В августе 2018 года были закончены пусконаладочные работы и сдана заказчику система реверсивной струйной вентиляции четырехэтажной подземной автостоянки в НКЦ Казани. На рис. 1 показано объемно-планировочное решение объекта.
Впервые в России спроектирована и построена автостоянка, оснащенная системой реверсивной струйной вентиляции, имеющая двойное назначение, обеспечивающая штатный режим работы и режим дымоудаления при пожаре.
В исходном варианте рассматривалось проектное решение системы вентиляции автостоянки на базе традиционной канальной системы вентиляции. Предполагалось, что автостоянка будет иметь три этажа.
Отказ от разветвленной системы воздуховодов и переход к струйным вентиляторам позволил разгрузить подпотолочное пространство. Таким образом, удалось снизить высоту потолочных перекрытий и увеличить количество этажей до четырех без увеличения объема подземного пространства.
Первоначально предполагалось деление помещения каждого этажа автостоянки на 2 пожарных отсека по 5000 м2 каждый (см. рис. 2).
Рис. 2. Исходный вариант деления на пожарные отсеки по 5000 м2
Рис. 2. Исходный вариант деления на пожарные отсеки по 5000 м2
4 вентиляционные шахты показаны оранжевым цветом, граница между отсеками — зеленый пунктир.
Однако после утверждения и публикации нового свода правил [1], где допускалась максимальная площадь пожарного отсека до 10 000 м2 в случае применения реверсивной струйной вентиляции [2], проектировщиком было принято решение объединить отсеки и уменьшить количество вентиляционных шахт до 2, как это показано на рис. 3.
Выбор основных параметров системы струйной вентиляции и дымоудаления выполнен на основе правил проектирования [1]:
— сценарий аварийной ситуации предполагает пожар одного автомобиля Qf= 4,5 МВт;
— ширина зоны локализации пожара В = 39,5 м.
Расчет производительности вентиляторов дымоудаления осуществлялся по минимальному значению критической скорости vкр = 0,7 м/с для данного сценария пожара.
При расчете параметров струйной вентиляционной системы в режиме дымоудаления делается ряд допущений и ограничений:
— объемный расход дымовых газов Vf , м3/с, и температура дымовых газов Tc, К, рассчитываются исходя из проектной пожарной нагрузки Qf;
— противодымная продольная вентиляция обеспечивает приток наружного холодного воздуха в количестве, достаточном для удержания горячих дымовых газов на высоте не менее принятого значения Y при значении критерия Фруда (Fr) ≤ 4,5;
— допускается затекание дымовых газов в сторону притока на расстояние не более 10 м от очага горения, при этом нижняя граница дыма не менее Y = 2 м от поверхности пола.
Для расчета границы устойчивости разноплотностного течения использовался критерий Фруда (Fr), рассчитанный по формуле [1, 3]:
где Тm — температура газовоздушной смеси за очагом горения, К;
Т0 — температура приточного воздуха, К;
V1 — скорость приточного воздуха, м/с.
На рис. 4 графики, используемые для выбора минимальной производительности вентиляторов дымоудаления, соответствующей границе устойчивости [3].
Рис. 4. Графики зависимостей производительности вентиляторов дымоудаления от числа Фруда при различных высотах нижней границы дыма
Таким образом, минимальная производительность вентиляторов дымоудаления, обеспечивающая удержание нижней границы дымовых газов на высоте Y = 2 м от поверхности пола, составила 210 000 м3/ч.
Расчетный воздухообмен обеспечивается четырьмя осевыми двухступенчатыми, реверсивными вентиляторами дымоудаления с производительностью по 105 000 м3/ч и напором 2200 Па, оснащенные частотными регуляторами, представленными на рис. 5.
С учетом высоты потолочных перекрытий был подобран тип струйного реверсивного вентилятора Low-Profile 400 с номинальной реактивной тягой 57 Н, представленный на рис. 6.
Работа в режиме дымоудаления при максимальной температуре 400 °C обуславливает снижение реактивной тяги до 50 Н. С учетом аэродинамических потерь осесимметричной, настилающейся, затопленной струи рабочее значение реактивной тяги составило 46,4 Н.
Максимальная площадь, проветриваемая одним струйным вентилятором в соответствии с [1], составляет 420 м2 при минимальном значении осевой скорости воздушной струи vxmin = 1,0 м/с.
Минимальное количество струйных вентиляторов, с учетом 10%-ного резервирования, составляет для одного этажа автостоянки не менее 26 шт. Всего на объекте используется 130 струйных вентиляторов Low-Profile 400.
После завершения и утверждения рабочего проекта, с целью проверки правильности принятых проектных решений, было выполнено CFD-моделирование вентиляционных воздушных потоков в режиме дымоудаления при пожаре и в штатном режиме общеобменной вентиляции.
Графическое отображение CFD-модели включает:
– профили скорости движения воздуха;
– анимацию линий воздушного потока;
– профили загрязненности и/или токсичности;
– профили температуры;
– профили видимости;
– визуализацию задымления.
На рис. 7 представлен примеры графического отображения CFD-модели в режиме дымоудаления при пожаре.
Рис. 7. Графическое отображение CFD-модели работы струйной вентиляции в режиме дымоудаления
Для проверки возможности безопасной эвакуации людей из помещения автостоянки была выполнена компьютерная модель симуляции процесса эвакуации. Фрагмент данной модели представлен на рис. 8.
Рис. 8. Графическое отображение модели эвакуации
Анализ результатов CFD-моделирования в целом подтвердил правильность проектных решений, принятых при проектировании системы реверсивной струйной вентиляции автостоянки. Ряд замечаний, сформулированных по результатам моделирования, позволил улучшить качество воздухораспределения работы вентиляции автостоянки.
Компьютерная модель симуляции процесса эвакуации людей из помещения подтвердила возможность эвакуации в течение 8 минут после включения пожарной сигнализации.
Выполнение пусконаладочных работ и приемки заказчиком системы струйной вентиляции и дымоудаления подземных и крытых автостоянок осуществлялись в соответствии с [4]. Кроме того, были проведены испытания с использованием горячего дыма с целью экспериментального подтверждения заявленных характеристик противодымной защиты автостоянки.
В работе [5] обосновывается необходимость таких испытаний на крупных автостоянках закрытого типа. В настоящее время в России нет нормативного документа, устанавливающего правила проведения таких испытаний. В мировой практике часто ссылаются на австралийский стандарт [6].
Наряду с комплексной проверкой алгоритма включения противодымной защиты автостоянки проверялось удержание нижней границы дыма в течение времени, необходимого для эвакуации людей, как это показано на рис. 9.
Рис. 9. Испытания горячим дымом — проверка возможности удержания нижней границы дыма за счет притока наружного (холодного) воздуха
Незначительные погрешности в работе системы струйной вентиляции, выявленные при испытаниях горячим дымом, устранены в рабочем порядке.
В целом испытания подтвердили результаты CFD-моделирования и доказали эффективность работы системы вентиляции автостоянки.
По результатам испытаний было принято решение о вводе системы струйной вентиляции в эксплуатацию.
Литература
СП 300.1325800.2017 Системы струйной вентиляции и дымоудаления подземных и крытых автостоянок. Правила проектирования.
Волков А. П., Свердлов А. В. Реверс воздушного потока при продольной вентиляции и дымоудалении подземных и крытых автостоянок // АВОК Вентиляция. Отопление. Кондиционирование. 2015. № 1. С. 34–38.
Свердлов А. В., Волков А. П., Рыков С. В., Гордеева Э. А., Волков М. А. Проектирование систем противодымной вентиляции современных автостоянок закрытого типа с использованием математических моделей процессов тепло- и массообмена на основе числа Фруда// Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Холодильная техника и кондиционирование. 2018. № 1. С. 47–56.
СТО НОСТРОЙ/НОП 2.15.194-2016. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. «Системы струйной вентиляции и дымоудаления подземных и крытых автостоянок. Правила проектирования и монтажа, контроль выполнения, требования к результатам работ».
Свердлов А. В., Волков А. П. Почему проводят испытания горячим дымом при пусконаладочных работах системы струйной вентиляции и дымоудаления автостоянок // АВОК Вентиляция. Отопление. Кондиционирование. 2018. № 3. С. 20–23.
AS 4391–1999 Australian Standard™ Smoke management systems — Hot smoke test. Reconfirmed 2016.
Специфические особенности эксплуатации тепловых систем и систем энергоснабжения вынуждают инженеров искать новые способы решать задачи регулирования в тепловых сетях и тепловых пунктах. Не всегда возможно совместить два важнейших фактора: возможность регулирования и устойчивость к непростым условиям эксплуатации российских трубопроводов.
Одним из возможных выходов из этой ситуации может стать применение регулирующих шаровых кранов. Такой кран позволяет изменять расход энергоносителя и выполнять балансировку сетей, при этом сохраняет одно из важных качеств крана — устойчивость к загрязнениям.
В линейке продукции LD такой кран присутствует уже несколько лет, и 2018 год стал годом его усовершенствования.
Шаровые краны LD Regula относятся к трубопроводной арматуре промышленного назначения и предназначены для изменения и настройки величины расхода рабочей среды, эксплуатируемой в трубопроводах. Кран может быть использован в качестве запорного. Регулировка потока осуществляется поворотом рукоятки крана в секторе, ограниченном углом 90°. Положение рукоятки может быть зафиксировано путем притягивания указателя к фланцу с помощью винта и гайки барашка через отверстие в рукоятке, благодаря чему на выбранный режим настройки не повлияют ни случайное воздействие на рукоятку со стороны обслуживающего персонала (сотрудник случайно задел плечом рукоятку и тем самым сбил настройку), ни вибрации участка трубопровода. Также с помощью винта и гайки можно реализовать так называемое «запоминание положения». После настройки нужно затянуть винт рядом с указателем так, чтобы головка винта служила ограничителем хода для рукоятки при открытии шарового крана. В случае если необходимо закрыть шаровой кран, положение винта не меняется и повторной настройки не требуется. Специальная форма фланца шкалы с пазами предусмотрена для возможности опломбировки выбранного положения. Уплотнение шаровой пробки (седло) выполнено из композиции на основе модифицированного фторопласта с добавлением стекловолокна (G439), который обладает мелкозернистой структурой и, как следствие, низким коэффициентом трения, малой ползучестью при высоких температурах и большей износостойкостью в сравнении с Ф-4К20. Ниппели служат портами для ввода измерительного щупа балансировочного прибора. Использование портативных приборов для балансировки позволяет максимально упростить и ускорить процесс настройки положения запорного органа, а также сохранять настройки и результаты измерений в памяти прибора.
Это позволяет применять кран LD Regula для гидравлической увязки участков тепловых сетей и даже систем отопления. Для простого и быстрого подбора типоразмера крана предусмотрены алгоритмы расчета и номограммы.
Регулирующий шаровой кран LD Regula позволяет получить удобство настройки и регулирования при сохранении надежности и долговечности шарового крана и оптимальном соотношении цена/качество.
Дмитрий Смелов, директор по развитию — автоматика для вентиляции и кондиционирования, Представительство CAREL в России
Увлажнитель Humisonic Ventilation
Человеческий организм крайне чувствителен к изменениям климатических параметров — температуры и влажности воздуха.
Однако если поддержанию комфортной температуры в жилых, офисных и общественных зданиях в большинстве случаев уделяется должное внимание, то вопрос обеспечения оптимального уровня влажности чаще всего рассматривается как второстепенный.
В то же время при недостаточном уровне влажности воздуха наш организм сталкивается со следующими крайне негативными воздействиями окружающей среды:
— кожа интенсивно теряет влагу, становясь сухой и трескаясь;
— слизистая оболочка глаз испытывает раздражение;
— пыль из воздуха, вместо того чтобы осесть на поверхности, напрямую попадает в дыхательные пути;
— накапливающееся в сухом воздухе статическое электричество приводит к разрядам при прикосновении к заземленным металлическим поверхностям;
— организм испытывает общее состояние усталости.
Увлажнитель Humisonic Direct
Проблема низкого уровня влажности имеет ярко выраженный сезонный характер — количество влаги, растворенной в воздухе, уменьшается при снижении его температуры. Следовательно, наихудшие условия с точки зрения поддержания влажности наступают зимой, когда температура воздуха наиболее низка.
Компания CAREL уже несколько десятилетий является лидером рынка систем увлажнения воздуха для самых разных применений, что позволило специалистам компании набрать огромный опыт в данном вопросе.
Результатом многолетних исследований и разработок стала линейка ультразвуковых увлажнителей воздуха Humisonic, в составе которой есть решения как для встраивания в вентиляционные системы, так и для установки непосредственно в помещениях.
Исполнение для монтажа в жилом помещении
Версия для монтажа в помещении носит название Humisonic Direct и представляет собой устройство, внешне напоминающее внутренний блок бытового кондиционера, что позволяет вписать его в любой современный интерьер:
— в загородном доме;
— в офисном помещении;
— в квартире.
Эксплуатационные преимущества
Линейка увлажнителей Humisonic имеет существенные преимущества перед, на первый взгляд, аналогичными устройствами бытового назначения.
Humisonic подключается к водяной магистрали на постоянной основе и автоматически контролирует уровень воды, что обеспечивает:
— высокую производительность увлажнения без необходимости периодического доливания воды вручную;
— возможность поддерживать влажность при длительном отсутствии людей в помещении;
— высокая производительность, в свою очередь, дает возможность поддерживать влажность в помещениях большого объема;
— повышенную точность поддержания влажности за счет возможности подключения дополнительного датчика, устанавливаемого в месте, где требуется поддерживать определенный уровень влажности, в отличие от «бытовых» увлажнителей, контролирующих влажность только непосредственно в месте своего расположения;
— максимальную гигиеничность увлажненного воздуха за счет автоматических циклов промывки, периодически выполняемых контроллером Humisonic, отсутствие застоя воды в емкости увлажнителя и размножения патогенных микроорганизмов.
Десятикратная экономия энергии
Еще одно фундаментальное преимущество Humisonic состоит в высочайшей энергоэффективности применяемой технологии. До сих пор при решении задачи увлажнения воздуха на такого рода объектах преимущественно использовались паровые увлажнители, т. е. такие, в которых вода испаряется путем ее нагрева до состояния кипения.
Технология ультразвукового увлажнения дает радикальное преимущество перед паровыми увлажнителями за счет существенно более низкого энергопотребления — ультразвуковой увлажнитель затрачивает примерно в 10 раз меньше энергии по сравнению с увлажнителями, использующими электроэнергию для нагрева воды.
Типоразмеры для малых и больших объектов
Номенклатура увлажнителей семейства Humisonic включает в себя устройства с производительностью от 2 до 8 кг влаги в час с шагом в 2 кг, что позволяет применять данное оборудование в помещениях различного объема и назначения.
Отдельно следует сказать о надежности — при использовании деминерализованной воды,
гарантируется ресурс пьезоэлементов не менее 10 тысяч часов непрерывной работы, что эквивалентно примерно 10 годам эксплуатации в зимний период.
Охлаждение в комплекте с увлажнением
Наконец, технология ультразвукового увлажнения использует т. н. адиабатический процесс поглощения водяных капель воздухом, который сопровождается поглощением тепла из воздуха, что приводит к понижению его температуры, т. е. одновременно с увлажнением происходит охлаждение воздуха.
Этот эффект позволяет дополнительно снизить затраты на электроэнергию за счет меньшей нагрузки на холодильное оборудование.
По этой причине особенно выгодно применять ультразвуковые увлажнители на объектах, где, помимо увлажнения, требуется еще и охлаждать воздух из-за наличия постоянных теплопритоков.
Типичный пример такого объекта — серверные и дата-центры, где телекоммуникационное и вычислительное оборудование работает непрерывно.
Готовые решения для производителей вентиляционных установок
Увлажнитель Humisonic Compact
Компания CAREL не ограничила линейку Humisonic только версией Direct, представив также исполнение Ventilation, предназначенное для монтажа непосредственно внутри вентиляционных установок или вентканалов, а также исполнение Compact — для настенных фэнкойлов.
Таким образом, если Humisonic Direct ориентирован в первую очередь на применение конечными заказчиками и компаниями-интеграторами, то Humisonic Ventilation и Humisonic Compact предназначены преимущественно для OEM-производителей климатического оборудования.
Таким образом, линейка ультразвуковых увлажнителей CAREL Humisonic предоставляет новые возможности для поддержания комфортного уровня влажности в помещениях различного назначения и объема, прежде всего в жилых и офисных зданиях, а также частных домах.
Подробная информация по продукции Carel представлена на вэб-сайте www.carelrussia.com
Коллеги! Редакция рада сообщить, что из печати вышел четвертый – итоговый — в этом году номер журнала «Инженерные системы».
На страницах номера как всегда много интересного: авторские статьи, новости рынка, редакторские материалы.
Первыми его читателями стали участники юбилейного XV Международного конгресса «Энергоэффективность. XXI век. Инженерные методы снижения энергопотребления», прошедшего 14 ноября 2018 года в Санкт-Петербурге.
Присоединяйтесь к гостям конгресса и читайте наш новый номер!
1 ноября 2018 года в Санкт-Петербурге прошла XIX практическая конференция «Развитие строительного комплекса Санкт-Петербурга и Ленинградской области», информационным партнером которой выступил научно-технический журнал «Инженерные системы».
Мероприятие прошло при поддержке Правительства Санкт-Петербурга и Ленинградской области, Российского Союза строителей.
Открыл конференцию вице-президент Российского Союза строителей по Северо-Западу, исполнительный директор Союза строительных объединений и организаций Олег Бритов. Затем перед участниками конференции выступил вице-губернатор, президент ССОО Игорь Албин. Также с приветственным словом к участникам обратился президент РСС Владимир Яковлев.
С докладами в рамках конференции выступили представители комитетов и служб Правительства Санкт-Петербурга, и представители предприятий и организаций строительного комплекса.
23-25 октября 2018 г. в Москве прошла 17-я международная выставка промышленных насосов, компрессоров, трубопроводной арматуры, приводов и двигателей PCVExpo.
Информационным партнером мероприятия в очередной раз выступил научно-технический журнал «Инженерные системы». Стенд издания пользовался большим успехом. Посетители и экспоненты выставки пополнили свою библиотеку очередным новым номером журнала.
Стоит отметить, что в этом году в PCVExpo приняли участие более 140 компаний, 50 из них — впервые. Производители и поставщики из 9 стран мира – России, Беларуси, Германии, Италии, Китая, Кореи, Словении, Турции и Тайваня – представили современное оборудование на площади более 4300 кв.метров. Также выставка сопровождалась мероприятиями деловой программы.
Напомним, что PCVExpo — единственная в России выставка промышленных насосов, компрессорной техники, трубопроводной арматуры, приводов и двигателей, на которой масштабно представлено оборудование для комплексного решения разнообразных задач на предприятиях нефтегазовой промышленности, энергетики, металлургии, машиностроения, химии и нефтехимии, строительного комплекса и ЖКХ.
Доктор технических наук Виктор Михайлович Эльтерман (1913–1983) обладал колоссальным творческим потенциалом, который он лишь частично реализовал в своих книгах [1, 2, 3]. Его профессиональным «коньком» были «интегральные методы», такие как уравнение сохранения импульса в выделенном контуре, расчет средних параметров воздуха в помещении как следствие диссипации кинетической энергии турбулентного потока, и другие.
Благодаря В. М. Эльтерману в вентиляционной науке стали применяться следствия законов однородной изотропной турбулентности академиков А. Н. Колмогорова и А. М. Обухова, понятия критериев Ричардсона и Кармана, что позволило перейти на новый качественный уровень исследований.
Зависимости В. М. Эльтермана для оценки диффузии примесей навстречу потоку, применяются как для расчета местных отсосов, так и для организации тушения возгораний токсических материалов. Большой практический интерес представляют его разработки в области охраны атмосферного воздуха, а также специальных воздушных завес.
В. М. Эльтерман был одним из моих первых научных наставников. Наша совместная работа в институте ЦНИИПромзданий продолжалась с 1976 по 1983 год. В последние годы жизни В. М. Эльтерман часто болел, но продолжал плодотворно работать. Поскольку мне поручалась тематика по охране атмосферного воздуха и воздушным завесам, мы неоднократно обсуждали все аспекты выполняемых в лаборатории работ. Поражали фундаментальные знания и эрудиция В. М. Эльтермана, которые сочетались с практическими инженерными решениями. После его смерти я редактировал и готовил к изданию монографию [3]. К сожалению, многие интересные идеи, намеченные им в черновиках рукописи, остались незавершенными и в монографию их включить не удалось.
Далее кратко изложены некоторые оригинальные работы В. М. Эльтермана, большинство из которых получили дальнейшее развитие у других авторов, например, в [4].
Турбулентный тепло- и массоперенос
Для описания турбулентного переноса в вентилируемом помещении В. М. Эльтерман использовал основные положения теории локальной изотропной турбулентности, разработанной академиками А. Н. Колмогоровым и А. М. Обуховым.
Согласно этой теории, существенной характеристикой турбулентного потока является количество кинетической энергии Ԑ, м2/с3, переходящей от главного движения к турбулентным пульсациям и диссипируемой в единице массы среды в единицу времени.
Определив коэффициенты пропорциональности опытным путем, В. М. Эльтерман получил расчетные формулы [2].
Коэффициент турбулентной диффузии:
А = 0,25 Ԑ 1/3 l 4/3, м2/с, (1)
где Ԑ — количество кинетической энергии, диссипируемой в единице массы в единицу времени, м2/с3;
l — характерный размер, м.
Диссипируемая в помещении энергия приточных струй рассчитывается по формуле:
Величина энергии, вносимой приточными струями, пропорциональна кратности воздухообмена и квадрату скорости выхода воздуха из приточных насадков.
Зависимости для расчета коэффициента турбулентного обмена (1, 2) позволили создать замкнутую систему уравнений для многих вентиляционных процессов. Удалось рассчитать концентрации вредных веществ на рабочих местах у открытых проемов вентиляционных укрытий и найти оптимальные конструктивные решения вентиляционных устройств.
В результате решения уравнения турбулентной диффузии для плоскопараллельного потока получена формула для концентрации примеси с наветренной стороны источника (диффузия навстречу потоку воздуха):
где qо, qa— соответственно концентрация вредных веществ в плоскости проема и на расстоянии a от укрытия, мг/м3;
a — расстояние от плоскости проема до контрольной точки в рабочей зоне, м;
V — скорость потока, м/с.
Поле концентрации во встречном потоке определяется экспоненциальным законом (рис. 1, 2).
Требуемая скорость потока в проеме вентиляционного укрытия, в котором выделяются вредные вещества, может быть рассчитана по формуле:
Зависимости, описывающие турбулентный перенос, положены в основу расчетов для следующих задач:
— определение количества вредных веществ, выделяющихся из оборудования, среда в котором находится под разряжением;
— определение производительности местных отсосов от укрытий источников вредных выделений;
— расчет общеобменной вентиляции при неравномерном распределении температур и концентраций в помещении;
— оценка теплообмена через границы контура замкнутой циркуляции (при отсутствии осредненного течения);
— оценка поля концентрации примеси в приземном слое атмосферы;
— определение безопасного расстояния от источника горения токсичных веществ при его тушении с наветренной стороны.
Шиберующая воздушная завеса
В книге «Воздушные завесы» [1], вышедшей в 1961 году, В. М. Эльтерман предложил оценивать эффективность действия ВЗ по дополнительному сопротивлению проходу воздуха через проем, создаваемому воздушной завесой. Эффективность ВЗ оценивалась коэффициентом расхода проема ворот μпр при действии завесы.
Для определения значения коэффициента μпр В. М. Эльтерман применил закон сохранения количества движения для контура, выходящего за пределы проема ворот с тем, чтобы учесть силы реакции наружных ограждений (рис. 3).
Из закона сохранения количества движения для выделенного контура, составленного в проекции на ось x и уравнения Бернулли, им получена следующая формула для μпр:
μо — коэффициент расхода воздуха через ворота без воздушной завесы;
G3 — начальный массовый расход воздуха завесы;
Gпр — массовый расход воздуха через проем ворот;
ρсм, ρ3 — соответственно плотности смеси воздуха, поступающего в проем, и плотность воздуха на выходе из завесы;
FВ, FЩ — соответственно площади ворот и воздуховыпускных щелей завесы;
α — угол выпуска струи завесы к плоскости ворот.
Приведенная зависимость проверена экспериментально и в отличие от кинематических методов расчета показала хорошее совпадение с опытными данными.
Воздушная завеса в канале
Принцип «воздушной завесы в канале» проиллюстрирован на рис. 4. В такой завесе воздух из щели выходит под углом 5–10º к оси канала навстречу врывающемуся потоку. Подобный выпуск воздуха возможен только при устройстве завесы в канале определенной длины. Развиваясь в канале, струя завесы тормозится и у конца канала поворачивает в противоположную сторону, запирая его для поступления воздуха из окружающей атмосферы. Воздуховыпускные патрубки отнесены внутрь канала на расстояние, достаточное для перехода импульса струи в противодавление и отсутствия неорганизованного перетекания воздуха через проем. Тепло- и массоперенос в проеме происходит только за счет турбулентного обмена через границу замкнутой циркуляционной зоны.
Динамическая эффективность «завесы в канале» в среднем в 2 ÷ 2,5 раза выше, чем для традиционных шиберующих завес.
Такие завесы могут быть применены для притворов крупногабаритных ворот, в технологических установках, тоннелях и др. [4].
Течение струи в турбулизированной среде
В турбулизированной среде струя вовлекает больше воздуха, чем при движении в спокойной среде [3].
Профиль поперечных скоростей в струе становится более пологим и экспериментальная константа С становится переменной, увеличиваясь по мере удаления от сопла и от оси струи. Соответственно, с увеличением расстояния от сопла уменьшается аэродинамическая характеристика струи m. Такая струя не безгранична по длине, и на определенном расстоянии от сопла она распадается. Первоначально распад струи происходит по ее периферии (рис. 5). В. М. Эльтерман предположил, что воздействие турбулентной среды определяется отношением удельной величины энергии, диссипируемой в единице массы в единицу времени в струе (Ԑстр) к соответствующей величине в окружающей среде (Ԑсреды).\\\\\\\\
Начало участка полного распада струи определяется им из условия Ԑстр= Ԑсреды по формуле:
где V0 — начальная скорость струи, м/с;
F0 — площадь воздухораспределителя.
К сожалению, В. М. Эльтерман не успел получить зависимости, описывающие изменение параметров струи по ее длине, хотя сделал качественную оценку явления и наметил подходы к теоретическому решению [3].
Литература
Эльтерман В. М. Воздушные завесы. — М.: Машгиз, 1961 г.
Эльтерман В. М. Вентиляция химических производств. – 3-е изд. М.: Химия, 1980 г.
Эльтерман В. М. Охрана воздушной среды на химических и нефтехимических предприятиях. — М.: Химия, 1985 г.
Гримитлин А. М., Дацюк Т. А, Крупкин Г. Я, Стронгин А. С., Шилькрот Е. О. Отопление и вентиляция производственных помещений. — Санкт-Петербург.: «АВОК Северо-Запад», 2007 г.
В. И. Воронова, руководитель отдела проектирования ООО «НВК-Холдинг» (ГК «ГорКапстрой»)
— С чего начинает проект любой проектировщик систем водоснабжения и водоотведения?
— С подсчета требуемого напора на систему водоснабжения.
Согласно Постановлению РФ № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию», в пункте «е» в проектной документации на раздел внутренних систем водоснабжения в текстовой части пояснительной записки необходимо предоставить сведения о фактическом и требуемом напоре во внутренней сети водоснабжения, проектных решениях и инженерном оборудовании, обеспечивающих создание требуемого напора воды.
Основной документ, по которому в настоящее время производится расчет систем ВК в нашей стране, это СП 30.13330.2012 (2016) Внутренние системы водоснабжения и канализации. Причем СП 30.13330.2012 все еще внесен в список обязательных к исполнению документов (см. Постановление РФ № 1521), а СП 30.13330.2016 является действующим и присутствует в списке добровольных к применению документов (см. Приказ Росстандарта № 365 «Об утверждении перечня документов в области стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»).
Нормативная нестыковка на данный момент решается проектными организациями следующим образом: обязательный список — выполнить обязательно, а вот добровольный, при необходимости, записывается в техническое задание и/или задание на проектирование заказчиком, после чего проектировщики имеют право им пользоваться без страха и риска, не пренебрегая обязательным к исполнению документом.
Зная все технологические элементы и санитарные приборы своей системы, проектировщик начинает расчет строго по нормативным документам. Как уже говорилось ранее, один из пунктов пояснительной записки должен содержать сведения о напорах, для этого нужно выполнить гидравлический расчет. Гидравлический расчет водопроводов холодной и горячей воды включает подбор диаметров подающих (циркуляционных/обратных) трубопроводов, кольцующих перемычек, тупиковых сетей и стояков, потерь давления и установления свободного напора у точек водоразбора.
Требуемый напор повысительной насосной установки , м, следует вычислять по формуле из СП 30.13330.2016 (при условии его внесения в ТЗ заказчиком):
где Hgeom — геометрическая высота подачи воды, от оси насоса до наиболее высоко расположенного водоразборного прибора, м;
— сумма потерь давления в сети водопровода холодной или горячей воды (в узле ввода, счетчиках, оборудовании, арматуре трубопроводов) по диктующему направлению до наиболее высоко расположенного водоразборного прибора, м вод. ст.;
Hf — — свободный напор (давление на изливе) санитарно-технического прибора, принятый по паспорту производителя или по таблице А.1, м вод. ст.;
Hg — наименьшее гарантированное давление в наружной водопроводной сети на вводе в здание, м вод.ст.
1,2 — коэффициент запаса.
Все было бы совершенно просто, кроме одного постоянно возникающего у проектировщиков вопроса: что делать со свободным напором на диктующий сантехнический прибор в системе водоснабжения?
Напомню, что диктующий прибор — это наиболее высокорасположенный и наиболее удаленный прибор по проложенной трассе трубопроводов от источника водоснабжения.
В СП 30.13330.2012, в пункте 5.2.10, говорится: «Гидростатическое давление в системе хозяйственно-питьевого или хозяйственно-противопожарного водопровода на отметке наиболее низко расположенного санитарно-технического прибора должно быть не более 0,45 МПа (для зданий, проектируемых в сложившейся застройке не более 0,6 МПа), на отметке наиболее высоко расположенных приборов — по паспортным данным этих приборов, а при отсутствии таких данных не менее 0,2 МПа». То есть выходит, что не менее 20 м вод. ст. Бывает, что с данным значением эксперт или технадзор, или главный инженер проекта, или даже монтажники не согласны, но с нормами не поспоришь. И если уж минимальный гарантированный напор наружной сети, к примеру, всего 15 м вод. ст., то тут, как не крути, но даже ради одного крана на уровне первого этажа, на который нет никаких паспортных данных, придется ставить насосную установку.
Любопытный факт, но в СТО 02494733 5.2-01-2006 в разделе 10 указано, что свободный напор перед водоразборной арматурой принимается равным не менее 7,5 м вод. ст. (перед водонагревателями в квартирах — не менее 15 м вод. ст.). Не все проектировщики знают о существовании данного документа, как правило, удивляются этим сведениям, называя их сомнительными.
Если диктующий прибор — это технологическое оборудование или оборудование системы вентиляции и кондиционирования, то задача решена наполовину. Запросите эту характеристику у своих коллег, которые выдали задание на специфическое оборудование.
Если же это известный прибор, например, водоразборная арматура, смеситель на раковине, тут все не так просто, как кажется на первый взгляд. СП 30.13330.2016 ссылается в своем документе на таблицу А.1, но, посмотрев в это приложение, проектировщик не находит никакого упоминания про свободный напор. В старом добром СНиП 2.04.01-85 в приложении № 2 данная колонка присутствовала для каждого конкретного прибора (смесителя, крана, душа и т. д.).
Таблица 1.1. Расходы воды и стоков санитарными приборами
(выкопировка из СНиП 2.04.01-85*)
Секундный расход воды, л/с
Часовой расход воды, л/с
Свободный,
Расход стоков
Санитарные приборы
общий
холодной
горячей
общий
холодной
горячей
напор, м
от прибора, л/c
1. Умывальник, рукомойник с водоразборным краном
0,1
0,1
30
30
2
0,15
2. То же, со смесителем
0,12
0,09
0,09
60
40
40
2
0,15
3. Раковина, мойка инвентарная с водоразборным краном и колонка лабораторная водоразборная
0,15
0,15
50
50
2
0,3
4. Мойка (в том числе лабораторная) со смесителем
0,12
0,09
0,09
80
60
60
2
0,6
5. Мойка (для предприятий общественного питания) со смесителем
0,3
0,2
0,2
500
220
280
2
0,6
6. Ванна со смесителем (в том числе общим для ванн и умывальника)
0,25
0,18
0,18
300
200
200
3
0,8
7. Ванна с водогрейной колонкой и смесителем
0,22
0,22
300
300
—
3
1,1
8. Ванна медицинская со смесителем условным диаметром, мм:20
0,4
0,3
0,3
700
460
460
5
2,3
25
0,6
0,4
0,4
750
500
500
5
3
32
1,4
1
1
1060
710
710
5
3
Рис. 1. Пример паспорта на смеситель некоторого российского производителя
Напор, как видно из таблицы 1.1, никогда не превышал 5 метров. Эти самые 5 метров водного столба всегда и брали в подсчетах гидравлики, лишь изредка, перестраховывая себя и свои решения, проектировщик брал 10 м вод. ст. для высотных зданий, убеждая себя и экспертов, что этого вполне достаточно. Но, как показывает практика, у всех мнения разные.
Хотела бы обратить внимание на примечание в этой таблице про смесители с аэраторами, где следует брать свободный напор не менее 5 м. Вот опять же возникает пара вопросов:
1 — Не менее 5 м, значит, можно брать и больше?
2 — И если можно или даже нужно брать больше, то насколько? 10 м? 20 м? 50 м?
Совсем недавно вышло долгожданное методическое пособие по определению расчетных расходов воды и стоков в системе водоснабжения и канализации зданий и сооружений, в нем мы наблюдаем приложение А, таблицу А.1, примечание: «На водоразборных кранах и смесителях свободный напор следует принимать по техническим характеристикам, указанным в паспорте, или по ГОСТ 19681-2016, но не менее 10 м».
Рис. 2. Пример паспорта иностранного производства
Давайте разбираться.
Первое — это паспортные данные на водоразборную арматуру, подчеркну — на конкретную, применяемую в данном проекте арматуру.
Паспорт изделия должен соответствовать ГОСТ 2.610, в нем указывают:
— основные сведения об изделии (наименование предприятия-изготовителя, его товарный знак и адрес, назначение изделия и условное обозначение, рисунок изделия с основными конструкторскими параметрами, основные виды неисправности и способы их устранения);
— технические данные (группа по герметичности, размер присоединительных резьб и резьб запорных элементов, диапазон рабочих температур, максимальное и минимальное рабочие давления, расход воды, правила монтажа и эксплуатации, материалы основных деталей, вид покрытия, масса);
— комплектность;
— ресурс, сроки службы и хранения и гарантии изготовителя (поставщика);
— свидетельство о приемке;
— гарантия предприятия-изготовителя;
— дата выпуска или отгрузки.
Рис. 3. Пример паспорта производства по ГОСТ 19681-94 (ныне действует 19681-2016)
Скажем сразу, что при должном подходе можно найти любой паспорт на любой существующий в природе смеситель. Но все они используют разную терминологию.
Приведем примеры нескольких паспортов.
Так, в паспорте смесителя некоторого российского производства (не будем раскрывать его название) упоминается минимальное давление воды, но никак не требуемый свободный напор на изливе, и составляет он 0,5 бара, то есть 5 м вод. ст., а оптимальные потребности до 50 м вод. ст. При этом нет к этому давлению своих расчетных расходов, что вызывает соответствующие вопросы со стороны проектировщиков.
Обратимся к иностранной арматуре. В паспорте указано, что показатель давления воды обязательно должен быть не менее 0,3 Мпа, или 30 м вод. ст., что явно больше указанных ранее в СТО, СНиП 3–5 м или даже 20 м вод. ст., указанных в СП 2012 года при отсутствии паспорта на сантехнический прибор.
Кстати, действующий сейчас ГОСТ 19681-2016 упоминает в примечании, что расходы воды при рабочем давлении 0,3 МПа являются справочными и используются при сравнении отечественной арматуры с зарубежными образцами. Но о расходах поговорим далее.
Обратимся к «советским» смесителям по ГОСТу, их производства в России никто не отменял. Что пишут там?
Тут наконец-то упоминается термин «рабочее давление 0,05 Мпа», то есть те же 5 м. вод. ст., но вот расход составляет всего 0,07 л/с.
Требования наших норм говорит нам, что общий секундный расход на излив с аэратором равен 0,12 л/с для умывальников, рукомойников со смесителями, в том числе из него по 0,09 л/с на холодную и столько же на горячую воду.
Значит, этого «минимального рабочего» давления, если обратиться к действующему нормативу, мало, так как недостаточно расхода. Да и по старому СНиПу этого расхода тоже не хватает, хотя свободный напор ранее принимался равным 5 м, а то и меньше.
Вопрос: где оптимальное давление на прибор?
Обратимся к пропорции:
Можем ли мы утверждать, что именно 0,086 МПа на приборе в качестве свободного напора может нас обеспечить из этой водоразборной арматуры нормативным расходом в 0,12 л/с?
Судя по пропорции, можем, только зависимость данная не в пропорции, а в опытных данных. Многие органы экспертизы, да и сами проектировщики, не сильно задаваясь вопросами о предлагаемых данных, рассчитывают на понравившееся число из паспорта, как, например, на иностранную арматуру — 0,3МПа.
Недолго думая, можно предоставить паспорт, где написано значение не менее 0,3 МПа, но какой расход дает арматура при этом напоре, нам никто не ответит. Нам не нужен такой расход, скорее всего он будет завышенным. О каком энергосбережении может идти речь, если уже на уровне проекта идет явное завышение напора и за ним завышение расхода на прибор. Этим действием завышается потребляемая мощность электричества, увеличивается расход питьевой воды.
Понятие «рабочее давление» находим в ГОСТе на арматуру.
Аналогично там же находится объяснение, что арматура должна обеспечивать расходы, как в таблице 1.2.
Таблица 1.2. Расходы арматуры по ГОСТ 19681-2016
Тип арматуры
Расход воды, л/с
При минимальном рабочем давлении 0,05 МПа, не менее
При рабочем давлении 0,3 МПа, не менее
Краны для умывальников, рукомойников, раковин и писсуаров
0,07
0,2
Смесители для моек, умывальников, рукомойников и биде
Смесители для ванн (в т.ч. общие для ванны и умывальника):— на излив— на душевую сетку
0,120,08
0,330,2
Смесители для душа
0,08
0,2
Лабораторные водоразборные колонки
0,15
0,37
Лабораторные смесители
0,07
0,2
Примечание. Расходы воды при рабочем давлении 0,3 МПа являются справочными и используются при сравнении отечественной арматуры с зарубежными образцами.
Список арматуры не такой многовариантный, как в методическом пособии, см. таблицу 1.3.
Таблица 1.3.Расчетные расходы воды и стоков для санитарно-технических приборов (выкопировка из методики расчета по СП 30.13330.2016)
Санитарно-технические приборы
Секундный расход воды, л/с
Расход стоков от прибора, л/с
общий
холодной
горячей
Краны холодной воды для:
умывальников, рукомойников, раковин
0,1
0,1
—
0,2
писсуаров
0,2
0,2
—
0,2
писсуаров с автоматическим краном
0,035
0,035
—
0,2
Смесители с аэратором для:
умывальников, рукомойников, раковин
0,12
0,09
0,09
1
моек
0,12
0,09
0,09
1
биде
0,08
0,05
0,05
0,2
Смесители для ванн (в т. ч. общие для ванны и умывальника)
на излив
0,25
0,18
0,18
1,1
на излив с аэратором
0,12
0,09
0,09
1,1
на душевую сетку
0,12
0,09
0,09
1
Смесители для ножных ванн
0,12
0,09
0,09
1
Сравниваем две таблицы. Например, у нас смеситель для ванны (в т. ч. общий для ванны и умывальника), нормативный расход по таблице 1.3. на излив с аэратором равен 0,12 л/с.
Такой расход, судя по таблице 1.2, может обеспечить арматура по ГОСТу с напором в 5 метров — не меньше и не больше. А вот на душевую сетку уже не обеспечит, так как нам нужен расход 0,12 л/с, а при напоре в 0,05 МПа мы можем получить только 0,08 л/с. Увеличим напор до 7,5 м и получим требуемый нормами расход. Только вот в методическом пособии на СП 30.13330.2016 вспоминаем, есть примечание — напор не менее 10 м.
Далее, сравнив краны на писсуары, получим неприятную правду: нормативный расход в 0,2 л/с мы можем получить только путем давления на него в 0,3 МПа.
Резюмирую небольшой экскурс в нормативную базу со всеми вытекающими последствиями.
Первое, что касается наших строительных норм. Да, сейчас СП на внутренние сети водоснабжения и водоотведения значительно преобразовались, улучшились и дополнились важной информацией. Но есть, как я считаю лично, одно серьезное упущение — это колонка с нормативными свободными напорами на каждую водоразборную арматуру. Это можно прописать более логично. Например, при использовании арматуры по ГОСТ 19681-2016 напоры следующие, при применении другой арматуры пользуйтесь паспортными данными.
Второе, большой разброс в данных и нет четкого определения в паспортах на арматуру. Такие термины, как «минимальное рабочее давление», «показатель давления воды», «оптимальное давление воды», это тонкости перевода и непонимание того, что требуется проектировщику. Однозначно, что не со всеми данными в паспортах можно работать.
Третье, к сожалению, использование свободного напора менее 10 м в СП 30.13330.2016 уже запрещено (согласно методическому пособию). Это порой чревато установкой дополнительных повышающих насосов, так как наружная сеть может не обеспечить требуемого давления. Отсюда лишние затраты, обслуживание, эксплуатация оборудования и арматуры. Опять же возвращаемся к теме энерго- и ресурсосбережения.
Это сугубо мое личное мнение, которое базируется на упрощении работы не только проектировщикам.
Хотелось бы порекомендовать в будущем разработчикам строительных норм внимательнее отнестись к данному вопросу. Ведь, что касается свободных напоров для систем внутреннего противопожарного водопровода, эта тема раскрыта предельно понятно для проектировщиков. Есть четкая зависимость от длины рукава, диаметра самого крана, высоты компактной струи и т. д. Когда же мы пытаемся рассчитать свободный напор на куда более понятный и безобидный сантехнический прибор, у проектировщиков возникают тысячи вопросов. Многие берут данные «из головы», «по опыту», «кажется, так я уже делал, и все было успешно», «если что, эксперт исправит», но это все заблуждения.
Литература
О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию (с изменениями на 13 декабря 2017 года) (редакция, действующая с 1 января 2018 года)/ Постановление Правительства РФ № 87. — Российская газета, № 41, 27.02.2008. Собрание законодательства Российской Федерации, № 8, 25.02.2008, ст. 744.
О внесении изменений в Постановление Правительства Российской Федерации от 26 декабря 2014 года № 1521/ Постановление Правительства РФ № 1033. Собрание законодательства Российской Федерации, № 40, 05.10.2015, ст. 5568. Официальный интернет-портал правовой информации www.pravo.gov.ru, 01.10.2015, № 0001201510010008.
Об утверждении перечня документов в области стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона от 30 декабря 2009 года № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» (с изменениями на 24 августа 2017 года)/ Приказ Росстандарта № 365. Информационный бюллетень «Нормирование, стандартизация и сертификация в строительстве», № 3, 2015 год. Вестник технического регулирования, № 4, апрель 2015 года. Вестник Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии, № 5, 2015 год.
Строительные нормы и правила: СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий»/ Подготовлены к утверждению Главтехнормированием Госстроя СССР (Госстроя СССР) — Б. В. Тамбовцев, В. А. Глухарев.
Строительные правила.
Стандарт организации: СТО 02494733 5.2-01-2006 «Внутренний водопровод и канализация зданий»/ Утвержден и введен в действие Приказом ФГУП «СантехНИИпроект» от 23 августа 2006 г. № 14.
Для обоснования необходимости замены диаметров полиэтиленовых труб на больший предложено предварительно производить определение их гидравлического потенциала по разработанной методике.
Ключевые слова: пропускная способность труб, полиэтилен, гидравлический потенциал.
Гидравлический потенциал трубопровода (труб) — это оценочный эксплуатационный критерий, характеризуемый совокупностью значений: расхода q, л/с, (при заданном давлении PN, МПа), скорости потока V, м/с, и потерь напора на трение по длине i, м/м, в трубопроводе конкретного диаметра и вида материала труб [1]. Значение величин трех характеристик гидравлического потенциала (q, V и i) при заданном давлении позволяет эксплуатирующим организациям — «Водоканалам» принимать обоснованное решение о возможности подключений новых потребителей к действующим водопроводным линиям, а также обосновывать очередность проведения капитального ремонта участков городского водопровода и разрабатывать планы диверсификации (перераспределения) подачи конкретных объемов воды потребителям с учетом фактических значений величин гидравлических характеристик трубопровода [2].
Увеличить пропускную способность водопровода конкретного диаметра можно только за счет изменения его гидравлических характеристик: диаметра труб, скорости потока и потерь напора по длине, т. е. за счет изменения гидравлического потенциала труб.
Изменение гидравлического потенциала полиэтиленовых труб, выпускаемых по ГОСТ 18599-2001, методом напорной экструзии возможно за счет:
использования модифицированного полиэтилена нового поколения, обеспечивающего при меньшей толщине стенки неизменное значение давления PN, МПа при одном и том же показателе SDR;
изменения толщины стенки трубы за счет совершенствования технологии производства;
изменения наружного диаметра труб на один типоразмер больший по сортаменту (изменение значения характеристики SDR);
снижения значения величины параметра шероховатости внутренней поверхности труб Ra — среднеарифметического отклонения профиля от средней линии, влияющего на величину потерь напора по длине [1].
На практике можно услышать такое выражение: гидравлический потенциал участка водопровода исчерпан, поэтому подключение к нему новых потребителей невозможно.
Что в этом случае должен сделать «Водоканал»? Естественно, перекладывать сеть на увеличенный диаметр при наличии имеющихся резервов воды.
Рассмотрим конкретный пример, характеризующий подобную ситуацию, и проведем соответствующий анализ. Проектом предусмотрена замена участка водопроводной сети из полиэтиленовых труб диаметром 225 мм, SDR 17, PN 10, длиной 100 п. м, подающего расход q = 40,0 л/с на трубы из полиэтилена 100 диаметром 315 мм, SDR 17 с целью увеличения объема воды, подаваемой потребителям при эффективных затратах электроэнергии на эксплуатацию. В табл. 1 для сравнения приведены технические характеристики труб до и после замены этого участка водопровода.
Технические характеристики труб Таблица 1.
Материал труб
Номинальный наружный диаметр труб, dн, мм
Номинальный внутренний диаметр труб, dвн, мм
Толщина стенки трубы, e, мм
до замены
после замены
до замены
после замены
до замены
после замены
Полиэтилен 100по ГОСТ 18599-2001
225,0
315,0
198,2
277,6
13,4
18,7
Анализ данных в табл. 1 показывает, что за счет изменения диаметра труб dн и толщины стенки e изменяется внутренний диаметр dвн на 28,6%, или в 1,4 раза. Учет значений величин технологических допусков на наружный диаметр труб и толщину их стенки по ГОСТ 18599-2001 влияет на точность проведения гидравлических расчетов [3].
Однако для упрощения расчетов в рассматриваемом примере влияние значений величин технологических допусков учитываться не будет.
В табл. 2 приведены расчетные данные по гидравлическому потенциалу рассматриваемых труб. Данные подсчитаны по нормативной зависимости [4].
Гидравлический потенциал труб Таблица 2.
Внутренний диаметр труб, dвн, мм
Расходq, м3/с
Скорость потока V, м/с
Гидравлический потенциал труб
коэффициент гидравлического сопротивленияλ*
удельные потери напора, 1000 i, мм/м
198,2
0,040
1,30
0,0149
6,47
277,6
0,067
1,11
0,0156
3,53
*значение λ используется при подсчете потерь напора по длине [4].
Представленные в табл. 2 данные показывают следующее.
При изменении диаметра с dвн = 0,1982 м до dвн = 0,2776 м изменяется:
— скорость потока с V = 1,30 м/с до V = 1,11 м/с: V = 1,30 м/с > V = 1,11 м/с на 14,6%, или в 1,17 раза;
— удельные потери напора: 1000 i = 6,47 мм/м >1000 i = 3,53 мм/м на 45,44%, или в 1,83 раза.
Следовательно, увеличивается подаваемый расход с q= 0,040 м3/с до q= 0,067 м3/с:
q= 0,040 м3/с < q= 0,067 м3/с на 40,3% или в 1,68 раза.
Сравнение фактических потерь напора на рассматриваемом участке сети длиной 100 п. м показывает:
— до замены труб: h= i · ℓ = 0,00647 мм/м х 100 м = 0,647 м;
— после замены труб: h= i · ℓ = 0,00353 мм/м х 100 м = 0,353 м.
То есть фактические потери напора по длине рассматриваемого участка также снижаются с h = 0,647 м до h = 0,353 м на 45,44% или в 1,83 раза.
Рис. 1. Зависимость λ = f(Re) для ПЭ-труб двух диаметров
На рис. 1 приведен график зависимости значений коэффициента гидравлического сопротивления , определяемых согласно нормативным требованиям [4] от значений фактического числа Рейнольдса . Значения расчетных параметров для двух диаметров труб в примере подсчитаны при различных скоростях потока. В табл. 3 приведены расчетные данные для построения графика зависимости λ = f(Re).
Значения расчетных параметров при различных скоростях потока
Таблица 3.
Наружный диаметр труб по ГОСТ 18599-2001 — dн = 225 мм х 13,4 мм
Скорость потока, V, м/с
0,5
1,0
1,5
2,0
Фактическое число Рейнольдса
75 649
151 298
226 947
302 595
Коэффициент гидравлического сопротивления λ
0,0190
0,0169
0,0157
0,0153
Наружный диаметр труб по ГОСТ 18599-2001 — dн = 315 х 18,7 мм
Скорость потока, V, м/с
0,5
1,0
1,5
2,0
Фактическое число Рейнольдса
105 954
211 908
317 863
423 817
Коэффициент гидравлического сопротивления λ
0,0179
0,0157
0,0148
0,0142
υ* — коэффициент кинематической вязкости воды [6]. При t=10 ՞С – υ = 1,31· м2/с
Анализ значений расчетных параметров в табл. 3 (рис. 1) показывает, что при увеличении диаметра труб с dн = 225 мм на dн = 315 мм, при прочих равных условиях, изменяются значения величин коэффициента гидравлического сопротивления λ и, в конечном итоге, значения величин потерь напора по длине, определяемые по формуле Дарси-Вейсбаха:
где:
ℓ — длина участка, на котором производят замену труб, м;
V — скорость потока, м/с;
— ускорение свободного падения, м2/с;
dвн — внутренний диаметр труб, м.
Замена труб на больший диаметр приводит к изменению энергозатрат насоса, транспортирующего воду по рассматриваемому участку.
Энергозатраты насоса на рассматриваемом участке для двух вариантов установленных труб рассчитываются по формуле [5]:
где:
i — удельные потери напора на трение по длине участка, мм/м;
dвн — внутренний диаметр труб (до замены и после), м;
V — скорость потока, м/с;
η — КПД насосной установки, принимаем η = 0,7.
Энергозатраты насоса до и после изменения диаметра труб составят (табл. 4):
Рассчитанные данные по энергозатратам Таблица 4.
Внутренний диаметр трубdвн, мм
Гидравлические и энергетические характеристики труб
расходq, л/с
скорость потокаV, м/с
удельные потери напора 1000 i, мм/м
энергозатраты насоса Nдв, кВт/ч
до замены
198,2
40,0
1,30
6,47
38,00
после замены
277,6
67,0
1,11
3,53
34,72
То есть при эксплуатации замененного участка сети длиной 100 п. м с увеличенным диаметром экономия энергозатрат насоса составит в год:
При средней стоимости за 1 кВт/ч электроэнергии для «Водоканалов» по стране — примерно 5,0 руб/1 кВт/ч, годовая эффективность, полученная за счет изменения гидравлического потенциала труб на участке в 100 п. м, составит:
28 732,8 кВт/ч/год х 5,0 руб/1 кВт/ч = 143 664 руб/год, а на одном километре, соответственно — 1 436 640 руб/год.
Если учесть, что по стране эксплуатируются десятки тысяч километров водопроводных сетей из напорных полиэтиленовых труб, то получаемый эффект от изменения гидравлического потенциала труб трудно переоценить.
Таким образом, изменение гидравлического потенциала труб напорных из полиэтилена обеспечивает:
— снижение скоростных режимов в трубопроводе за счет увеличения диаметров внутренней поверхности труб;
— увеличение пропускной способности участков сети;
— уменьшение потерь напора на сопротивление по длине;
— снижение энергозатрат насосов, транспортирующих воду по трубам с измененным гидравлическим потенциалом.
Вывод
Всем организациям в стране, эксплуатирующим полиэтиленовые трубопроводы, при необходимости увеличения их пропускной способности рекомендуется для обоснования необходимости увеличения диаметров сети производить определение гидравлического потенциала труб по приведенной выше методике.
Литература
Продоус О. А. Таблицы для гидравлического расчета труб напорных из полиэтилена. Справочное пособие. Издание 3-е — дополненное. // СПб: «Свое издательство», 2017. — 240 с. ил.
Продоус О. А. Что дает учет гидравлического потенциала водопроводной сети города? // Журнал «Строитель», № 4 (66), 2008. — С. 110–112.
Продоус О. А., Терехов Л. Д. Сравнительная оценка величин потерь напора для обоснования выбора материала труб из разных полимерных материалов. //Журнал «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение», 2018/9 (129). — С. 38–42.
СП 40-102-2000. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования. // М.: 2001. http://docs.cntd.ru/document/1200007490
Продоус О. А. Об энергопотреблении насосов в трубопроводах из полимерных материалов. // Журнал «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение», 2017/12 (120). — С. 36–38.
В августе 2018 года были закончены пусконаладочные работы и сдана заказчику система реверсивной струйной вентиляции четырехэтажной подземной автостоянки в НКЦ Казани. На рис. 1 показано объемно-планировочное решение объекта.
