К вопросу обоснования расчетов проектных расходов воды в системах водоснабжения жилых и казарменных зон военных городков

 

Аннотация: в статье рассматривается вопрос определения расчетных расходов во внутренних системам водоснабжения. Приводится сравнение результатов расчета по методике СП30.13330.2016 [1] и DIN 1988 [2]. Оцениваются последствия проектирования систем водоснабжения по завышенным и заниженным расходам.

Ключевые слова: проектные расходы, оптимальный диаметр, методика расчета, потребители воды, режим работы оборудования, система водоснабжения.

 

При разработке энергоэффективных систем водоснабжения жилых и казарменных зон военных городков, основным фактором, определяющим их эффективность, является соответствие проектных расходов, определяемых в процессе проектирования, фактическим, протекающим по системам при эксплуатации. По проектным расходам определяются диаметры трубопроводов, и подбирается необходимое оборудование, а вот то, как вся система будет работать в целом, уже зависит от фактических эксплуатационных расходов в каждый временной отрезок.

Если расчетные расходы будут значительно превышать эксплуатационные, то в этом случае завышаются непосредственные затраты на саму систему водоснабжения, а установленное оборудование будет работать с очень низким КПД. Работа насосов с низким КПД, при малых расходах, приводит к увеличению количества потребляемой энергии, относительно единицы перекачиваемой жидкости, увеличению давления в сети водоснабжения и, в случае использования одного рабочего насоса, сокращению рабочего ресурса насоса, из-за смещения рабочей точки из оптимальной зоны. А если при этом учесть, что затраты на транспортировку воды составляют значительную часть эксплуатационных затрат, то увеличение проектных расходов неизбежно приводит к более высоким эксплуатационным затратам и коммунальным платежам ресурсоснабжающим организациям.

Однако худшим последствием завышенных проектных расходов становится не столько более высокие прямые и эксплуатационные затраты, а сколько ухудшение качества подаваемой потребителям воды в системах водоснабжения. Расчетные проектные расходы являются, по сути, мгновенными секундными расходами, которые наблюдаются в течение нескольких минут в утренние и вечерние часы максимального водопотребления, а если еще точнее - несколько раз в год, а именно накануне праздничных дней и плановых комплексных проверок воинских частей. Во все остальные временные промежутки расход воды в системах водоснабжения значительно меньше максимальных. При этом подбор «оптимальных» диаметров трубопроводов на пропуск завышенного максимального расхода, да еще с возможным запасом, приводит к тому, что большую часть времени вода в трубопроводах практически стоит или протекает с минимальными скоростями. В таких системах могут образовываться застойные зоны, в которых происходит ухудшение качества подаваемой воды.

Таким образом, при завышенных проектных расходах потребитель вынужден платить больше за худшее качество, что совершенно не вписывается в создание высокоэффективных систем.

Если же расчетные расходы будут значительно меньше эксплуатационных, то фактические скорости протекания жидкости во всех элементах системы, и, в первую очередь, в трубопроводах, будет превышать допустимые значения. Завышенные скорости течения жидкости, во-первых, приводят к быстрому износу системы, включая применяемое оборудование. И, во-вторых, что является наиболее существенным, при высоких скоростях в геометрической прогрессии увеличиваются потери давления в трубопроводах, что приводит опять же к смещению рабочей точки насосов из оптимальной зоны и, в худшем случае, отсутствию воды у потребителей в часы максимального водопотребления по причине высоких потерь давления.

По указанной причине, как нам представляется, очень важно на этапе проектирования определить расчетный расход наиболее приближенный к эксплуатационному и корректно подобрать необходимое оборудование. В СНиП 2.04.01-85 [3] «Внутренний водопровод и канализация зданий» появилась методика расчета расходов воды по вероятности действия приборов и количествупотребителей, основанная на натурных исследованиях, доказывающих особую приближенность получаемых при расчете расходов фактическим. Казалось бы, с введением новой актуализированной редакции СНиП 2.04.01-85, в виде СП 30.13330 в редакции 2016 года, в котором была возвращена методика расчета из СНиП, основанная на вероятностном характере расходов, споры по определению расчетных расходов теряют свою актуальность. Но если обратить внимание на европейские нормы, в которых применяется совсем иной подход при определении расчетных расходов, то стоит еще раз обратиться к этой теме. Учитывая то, что по действующей европейской методике DIN 1988 определяются расходы, приводимые практически во всех каталогах европейских фирм, торгующих оборудованием для систем водоснабжения на отечественном рынке, в том числе и произведённом на их предприятиях, расположенных на территории Российской Федерации и Республики Беларусь. И именно расчет по методике DIN практически навязывается потребителю со стороны большинства поставщиков, обосновывающих свою позицию тем, что именно такой подход гарантирует оптимальную эффективную работу трубопроводов и оборудования и обеспечивает гарантийные обязательства на поставляемое оборудование.

Здесь следует отметить, что методики по СНиП и по DIN, имеют принципиально разный подход. В расчетах, определяемых по СНиП, расход зависит исключительно от количества и типа потребителей (военнослужащие по контракту и члены их семей, военнослужащие по призыву, ведомственные нормы расхода воды на различные виды служебной деятельности и т. п.), а в расчетах по DIN 1988 расходы определяются только в зависимости от количества приборов на расчетном участке и типа помещений в которых они установлены.

В расчете по СНиП на конечную величину расхода, определяемую по простой формуле (1), влияет достаточно много факторов — число потребителей, количество приборов, заселенность квартир жилых зданий, нормы расхода и др., а также тип приборов и места их установки:

(1)

где: — секундный расход воды (общий, горячей или холодной), л/с, водоразборной арматурой (прибором);

α - коэффициент, определяемый в соответствии с таблицами СП30.13330 (СНиП), в зависимости от общего числа приборов и вероятности их действия (или использования) на расчетном участке.

Количество установленных приборов влияет на вероятность их действия и использования. Однако при определении коэффициента α, от которого зависит величина расхода, количество приборов учитывается лишь при их числе не более 200 шт. Секундный расход прибором также может изменяться в расчетах от 0,1 до 0,3 л/с в зависимости от рассчитываемой системы водоснабжения.

Расчет расходов воды по DIN 1988 (часть 3 9.1.) основывается на определении расчетных расходов воды в зависимости от суммы единичных расходов различными приборами и назначения помещений. Расход единичным прибором определяется в зависимости от назначения помещений, а по общему числу приборов на расчетном участке определяются коэффициенты влияния приборов, от которых непосредственно зависит сам расчетный расход.

Для сравнения расчетных расходов, в качестве примера, был выполнен расчет общего количества потребляемой воды в доме офицерского состава на 33 квартиры с расчетным числом проживающих в них 198 человек.

При расчете по СП 30.13330.2016 общий расход потребляемой зданием воды (холодной и горячей) составил 2,64 л/с, при величине α =1,77 и  = 0,3 л/с. Расход только холодной воды составил 1,42 л/с при соответствующих значениях α и  равными 1,42 и 0,2 л/с.

При расчете этого же здания по DIN 1988 расход холодной воды, потребляемой зданием, определялся по формуле (2):

(2)

где: q-расчетный расход в л/с;

а - величина, зависящая от принятой нормы водопотребления на 1 человека в сутки и принимаемая по табл.10 DIN 1988;

K -коэффициент, зависящий от количества эквивалентов и принимаемый по табл. 11DIN 1988;

N- суммарное количество водоразборных кранов в доме офицерского состава или на расчетном участке в эквивалентных единицах.

 а = 0.2

K=0.002

N = 147 (ванна - 33, умывальник - 40, унитаз - 41, мойка - 33)

q= л/с.

Результаты расчетов показывают, что при определении проектных расходов по DIN 1988 или по каталогам европейских фирм-производителей труб и оборудования, полученные результаты почти в 2 раза (на 90 %) превышают значения, получаемые по СП30.13330.2016. Получаемые результаты вполне удовлетворяют интересам поставщиков импортного оборудования, т.е. продать как можно больше и дороже. А потребители в силовых ведомствах, соглашающиеся в процессе проектирования на использование расчётного аппарата DIN 1988, получают более высокую цену за поставляемое оборудование, возможные проблемы с качеством воды и завышенные эксплуатационные затраты.

При этом необходимо учесть, что исследования по сравнению проектных и фактических расходов, лежащие в основе методики СНиП 2.04.01-85, были проведены еще в конце 70-х годов прошлого века (более 40 лет назад). За прошедшее время нормы расхода воды, приводимые в СП30.13330.2016, за исключением суточных расходов, не изменялись. Но фактические расходы, не только суточные, но и часовые и секундные в последнее время сильно изменились. В первую очередь, это связано с самими водоразборными приборами, а также с изменением режима водопотребления. Сегодня практически все смесители и душевые сетки оборудуются аэраторами, в результате чего потребители используют водовоздушную смесь, а не воду в чистом виде. При этом водопотребление как прибором, так и потребителем снижается на 20-25 % по сравнению с обычными смесителями. Введение электроснабжающими компаниями тарифа день/ночь также сместило некоторые бытовые процедуры военнослужащих (стирка белья и мойка посуды после ужина) на ночные часы, что отражается на часовых расходах, особенно в часы максимального водопотребления.

Таким образом, фактические расходы в системах водоснабжения, как часовые, так и секундные, сегодня существенно ниже расходов, которые были 40 лет назад. И даже расчет по методике СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий дает завышенные расходы по сравнению с расходами фактическими. Для исправления сложившейся ситуации необходимо проведение масштабных исследований по корректировке всех ведомственных норм водопотребления (суточных, часовых, секундных). Проведение подобных научно-исследовательских работ на нескольких объектах в разных военных округах даст достаточные основания для изменения ведомственных норм. А пока подобные исследования не проведены (или не обнародованы) необходимо выполнять расчет, как нам представляется, по методике СП 30.13330.2016 (СНиП 2.04.01-85), как наиболее близкой к реальным расходам, без использования так называемых коэффициентов запаса, и подбор трубопроводов и оборудования производить по полученным результатам.

Список литературы:

1. СП 30.13330.2016 Внутренний водопровод и канализация зданий. М.: 2016, -96с.

2. DIN 1988 standardseries - «Технические правила для системы питьевого водоснабжения». http://aquatherm-msk.ru/menu/proektirovnie-i-rschet/ (дата обращения 17.08.2017)

3. СНиП 2.04.01-85* Внутренний водопровод и канализация зданий. Минстрой России. — М.: ГУП ЦПП, 1996. — 60 с.