Основные типы зонных систем водоснабжения.
Разделение системы водоснабжения на отдельные зоны называют зонированием системы водоснабжения, а сами системы – зонными.
Зонирование системы водоснабжения устраивается при значительной разности отметок поверхности территории объекта и большой его протяженности, а также при большой разности свободных напоров, требуемых отдельными потребителями.
Различают два основных типа зонных систем водоснабжения: параллельное и последовательное.
При параллельном зонировании (рис. 29) зоны включаются параллельно и вода поступает в каждую зону отдельно по своим водоводам. На насосной станции для каждой зоны установлены отдельные группы насосов, отличающиеся по производительности и напору.
При последовательном зонировании (рис. 30) зоны включаются последовательно. Вода в полном объеме сначала подается в нижнюю зону, часть ее транзитом проходит через нижнюю зону и далее отдельной группой насосов передается в верхнюю зону.
Выбор той или иной системы зонирования зависит от формы территории города, расположения водопотребителей, предъявляющих сходные требования к воде, величины и характера изменения геодезических отметок снабжения водой территории, а также от технических и экономических соображений.
По техническим соображениям необходимость зонирования и выбор ее системы определяются необходимостью обеспечения в водопроводной сети допустимых напоров.
По экономическим соображениям необходимость зонирования диктуется рентабельностью принятой системы. Экономически наивыгоднейшая система зонирования должна соответствовать минимальным приведенным затратам на ее строительство и эксплуатацию с учетом соблюдения допустимых напоров в сети.
Сравнивая строительную стоимость и эксплуатационные затраты на подачу воды по параллельным и последовательным зонным системам водоснабжения можно рекомендовать следующий их выбор:
если территория снабженного водой объекта имеет вытянутую вдоль горизонталей форму, то предпочтение отдается параллельной зонной системе;
в том случае, когда застройка вытянута в направлении, перпендикулярном горизонталям, то более выгодным оказывается последовательное зонирование.
В практике проектирования зонных систем водоснабжения вследствие разнообразия местных условий и особенностей снабжаемого водой объекта могут быть различные комбинации зонных схем.
При выборе системы зонирования необходимо также учитывать достоинства и недостатки каждой из них.
К достоинствам параллельной системы зонирования могут быть отнесены:
большая надежность водоснабжения потребителей (по сравнению с последовательной);
простота и меньшая стоимость эксплуатации.
Недостатками параллельной системы зонирования являются:
большая длина водоводов по территории каждой зоны, что приводит к увеличению строительной стоимости;
необходимость применения насосов с относительно высокими напорами и использовании труб высокой прочности для водоводов с высокими давлениями.
К недостаткам системы последовательного зонирования относится необходимость устройства дополнительных отдельно стоящих насосных станций для каждой зоны. Кроме того, надежность этих систем ниже, чем систем параллельного зонирования.
Основные типы зонных систем водоснабжения
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ЗОННЫХ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Область применения
Основным принципом, по которому проектируются и строятся современные системы водоснабжения, является устройство централизованных систем водоснабжения.
Создание единого водопровода, охватывающего всех потребителей обслуживаемого объекта или района, как правило, обеспечивает наименьшие затраты средств на сооружение и эксплуатацию системы подачи и распределения воды. Однако в ряде случаев наличие разнородных требований, которые предъявляют отдельные группы потребителей к системе водоснабжения, делает целесообразным вместо единой системы устраивать несколько более или менее самостоятельных систем водоснабжения для обслуживания соответствующих групп потребителей.
При этом учитывается различие требований отдельных потребителей к напорам, характер планировки снабжаемых водой объектов и рельеф местности, а в ряде случаев и различие требований к степени водоподготовки.
Снабжение водой подобных объектов обусловливает необходимость производить группировку потребителей по их требованиям к напорам и соответственно разделение единой централизованной системы водоснабжения. Такое разделение единой системы водоснабжения на отдельные системы для каждой группы потребителей принято называть зонированием систем водоснабжения, а сами системы — зонными.
Зонирование применяется и в городских, и в промышленных водопроводах.
Зонирование водопроводов промышленных предприятий часто обусловливается значительной разницей в требованиях отдельных производственных потребителей к давлениям на вводе; зонирование городских систем водоснабжения — в основном значительной разностью геодезических отметок в пределах территорий города и требуемых напоров в его сети.
При этом в случае создания единой системы водоснабжения города вся вода должна подаваться головной насосной станцией под напором, необходимым для снабжения потребителя, требующего наибольшей подачи воды. Это может привести к возникновению в водопроводной сети давлений выше допустимых.
Наибольшие давления наблюдаются в районах с пониженными геодезическими отметками и в районах, наиболее близко расположенных к местам подачи воды в сеть.
На рис. 1 схематически показаны план и пьезометрический профиль сети города при устройстве единой (незонированной) системы водоснабжения. Из рисунка видно, что между максимальным напором в сети Нтах, разностью геодезических отметок местности в пределах территории, охватываемой городской водопроводной сетью (zmax— zmin), требуемым свободным напором Нсв и максимальной потерей напора на преодоление гидравлических сопротивлении в сети hтах может быть установлена следующая зависимость:
Величина Нтах не должна превышать пределов, которые определяются конструкцией водопроводной сети (материалом и типом труб) и условиями эксплуатации внутренних водопроводов.
Большие давления расстраивают водоразборную арматуру (особенно различные поплавковые краны), повышают размеры утечек и непроизводительные траты воды.
С учетом этих соображений и в соответствии с требованием СНиП 2.04.02-84* максимальный расчетный напор в наружной магистральной водопроводной сети не должно превосходить 60 м вод. ст.
В случае превышения допустимого напора необходимо разделить сеть на зоны, чтобы в пределах каждой из них напор не превышал допустимого. Таким образом, область применения зонирования может обусловливаться как характером рельефа местности, так и допустимыми давлениями в точках отбора воды потребителями.
Рис. 1. Однозонная система водоснабжения
а- план; б- пьезометрический профиль
Основные типы зонных систем водоснабжения
В зависимости от характера взаимного соединения зон различают системы последовательного и параллельного зонирования.
При последовательном зонировании общая водопроводная сеть объекта делится на две последовательно соединенные сети (рис. 2). Граница б—б между зонами I и II определяется значением наибольшего допустимого в сети напора H1.
Головная насосная станция НС- I подает все количество воды QI + QII, но под напором Н1 необходимым для снабжения водой первой (нижней) зоны; следующая насосная станция HC -II берет из сети первой зоны количество воды QII необходимое для второй (верхней) зоны, и подает его под напором НII, необходимым для снабжения водой ее потребителей.
Таким образом, расход верхней зоны Q II подается транзитом через сеть нижней зоны.
Пьезометрические линии при последовательной системе зонирования будут занимать положение абгд.
При параллельной системе зонирования (рис.3) отдельные зоны включены параллельно. Вода подается в сеть каждой зоны по отдельным водоводам своей группой насосов, установленных на головной насосной станции. Насос нижней зоны I подает расход QI под напором НI необходимым для этой зоны; насос верхней зоны II подает расход QII под большим напором Н I на значительно большую геометриче скую высоту.
При параллельной системе зонирования пьезометрическая линия для системы верхней зоны будет занимать положение аб, а нижней — положение гб.
Рис. 2. Схема последовательного зонирования
а— пьезометрический профиль; б-план
Рис.3 Схема паралельного зонирования
а— пьезометрический профиль; б-план
Очевидно, что в пределах каждой зоны при параллельном зонировании напор будет иметь те же значения, что и при последовательном. Однако при параллельной системе напор в водоводе, подающем воду в верхнюю зону, может быть весьма велик и у границы города достигнет того же значения Нтах, которое было до зонирования сети.
При этом большие давления в водоводе не отразятся на условиях работы сети I зоны, так как водовод не имеет присоединений к отдельным водопотребителям этой зоны.
Выбор той или иной системы зонирования зависит от местных условий, от многих технических и экономических факторов и должен производиться на основе сравнения вариантов при условии обеспечения требуемой надежности подачи воды потребителю.
ЗОННЫЕ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ
Зонные системы внутреннего водопровода применяют в двух случаях. Во-первых, при превышении допустимых пределов гидростатического давления в системе и, во-вторых, для обособления условий работы системы по гидравлическому режиму, что чаще происходит при отделении части системы по питанию или по величинам напоров.
Согласно СНиП,пп. 5.12и 6.7,наибольшая величина гидростатического давления в системе хозяйственно-питьевого или хозяйственно-противопожарного водопровода на отметке наиболее низко расположенного санитарно-технического прибора не должна превышать 60 м. В системе раздельного противопожарного водопровода величина гидростатического напора допускается до 90 м. В противном случае необходимо разделить водопровод на вертикальные зоны. Как правило, в современном строительстве к двухзонной системе приходится переходить в зданиях высотой более 17 этажей. Обычно первую (нижнюю) зону устраивают таким образом, чтобы использовать гарантийный напор городского водопровода. Размеры последующих зон, число которых может быть различным, назначают в зависимости от величин допустимого давления в сети внутреннего водопровода. Схемы зонных водопроводов могут быть последовательными и параллельными (рис. 2.3).
Последовательная схема(рис. 2.3, а) имеет меньшую протяженность трубопроводов, но менее надежна в работе, требует установки насосных агрегатов на промежуточных этажах, что крайне нежелательно из-за вибрации и шума. Кроме того, к числу крупных недостатков подобной системы следует отнести неоднократное размещение регулирующих объемов, т. е. нерациональное распределение и использование строительного объема здания под инженерное оборудование.
Параллельная схема(рис. 2.3, б)отличается некоторым перерасходом труб, но централизованное размещение насосных агрегатов упрощает автоматизацию их работы и эксплуатацию. Увеличение длины труб, прокладываемых по этой системе, не сопровождается значительным перерасходом металла (в весовых единицах), так как диаметры зонных стояков (так же, как и расходы подаваемой воды) по отдельным зонам неравнозначны.
1 — центробежный насос 2-й зоны; 2 — напорно-запасный бак 2-й зоны; 3 — насос 3-й зоны; 4 — напорно-запасный бак 3-й зоны
Рис. 2.3. Последовательная (а) и параллельная (б) схемы зонных водопровод зданий
В нижних зонах, как правило, потребляется больше воды и имеются стояки большего диаметра (qн >>qв; dн >>dв).
Вторая причина зонирования заключается в более полном использовании гарантийного напора городского водопровода, что позволяет эффективно использовать энергию городских насосов и рационально подбирать насосы -повысители только на расход и напор верхней зоны. Верхняя зона работает под напором дополнительных насосов.
Двухзонные системы внутренних водопроводов, выполненные по обычной схеме (с отдельными хозяйственно-противопожарными разводящими трубопроводами для каждой зоны), значительно дороже однозонных систем по сметной стоимости. Следует отметить, что предлагаемая вниманию читателей новая система приемлема в первую очередь для секционных жилых зданий повышенной этажности (от 12 этажей и выше), так как в этих зданиях роль подающего трубопровода второй зоны играет пожарный стояк. Автором этой схемы является канд. техн. наук М. Е. Соркин (МНИИТЭП) (рис. 2.4).
1 — вводы водопровода; 2 — хозяйственный насос второй зоны; 3 — противопожарный насос; 4 — перемычка между подводящими магистральными трубопроводами; 5 — пожарные стояки; 6 — хозяйственные водоразборные стояки; 7 — регулятор давления «после себя»; 8 — обратный клапан
Рис. 2.4. Двухзонная схема водоснабжения зданий (М. Е. Соркин, МНИИТЭП)
Согласно этой схеме, имеется только два разводящих трубопровода, причем каждый из них служит для подачи воды в соответствующую зону. В трубопровод первой зоны вода подается непосредственно из городского водопровода. Противопожарные насосы подключены к магистральному трубопроводу первой зоны. К магистрали второй зоны подключены насосы, обеспечивающие в ней необходимое давление. Оба магистральных трубопровода соединены между собой перемычками с установленными на них обратными клапанами таким образом, что они могут пропускать воду только из первой зоны во вторую.
Сдвоенные пожарные стояки выполнены однозонными и присоединены к обеим магистралям. На подводке к этим стоякам от магистрали первой зоны также установлен обратный клапан. Водоразборные стояки первой второй зон подключены к соответствующим магистралям, но с той лишь разницей, что у первой зоны она с нижней разводкой, а у второй — с верхней. На присоединениях этих разводящих магистралей размещены регуляторы давления «после себя».
Система работает следующим образом. При водоразборе давление в разводящей магистрали первой зоны меньше, чем в магистрали второй зоны, поэтому обратные клапаны на перемычках, соединяющих эти магистрали, закрыты. По этой же причине закрыты клапаны на подводках к пожарным стоякам от магистрали первой зоны. Таким образом, магистрали и водоразборные стояки первой и второй зон полностью изолированы друг от друга. Пожарные стояки находятся под давлением насосов второй зоны системы. Во время пожара при включении в работу насосов противопожарного назначения, создается большее давление, чем у насосов хозяйственного назначения второй зоны, поэтому под давлением воды пожарных насосов открываются обратные клапаны на перемычках между магистралями и на подводках к пожарным стоякам от магистрали первой зоны. Защита водоразборных стояков первой и второй зон от повышенного давления пожарных насосов обеспечивается регулятором давления «после себя». Вода подается к пожарным стоякам по двум трубопроводам, как и предписывается действующими нормами. Подача хозяйственного и пожарного расходов в систему по двум магистралям первой и второй зон обеспечивает снижение строительной стоимости системы по сравнению с такой же стоимостью двухзонных традиционных систем.
Двухзонная система М. Е. Соркина может быть использована более широко не только в зданиях повышенной этажности (высотой более 50 м), но и в зданиях массового строительства (высотой от 9 до 16 этажей).
