Водонапорная башня: назначение, виды, элементы и как устроена

ГОСТ 25151-82, устанавливающий термины, определения для систем, оборудования водоснабжения, указывает, что водонапорная башня является напорным резервуаром для хранения воды, установленным на опорной конструкции.

СП 8.13130.2020, регламентирующий противопожарные требования при устройстве источников внешнего водоснабжения, относит водонапорные башни к пожарным резервуарам, то есть к емкостным инженерным сооружениям, предназначенным для хранения запасов воды, которые по исполнению могут быть как металлическими, так и железобетонными конструкциями.

Фото водонапорной башни А.А. Рожновского

СП 31.13330.2012 о водоснабжении, являющийся актуализированной редакцией СНиП 2.04.02-84, также рассматривает водонапорные башни в качестве источника водоснабжения для целей тушения пожаров; уточняя, что в поселках, где проживает до 5 тыс. человек, а расход воды требуется не больше 10 л/с, допустимо прокладывать тупиковые линии водоснабжения при наличии пожарного водоема, водонапорной башни, что расположены в конце таких тупиков.

Но, изначально водопроводные башни создавались, и используются до сих пор не только для целей пожаротушения, а как гидротехнические сооружения для создания запасов воды, автономного регулирования ее расхода, напора в локальной сети водоснабжения небольшого населенного пункта, предприятия, железнодорожной станции.

Следует отметить, что строительство водонапорных башен в наши дни не уникально, как в прошлом, когда построенные из натурального камня, полнотелого кирпича сооружения часто отличались вычурной архитектурной красотой, отнесшей их позднее к достопримечательностям, историческим памятникам.

Для возведения современных водонапорных башен используют типовые проекты, технические условия, например, ТУ 4741-001-76960843-2005 – о стальных унифицированных водонапорных башнях системы Рожновского; ТУ 4741-001-00237819-2006 – о водонапорных башнях Рожновского типов БР-15, БР-25.

История

Для создания запаса воды, ее самотечной подачи в населенные пункты без использования каких-либо насосных механизмов, еще в древности использовали горные озера, искусственные пруды, акведуки.

Века назад появились и первые водонапорные башни – искусственные резервуары, устанавливаемые в крепостях, замках, городах для питьевых, хозяйственных нужд защитников, населения как в мирное время, так и при осаде неприятелем. Именно эти сооружения противник стремился разрушить одними из первых, чтобы лишить обороняющихся запаса воды, в том числе использовавшейся для тушения пожаров, возникающих при осадных действиях.

Второе рождение водонапорные башни получили с изобретением паровоза, строительством разветвленной сети железных дорог, обслуживающего их инженерного станционного хозяйства в Европе, США, России; развитием промышленного производства на новых территориях, не имеющих сетей централизованного водоснабжения.

Именно простейшая конструкция, принцип работы башни сделали ее такой востребованной, актуальной в различных ситуациях:

• Возможность забора воды из любого источника – от реки, ручья до артезианской скважины.
• Установка насоса не очень большой мощности для подъема воды в бак башни на высоту 10-20 м.
• Самотечная подача воды на питьевые, технические или хозяйственные нужды под естественным напором.
• Постоянное пополнение запаса воды, используемой для повышения напора в локальной сети водоснабжения поселка, железнодорожной станции, промышленного производства.
• Использование в критических ситуациях, в том числе при тушении пожара.
• Простейшая автоматика включения заполнения бака, пуска воды.

Из-за комплекса перечисленных преимуществ, унификации комплекта водонапорной башни, которую несложно доставить на новую промышленную площадку, территорию сельскохозяйственного предприятия, строящегося жилого поселка; быстро смонтировать, установив на бетонное фундаментное основание, они востребованы в районах, где централизованное строительство наружных сетей водоснабжения в ближайшие годы не планируется.

Назначение

Водонапорная башня предназначена для следующих целей:

• Заполнения ее бака водой из ближайшего источника, включая подземные водоносные пласты, с помощью насоса/насосной станции.
• Хранения запаса воды.
• Подачи ее под собственным напором в автономную систему водоснабжения на нужды населенного пункта, производственного, сельскохозяйственного объекта.

Вторая функция водонапорной башни, как искусственного источника наружного противопожарного водоснабжения, указана в пункте 4.1 СП 8.13130.2020:

• Для защиты поселений, где жителей меньше 5 тыс.
• Отдельных строительных объектов за их чертой, не обеспеченных наружным водоснабжением.
• Объектов любого назначения, с расходом воды на тушение не выше 10 л/с.
• Зданий малоэтажной застройки площадью, не превышающей нормативную для пожарного отсека по их степени стойкости огню.

Кроме того, водонапорные башни используются в качестве дополнительного источника для заправки пожарных автомашин, когда организовывается подвоз воды к месту пожара. Для этого:

• Снаружи башни на отводящем, подводящем трубопроводе врезают патрубок с соединительной головкой для подключения, заправки пожарной автотехники.
• У водонапорной башни, а также по направлению подъезда к ней, так же как для пожарных гидрантов, водоемов, должны устанавливаться указатели расстояния до них, с использованием светоотражающих материалов.

Видов водонапорных башен несколько, зависящих в основном от материала, использованного для постройки:

• Каменные, кирпичные, редко эксплуатируемые, чаще используемые под размещение музеев, смотровых площадок, предприятий общепита.
• Из железобетонных конструкций, в основном строившиеся в СССР.
• Водонапорные баки, смонтированные на ажурных металлических опорах, созданные по проектам инженера В. Г. Шухова.
• Водонапорные цилиндрические баки, установленные на стальном рамном каркасе произвольной конструкции.
• Стальные баки переменного сечения системы инженера А. А. Рожновского, напоминающие по форме гранату с ручкой.
• Цилиндрические резервуары различных размеров, вплоть до железнодорожных цистерн, установленные на железобетонные, стальные конструкции оснований. Чаще всего это водонапорные баки в составе систем летнего водопровода дачных поселков.

Технические характеристики, устройство и элементы

Их стоит рассмотреть на примере самой распространенной конструкции таких гидротехнических сооружений, изобретенной советским инженером А.А. Рожновским в 1936 году, и настолько удачной, эффективной при использовании, что автор был в 1942 году награжден Сталинской премией.

Основной идеей талантливого изобретателя было использование унифицированного набора конструктивных элементов высотного водонапорного сооружения, в основном выполненных из металла, что позволяло их быструю транспортировку, сборку на месте за небольшой период, особенно по сравнению со строительством подобных сооружений из кирпича, железобетонных конструкций.

Огромными преимуществами нового вида таких инженерных сооружений было отсутствие необходимости в системе обогрева, что весьма важно для большинства регионов страны, а также вновь разработанная схема управления, полностью работающая в автоматическом режиме. Изобретение первоначально предназначалось для заправки паровозов на железнодорожных узлах, станциях, но стало впоследствии востребованным в других отраслях.

В состав башни Рожновского входят следующие элементы:

• Фундаментное основание, выполняемое из готовых строительных блоков или заливкой монолитной плиты.
• Ствол башни, являющийся ее опорной частью, высота которого составляет до 30 м.
• Бак, имеющий типовой размер емкостью 15, 25, 50 или 160 м 3 , служащий для сбора/расхода воды.
• Стальные трубопроводы для заполнения, отвода воды из бака, откуда она под собственным напором, создавая давление, поступает к потребителям.
• Наружная/внутренняя лестница или скобы для обслуживания.
• Смотровой люк в крыше водонапорного бака.
• Насос, источником воды для которого чаще всего служит подземная скважина или водоем.
• Система автоматики – контактные датчики верхнего, нижнего уровней воды в баке, реле включения/отключения электропитания насосов.
• Аварийное устройство перелива воды на случай отказа автоматики.

Схема оборудования водонапорной башни-колонны

1 – напорная труба для подачи воды из колонны в бак; 2 – рабочая переливная труба; 3 – подающе-отводящая труба; 4 – воздушная труба; 5 – бак; 6 – регулирующий объем; 7 – неприкосновенный противопожарный объём; 8 – днище бака; 9 – труба для подачи воды в сеть при тушении пожара; 10 – предохранительная переливная труба; 11 – колонна; 12 – всасывающая труба насоса; 13 – насосная станция подкачки; 14 – труба к водопроводной сети

Согласно СП 8.13130.2020 к техническим параметрам, устройству водонапорных башен предъявляются следующие требования:

• Расчетный объем воды в баке должен обеспечить наружное и внутреннее тушение пожара в обслуживаемом здании в течение 10 мин, с учетом максимального расхода на другие нужды.
• Размещение бака по высоте установки должно производиться на основании гидравлического расчета системы водоснабжения.
• Если водонапорная башня не входит в зону имеющейся молниезащиты обслуживаемого объекта, то требуется оборудование собственных устройств защиты от разряда атмосферного электричества.
• Автоматика должна обеспечивать контроль уровня неприкосновенного объема воды для целей пожаротушения, а также уровень, обеспечивающий работу насосов в безаварийном режиме.
• Степень стойкости к огню водонапорной башни должна быть не ниже II-ой.
• Для изготовления опорных стволов башен допустимо использовать стальные конструкции или местные негорючие материалы и вещества, а для баков – только сталь.
• В районах с жестким климатом допустим подогрев воды в баке при помощи паровых, водяных, электрических нагревательных устройств, греющих кабелей.

При наличии одного источника электроснабжения водонапорной башни в малонаселенных пунктах, на объектах защиты следует предусматривать установку резервного пожарного насоса с двигателем на жидком топливе, обеспеченным автоматическим пуском от аккумуляторной батареи.

Как работает

Водоснабжение жилого поселка

Принцип работы этого гидротехнического высотного сооружения основан на эффекте закона о сообщающихся сосудах:

• С помощью насоса по подающему трубопроводу происходит забор воды из подземной скважины, реки, озера в накопительный бак, смонтированный наверху башни.
• Под собственным напором, обусловленным высотой размещения бака, вода самотеком движется по подающему трубопроводу в автономную/локальную систему снабжения ее потребителей – жилых домов, промышленных, сельскохозяйственных производств. Имеется также возможность с помощью соединительных патрубков с вентилями непосредственной заправки сельскохозяйственной, поливочной, пожарной автотехники.
• При небольшом разборе воды напорный бак постепенно заполняется, и при достижении максимального уровня автоматика по сигналу электроконтактного датчика отключает подачу электропитания на насос.
• При понижении уровня до минимально установленного значения происходит включение насоса.

Простота конструкции, режима работы башни по-прежнему оставляет ее востребованным гидротехническим оборудованием за городской чертой, вне зоны действия централизованных сетей водоснабжения.

Скважина – лучший вариант водопровода в загородном доме

Не редко дачные участки расположены далеко за чертой города. Как правило, на таких участках автономного водоснабжения нет. Поэтому приходится ходить за водой далеко в колонку или же носить ее из колодца. Все становится гораздо проще, если на участке частного дома есть скважина. Схемы водоснабжения из скважины могут быть самыми разными, но, как правило, все они типовые и включают в свой состав одни и те же элементы.

Простая схема водоснабжения из скважины

Различия будут только в виде насосной станции, в наличии нагревательного котла и так далее, но принципы построения всегда одинаковы.

Надо сказать, что различия вызваны многими факторами, например, типом самой скважины, предпочтением какого-то вида насосной станции, необходимостью в горячей воде и так далее. Чтобы лучше усвоить, по какому принципу построена схема водоснабжения из скважины частного загородного дома, необходимо детально изучить все подобные нюансы.

Какие бывают скважины

Конечно, сегодня можно увидеть огромное множество различных скважин, однако какими бы различными они не были, классифицировать их принято только по материалу грунта. По этому признаку можно выделить следующие виды:

• Песчаные скважины;
• Глинистые;
• Известняковые.

Тут все просто. Бурение осуществляется на какую-то глубину. Так вот тот материал, который лежит на дне скважины и будет являться определяющим ее вида.

Надо сразу сказать, что известняковые скважины принято считать самыми лучшими среди остальных. Такие скважины имеют глубину от 50 до 150 метров. На такую глубину вода просачивается примерно один год. При этом она проходит через два природных фильтра – слой глины и песка.

Такого рода скважина прокачивается только один раз. Не редки те случаи, когда прокачанная изначально известняковая скважина служила не один десяток лет.

Глинистые и песчаные скважины в этом вопросе являются более «нежными». Поэтому воду из таких скважин перед первым употреблением следует отправить на экспертизу.

Что касается прокачки таких источников водоснабжения, то делать это следует регулярно.

Элементарные расчеты

Итак, схема водоснабжения загородного дома должна быть рассчитана не только на подачу воды во все краны дома, а также точки санитарного узла, но и на полив участка, а также на подачу в баню и другие хозяйственные постройки.

Расчет мощности источника должен вестись с тем условием, что среднестатистическая семья из 4 человек (два взрослых и два ребенка) потребляет около 3 кубометров воды за час – это максимальный показатель, то есть если сразу задействованы все потребители.

Становится понятно, что простая схема водозабора из скважины здесь не поможет. Придется сначала разрабатывать источник, дальше устанавливать насос или насосную станцию, прокладывать трубопроводы, ставить фильтры и так далее. Работы много, но разобравшись с каждым этапом отдельно, все становится на свои места.

Необходимое оборудование

Итак, начнем с самого начала, а точнее с того, что нужно иметь, чтобы устроить систему водопровода частного дома из скважины.

Схема водоснабжения загородного дома

На этом изображении можно видеть все отдельные элементы, которые содержит схема водоснабжения загородного дома.

Вот еще одна схема, которая содержит практически те же элементы:

Водоснабжение из скважины

Надо сказать и то, что данная схема, как и предыдущая, предназначены для холодного водоснабжения. Что же касается горячего водопровода, то схема должна будет содержать еще и нагревательный элемент, а точнее:

• Котел;
• Внутридомовая разводка труб;
• Схема подачи топлива, например, подвод газа;
• Для автономного режима потребуется иметь специальные приборы, если их нет в котле, что сейчас можно встретить довольно редко.

Одним из самых главных элементов в системе водоснабжения в частном доме можно считать насос. Именно насосом обеспечивается бесперебойная доставка воды ко всем потребителям. Для того чтобы устроить автономную систему водоснабжения частного дома своими руками, необходимо наличие насосной станции с диаметром в 3-4 дюйма.

Желательно, чтобы насос имел защиту от холостого хода. То есть, когда уровень воды станет настолько низким, что насосом она не сможет перекачиваться, он должен отключаться, чтобы не перегреваться.

Схема подключения станции водоснабжения своими руками предусматривает так же наличие специального резервуара – гидроаккумулятора.

Что касается водопровода, то для его устройства своими руками в частном доме используют пластиковые трубы с диаметром от 25 до 32 мм.

Необходимо сказать и про схему горячего водоснабжения. Как уже было сказано она состоит из разводки, того же водопровода и нагревательного котла, как правило, работающего на газу.

Варианты систем водоснабжения

Среди всех прочих схем нужно выделить только две – с наличием автоматизированной насосной станции, и установленным глубинным насосом.

Наличие автоматизированной насосной станции

Если в распоряжении есть неглубокая скважина, то монтаж своими руками всей схемы необходимо начинать с насосной станции или ручного насоса.

Схема с автоматизированной насосной станцией

Подобная автоматизированная схема имеет следующий смысл: вода при помощи насосной станции (погружного насоса) откачивается в специальный резервуар. Вместимость этого резервуара может быть и 100 литров, и все 500.

Совет! При выборе вместимости бака необходимо учитывать количество человек, наличие системы горячего водоснабжения и общий режим работы.

Действительно, бак служит для накопления воды, поэтому его емкость должна учитывать все эти параметры.

Сама емкость должна иметь мембрану и специальное реле, которое подсоединено к автоматике насоса. Как только в баке достигается определенное давление, срабатывает реле и отключает насос. Такая схема может работать в двух режимах: подавая воду напрямую к потребителям в каждый момент времени, или же пополняя запасы воды в определенные моменты времени.

Что касается размещения бака, то для него лучше выделить отдельную комнату, но он должен быть доступным.

От этого бака роется траншея, по которой прокладываются трубы водопровода и электрический кабель (питание насосной станции).

Совет! И кабель, и трубы водопровода лучше прокладывать вместе. Это связано с тем, что кабель выделяет некоторое количество тепла, которое будет спасать трубы водопровода от замерзания.

Использование глубинного насоса

Схема подключения системы водоснабжения загородного дома с использованием глубинного насоса ориентирована на то, что вода будет откачиваться в бак, который должен находиться в частном доме на самой его верхней точке.

Благодаря этому в системе будет создаваться некое давление. 1 метр столба воды создает давление в 0,1 бар.

В этом случае для частного дома потребуется бак большего размера – от 500 до 1500 литров. Он может быть как пластиковым, так и металлическим. Это нужно для того, чтобы вода в частном доме могла самотеком спускаться к потребителям даже во время отключения электричества.

Чтобы дать понять насосной станции, что воды в баке мало, в него устанавливается концевой поплавок.

Монтаж всего оборудования своими руками

Рассмотрев все возможные варианты устройства системы водопровода частного дома, где источником будет являться скважина, можно понять, что сложного в этом ничего нет.

Если говорить коротко, то монтаж будет состоять из следующих этапов:

• Монтаж насосной станции или погружного насоса. При этом к нему сразу крепят трубы и электрические кабеля. Если у конструкции насоса нет обратного клапана, то ставят и его при помощи переходного ниппеля. Это можно увидеть на картинке:

Всю систему водопровода в частном доме делают из металлопластиковых труб. Выше были указаны примерные диаметры. При помощи их и доборных элементов к ним, то есть уголков, переходников, тройников в частном доме своими руками прокладывают всю сеть водопровода.

При этом необходимо помнить, что для горячего водоснабжения необходимо прокладывать дополнительную сеть. Что касается самого котла, то он присоединяется в самую последнюю очередь.

Итак, от насоса трубопровод частного дома идет прямо на фильтр. Рекомендовано фильтр с двух сторон отделять запорной арматурой, чтобы можно было легко его поменять в случае каких-либо работ. После второго крана продолжается разводка до манометра и реле давления.

Тут нужно оговориться, что эти приборы крайне редко нуждаются в обслуживании или ремонте, поэтому их можно спрятать от «посторонних глаз». А вот фильтр, как уже говорилось, лучше оставить на виду.

Что касается способа подсоединения манометра и реле, то для этого используется пятерник. На изображении выше его можно видеть. От пятерника одна труба подсоединяется к накопителю, то есть к баку. Как уже было сказано, в зависимости от типа схемы, бак может располагаться либо на крыше загородного дома, либо в самом частном доме, например, в кладовой или отдельном помещении.

Совет! Сразу после пятерника трубы в частном доме лучше развести на две стороны – к баку и в систему водопровода. Это позволит подавать воду сразу от насоса или же из бака.

Для разветвления используется тройник.

Все соединения выполняются при помощи ФУМ ленты или старого народного материала – льна и специального герметика.

Вывод

Ка видно, сделать своими руками систему водопровода из скважины для частного дома не так уж и сложно. Главное разобраться в последовательности шагов. Самой большой проблемой, как правило, является даже не выбор насоса и его установка, а именно проведение расчетов.

Однако не меньшее внимание нужно уделять бурению скважины. Так как при неправильном подходе к этому делу, источник воды вскоре становится непригодным к использованию.

Обустройство скважины