И. В. Горюнов, руководитель проекта «Умная вода», Компания «Элита» В. А. Горюнов, доцент кафедры «Теплотехника и гидравлика» Волгоградского государственного технического университета И. О. Шестов, инженер-проектировщик ВК и ОВ ООО «Нексен»
Необходимость применения новых методик расчета систем водопровода горячей воды из СП 30.13330.2016 вызывает много вопросов. Расчет по старым методикам, принятым в условиях в основном типового строительства, основывался на использовании большого числа осредненных коэффициентов. В настоящее время в условиях разнообразия проектных решений расчет систем водоснабжения по старым методикам приводит во многих случаях к существенным погрешностям.
В этой статье подробно изложена новая методика расчета режима циркуляции горячей воды и проведен сравнительный анализ результатов расчета, полученных по новой и по старой методикам.
Суть методики изложена на примере расчета системы внутреннего водопровода горячей воды 12-этажного жилого здания со встроенными помещениями, расположенными на первом этаже. В каждой из 330 квартир установлено по три санитарно-технических прибора и проживает в среднем два человека.
Сеть водопровода горячей воды выполнена из полипропиленовых труб, армированных стекловолокном (SDR6, ГОСТ 32415-2013). Диаметр трубопроводов подобран таким образом, чтобы максимальная скорость воды на каждом участке не превышала 1 м/с. Трубопроводы имеют тепловую изоляцию из вспененного полиэтилена (толщина 13 мм, = 0,033 Вт/(м2×℃). В ванных комнатах установлены водяные М-образные полотенцесушители (500×500 мм, DN25, 105 Вт).
Аксонометрическая схема сети трубопроводов представлена на рис. 1.
Рис. 1. Аксонометрическая схема сети (схема № 30)
Данные для анализа были получены следующим образом.
Рассматривались схемы от простейшей — схема № 1 (с одним стояком и соответствующим циркуляционным кольцом, рис. 2, схема № 1) до полной — схема № 30 (с 30 стояками и соответствующими циркуляционными кольцами, рис. 1). Схемы были получены путем последовательного увеличения количества стояков (так, например, в схеме № 15 — 15 стояков и соответствующие циркуляционные кольца).
Для каждой из 30 схем были рассчитаны следующие данные:
— хозяйственно-питьевой расход горячей воды (максимальный секундный расход);
— общий циркуляционный расход горячей воды;
— величина циркуляционного расхода относительно хозяйственно-питьевого;
— температура горячей воды в режиме циркуляции;
— циркуляционный расход для каждого циркуляционного кольца;
— потери напора в режиме циркуляции.
Расчет данных производился с использованием программы «УМНАЯ ВОДА» [2, 3], предназначенной для проектирования систем внутреннего водопровода. Расчеты велись для каждого участка сети по следующим формулам:
— максимальный секундный расход горячей воды (хозяйственно-питьевой расход) , где — секундный расход горячей воды санитарно-техническими приборами; — коэффициент, определяемый в зависимости от общего числа санитарно-технических приборов и вероятности их действия согласно [4];
— тепловые потери где — линейный коэффициент теплопередачи; — температура воды; — температура воздуха; — длина участка трубопровода;
— линейный коэффициент теплопередачи где — термическое сопротивление трубопровода; — термическое сопротивление изоляции; — термическое сопротивление наружного слоя;
— термическое сопротивление трубопровода где — коэффициент теплопроводности трубопровода; — наружный диаметр трубопровода; — внутренний диаметр трубопровода;
— термическое сопротивление изоляции где — коэффициент теплопроводности изоляции; — наружный диаметр изоляции; — внутренний диаметр изоляции;
— термическое сопротивление наружного слоя где — наружный диаметр покровного слоя; — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности покровного слоя;
— циркуляционный расход горячей воды где — тепловые потери в подающих трубопроводах и полотенцесушителях; — плотность воды; — теплоемкость воды; — температура горячей воды на выходе из теплового пункта; — температура горячей воды в местах водоразбора;
— температура горячей воды на выходе из участка трубопровода (системы водопровода) , где — расчетный расход на участке трубопровода (системы водопровода); — тепловые потери участка трубопровода (системы водопровода); — начальная температура воды;
— температура суммарного потока воды , где температура воды первого потока; расход первого потока; температура воды второго потока; расход второго потока;
— сумма потерь напора по длине , где — коэффициент гидравлического трения; l — длина участка трубопровода; — скорость движения воды; — внутренний диаметр трубопровода; — ускорение свободного падения;
— сумма потерь напора в местных сопротивлениях где — коэффициент местного сопротивления; — скорость движения воды за местным сопротивлением; — ускорение свободного падения.
Для простейшей схемы, состоящей из одного циркуляционного кольца (рис. 2, схема № 1), имеем:
— хозяйственно-питьевой расход горячей воды, = 0,5 л/с;
— тепловые потери равны, = 2029 Вт;
— циркуляционный расход горячей воды, = 0,099 л/с.
Из расчетов следует, что величина циркуляционного расхода относительно хозяйственно-питьевого составляет 20%.
Для данной схемы все трубы имеют одинаковый наружный диаметр и толщину стенок (40×6,7 мм).
Рис. 2. Аксонометрические схемы № 1 и № 2
Для схемы, состоящей из двух циркуляционных колец (рис. 2, схема № 2), имеем:
— хозяйственно-питьевой расход горячей воды, = 0,69 л/с;
— тепловые потери равны, = 4097 Вт;
— циркуляционный расход горячей воды, = 0,199 л/с.
Из расчетов следует, что величина циркуляционного расхода относительно хозяйственно-питьевого составляет 29%.
Для данной схемы диаметр первого участка подающего трубопровода увеличился (50×8,3 мм), так как увеличился хозяйственно-питьевой расход горячей воды. С увеличением диаметра увеличились тепловые потери.
Аналогичным образом были проведены расчеты для всех схем.
Полученные данные представлены в виде графиков на рис. 3.
Рис. 3. Расчетные данные по расходам (для каждой из 30 схем)
Анализ данных показывает следующее:
— хозяйственно-питьевой расход горячей воды с увеличением числа стояков возрастает не пропорционально, а более медленными темпами. Так, например, в схеме с шестью стояками этот расход увеличился не в шесть, а примерно в два с половиной раза. Это связано с тем, что при увеличении числа потребителей уменьшается неравномерность потребления воды;
— циркуляционный расход горячей воды с увеличением числа стояков растет практически линейно. Например, в схеме с шестью стояками этот расход увеличился в 6,1 раза по сравнению с расходом в схеме с одним стояком. То есть циркуляционный расход растет опережающими темпами по сравнению с хозяйственно-питьевым расходом. Это связано с увеличением диаметров труб и увеличением тепловых потерь. Например, в схеме с 30 стояками диаметр первого участка подающего трубопровода — 110×18,3 мм;
— относительная величина циркуляционного расхода по сравнению с хозяйственно-питьевым расходом по мере усложнения схемы увеличивается (в нашем случае от 20% в схеме с одним стояком до 92% в схеме с 30 стояками).
На рис. 4 показаны расчетные значения температур на входе в каждый стояк (верхняя кривая). По мере удаления от теплового пункта (ИТП) температура горячей воды снижается за счет увеличения длины трубопроводов и, как следствие, увеличения тепловых потерь. Для того чтобы у потребителя (в местах водоразбора) температура воды была не ниже нормативной (60 ℃) (средняя кривая на рис. 4), необходимо в каждом из циркуляционных колец обеспечить свой расчетный циркуляционный расход (нижняя кривая на рис. 4).
Рис. 4. Расчетные данные по температуре и циркуляционному расходу для схемы из 30 стояков (для каждого циркуляционного кольца)
Из анализа требуемых циркуляционных расходов (нижняя кривая на рис. 4) следует, что циркуляционный расход распределяется неравномерно по 30 различным циркуляционным кольцам, причем величина циркуляционного расхода для каждого циркуляционного кольца, по мере удаления от теплового пункта, возрастает не по линейной зависимости, а опережающими темпами.
Так, при общем циркуляционном расходе (для схемы № 30), равном 3,186 л/с (см. рис. 3), средняя величина циркуляционного расхода для одного циркуляционного кольца равна примерно 0,1 л/с, а для диктующего циркуляционного кольца требуется расход, равный 0,15 л/с, то есть на 50% больше.
Дальнейшее увеличение числа циркуляционных колец приводит к еще большему расхождению между средним и требуемым циркуляционным расходом для диктующего циркуляционного кольца. При проектировании систем горячего водоснабжения этот фактор должен быть обязательно учтен. В противном случае циркуляционный насос может быть выбран неверно.
При равномерном распределении общего циркуляционного расхода по различным циркуляционным кольцам не будет обеспечиваться минимальная нормативная температура у потребителя (60 ℃). На рисунке 5 (верхняя кривая) показаны расчетные значения температур у потребителя при равномерном распределении расчетной величины общего циркуляционного расхода. Для схемы, состоящей из 30 стояков (схема №30) в каждое циркуляционное кольцо поступает расход 0,11 л/с, т.к. общий циркуляционный расход равен 3,186 л/с. Из анализа графика видно, что в циркуляционных кольцах ближних к ИТП (1 – 7 кольца) температура горячей воды равна 61 ℃, а в дальних циркуляционных кольцах (27 – 30 кольца) температура горячей воды равна 58 ℃, что ниже минимального нормативного значения на 2 ℃.
При равномерном распределении циркуляционного расхода, который рассчитан как 30 % от хозяйственно-питьевого температура будет значительно ниже. На рисунке 5 (нижняя кривая) показана температура у потребителя при распределении циркуляционного расхода равного 1,038 л/с. В данном случае через каждое циркуляционное кольцо проходит расход равный 0,035 л/с. Анализ графика показывает, что в температура горячей воды находится в диапазоне от 45 ℃ (дальние кольца) до 52 ℃ (ближние кольца), что соответственно на 8 ℃ и 15 ℃ ниже нормативной.
Рис. 5. Расчётные данные по температуре для схемы из 30 стояков (для каждого циркуляционного кольца) при равномерном распределении циркуляционного расхода
Второй фактор, который должен быть учтен при проектировании, заключается в том, что при увеличении циркуляционных расходов возрастают потери напора. Наибольшее увеличение циркуляционного расхода происходит в диктующем циркуляционном кольце, в котором и при равномерном распределении циркуляционного расхода потери максимальные. Поэтому этот фактор является определяющим.
Местные потери напора часто принимаются как 30 % от линейных (по длине) потерь напора. Но эти две составляющие общих потерь напора не связанны друг с другом. Помимо скорости движения воды, линейные потери зависят от длины и шероховатости материала труб, а местные потери напора зависят от количества местных сопротивлений на участках трубопроводов.
Рассмотрим для примера, местные потери напора в одном отводе, соединяющем два участка трубопровода длиной по 0,5 метра каждый. Если трубы изготовлены из полипропилена, линейные потри напора равны 0,0513 м (при внутреннем диаметре труб 26,6 мм), а если из стали – 0,132 м (при внутреннем диаметре труб 27,1 мм). Местные потери напора в одном отводе из полипропилена равны 0,0171 м, а в отводе из стали – 0,0273 м. Отношения местных потерь напора к линейным будут соответственно равны 17 % и 10 %. Т.е. эта величина не постоянна, а зависит от конкретной схемы сети трубопроводов.
На рис. 6 представлены расчетные данные по общему циркуляционному расходу и потерям напора в диктующем циркуляционном кольце (циркуляционном кольце с наибольшими гидравлическими потерями) для каждой из схем. Расчет производился для всех схем по старой (верхняя кривая) и по новой (нижняя кривая) методикам. Сравнение общих циркуляционных расходов и потерь напоров показывает существенную разницу между полученными величинами. Например, для схемы № 30 (30 стояков с соответствующим циркуляционным кольцом) значения циркуляционного расхода отличается более чем в 3 раза, а значения по потерям напора отличаются более чем на 30%.
Такая погрешность не может не учитываться при выборе циркуляционного насоса.
Рис. 6. Общий циркуляционный расход и потери напора в диктующем циркуляционном кольце (в различных схемах)
Таким образом, сравнительный анализ показал, что расчетные данные, полученные по старым методикам, и данные, полученные по новой методике, имеют существенные расхождения (погрешность), которые не могут быть допустимы при инженерных расчетах. Причем по мере возрастания сложности объекта (увеличения суммарной длины всех трубопроводов, увеличения количества стояков, увеличения числа водопотребителей и пр.) эта погрешность увеличивается. Проектировщику для корректного (правильного) выбора оборудования необходимо исключить все эти погрешности путем применения новой методики расчета режима циркуляции горячей воды.
Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие выводы:
1) величина циркуляционного расхода горячей воды не зависит от величины хозяйственно-питьевого расхода;
2) циркуляционный расход горячей воды не корректно определять как долю от хозяйственно-питьевого расхода;
3) циркуляционный расход горячей воды растет опережающими темпами по сравнению с хозяйственно-питьевым расходом;
4) относительная величина циркуляционного расхода по сравнению с хозяйственно-питьевым расходом увеличивается по мере увеличения сети водопровода горячей воды.
5) для поддержания необходимой нормативной температуры воды необходимо обеспечить требуемый циркуляционный расход горячей воды для каждого циркуляционного кольца;
6) величина циркуляционного расхода для одного циркуляционного кольца возрастает по мере удаления от теплового пункта;
7) необходимо учитывать дополнительные потери напора, возникающие в связи с корректировкой циркуляционного расхода горячей воды (при распределении циркуляционного расхода по различным циркуляционным кольцам).
Литература
1. Горюнов И. В. Обоснование новых методик расчета систем горячего водоснабжения / И. В. Горюнов, И. О. Шестов, В. А. Горюнов, Е. А. Федянов // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. Научно-технический журнал. № 4 (21). Декабрь, 2017. С. 28–30.
2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016662937 «Умная Вода» — программа для проектирования систем внутреннего водопровода и канализации зданий. — 25.11.2016.
3. УМНАЯ ВОДА — программа для проектирования систем внутреннего водопровода и канализации зданий [Электронный ресурс]. — Режим доступа: URL: http:// www.smartwater.su (дата обращения 22.11.17 г.).
4. СП 30.13330.2016 «СНиП 2.04.01-85* Внутренний трубопровод и канализация зданий».
Е. Е. Сажин, заместитель генерального директора ООО «УК Взлет»
Россия обладает огромными ресурсами пресной воды. О наших полноводных реках слагают песни, их широта и могущество поражают воображение. Байкал, Ладога, Онега… Можно говорить об этом долго, но нас интересует вот какой момент: вода на большей части территории нашей страны, к сожалению, не воспринимается всерьез как стратегический ресурс, к которому нужно относиться бережно и ответственно, в отличие от нефти, газа, электроэнергии, теплоты. Поэтому для большей части населения текущий кран или унитаз воспринимается как досадная неприятность — капает и мешает спать, раковина ржавой становится. Постоянно появляются публикации о загрязнении рек промышленными предприятиями, крупнейшее озеро Байкал под угрозой экологической катастрофы. Это тоже отношение к воде как ресурсу.
Вышесказанное распространяется и на отношение к организациям, которые осуществляют снабжение населения и предприятий водой. О них мало рассказывают в СМИ, их проблемами интересуются далеко не в первую очередь и чаще всего тогда, когда эти проблемы обостряются из-за природных катаклизмов. По закону злостному неплательщику нельзя отключить холодную воду — считается, что без воды жить нельзя (что правда). Но при этом счета за питьевую воду вызывают ярко выраженную негативную реакцию, многие даже не понимают, почему за воду из-под крана надо платить. Более того, по числу и разнообразию способов «экономии» с помощью фальсификаций учет холодной воды уверенно занимает лидирующее положение.
В результате предприятия водоканалов, обделенные вниманием местных властей и прессы, не имеющие в арсенале действительно работающих внесудебных механизмов наказания неплательщиков, вынуждены бороться с «экономией» потребителей и постоянно сводить концы с концами, надеясь только на запас прочности труб и оборудования, многое из которого является ровесником ВАЗов первых выпусков, а некоторое и того старше. Понятно, что с точки зрения инвестиционной привлекательности предприятия водоканалов не могут находиться в лидерах, и это при том, что поставляемый товар (вода) является средством первой необходимости. Системная проблема, связанная с существенным небалансом поставленного ресурса и оплаченного, прогоняет самого отчаянного инвестора.
Сведение баланса для предприятий водоканалов осложняется тем, о чем мы говорили в начале публикации, — из-за отношения к холодной воде как к ресурсу, которого «много, а после дождя еще больше». Поэтому главный инструмент сведения балансов — приборный учет — организуется очень вяло и, чаще всего, для «галочки». Основной вид преобразователей расхода, используемых в водоучете, — механические счетчики различных типов. Эти приборы обладают замечательными свойствами: простота, автономность и, главное, дешевизна — зачем использовать что-то сложное и дорогое для учета несерьезного ресурса?
Если все убытки будут покрываться за счет бюджета регионов, то можно использовать простейшие приборы. А вот если необходимо организовать эффективную структуру, обеспечивающую снабжение ресурсом в полном объеме, бесперебойно и приносящую прибыль без вливания бюджетных средств, то использовать простые механические водосчетчики можно только очень аккуратно. И вот по какой причине: их достоинства идут из способа измерений, при котором поток воды вызывает вращение крыльчатки (или турбины), скорость вращения которой зависит от скорости потока. А поскольку в приборе есть движущиеся части, мы получаем зависимость качества измерений от качества производства и сборки опор, их износа и загрязнения. Как следствие, механические водосчетчики очень плохо работают, если скорость потока мала и сообщаемого момента недостаточно для преодоления трения в опорах. Исследования показывают, что даже абсолютно новые, дорогие домовые приборы диаметром 65 или 80 мм ночью не чувствуют, если в квартире открыт кран. Более дешевые изделия способны пропустить коммунальную аварию. Потери могут доходить до 500 кубометров в год на одном объекте.
Еще один важный момент: «букет» возможностей, который предоставляют желающим «сэкономить» механические водосчетчики. Достаточно затруднить или остановить вращение крыльчатки любым доступным способом (магнит, посторонний предмет в трубе). Эти приборы не имеют собственного архива измерений, и все манипуляции будут скрыты от поставщиков ресурса — ему будет предъявляться разница показаний в начале и в конце отчетного периода. Потери водоканалов в этом случае ограничиваются только совестью потребителей.
При таком учете обслуживаемое поселение превращается в подобие черной дыры, куда бесследно исчезают поставленные кубометры воды. Водоканалы вынуждены компенсировать свои потери либо за счет потребителей без приборов учета, либо за счет повышения тарифов и бюджетных субсидий. Оба пути дают ограниченный по времени эффект: бесприборники устанавливают водосчетчик (с магнитом в комплекте), а увеличение тарифов не поощряется федеральной властью. Коренным образом проблема не решается.
Наша компания сотрудничает с водоканалами очень давно, фактически первый заказчик и был Ленинградский водоканал. Поэтому о проблемах самых главных поставщиков коммунальных ресурсов мы знаем очень хорошо. Перед нами стояла задача обеспечить предприятия водоканалов современным измерительным оборудованием, обеспечивающим качественное сведение балансов за счет высоких метрологических характеристик и сохранившим в себе достоинства механических водосчетчиков: автономность, простота и дешевизна. Все это стало возможным с развитием цифровой техники, за счет низкого энергопотребления позволяющей обеспечить работу ультразвуковых расходомеров от встроенной батареи в течение межповерочного интервала.
Этот подход реализован в новом расходомере ВЗЛЕТ МР, исполнение УРСВ-310. Корпус прибора выполнен из высокотехнологичного, прочного пластика, позволяющего максимально удешевить прибор без потери качества. Настройки на объекте прибор не требует. Таким образом, обеспечена автономность, простота и дешевизна. Были проведены длительные исследования, в результате которых были определены оптимальные характеристики местного сужения проточной части, обеспечивающие измерения в широком диапазоне с допустимой погрешностью и с минимальными потерями напора. Так, прибор с номинальным диаметром 80 мм в состоянии обеспечить достоверный учет расхода воды через протекающий унитаз. Никаких движущихся частей, устойчивость к загрязнениям и, главное, полная индифферентность к магнитам — любителей магнитной экономии ждет разочарование. А встроенный архив разочарует и любителей других способов манипуляций.
Для эффективной работы водоканалов важно не только сведение балансов по организации в целом, но и информация о балансах по районам, микрорайонам и кварталам. Таким образом, выявляются проблемные места, абоненты с высоким потенциалом увеличения потребления, высвечиваются потребители, получающие ресурс незаконно. Такая информация появляется при организации учета у всех абонентов, в распределительных узлах, с подключением всех узлов учета к системе удаленного сбора и анализа данных, например, ВЗЛЕТ СП 4.0. Механические счетчики требуют дополнительного оборудования для считывания показаний и передачи данных. Современный УРСВ-310 сразу готов к подключению.
Водоканал — это не только снабжение водой, но и водоотведение. И учет расхода сточных вод является последним условием качественного сведения балансов и создания условий эффективного функционирования организации. Мы об этом не забыли и предлагаем новый электромагнитный расходомер ВЗЛЕТ СК. Это прибор, поставляемый в комплекте с устройством перевода безнапорного потока в напорный. Прибор способен работать в затапливаемых канализационных колодцах, малочувствителен к составу жидкости. Сохраняя все достоинства хорошо проверенного электромагнитного расходомера, мы обеспечиваем измерения расхода сточных вод с высокой точностью и в широком диапазоне.
Пора впустить достижения ХХI века в самую старую коммунальную сферу — водоснабжение — и вывести ее на новый уровень.
А. Е. Давыдова, технический консультант, компания ООО «Вирбель» (Интерма)
Добрый день, уважаемый читатель! Для каждого номера мы выбираем одну из наиболее актуальных тем, касающихся проектирования, эксплуатации или монтажа внутренних инженерных систем, и ищем ответы на вопросы вместе с вами. Для этого номера мы выбрали тему «Как защититься от затопления и как правильно должна быть смонтирована система канализации».
Главной задачей канализационных затворов является предотвращение затопления подвальных помещений и сантехнических приборов при засорах или переполнении наружных сетей. В зависимости от назначения, предъявляемых требований и места применения компания HL Hutterer & Lechner GmbH выпускает затворы следующих типов:
обратные канализационные клапаны,
механические канализационные затворы,
канализационные затворы с электроприводом.
А теперь давайте рассмотрим, в каких случаях и где применяются все эти затворы.
HL4 Обратный клапан
Обратные канализационные клапаны применяются для локальной защиты от подтопления одного или нескольких сантехнических приборов.
Так, например, для защиты раковины, умывальника, душевой кабины, ванной могут применяться устройства HL4, HL70, HL77, HL680, HL681; для защиты стиральной/посудомоечной машины — HL3, HL400, HL404.1; комплекты HL4000.0 + HL4000.1, HL4000.0 + HL4000.2, для защиты унитаза — HL703.
HL4 представляет собой обратный клапан, внутри корпуса которого находится «шар-поплавок». При подпоре «шар-поплавок» плотно прижимается к уплотнительному кольцу на внутренней стенке клапана и не пропускает через себя стоки. Следует отметить, пропускная способность такого клапана составляет 1,36 л/сек., что позволяет объединить выпуски от нескольких сантехнических приборов, а его установка может быть как горизонтальной, так и вертикальной.
HL70, HL77, HL680, HL681 — все это сточные устройства/трапы с одним или двумя обратными клапанами. Они предназначены для отвода воды с уровня пола и предотвращения затопления подвальных и полуподвальных помещений.
HL703 — специальный патрубок для унитаза с обратным клапаном.
HL710.1 Механический канализационный затвор
Механические канализационные затворы имеют несколько областей применения.
Во-первых, в подвальном помещении на выпуске канализации из здания или в приямке на выпуске внутренней канализационной магистрали во внешнюю. В таких случаях устанавливаются однокамерные или двухкамерные канализационные затворы. Они выпускаются диаметрами 110, 125, 160 и 200 мм. К однокамерным относятся HL710, HL710.1, HL712, HL712.1, HL715, HL715.1, HL720, HL720.1, к двухкамерным — HL710.2, HL712.2, HL715.2, HL720.2.
В европейских нормах регламентируется применение однокамерных затворов на условно чистых стоках, а на фекальных стоках — только двухкамерных затворов. В российских нормативных документах такого разделения нет, поэтому могут применяться и однокамерные и двухкамерные канализационные затворы. Каждый затвор также можно использовать в качестве прочистки канализационной магистрали. Для этого в верхней части затвора имеется съемная крышка. В связи с тем, что заслонки канализационных затворов выполнены из нержавеющей стали, обеспечивается защита от проникновения грызунов по канализационным трубопроводам в здание (испытания лаборатории Медицинского университета г. Вены).
Во-вторых, для вертикального монтажа с возможностью ручной фиксации заслонки. Канализационный затвор имеет артикул — HL710.1V диаметром 110 мм, весит всего 2 кг, имеет заслонку из нержавеющей стали со встроенным поплавком.
В-третьих, для установки в смотровом колодце могут применяться HL710.0, HL712.0, HL715.0, HL720.0, соответственно диаметрами 110, 125, 160 и 200 мм.
HL710.2EPC Канализационный затвор с электроприводом
Канализационные затворы с электроприводом предназначены для работы в автоматическом режиме. Они входят в систему жизнеобеспечения здания, позволяя эффективно отводить канализационные стоки, и в то же время не допускают затопления здания сточными водами, подавая сигнал тревоги о засоре в наружной канализации даже при аварии в других системах (отсутствии электроснабжения здания). В отличие от механических, у затворов с электроприводом заслонки нормально открыты, т. е. канализационным стокам не создается дополнительного препятствия и, как следствие, меньше вероятность образования грязевого буртика и неплотного закрытия заслонки в случае возникновения обратного тока. Следует отметить, что шток электропривода давит на заслонку с усилием 500 Н (50 кг).
В комплект канализационного затвора с электроприводом входит собственно двухкамерный канализационный затвор, один клапан с электроприводом, второй — механический (с возможностью ручной фиксации в закрытом положении), электронный блок управления, индикации и сигнализации с соединительными кабелями и датчик уровня, встроенный в корпус клапана. Каждая камера имеет свой лючок, который можно использовать как для проверки состояния заслонок, так и в качестве прочистки в случае засора канализационной магистрали на участке от затвора до смотрового колодца. Канализационный затвор монтируется в подвале на выпуске из здания, а электронный блок вешается на стену в непосредственной близости от затвора (длина управляющего кабеля составляет 6 метров). Электронный блок подключается к сети 220 В через евророзетку (с заземлением). Электрическая мощность электропривода не более 300 Вт в режиме срабатывания. Электронный блок имеет переключатель, при помощи которого можно принудительно закрыть затвор. В случае возникновения обратного тока воды (при заполнении камеры затвора более 70% условного прохода) зонд подает сигнал в электронный блок, который включает световую и звуковую индикацию о том, что идет подтопление, и автоматически закрывает клапан. Если пропадает электропитание 220 В, то электронный блок переходит на работу от встроенного необслуживаемого аккумулятора, заряда которого хватает на 7 дней работы. Часть заряда аккумулятора уходит на работу системы автоматики. Каждые 20 секунд электроника затвора проверяет и обрабатывает данные о состоянии датчика, электропривода, контролирует заряд-разряд аккумулятора. При появлении напряжения в сети 220 В автоматика переходит на работу от сети и заряжает аккумулятор. Дополнительно, в электронном блоке имеются так называемые «сухие контакты», которые позволяют снять сигнал о состоянии канализационного затвора (открыт/закрыт) и передать его на пульт охраны или диспетчеризации. В заключение надо сказать, что канализационные затворы с электроприводом поставляются полностью комплектными и готовыми к работе без дополнительных настроек и регулировок.
Для проектировщиков компания HL разработала альбом типовых решений «Установка 2-камерного канализационного затвора из ABS марки HL710.2EPC Д = 100 мм и HL715.2EPC Д = 150 мм на канализационной магистрали и в приямке», разработанный ЗАО «Гипроздрав». Документ можно скачать с официального технического сайта компании — www.hlrus.com. Малая масса затвора (менее 7 кг) позволяет размещать его даже на подвесных магистралях — такой опыт был получен при реконструкции исторических зданий в центре Москвы.
Применение канализационных затворов с электроприводом регламентируют нормативные документы, причем с января 2013 года эти требования ужесточились. Так, до 2013 года действовал СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий», в п. 17.27 которого имелось примечание: «Допускается установка задвижки с ручным приводом при условии круглосуточного пребывания обслуживающего персонала». С июня 2017 года вместо СНиП 2.04.01-85* вышел СП 30.13330.2016, и в п. 8.3.26 уже говорится: «Санитарно-технические приборы, борта которых расположены ниже уровня люка ближайшего смотрового колодца, должны быть защищены от подтопления сточной жидкостью в случае его переполнения. В таких случаях следует присоединять соответствующие санитарно-технические приборы к отдельной системе канализации (изолированной от системы канализации вышерасположенных помещений)
с устройством отдельного выпуска и установкой на нем автоматизированной запорной арматуры (канализационный затвор и т. п.) или автоматической насосной установки, управляемых по сигналу датчика, установленного на трубопроводе в канализуемом подвале или вмонтированного в запорную арматуру, и подачей аварийного сигнала в дежурное помещение или на диспетчерский пункт…». Важно, что никакого примечания либо другого пункта правил, разрешающего применение механических задвижек, нет! Таким образом, если у нас есть подвальное помещение с сантехническими приборами, борта которых расположены ниже уровня люка ближайшего смотрового колодца, то на выпуске канализационной магистрали, в соответствии с СП 30.13330.2016, мы должны устанавливать канализационный затвор с электроприводом.
Также следует помнить, что при проектировании канализационных выпусков в случае переполнения наружной сети канализационный затвор закрывается, и участок сети от канализационного затвора до первого колодца становится напорным. Поэтому необходимо учитывать, какие трубы должны быть использованы для предотвращения затопления подвальных или полуподвальных помещений через соединительные элементы трубопровода: безнапорные (до 5 м вод. столба) или напорные.
Из всего выше сказанного возникает естественные вопрос: а когда же можно применять механические канализационные затворы, о которых мы говорили в самом начале?
В домах, которые не имеют в подвальном помещении сантехнических приборов, но у которых есть хотя бы один невентилируемый канализационный стояк или канализационный стояк, оборудованный вентиляционным клапаном, необходимо на выпуске устанавливать механический канализационный затвор. Дело в том, что при подтоплении наружной сети на отрезке внутренней системы канализации здания может образовываться избыточное давление. Это избыточное давление будет выдавливать канализационные газы через гидрозатворы санитарно-технических приборов в жилые помещения, где могут находиться люди.
В заключение: при выборе канализационного затвора между механическим или с электроприводом имеет смысл руководствоваться суммой возможного ущерба в случае аварийного затопления помещений.
Литература
СНиП 2.04.01–85* «Внутренний водопровод и канализация зданий». — М., 1997.
СП 30.13330.2016 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная
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.
Рис. 1. Аксонометрическая схема сети (схема № 30)
