — задвижки.

Рис. 11.1 Принципиальная схема теплофикации.

Размещение источника тепла на территории города осуществляется с учетом ряда факторов:

исключения заноса сернистых дымовых газов и летучей золы в жилые зоны города;

расположения относительно центра тепловых нагрузок (это расстояние должно быть наименьшим); в этом случае радиус подачи тепла потребителям будет наикратчайшим;

удобства доставки топлива; должны использоваться или су­ществующие, или вновь построенные железнодорожные пути;

возможности дальности действия систем теплоснабжения: при современных технических средствах удаление паровых систем от центров потребления паровых систем теплоты не должен превышать 5...6 км (при давлении 1,5...2,0 МПа), систем горячего во­доснабжения— 30...40 км (насосные станции в этом случае про­ектируются на подающих и обратных трубопроводах), системы подачи теплоты от районных котельных — 5...6 км.

Обычно при выборе источника теплоты сравни­вают несколько вариантов. Окончательный выбор осуществля­ется с учетом экономических, экологических и санитарных ус­ловий.

Теплоносителями в системах ЦТ обычно является перегретая вода с температурой до 200°С и давлением 2,5 МПа и пар с температурой 440°С и давлением до Ру<6,2МПа. Вода обычно служит для обеспечения коммунально-бытовых, а пар — технологических нагрузок. Выбор температуры теплоносителя определяется экономическими расчетами и требованиями потре­бителей. С увеличением дальности транспортирования тепла ре­комендуется повышать параметры теплоносителя.

Использование теплоты в системах теплоснабжения связано с сезонами года. Часть потребителей теплоты зависит от клима­тических условий (системы отопления, вентиляции и кондицио­нирования воздуха), а часть не зависит (системы бытового горячего водоснабжения, технологического пароснабжения и горя­чего водоснабжения). От преобладания тех или иных тепловых потоков зависит во многом выбор систем и схем теплоснабже­ния.