IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017

ДВУХЗОННЫЕ СИСТЕМЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

Каждая зона двухзонной системы горячего водоснабжения, как правило, представляет собой самостоятельную систему со своими водонагревательными установками и насосами. Такие системы существуют в различных вариациях:

система горячего водоснабжения с постоянно работающими насосами верхней зоны (рис. 7.4, а);

система горячего водоснабжения с устройством общего повысительного насоса (рис. 7.4,6), который является повысительным для нижней зоны и первой ступенью для второй зоны;

система горячего водоснабжения, в которой приготовление горячей воды производится в общей водонагревательной установке, а повысительный насос верхней зоны одновременно выполняет и функции циркуляционного (рис. 7.5);

система горячего водоснабжения с естественной циркуляцией воды в верхней зоны (рис. 7.6 а,б);

система горячего водоснабжения с водонагревателями, использующими воду, циркулирующую в одной зоне, в качестве греющей для воды, циркулирующей в другой зоне(рис. 7.7 а,б,в).

В двухзонных системах горячего водоснабжения типа представленной на рис. 7.4 возникают трудности в подборе циркуляционных насосов верхних зон, когда в циркуляционной линии поддерживается высокое давление, которое требует применения в насосном оборудовании специальных сальниковых уплотнителей. [1]

Более совершенной является схема двухзонной системы горячего водоснабжения типа представленной на рис. 7.5. Преимуществами этой схемы перед предыдущей является сравнительно низкое давление воды в водонагревателе, предотвращение опрокидывания циркуляции в нижней зоне системы, меньшее число единиц тепломеханического

оборудования и более высокий коэффициент его использования. [1]

Рис.7.4.Двухзонная система горячего водоснабжения

1 — ввод; 2 — повысительный насос нижней зоны; 3 — то же, верхней; 4,5 – соответственно I и II ступени водонагревателя нижней зоны; 6, — то же, верхней зоны; 8,9 – циркуляционные насосы соответственно нижней и верхней зон; 10,11 – подающий трубопровод соответственно нижней и верхней зон; 12- водоразборные стояки; 13,14 – циркуляционный трубопровод соответственно нижней и верхней зон

Рис.7.5.Схема двухзонной системы с общей водонагревательной установкой

1 — ввод; 2 — повысительный насос; 3,4 — водонагреватель; 5 – циркуляционно-повысительный насос верхней зоны; 6 — циркуляционный насос нижней зоны;7 – главный стояк верхней зоны; 8 – водоразборные стояки; 9,10 – циркуляционные трубопроводы соответственно нижней и верхней зон

Для двухзонных систем горячего водоснабжения могут быть применены схемы с естественной циркуляцией воды в верхней зоны (рис. 7.6), в которых для обеспечения циркуляционного режима используются догреватели теплообменники (7, 9 на рис. 7.6, а) или баки-аккумуляторы тепла (13 на рис. 7.6,б). Применение последней схемы позволяет производить присоединение двухзонных систем к однозонным квартальным сетям горячего водоснабжения. При этом повысительный насос 2 (рис. 7.6, б) устанавливается в подвале здания или в отдельно стоящем здании насосной. Эта схема позволяет в помещении насосной станции не устанавливать водонагреватели и не подводить к ним теплосеть. [1]

Рис.7.6. Принципиальные схемы двухзонных тупиковых систем горячего водоснабжения с индивидуальными догревателями циркуляционной воды (а)и с баком-аккумулятором (б)

Недостатком этой схемы является необходимость постоянной работы повысительного насоса 2, так как наличие малейших утечек воды из системы не позволяет остановить насос даже в ночное время. Кроме того, бак-аккумулятор, устанавливаемый в подвале здания, неудобен при необходимости его замены, так как больших проемов в стенах подвала, как правило, не делают, а сваривать бак-аккумулятор на повышенные давления воды в подвале нерационально.

Если ЦТП и квартальная сеть обслуживает только высотные здания, может быть применена система, показанная на рис. 7.7, а. Снабжение горячей водой верхней и нижней зон производится от одного подающего 1 и одного циркуляционного 2 трубопроводов квартальной сети. Подача воды в нижнюю зону производится по главному стояку 3 через регулятор давления 4, понижающий давление воды до необходимого для нижней зоны. Подача горячей воды в верхнюю зону производится по главному стояку 5, причем вода сначала проходит через теплообменник 9 (скоростной водонагреватель). При отсутствии водоразбора вода циркулирует через верхнюю зону и поступает в циркуляционную магистраль 2 квартальной сети. В нижней зоне под действием гравитационного напора вода из водоразборных стояков 6 по циркуляционному трубопроводу 8 поступает в водонагреватель 9, где подогревается водой, циркулирующей в верхней зоне. [1]

Недостатком этой схемы является небольшой гравитационный напор, из-за которого происходит циркуляция воды в нижней зоне. Поэтому монтаж системы следует производить особенно тщательно, так как наличие каких-либо неучтенных сопротивлений в трубопроводах сокращает циркуляцию в системе и может привести к большому охлаждению воды.

Более рациональна для применения схема системы, показанная на рис. 7.7,б. В ней использован тот же принцип нагрева циркулирующей воды, но гравитационная циркуляция осуществляется через верхнюю зону. В нижней зоне вода циркулирует под действием циркуляционного насоса, в ЦТП или ИТП. В этой схеме необходима прокладка двух подающих трубопроводов от ЦТП (ИТП) до зданий, так как установка повысительного насоса 10 в каждом здании нерациональна. [1]

Наиболее совершенной представляется система этого типа, показанная на рис. 7.7, в. Она предназначена для применения в зданиях с ИТП. Повысительный насос верхней зоны 10 является одновременно и циркуляционным. Для сокращения объема циркуляции на циркуляционном трубопроводе 7 устанавливается участок повышенного сопротивления либо диафрагму. [1]

Рис.7.7. Схемы двухзонных систем горячего водоснабжения с использованием горячей воды в качестве подогревающей для циркуляции одной из зон

Список использованных источников

1.Повышение эффективности работы систем горячего водоснабжения/И. Н. Чистяков, М. М. Грудзинский, В. И. Ливчак и др. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1988.

Водоснабжение и водоотведение в высотных зданиях

К выходу в свет книги «Инженерное оборудование высотных зданий»

Сегодня, когда в крупных городах России активно развивается строительство высотных зданий, специалисты как никогда остро нуждаются в нормативных документах и практической литературе. Существующие нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий в Москве (МГСН 4.19–2005) носят характер временных. В связи с этим в НП «АВОК» было принято решение обобщить имеющийся опыт проектирования и эксплуатации высотных зданий и издать книгу Инженерное оборудование высотных зданий. Значительное внимание в ней уделено вопросам водоснабжения и водоотведения высотных зданий.

Повышение гидравлической надежности систем хозяйственного и питьевого водоснабжения обеспечивается зонированием их по высоте здания. Высота зоны принимается из условия обеспечения максимального допустимого давления перед водоразборной арматурой. Все насосные агрегаты и другое оборудование должны иметь системы автоматизации, диспетчеризации и управления с возможностью ручного и дистанционного управления. Желательно эти системы интегрировать в автоматизированную систему управления зданием.

Водопроводные сети принимают кольцевыми. Большое влияние на надежность оказывает материал трубопроводов, зарастание или коррозия которых приводит к ухудшению гидравлических характеристик, к авариям и сбоям в подаче воды потребителям. Правильный выбор материала трубопровода, применение медных и пластмассовых труб, мало подверженных коррозии и зарастанию, значительно увеличивает надежность и долговечность систем.

Водонапорные баки, обеспечивая временное резервирование, создают регулирующий и аварийный запас воды в здании и стабилизируют давление воды в системе.

Для снижения гидравлической неустойчивости работы внутренних сетей, когда температура воды резко изменяется при включении смесителей у соседей или в рядом расположенном помещении, целесообразно использовать коллекторную квартирную разводку, когда каждый смеситель соединен отдельным трубопроводом с общим коллектором, присоединенным к стояку. Стояки, регулирующую арматуру, контрольно-измерительные приборы (счетчики воды) желательно выносить за пределы квартир, чтобы служба эксплуатации в аварийных ситуациях могла оперативно отключать аварийные участки, размещенные в квартирах и помещениях собственников.

Исходя из этих соображений в элитных и коммерческих высотных зданиях стояки системы водоснабжения прокладываются в нише лестнично-лифтового холла, откуда обеспечивается ввод в квартиру трубопроводов горячей и холодной воды. Система оснащена счетчиками горячей и холодной воды, которые вместе с фильтрами и регуляторами давления установлены в распределительных шкафах в лестнично-лифтовом холле. Расчет за фактически потребленные ресурсы ведется по показаниям счетчиков. Такое решение позволяет при необходимости отсечь одного из потребителей, проверить давление, отрегулировать потребителей. Локализация поврежденного участка позволяет минимизировать ущерб от аварии, при этом водоснабжение соседних квартир не прекращается. Разводка до квартир и в квартире выполняется, как и для системы отопления, из PEX-труб, размещенных, как правило, за подшивным потолком (или в полу). Поскольку разводка от отключающей до водоразборной арматуры выполняется без разрывов, «одной трубой», данная схема отличается высокой надежностью, устойчивостью к протечкам. В свою очередь, гладкая внутренняя поверхность трубы из сшитого полиэтилена позволяет избежать зарастания трубы даже в случае использования очень жесткой воды. Система водоснабжения также делится на зоны по высоте, и в описываемых системах стояки систем прокладываются параллельно в нишах лестнично-лифтового узла, имеют удобный доступ для обслуживания и ремонта. По аналогии с системами отопления все стояки горячего водоснабжения оборудуются компенсаторами и неподвижными опорами.

Расчетная циркуляция выставляется при помощи регулирующей и балансировочной арматуры. Применение современных регуляторов позволяет использовать в индивидуальном тепловом пункте одну группу теплообменников горячего водоснабжения для 2–3 зон. При строительстве здания в первую очередь должен быть смонтирован противопожарный водопровод. Пусть эта система находится в «сухом» режиме, но должна быть предусмотрена возможность в любой момент подать в нее воду и погасить, например, возгорание бытового мусора на любом этаже.

Временное водоснабжение строящихся объектов должно обеспечивать противопожарный расход воды. На такую систему водоснабжения можно поставить временный противопожарный повысительный насос, который может включаться вручную и в случае возгорания обеспечивать тушение пожара. В настоящее время во всех новых зданиях широко используются чугунные безраструбные трубы. Такие трубы не горят в отличие от труб из ПВХ, которые при пожаре горят, пропускают пожар на смежные этажи и выделяют токсичные вещества. Кроме того, чугунные трубы шумоизолированы, что немаловажно для элитных зданий. Одним из главных преимуществ данной системы является возможность быстрого демонтажа отдельных участков лежаков на техэтаже с целью удаления цементно-песчаных и красочно-клеевых отложений, которыми зарастает до 3/4 сечения лежаков за две недели.

Для качественной прочистки лежаков машиной «Кобра» с одновременной промывкой применяется система с устройством прочисткииз двух полуотводов, с тем чтобы открытый раструб находился выше основной трубы.

Особое внимание должно уделяться выпускам высотных зданий. Поскольку здания имеют значительную просадку, выпуски в наружных стенах не заделываются вглухую, а применяется специальное демпфирующее устройство, не позволяющее трубе на выпуске переломиться. Это также касается всех остальных сетей. Еще одна проблема – отвод воды при пожаре.

Если предусмотрено спринклирование квартир, должно выполняться требование о 100 %-ной гидроизоляции квартир (а не только зоны санузла), поскольку протечки на нижние этажи приведут к необходимости возмещения ущерба. Для межквартирных холлов необходимо делать уклоны пола к приемным отверстиям (трап в данном случае не годится, поскольку у него маленькая пропускная способность) и выводить патрубки на уровне пола межквартирного холла (со сбросом в сеть водостока).

Шестая глава книги «Инженерное оборудование высотных зданий» полностью посвящена вопросам водоснабжения и водоотведения. В ее создании приняли участие: А. Я. Добромыслов, В. Н Исаев, А. Н. Колубков, М. Г. Мхитарян, С. А. Никонов. Далее приводится сокращенный вариант одной из статей главы.

6.4. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И КАНАЛИЗАЦИИ ВЫСОТНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

Современные высотные здания — это либо точечная застройка, либо развитый стилобат с несколькими башнями. Высотные здания зонируются по вертикали — делятся на зоны определенной высоты, разделенные техническими этажами. На технических этажах производится разводка магистралей сетей водоснабжения и прокладка сборных сетей канализации. Наличие технических этажей — оптимальный вариант для эксплуатации, но, как правило, инвесторы стараются обходится без них. Высота зоны определяется значением допустимого гидростатического давления в нижних приборах или других элементах систем, а также возможностью размещения оборудования и коммуникаций на технических этажах. Зона инженерного оборудования, как правило, совпадает с границами пожарного отсека по высоте.

6.4.1. Водоснабжение

В зависимости от архитектурно-планировочных решенийприменяются следующие варианты устройства систем водоснабжения:

– устройство ИТП с повысительными насосными станциями и теплообменниками горячего водоснабжения для каждой высотной зоны (пожарного отсека) при одиночном здании;

– устройство ИТП с одной группой теплообменников горячего водоснабжения и повысительными насосными станциями холодного и горячего водоснабжения под каждым или группой корпусов для каждой высотной зоны (пожарного отсека) в случае развитого комплекса со стилобатной частью. Данная схема успешно была реализована на объектах «Алые Паруса», «Воробьевы горы» и «Триумф-Палас». В этих развитых по горизонтали и по высоте комплексах прокладка магистралей от ИТП к зданиям предусматривается в выделенных технических коридорах, совместно с другими трубопроводами (рис. 6.4, 6.5).

Прокладка магистралей в техническом коридоре

Установка компенсаторов в техническом коридоре

Установка электробойлеров под корпусами

В ИТП или под корпусами, как правило, также устанавливаются емкостные электробойлеры, обеспечивающие бесперебойное горячее водоснабжение при плановых отключениях в теплосети. Емкость бойлеров подбирается исходя из обеспечения 1,5-часового максимально часового расхода горячего водоснабжения при 8-часовом периоде нагрева воды (рис. 6.6). Существует два принципиально разных подхода к проектированию систем водоснабжения высотных зданий (рис. 6.7).

Принципиальная схема системы водоснабжения высотного здания

За рубежом, особенно в Азии, снабжение водой зон здания по вертикали осуществляется путем последовательной подачи воды в баки, устанавливаемые на технических этажах. При этом нижний насос подает воду в бак на среднем техническом этаже, из этого бака другой насос подает воду в бак на следующем этаже и т. д. Из баков вода поступает самотеком вниз, обеспечивая водой нижележащие этажи. Баки, как правило, двухсекционные. Когда нужно провести дезобработку и очистку секции бака, водоснабжение осуществляется из второй секции. Для каждой зоны были организованы закрытые системы, тем более что современное насосное оборудование для водоснабжения (не специальные насосы) позволяет поддерживать давление до 400 м вод. ст.

При этом насосные станции располагаются в ИТП и на нижних уровнях исходя из удобства эксплуатации. Традиционная для азиатских стран схема с перекачкой воды на технических этажах приведена на рис. 6.7а. По результатам состоявшихся в ряд стран поездок, инициированных Правительством Москвы, по обмену опытом высотного строительства выявлено основное конструктивное решение этих систем с расположением промежуточных баков и перекачивающих насосов на техниче ских этажах. Это решение соответствует положениям принятых в этих странах норм об устройстве через каждые 12–15 этажей так называемых зон безопасности, где люди могут переждать пожар в специально отведенных местах. Отсюда и расположение оборудования водоснабжения на этих же этажах. Все баки приняты двухсекционные, для возможности очистки и ремонта без остановки водоснабжения.

Основные недостатки применения данной схемы в высотном жилищном строительстве в условиях России состоят в том, что система открытая, затратная по количеству оборудования и занимаемым площадям. Сейчас практически ни в одном высотном здании нет промежуточных технических этажей в чистом виде. Тем не менее принятые изначально решения об установке всего инженерного оборудования внизу зданий оказались правильными с точки зрения эксплуатации и устранения нежелательных шумов и вибраций в помещениях квартир, которые неизбежны в схеме с расположением насосов на технических этажах.

Для сравнения на примере одного и того же здания приведена схема водоснабжения, используемая при проектировании высотных жилых комплексов Москвы (рис. 6.7б). Нетрудно убедиться, что при установке насосов с частотным регулированием данная схема более проста и экономична. Установка насосов в одном помещении с оборудованием систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения намного удобнее при эксплуатации. В элитных и коммерческих высотных зданиях стояки системы водоснабжения прокладываются в нише лестнично-лифтового холла, откуда обеспечивается ввод в квартиру трубопроводов горячей и холодной воды (рис. 6.8). Такое расположение стояков вызвано тем, что в высотных жилых комплексах квартиры относятся, как правило, к элитному классу, поэтому в случае аварии по вине службы эксплуатации сумма возмещения ущерба может достигать 80–120 тыс. долл. США. В случае использования вертикальных систем горячего водоснабжения при аварии в отдельной квартире необходимо отключение всей зоны. В муниципальном жилье для ликвидации аварии можно вскрыть квартиру в присутствии сотрудников милиции, но в жилье, относящемуся к элитному классу, зачастую это невозможно. В практике службы эксплуатации был случай, когда в летнее время хозяева квартиры, в которой произошла авария, были в отпуске, в квартиру не было доступа, что не позволяло устранить последствия аварии. В результате водоснабжение всей зоны было отключено, и два месяца служба эксплуатации разносила по квартирам воду вручную.

Устройство поэтажных подключений квартир к системам
холодного и горячего водоснабжения

Система водоснабжения оснащена счетчиками горячей и холодной воды, которые вместе с фильтрами, регуляторами давления и обратными клапанами установлены в этой же нише на каждом этаже здания. Обеспечение расчетного расхода воды по циркуляционным стоякам обеспечивается при помощи регуляторов. Одна из возможных схем горячего водоснабжения зоны здания представлена на рис. 6.9.

Принципиальная схема горячего водоснабжения зоны здания

Ввод в квартиры выполняется в пространстве подшивного потолка трубопроводами из сшитого полиэтилена, не имеющими на всем протяжении до ввода в квартиру никаких фитингов. Учитывая температурный режим трубопроводов, могут быть использованы без ограничений трубы из сшитого полиэтилена PEX-a, РEX-b, РEX-с, а также PE-RT, имеющие соответствующий сертификат для применения в системах водоснабжения.

В системе водоснабжения у потребителя должно быть обеспечено избыточное давление не менее 7 м вод. ст., но по техническим условиям оборудования, которое сейчас ставится в большинстве элитных квартир, требуемый (располагаемый) напор на входе в квартиру должен быть не менее 25 м вод. ст. Из этих соображений и исходя из геометрической высоты зон подбираются повысительные насосные установки. Чтобы давление не превышало расчетного, для приборов на каждом этаже на группу квартир предусматривается установка ограничительных регуляторов давления на 40 м вод. ст. Эти же самые регуляторы давления позволяют обеспечить нормальное функционирование термосмесительных установок (смесители с термозадатчиками), которые могут нормально работать при разности давлений между горячей и холодной водой не более 6 м вод. ст. На вводе в квартиру систем холодного и горячего водоснабжения установлены обратные клапаны, поскольку служба эксплуатации столкнулась с проблемой перетока воды из холодной в горячую магистрали. Это связано с установкой в квартирах оборудования, которое при неправильной эксплуатации подмешивает воду по всей зоне. Например, душевые кабины с электронным управлением имеют два режима выключения — «stop» и «off». В этих кабинах стоят два электромагнитных вентиля на смесителе и один вентиль на расходе. Если человек нажимает кнопку «stop», закрываются все три вентиля, если кнопку «off» — закрывается только один разборный смеситель, и вода через душевые кабины подмешивается по всей зоне. Похожие проблемы возникают и при эксплуатации некоторых моделей биде.

Квартирные холлы рассматриваемых комплексов по чистоте приравниваются к офисным помещениям, и для их мытья требуется достаточно большой расход воды — 2,8 л/м 2 . В подобных высотныхзданиях вручную доставлять такое количество воды на все этажи очень сложно. Поэтому в помещениях перед мусоропроводом устанавливаются смесители и трапы, позволяющие набрать воду для мытья пола и слить ее после использования.

Для повысительных насосных станций таких зданий, как, например, «Алые Паруса», «Воробьевы горы» и «Триумф-Палас», успешно используются насосные установки, в которых предусмотрено частотное регулирование каждого насоса в станции, которое по определенному циклу становится управляющим контроллером станции, что значительно повышает ее надежность.