Пластмассовые трубы и современные технологии для строительства и ремонта трубопроводов

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ, МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ КАнаЛИЗАЦИИ ИЗ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБ ДЛЯ ЗДАНИЙ И МИКРОРАЙОНОВ

Рекомендации

Москва 2004

Подготовлены к изданию Учебно-методическим центром по подготовке специалистов в области пластмассовых трубопроводных систем МИПК МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве пособия к СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий»; СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения»; СНиП 3.05.01-85 «Внутренние санитарно-технические системы»; СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования», СП 40-107-2003 «Проектирование, монтаж и эксплуатация систем внутренней канализации из полипропиленовых труб».

Рассмотрены основные вопросы проектирования систем канализации из поливинилхлоридных (ПВХ), полиэтиленовых (ПЭ) и полипропиленовых (ПП) труб. Приведены конкретные примеры выполнения гидравлических расчетов для систем канализации зданий различного назначения. Для облегчения и удобства проведения расчетов в книге даны соответствующие номограммы и таблицы. Приведен сортамент применяемых пластмассовых труб и фасонных частей, подробно изложена технология монтажа и ремонта трубопроводных систем канализации, учитывающая компенсацию линейных удлинений и особенности крепления труб. Изложены методические основы эксплуатации безнапорных систем, канализации, рассмотрены причины обмерзания вытяжных частей канализационных стояков и даны рекомендации по устройству незамерзающих вытяжек. Приведены необходимые данные по применению вентиляционных клапанов канализационных стояков.

Для работников проектных, строительных и эксплуатационных организаций, преподавателей и студентов строительных вузов, техникумов и училищ, слушателей учебных центров и курсов по повышению квалификации.

А.Я. Добромыслов, Н.В. Санкова

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие «Рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации систем канализации из пластмассовых труб для зданий и микрорайонов» разработаны в помощь организациям, проектирующим, монтирующим и эксплуатирующим безнапорные системы канализации зданий и микрорайонов городской и сельской застройки, т.е. начальные участки канализационной сети из пластмассовых труб диаметром до 200 мм. Системы водостоков в данных рекомендациях не рассматриваются.

Практика эксплуатации безнапорных канализационных сетей отмечает тревожный симптом: образование засоров трубопроводов на начальных участках носит настолько массовый характер, что проблема ликвидации засоров и их последствий перерастает в социальную. Статистика свидетельствует о том, что засорам подвержены в основном (свыше 90 %) безнапорные трубопроводы диаметром до 200 мм, т.е. внутридомовая, дворовая и микрорайонная, а также поселковая сети.

Очевидно, что требования надежной работы, предъявляемые к системам инженерного оборудования вообще и к системам канализации в частности, в условиях рыночной экономики продолжают ужесточаться, а необходимость снижения стоимости строительства при этом становится все актуальней. Применительно к безнапорным трубопроводам канализации это означает отказ от волевых решений при проектировании, а также обоснованный расчет систем внутридомовой канализации, дворовой, микрорайонной и поселковой сетей.

На современном этапе оптимальным материалом для канализационных трубопроводов является пластмасса, трубы из которой - технически гладкие, легкие, удобные в монтаже - уже сами по себе во многом отвечают требованиям времени. Тем не менее, приходится констатировать, что их внедрение во многом сдерживается несовершенством соответствующей нормативно-технической базы Российской Федерации. Так, до настоящего времени СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения» вообще не содержат регламентов по гидравлическому расчету пластмассовых труб; СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» рекомендуют рассчитывать их по формулам квадратичного сопротивления; СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов» трактует пластмассовые трубы как шероховатые, а СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» - как гидравлически гладкие.

Сложившееся положение вызывает массу вопросов у проектных организаций страны. Отсутствие у них вспомогательных материалов приводит к ненормальному положению, когда гидравлический расчет пластмассовых трубопроводов выполняется по таблицам для чугунных или железобетонных труб, в результате чего уклоны трубопроводов завышаются в 3-4 раза. В этом случае наряду с увеличением объемов земляных работ образуется «сухое» течение (течение с высокой скоростью, но с малым наполнением трубопровода), при котором в осадок выпадают крупногабаритные предметы, в результате чего трубопроводы диаметрами даже 300 и 400 мм засоряются в течение трех-четырех месяцев. По нашим данным, в 95% случаев причина образования засоров на начальных участках канализационной сети - именно крупногабаритные предметы, не являющиеся компонентами сточной жидкости (пищевые отходы, тряпье, вата, строительный мусор, банки, игрушки и т.п.).

При определении диаметра и уклона отводного трубопровода основным параметром является расчетный (секундный или кратковременный) расход стоков. Режим водоотведения, хотя и является производным от режима водопотребления, тем не менее, резко от него отличается. Это объясняется большой вместимостью безнапорных канализационных трубопроводов, вследствие чего исключается возможность определения расчетного расхода стоков по числу одновременно действующих приборов, как это регламентировано СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».

Кроме того, одним из важных параметров, определяющих расход, является интервал осреднения расходов, что также игнорируется действующими нормами. Например, смывной бачок унитаза вместимостью 7 л опорожняется за 7 с. Если измеренный расход жидкости этого смывного бачка осреднять на интервале 7 с, то кратковременный расход составит 1 л/с. Однако в процессе измерения расхода жидкости от этого смывного бачка зафиксировано, что на второй секунде опорожнения расход составил 1,6 л (затем он резко уменьшается). Следовательно, осредненный на интервале в 1 с максимальный расход равен 1,6 л/с. Тот же самый смывной бачок заполняется с расходом 0,1 л/с в течение 70 с.

Если расход жидкости от смывного бачка вместимостью 7 л осреднить на интервале в 70 с, то кратковременный расход стоков составит 0,1 л/с, т.е. будет равен кратковременному расходу воды.

При определении диаметра канализационного стояка следует исключить возможность срыва хотя бы одного из гидравлических затворов, присоединенных к этому стояку. Поэтому представляется очевидным, что интервалы осреднения расходов жидкости в этом случае должны быть минимальными, вплоть до 1 с, а расчетные расходы - максимальными. Например, если речь идет о жилых домах, то максимальным расходом стоков от одного прибора является секундный расход от смывного бачка унитаза - 1,6 л/с. Превышение расчетного расхода недопустимо, так как приводит к срыву гидравлических затворов и открывает беспрепятственный доступ канализационным газам (чрезвычайно токсичным и взрывоопасным) из наружных сетей канализации в помещения, где находятся люди. Таким образом, ошибка в определении расчетного расхода стоков в буквальном смысле угрожает здоровью человека.

При расчете горизонтальных отводных трубопроводов следует учитывать протяженность и вместимость этих трубопроводов и ориентироваться на приборы с максимальной продолжительностью водоотведения. В жилом доме - это ванна: ее вместимость равна 150-170 л, а продолжительность опорожнения - 150-180 с. Секундный расход стоков от ванны, осредненный на интервале 150 с, равен 1 -1,1 л/с (при расчетах принимается равным 1,1 л/с).

Ошибки в определении расчетных расходов приводят к образованию засоров трубопроводов, а также к увеличению объема земляных работ и материалоемкости систем, т.е. к удорожанию строительства при одновременном снижении, как надежности трубопроводной системы, так и комфортности объекта.

Не менее серьезными являются вопросы монтажа систем внутренней канализации из пластмассовых труб. Высокие коэффициенты теплового расширения труб (у поливинилхлоридных - в 5 раз, у полипропиленовых - в 15 раз, а у полиэтиленовых - в 20 раз больше, чем у металлических) диктуют необходимость тщательных расчетов компенсации линейных изменений длины трубопроводов и соблюдения всех требований технологии их монтажа.

Каждый из перечисленных вопросов (определение расчетных расходов стоков, расчет и конструирование канализационных стояков, гидравлический расчет пластмассовых отводных трубопроводов, монтаж трубопроводных систем) представляет собой конкретную задачу, решение которой влияет на надежность и стоимость трубопроводной системы канализации, поэтому в настоящих рекомендациях они рассматриваются достаточно подробно и изложены в виде, удобном для использования в проектной практике.

Кроме положений по расчету, конструированию и монтажу этих систем, в данную работу включены общие сведения о пластмассовых трубах, рекомендуемых для строительства как наземной, так и подземной частей канализации, и требования по их эксплуатации и ремонту.

Настоящее издание является третьей редакцией «Рекомендаций по проектированию, монтажу и эксплуатации систем канализации из пластмассовых труб для зданий и микрорайонов», исправленной и дополненной. Так, значительно переработаны главы 1, 6 и 7, внесены дополнения в главу 5. Глава 2 написана совместно с канд. техн. наук А.С. Вербицким.

Все замечания и предложения просим присылать по адресу: Москва, ул. 2 Бауманская, 5, МИПК МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Глава 1. ТРУБЫ И ФАСОННЫЕ ЧАСТИ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МОНТАЖА ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМ КАНАЛИЗАЦИИ ЗДАНИЙ И МИКРОРАЙОНОВ

1.1. Внутренняя канализация

В соответствии со СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» для монтажа трубопроводов систем внутренней канализации строящихся и реконструируемых зданий предусматривается применение пластмассовых труб, которые имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с канализационными трубами из чугуна.

Обоснованием технологической целесообразности использования труб и фасонных частей из полимерных материалов являются такие специфические свойства этой продукции, как достаточная прочность, высокая коррозионная стойкость, нетоксичность, малая масса, низкая теплопроводность и др. Благодаря этим свойствам обеспечиваются надежность и долговременная эксплуатация канализационных трубопроводов, снижение трудоемкости монтажных работ и уменьшение транспортных затрат. В то же время пластмассовые трубы и фасонные части обладают рядом особенностей, которые необходимо учитывать при выполнении проектных и монтажных работ. Так, канализационные трубные изделия отличаются повышенной чувствительностью к механическим и ударным нагрузкам, относительно невысокой теплостойкостью, большим коэффициентом линейного теплового расширения, что является причиной заметного удлинения трубопроводов из полимерных материалов при повышении температуры и укорочения - при ее снижении.

При хранении на открытом воздухе под воздействием прямых солнечных лучей происходит постепенное ухудшение свойств полимеров, изменение их химической структуры, увеличение хрупкости и снижение эластичности.

Системы внутренней бытовой канализации с трубами из полимерных материалов монтируются в домах массового и индивидуального жилищного строительства, в типовых зданиях общественного назначения (детские дошкольные учреждения, школы, магазины, поликлиники и др.).

Пластмассовые трубы и фасонные части используются в системах внутренней канализации для монтажа стояков, отводных трубопроводов от санитарных приборов, в санитарно-технических кабинах, шахт-пакетах и при монтаже «россыпью», для вытяжных трубопроводов, прокладываемых в чердачных помещениях, для монтажа трубопроводов в подземной части здания.

С 1985 г. в массовом жилищном строительстве при монтаже канализационных трубопроводов в зданиях с санитарно-техническими кабинами широкое применение получили трубы из поливинилхлорида (ПВХ) диаметрами 110 и 50 мм и фасонные части к ним.

В последние годы, с освоением отечественными предприятиями производства канализационных труб и фасонных частей из полипропилена (ПП) диаметрами 110 и 50 мм, осуществляется переход к использованию трубных изделий из этого материала в санитарно-технических кабинах, шахт-пакетах, при монтаже трубопроводов в зданиях индивидуальной застройки и др.

Канализационная трубная продукция из полиэтилена (ПЭ), уступающая по монтажным и эксплуатационным характеристикам трубам из ПВХ и ПП, в настоящее время используется в небольших объемах. Для систем внутренней канализации применяются трубы и фасонные части из полиэтилена низкого давления (ГШД) и полиэтилена высокого давления (ПВД) диаметрами 110, 90 и 50 мм.

При выборе материала трубных изделий следует принимать во внимание назначение строящегося здания, необходимый срок эксплуатации канализационных трубопроводов, значения температурных параметров отводимых стоков, требования к надежности, противопожарные требования и другие факторы. Трубы из ПП и ПВХ по сравнению с полиэтиленовыми трубами не подвержены растрескиванию под влиянием поверхностно-активных веществ, отличаются большей устойчивостью к воздействию химических веществ при повышенных температурах, высокой точностью метрологических характеристик.

Существенным преимуществом канализационных систем из ПП является возможность отведения постоянных стоков с более высокой температурой. Кроме этого, при монтаже раструбных соединений труб и фасонных частей из ПП применяются резиновые уплотнители улучшенной конструкции, что позволяет стабильно выполнять качественную сборку соединений трубопроводов с приложением меньших усилий.

Перечень нормативных документов (НД) на канализационные трубы и фасонные части к ним из ПВХ, ПП и ПЭ приведен в табл. 1.1.1.

Таблица 1.1.1.

Нормативные документы на канализационные трубы и фасонные части к ним из ПВХ, ПП и ПЭ

Монтаж труб, патрубков и фасонных частей из ПВХ, ПП и ПЭ на строительных объектах выполняется с использованием раструбных соединений, уплотняемых резиновыми кольцами. Такие соединения удобны при сборке, обладают способностью воспринимать температурные изменения длины трубопровода, обеспечивают легкую разборку и ремонт стыков.

Конструкция раструбного соединения (рис. 1.1.1) включает гладкий конец одной трубной детали (с предварительно снятой фаской) и раструб другой детали, имеющей по окружности кольцевой паз (желобок), в который устанавливается резиновое кольцо.

Рис. 1.1.1. Раструбное соединение с резиновым уплотнительным кольцом

1 - гладкий конец трубы; 2 - резиновое уплотнительное кольцо; 3 - раструб

Трубы из ПВХ и ПД изготавливаемые по ТУ 6-19-307-86 (ПВХ), ТУ 4926-005-41989945-97 и ТУ 4926-010-42943419-97, имеют на одном конце раструб, формование которого производится на заводах-изготовителях трубной продукции. Трубы из ПНД и ГОД диаметрами 110, 90 и 50 мм (ГОСТ 22689.0-89 - ГОСТ 22689.2-89) выпускаются без раструбов. Для них предусмотрены патрубки с раструбами, предназначенные для соединения с трубами при помощи раструбно-стыковой сварки, которая выполняется в условиях трубозаготовительного производства. По ТУ 10 РФ 13.02-92 изготавливаются гладкие трубы диаметрами 90 и 50 мм из ПНД. Монтаж этих труб осуществляется в сочетании с фасонными частями из ПНД (ТУ 10 РФ 13.01-92), в номенклатуру которых включен ряд деталей диаметрами 90 и 50 мм, имеющих раструбы с обеих сторон (компенсационный патрубок, ревизия, двухраструбная муфта и др.). Размеры канализационных труб и патрубков отечественного производства, изготавливаемых по ТУ 6-19-307-86 (ПВХ), ТУ 4926-005-41989945-97 и ТУ 4926-010-42943419-97 (ПП), ГОСТ 22689.0-89 - ГОСТ 22689.2-89 (ПНД и ПВД), приведены в табл. 1.1.2 и 1.1.3.

Таблица 1.1.2.

Длина, мм, труб и патрубков из ПВХ, ПП, ПНД и ПВД

 

Материал труб	Диаметр	Длина патрубков	Длина труб
ПВХ	50	345	2650
		360
		370
		410
		450
		457
		465
		515
		535
		870
		970
	110	345	2000
		1125	2485
		1215	2605
		1255	2650
		1315	4000
		1500
ПП	50, 110	150	1000
		250	1500
		500	2000
		750	3000
ПНД, ПВД	50, 90, 110	-	2000
			3000
			5500
			6000
			8000

Примечание. По согласованию с потребителем допускается изготовление и поставка труб и патрубков другой длины.

Таблица 1.1.3.

Размеры, мм, канализационных труб и патрубков из ПВХ, ПП, ПНД и ПВД (см. рис.1.1.1.)

Для монтажа трубопроводов используются фасонные части (рис 1.1.2 - 1.1.15), номенклатура и основные размеры которых представлены в табл. 1.1.4 и 1.1.5.

Рис. 1.1.2. Отвод 87°30'

Рис. 1.1.3. Отвода α = 30°, 45°

Рис. 1.1.4. Тройник 87°30'

Рис. 1.1.5. Тройник α = 45°

Рис. 1.1.6. Муфта надвижная

Рис. 1.1.7. Патрубок компенсационный

Рис. 1.1.8. Переход

Рис. 1.1.9. Крестовина 45°

Рис. 1.1.10. Крестовина 87°30'

Рис. 1.1.11. Крестовина двухплоскостная

Рис. 1.1.12. Ревизия

Рис. 1.1.13. Заглушка

Рис. 1.1.14. Приборный патрубок

Рис. 1.1.15. Отвод приборный

Таблица 1.1.4.

Номенклатура канализационных фасонных частей из ПВХ (ТУ 6-49-33-92), ПП (ТУ 4926-010-41989945-98), ПНД и ПВД (ГОСТ 22689.0-89 - ГОСТ 22689.2-89)

Примечания. 1. В таблице приняты условные обозначения: «+» - вид фасонных частей, предусмотренный нормативной документацией; «-» - вид фасонных частей, не предусмотренный нормативной документацией.

2. Для изделий, отмеченных звездочкой, присоединение бокового отвода диаметром 50 мм к фасонной части выполняется при помощи сварки

Таблица 1.1.5.

Размеры, мм, канализационных фасонных частей из ПВХ, ПП, ПНД и ПВД

Материал	Обозначение НД	Наружный диаметр хвостовика d	Внутренний диаметр раструба D	Внутренний диаметр желобка D1	Толщина стенки S	Длина фаски b
ПВХ	ТУ 6-49-33-92	50+0,2 110+0,3	50+0,8 110,4+0,5	59,6+1,0	мin 3,2 мin 3,2	6 6
ПП	ТУ 4926-010-41989945-98	40+0,3 50+0,3 110+0,4	40,3+0,8 50,3+0,8 110,4+0,9	49,6+1,0 59,6+1,0 120,6+1,8	1,8+0,4 1,8+0,4 2,7+0,5	3,5 3,5 4,5
ПНД	ГОСТ 22689.0-89 -ГОСТ 22689.2-89	50+0,5 90+0,9 110+1,0	50,8+0,6 91,2+0,9 114+1,0	60+0,6 101,6+0,9 121,7+1,0	3+0,6 3+0,6 3,5+0,6	6 7 7
ПВД	ГОСТ 22689.0-89 -ГОСТ 22689.2-89	50+0,5 90+0,9 110+1,0	50,8+0,6 91,2+0,9 114+1,0	60+0,6 101,6+0,9 121,7+1,0	3+0,6 4,3+0,9 5,2+1,0	6 7 7

Для фасонных частей из ПД выпускаемых ЗАО НПО «Стройполимер» (ТУ 492601041989945-98) и используемых в сочетании с трубами и патрубками из ПП (ТУ 4926-00-541989945-97 и ТУ 492601042943419-97), предусмотрена сборная конструкция раструбов, состоящая из раструбной части и крышки. Соединение раструба с крышкой обеспечивался при помощи кольцевых выступов, образующих замок, благодаря которому обе детали не могут разъединиться непроизвольно (рис. 1.1.16). Разборка элементов такого замкового соединения в случае необходимости производится вручную при приложении некоторого усилия и не вызывает затруднений.

Основные физико-механические свойства труб из ПНД, ПВД, ПВХ и ПП представлены в табл. 1.1.6.

Рис. 1.1.16. Сборная конструкция раструба канализационных фасонных частей из ПП

1 - крышка; 2 - резиновое кольцо; 3 - раструб; 4 –хвостовик

Таблица 1.1.6.

Основные физико-механические свойства труб при температуре окружающего воздуха (23±5)°С

Для систем внутренней канализации допускается применение труб и фасонных частей импортного производства, не уступающих по показателям свойств требованиям соответствующих нормативных документов, указанных в табл. 1.1.1.

Основными производителями отечественной канализационной трубной продукции из пластмасс являются:

ЗАО НПО «Стройполимер» (трубы и фасонные части из полипропилена);

ОАО НПО «Пластик» (трубы и фасонные части из поливинилхлорида);

ООО «Синикон» (трубы и фасонные части из полипропилена);

А/О «Компания Рострубпласт» (трубы и фасонные части из полиэтилена);

ЗАО Думиничский чугунолитейный завод (трубы и фасонные части из полиэтилена).

Для уплотнения раструбных соединений канализационных труб (ТУ 6-19-307-86) и фасонных частей (ТУ 6-49-33-92) из ПВХ, применяемых в системах хозяйственно-бытовой канализации с максимальной температурой постоянных стоков 60°С и кратковременных стоков (не более 1 мин) 95°С, используются резиновые уплотнительные кольца круглого поперечного сечения, изготавливаемые по ТУ 38.105.1818-88 (рис. 1.1.17,а) из резиновой смеси 51-5016. Физико-механические показатели этих колец приведены в табл. 1.1.7, размерные характеристики - в табл. 1.1.8.

Рис. 1.1.17. Конструкции резиновых колец, используемых для уплотнения раструбных соединений труб и фасонных частей:

а) кольцо круглого поперечного сечения; б) кольцо манжетного типа с одним выступом; в) кольцо манжетного типа с двумя выступами и распорным вкладышем

Таблица 1.1.7.

Физико-механические показатели резиновых колец, предназначенных для уплотнения раструбных соединений труб и фасонных частей из ПВХ

Трубы и фасонные части из ПНД и ПВД, температурные параметры, эксплуатации которых аналогичны приведенным выше для ПВХ, уплотняются кольцами круглого поперечного сечения (ГОСТ 22689.0-89 - ГОСТ 22689.2-89), размеры которых представлены в табл. 1.1.8.

Таблица 1.1.8.

Размеры, мм, резиновых колец, предназначенных для уплотнения раструбных соединений труб и фасонных частей из ПВХ, ПНД и ПВД (см. рис. 1.1.17, а)

В целом раструбные соединения, при монтаже которых полностью выполняются все требуемые технологические операции, отличаются достаточной степенью эксплуатационной надежности. Однако, как показал опыт монтажа канализационных трубопроводов диаметром 110 мм из ПВХ, ПНД и ПВД, при сборке таких соединений кольцо круглого поперечного сечения под действием сил трения иногда может неравномерно скручиваться и выталкиваться из желобка в раструбную щель между двумя соединяемыми деталями, что приводит к нарушению герметичности стыка при эксплуатации.

Эффект скручивания резиновых колец проявляется чаще всего при отношении d/D<0,07 (где d и D - соответственно диаметр сечения и внутренний диаметр кольца). Для используемых с трубами из ПВХ, ПНД и ПВД колец круглого поперечного сечения диаметром 110 мм отношение d/D (в зависимости от величины допусков на размеры) составляет 0,063 - 0,068, что свидетельствует о некоторых конструктивных недостатках уплотнителей.

Отношение d/D для колец диаметром 50 мм круглого сечения находится в пределах 0,12-0,13, вследствие чего при монтаже раструбных соединений труб и фасонных частей из ПВХ, ПНД и ПВД диаметром 50 мм выталкивание колец, как правило, не происходит.

Точное выполнение технологических требований сборки раструбных соединений канализационных трубопроводов (наличие фаски на гладком конце трубы, предварительная очистка поверхности изделий, обязательное нанесение смазки, соосная сборка с последующим контрольным проворотом соединенных деталей относительно друг друга) позволяет избегать получения некачественных соединений.

Опыт применения резиновых колец более сложного профиля поперечного сечения, так называемых, колец манжетного типа (рис. 1.1.17 б, в), свидетельствует об отсутствии их выталкивания при сборке раструбных соединений. Манжетные кольца имеют на внутренней поверхности один или два клиновидных выступа («язычка») с небольшой толщиной уплотнительной кромки, благодаря чему достигается уменьшение трения при вводе гладкого конца одной трубы в раструб другой. Для таких колец характерна большая, чем для уплотнителей круглого поперечного сечения того же типоразмера, абсолютная величина деформации, что способствует повышению надежности соединений.

Для двухъязычковой конструкции колец манжетного типа предусматривается установка пластмассового распорного вкладыша (см. рис. 1.1.17, в), позволяющего дополнительно фиксировать положение уплотнителя в желобке раструба при сборке соединения. Такими кольцами, изготовляемыми по DIN 4060 фирмами «M.O.L» и «Bode» (Германия) и отвечающими требованиям ТУ 4926-005-41989945-97, комплектуются канализационные трубные изделия из ПП производства ЗАО НПО «Стройполимер» (трубы, патрубки и фасонные части) и ООО «Синикон» (трубы), предназначенные для пропуска постоянных стоков с температурой до 80°С и кратковременных - до 95°С (табл. 1.1.9)

Таблица 1.1.9.

Размеры, мм, колец манжетного типа с распорными вкладышами, предназначенных для уплотнения раструбных соединений труб и фасонных частей из ПП (см. рис.1.1.17 в)

 

Кроме раструбных стыков с резиновыми кольцами, для сборки труб и фасонных частей из ПВХ могут использоваться клеевые соединения, а для трубных изделий из полиэтилена - соединения, выполненные контактно-раструбной сваркой.

В настоящее время при строительстве зданий массовых серий технологией монтажа канализационных трубопроводов в построечных условиях не предусматриваются склеивание и сварка, являющиеся более сложными и трудоемкими процессами по сравнению со сборкой разъемных соединений с резиновыми кольцами.

Сварка полиэтиленовых труб с раструбными патрубками, приварка боковых отводов к двухплоскостным крестовинам из ПЭ и ПП, а также работы по склеиванию трубных деталей из ПВХ выполняются на заводах-изготовителях, трубозаготовительных предприятиях, в специализированных цехах и мастерских.

В отдельных случаях на строительных объектах при проведении работ в небольших объемах допускается применение клеевой технологии для соединений канализационных труб и фасонных частей из ПВХ при обязательном соблюдении необходимых мер по безопасности труда и требований пожарной безопасности.

1.2. Микрорайонная сеть канализации

Для строительства микрорайонных сетей канализации следует применять трубы из полипропилена (ТУ 4926-012-41989945-99), ПВХ (ГОСТ Р 51613-2000), а также полиэтилена высокого и низкого давления (ГОСТ 18599-83).

Сортамент труб из ПП приведен в табл. 1.2.1. Трубы серии S16 предназначены для укладки в землю на глубину 3 м, серии S11,2 - 6 м.

Сортамент труб из ПНД приведен в табл. 1.2.2, из ПВД - в табл. 1.2.3, из ПВХ - в табл. 1.2.4.

Таблица 1.2.1.

Размеры, мм, и масса, кг, труб из ПП

Таблица 1.2.2.

Размеры, мм, и масса, кг труб из ПНД 

Таблица 1.2.3.

Размеры, мм, и масса, кг, труб из ПВД 

Таблица 1.2.4.

Размеры, мм, труб из ПВХ 

Для соединения пластмассовых труб между собой и присоединения к металлической арматуре и оборудованию следует применять разъемные конструкции.

Трубы из ПНД, ПВД и ПВХ с гладкими концами соединяются с помощью стальных свободных фланцев (рис. 1.2.1). Предварительно на гладкий конец трубы надевается фланец, затем в торец трубы из полиэтилена приваривается специальная фасонная деталь - «втулка (бурт) под фланец», а к гладкому концу трубы из ПВХ приклеивается втулка под фланец (см. рис. 1.2.1)

Для соединения раструбных труб из ПВХ применяются специальные соединительные детали из чугуна (рис. 1.2.2 и 1.2.3). Номенклатура, размеры и масса этих деталей приведены в табл. 1.2.5.

Трубы из жесткого ПВХ и трубы из ПНД и ПВД диаметрами 90 и 110 мм с гладкими концами могут соединяться также с помощью двухраструбных муфт и резиновых уплотнительных колец

Рис. 1.2.1. Узлы для разъемного подсоединения пластмассовых труб с помощью свободных фланцев

1 - труба; 2, 3 - втулки, соответственно, приклеенная и приваренная встык; 4 - свободные фланцы; 5 – прокладка

Рис. 1.2.2. Детали соединительные из чугуна

a - тройник с двумя раструбами и фланцами; б - переход двухраструбный; в - тройник трехраструбный; г -патрубок фланец-раструб; д - патрубок фланец-гладкий конец

Рис.1.2.3. Узел для разъемного присоединения пластмассовых труб с помощью чугунных соединительных деталей

1 - труба; 2 - раструб; 3 - резиновое кольцо; 4 - прокладка; 5 - раструб-фланец; 6- фланец-гладкий конец

Таблица 1.2.5.

Размеры, мм, и масса, кг, деталей соединительных из чугуна 

1.3. Компенсация линейных удлинений и крепление трубопроводов

Компенсация линейных изменений длины пластмассовых трубопроводов внутренней канализации осуществляется за счет раструбных соединений на резиновых уплотнительных кольцах.

На стадии проектирования и монтажа следует обращать внимание на соединение трубных изделий до монтажной метки, определяющей глубину установки одной трубы в раструб другой. Такая сборка обеспечивает между торцом гладкого конца трубы и упорной поверхностью раструба зазор, используемый для компенсации температурного удлинения трубопровода. Особая ответственность при этом связана с тем, что у пластмассовых труб коэффициент линейного теплового расширения значительно выше, чем у труб из металла.

Удлинение или укорочение трубопровода А₁, мм, при изменении температуры вычисляют по формуле:

где:

α- коэффициент линейного теплового расширения материала трубы, мм/м °С;

∆t - температурный перепад, °С;

l - первоначальная длина трубопровода, м.

Температурный перепад определяется как максимальная разность температур стенок трубопровода в условиях его эксплуатации и монтажа. Если температура при эксплуатации выше, чем при монтаже, то трубопровод удлиняется, если ниже - укорачивается.

При проектировании надлежит выполнять расчет необходимого количества компенсаторов. Например, требуется определить количество раструбных соединений, обеспечивающих компенсацию удлинения участка длиной 3 м трубопроводов из ПВХ, ПЭ и ПП при ∆t = 50 °С.

Коэффициент линейного теплового расширения для ПВХ равен 0,08 мм/м °С. Удлинение участка трубопровода длиной 3 м из ПВХ, составит 12 мм. При тех же условиях этажестояк из полиэтиленовых труб удлиняется на 30 мм (α = 0,2 мм/м·°С), а из полипропиленовых - на 23 мм (α = 0,15 мм/м·°С).

При сборке деталей до монтажной метки в раструбных соединениях труб из ПЭ и ПП обеспечивается зазор 14 - 12 мм, из ПВХ - 10 мм. Следовательно, для компенсации тепловых удлинений стояк из ПВХ должен иметь одно раструбное соединение с резиновым кольцом, стояк из ПЭ - три, а из ПП - два соединения.

В случае применения неразъемных соединений (клеевых для труб ПВХ или сварных в раструб для труб ПНД и ПВД) компенсацию линейных удлинений следует осуществлять с помощью обычных или компенсационных (удлиненных) раструбов с резиновыми уплотнительными кольцами.

Для канализационных трубопроводов применяют подвижные крепления, допускающие перемещение труб в осевом направлении, и неподвижные, - не допускающие таких перемещений.

Места установки креплений на канализационных трубопроводах предусматриваются проектом.

При расстановке креплений необходимо соблюдать следующие положения:

- количество раструбных соединений на участке трубопровода, ограниченном неподвижными креплениями, должно обеспечивать компенсацию температурных изменений длины этого участка;

- крепления, установленные на стояках, должны обеспечивать сносность деталей и вертикальность трубопровода; крепления, установленные на горизонтальных трубопроводах, прокладку труб с необходимым уклоном;

- неподвижные крепления должны направлять удлинение трубопроводов в сторону соединений, используемых в качестве компенсаторов;

- крепления целесообразно устанавливать у раструбов соединений с резиновым кольцом; при такой расстановке креплений увеличивается жесткость смонтированного трубопровода в направлении, перпендикулярном его оси; отсутствие креплений уменьшает его жесткость;

- установку неподвижных креплений на раструбах труб (посредством плотной затяжки) следует избегать, так как такая фиксация может уменьшить способность раструбных соединений воспринимать температурные удлинения;

- для горизонтальных и вертикальных участков трубопроводов с обычными раструбными соединениями на резиновых кольцах максимальное расстояние между неподвижными креплениями должно приниматься в соответствии с приведенными в таблице значениями.

 

- расстояние между подвижными креплениями не должно превышать следующих значении:

 

- при невозможности обеспечить компенсацию температурных деформаций из-за недостаточного количества раструбных соединений на участке трубопровода между двумя неподвижными креплениями используется компенсационный патрубок с удлиненным раструбом;

- между неподвижными креплениями допускается установка только одного компенсационного патрубка;

- при использовании компенсационного патрубка на горизонтальном трубопроводе расстояние между неподвижными креплениями может превышать указанные выше значения, при этом должна быть обеспечена расстановка промежуточных подвижных креплений на расстоянии 8D (для ПЭ) и 10D (для ПВХ и ПП) друг от друга; в этом случае расстояние между неподвижными креплениями определяется расчетным путем с учетом длины раструба монтируемого компенсационного патрубка;

- на вертикальных трубопроводах трубы, расположенные непосредственно над компенсационными патрубками, следует жестко закреплять;

- при невозможности установки крепления на фасонной части соседние детали закрепляются хомутами на расстояниях, обеспечивающих компенсацию удлинения фасонной части.

Установка креплений не требуется на приборных патрубках, используемых для присоединения к сети выпусков унитазов и трапов, а также на отводных трубах D = 40 или 32 мм от пластмассовых сифонов.

Глава 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ СТОЧНЫХ ВОД

2.1. Методические основы определения расчетных расходов стоков

В настоящее время, после многолетних исследований, признано, что процесс водоотведения является производным от процесса водопотребления, случайным и для его описания (математического моделирования) должны использоваться методы теории вероятности, математической статистики и теории случайных процессов.

В любой момент времени общий расход воды и стоков на объекте (жилое здание, коммунально-бытовое или промышленное предприятие, любая группа различных объектов) является суммой случайных расходов через различные санитарно-технические приборы и, следовательно, этот общий расход также является случайной величиной. Указанные случайные величины (расходы каждого прибора и общий расход) формируются под воздействием различных факторов - климатических, демографических, технических (например, температура воды и ее давление перед водоразборными приборами), оснащенности жилищ холодильниками, стиральными, посудомоечными машинами и др. Значения некоторых факторов могут быть измерены (установлены) при экспериментальном изучении процессов водопотребления (водоотведения ), их влияние может быть учтено в создаваемой модели процесса. Однако практическая значимость учета большого числа факторов невелика, а в ряде случаев такой учет нежелателен, так как при проектировании систем канализации невозможно дать достоверный прогноз значений многих факторов в период эксплуатации объекта. Поэтому при создании методов математического моделирования процесса водопотребления всегда выбирают в качестве влияющих на расходы воды (стоков) только те факторы, значения которых наиболее существенны и известны при проектировании.

Расходы воды могут быть представлены в виде функций распределения случайных величин. Для того чтобы такие распределения, полученные по результатам экспериментальных измерений или по данным расчетов по той или иной математической модели, можно было бы сопоставлять, для каждого распределения следует указывать:

период, к которому относится распределение (Т, сут, ч и т.п.);

продолжительность расходов, которые описываются каждым распределением (t, ч, мин и т.п.).

Кроме того, если необходимо сопоставить значения расходов из различных распределений, то для сравниваемых величин необходимо указывать и обеспеченность G, которая понимается как вероятность того, что данный расход не будет превышен в течение периода Т.

Все известные к настоящему времени методики определения расчетных расходов воды построены с таким расчетом, чтобы по небольшому числу исходных данных можно было прогнозировать ожидаемую в системе водопровода функцию распределения расходов воды (для заданного периода Т и продолжительности расходов г) и найти в этом распределении расход с требуемой величиной G. Именно такой расход  считается расчетным; для практического применения различных методик расчетные расходы представляются в виде таблиц расходов или таблиц вспомогательных величин, которые позволяют достаточно просто определять расходы для различных сочетаний исходных данных.

Различия методик определения расчетных расходов состоят, в основном, в принципах, положенных в основу выбора исходных данных для построения функций распределения. Еще в 30 -е годы С.А. Курсин предложил заменить все многообразие водоразборных приборов на объекте одним эквивалентным прибором. Число таких эквивалентных приборов принимается равным общему числу реальных приборов (иногда число приборов корректируется за счет приведения расходов реальных приборов к единому значению расхода эквивалентного прибора), а режим работы принимается достаточно простым - прибор либо включен с постоянным расходом q₀, либо выключен (такой режим, конечно, достаточно сильно отличается от реального). Общее время включения эквивалентного прибора t_b в течение периода Т, определяет вероятность действия этого прибора, которая находится по формуле:

                                                                                                                       (2.1.1)

Расходы воды, которые определяют при проектировании, являются лишь величинами, необходимыми для определения (расчета) тех или иных параметров элементов систем водопровода и канализации: диаметров трубопроводов, объемов емкостей, типов и марок насосных агрегатов. Именно поэтому в практике проектирования принят термин "расчетные расходы". Поэтому и при сопоставлении различных методов определения расчетных расходов воды недостаточно сравнивать только отдельные значения расчетных расходов, но следует сравнивать обоснованность и результаты расчета параметров элементов систем водопровода.

Исходя из гипотезы С.А. Курсина об эквивалентном приборе (аналогичная гипотеза была предложена в 1940 г. Хантером в США для такой схемы работы эквивалентного прибора), расчетный расход воды (его продолжительность принимается равной 1-2 мин, а период, для которого ищется функция распределения, составляет 1 ч) можно определить по весьма простой формуле:

                                                                                                                        (2.1.2)

где:

m - число одновременно включенных эквивалентных приборов из общего их числа N в системе водоснабжения;

q₀ - принятый для данной системы расход эквивалентного прибора.

Величина m определяется на основе биномиального закона распределения вероятности числа одновременно действующих эквивалентных приборов либо на основе формул других законов распределений, достаточно хорошо аппроксимирующих биномиальный закон при различных сочетаниях Р и N, которые являются параметрами принятого закона распределения вероятности (точнее, параметрами распределения являются его математическое ожидание и дисперсия, но в случае биномиального закона эти параметры полностью определяются величинами Р и N). Значение величины G, гарантирующей принятие достаточно высокой обеспеченности расчетных расходов воды, составляет обычно 0,97-0,99.

При всей кажущейся простоте определения расчетного кратковременного расхода q по формуле (2.1.2) задача все же является весьма сложной из-за необходимости достоверного определения вероятности одновременного действия Р и расхода эквивалентного прибора q₀. Проблемы здесь связаны, в частности, с тем, что эквивалентный прибор реально не существует и определить для него требуемые параметры из результатов экспериментального изучения водопотребления весьма сложно.

В работах С.А. Курсина и Хантера величины Р и q₀ определялись на основе логических рассуждений о режимах работы систем внутреннего водоснабжения зданий (в основном, жилых домов), что, конечно, не могло обеспечить высокой достоверности расчетов при появлении в 50-х годах крупных жилых массивов, где системы водопровода обслуживали большое число разнородных потребителей и санитарно-технических приборов.

Для повышения достоверности расчетов по формуле (2.1.2) в 60-х годах Л.А. Шопенским был начат комплекс исследований, основная цель которых состояла в разработке новых подходов к определению величин q₀ и Р для различных сочетаний исходных данных, числа и назначения санитарно-технических приборов, различного назначения объектов водоснабжения, различных давлений в системах и пр. При этом основная гипотеза С.А. Курсина и Хантера о существовании эквивалентного прибора не подвергалась сомнению, и вычисление расчетного расхода также производилось по формуле (2.1.2). Именно поэтому методика определения расчетных расходов на базе этой формулы в дальнейшем называется методикой Курсина-Хантера-Шопенского (методика КХШ).

Л.А. Шопенский предложил для случая установки на водопроводной сети реальных приборов одного типа (работающих с различными секундными расходами и различной продолжительностью включения) определять вероятность действия эквивалентного им прибора в час максимального водоразбора Р как отношение среднего удельного (для одного прибора или потребителя) расхода в указанный период (q_hr, л/ч) к величине 3600q (в расчете может быть учтено и различие между числом приборов N и числом потребителей U). Результат такого определения вероятности действия приборов при определенных условиях совпадает с расчетом этой вероятности по формуле (2.1.1).

Если вероятность действия эквивалентного прибора в час максимального водоразбора установлена по имеющимся исходным данным (в их число, кроме N и U, входят величины q_hr,i и q₀,_i, где i - индекс, указывающий на тип приборов или потребителей, для которых ведется расчет), то расход эквивалентного прибора при наличии различных реальных приборов (потребителей) вычисляется как средневзвешенная величина (из величин q₀,_i).

Весовыми коэффициентами при вычислениях q₀ для сети водопровода в целом или ее отдельного участка Л.А. Шопенский предложил считать произведение величин Р_i,- и N_i.

В описанном виде методика КХШ с 1976 г. была включена в СНиП "Внутренний водопровод и канализация зданий", при этом общие идеи о возможности расчетов на базе параметров эквивалентного прибора были распространены и на случай определения расчетных (максимальных) часовых расходов воды. Это потребовало введения в состав обязательных исходных данных для проектирования еще одного показателя - количества воды, используемой в течение часа санитарно-техническим прибором, - q₀,_hr. В зависимости от заданных исходных величин по методике КХШ определяется и вероятность использования санитарно-технических приборов в течение часа максимального водоразбора - P_hr.

В СНиП, утвержденные в 1985 г., также вошла методика КХШ с некоторыми упрощениями (по сравнению с 1976 г.) для облегчения ее использования на практике.

При оценке методики КХШ следует иметь в виду, что при всей гибкости (возможность определения расчетных расходов воды для любых сочетаний приборов и потребителей) она имеет и существенные недостатки.

Прежде всего, следует указать на то, что методика КХШ требует, чтобы значения величины q_hr не изменялись в зависимости от величины объекта водоснабжения (т.е. числа приборов или потребителей). К сожалению, это не подтверждается практикой изучения фактического водопотребления на различных объектах (см. работы НИИ КВОВ АКХ им. К.Д. Памфилова). Кроме того, имитационное моделирование режимов водопотребления в сетях систем внутреннего водоснабжения, выполненное с использованием ЭВМ, показывает, что и величина q₀ не может не быть функцией числа приборов (потребителей) для того, чтобы можно было получить достаточно хорошее совпадение функций распределения расходов воды, построенных по модели КХШ и по данным экспериментальных измерений. Во многих случаях расхождение между экспериментальными (измеренными или смоделированными на ЭВМ) расходами воды с требуемой обеспеченностью G может доходить до 30-40 %.

В связи с этим данные таблиц Прил. 2 и 3 к СНиП 2.04.01-85* следует рассматривать как весьма приближенные, условные значения необходимых исходных данных; экспериментальное определение этих величин отсутствует, нет и приемлемой методики их получения на базе экспериментальных данных.

Кроме того, в работах А.Я. Добромыслова (ЦНИИЭП ИО) было показано, что идея эквивалентного прибора, как и числа, одновременно действующих приборов, не может быть использована в качестве базы для вычисления расчетных расходов в системах канализации зданий. Здесь, кроме одновременности включения водоразборных приборов, следует учитывать и то, что работающие приборы подключены в различных местах системы канализации, и в том сечении, для которого ведется определение диаметра трубопровода, необходимо учитывать и различия во времени добегания (движения) расходов от отдельных приборов до данного сечения системы.

Отмеченные недостатки методики КХШ явились предпосылкой для проведения теоретических работ по созданию другого метода определения расчетных расходов воды в институте МосводоканалНИИпроект (А.С. Вербицкий, А.Л. Лякмунд). В качестве экспериментальной базы этих работ были использованы эксперименты по изучению фактического водопотребления, проведенные в различных регионах бывшего СССР под руководством НИИ КВОВ (МЛ. Майзельс).

Идея методики института МосводоканалНИИпроект (в дальнейшем - методика МВКНИИП) состоит в том, что измеренные на любом объекте расходы воды можно рассматривать как реализацию случайного процесса разбора воды потребителями, сформированного из включений различных приборов со случайными значениями расходов воды через каждый из них. При этом не предполагается никаких ограничений на значения этих расходов или их функции распределения, а также на время включения каждого из приборов.

Суммарный случайный процесс водоразбора в течение суток в соответствии с теорией случайных процессов может быть представлен как простая сумма двух процессов - регулярного и случайного. Для первого из них основными характеристиками являются математическое ожидание (средний за год часовой расход воды на объекте, который легко определить как произведение числа приборов или потребителей на средний за год удельный часовой расход для каждого прибора или потребителя) и дисперсия часовых расходов воды. Регулярная составляющая суммарного случайного процесса водоразбора является простым графиком средних расходов воды за каждый час суток.

Для случайной составляющей суммарного процесса, которая получается, если из каждого значения часового расхода вычесть значение среднего для данного часа суток, - расхода воды, математическое ожидание получается равным нулю, а дисперсия этого процесса легко определяется по экспериментальным данным и обозначается  (r - от слова random, случайный). Если по данным о дисперсиях и математических ожиданиях указанных составляющих суммарного случайного процесса водоразбора найти функцию распределения случайных часовых расходов воды, то из этого распределения несложно найти то значение часового расхода, которое соответствует требованиям расчета. Для этого необходимо задать лишь значение обеспеченности искомого расхода воды - G (величина t при этом равна 1 ч, а T = 8760 ч, т.е. 1 году). В методике МВКНИИП значение G принято равным 0,9997, т.е. расчетный максимальный часовой расход воды может быть превышен лишь в течение приблизительно 3 ч в году (0,0003×8760).

Для расчетов систем водопровода и канализации, кроме максимальных часовых расходов, требуются и расходы с другой продолжительностью - t. При этом обработка данных экспериментов и теоретический анализ процесса водоразбора показывают, что функция распределения может быть построена для расходов любой продолжительности, а параметром такой функции является дисперсия , которую можно определить в зависимости от значений t и D¢_hr Если дисперсия D^r найдена, то может быть определен и расчетный расход воды из ряда случайных расходов с продолжительностью t (для этого, как и ранее, требуется задать значения T и G).

В методике МВКНИИП (в таблицах расчетных расходов) принято, что G = 0,9997 для кратковременных расходов с t = 2 мин в течение часа максимального водоразбора. Это значит, что превышение расчетных расходов возможно в течение 6-7 мин за период максимального водоразбора. При этом размерность кратковременных расходов определена как л/с, хотя t = 2 мин. Следует отметить, что еще С.А. Курсин отмечал различие между размерностью расходов и их продолжительностью. Такие различия неизбежны, в частности, потому, что регистрация расходов с продолжительностью 1 с практически невозможна при существующих измерительных приборах (из-за их инерционности). В методике КХШ такие различия также присутствуют, но в скрытом виде.

Для практического использования методики МВКНИИП необходимо иметь возможность определять параметры функций распределения - математическое ожидание (для регулярной составляющей) и дисперсию для расходов с любым значением t. Такое определение стало возможным после статистической обработки данных экспериментальных замеров расходов воды на различных объектах (всего использованы данные по более, чем 100 объектам, представляющим собой отдельные жилые здания и их комплексы с числом жителей от 3 до 200 тыс. чел., при этом в состав крупных объектов входили и различные коммунально-бытовые предприятия - магазины, мастерские, а также школы, поликлиники и т.п.). Факторный анализ показал, что основными влияющими факторами, на 85-90 % определяющими величину дисперсий регулярной и случайной составляющих суммарного случайного процесса водопотребления, являются лишь два - число потребителей (приборов), а также средний за год удельный часовой расход воды для одного потребителя (прибора). Конечно, это не значит, что на расчетные расходы воды совсем не влияют другие факторы - социальные, демографические, технические. Полученный результат означает лишь то, что суммарное влияние других факторов достаточно мало и может в настоящее время не учитываться для практических целей. Следует, однако, иметь в виду, что влияние такого важного фактора, как давление в сети водопровода, учитывается в новой методике через влияние давления на расчетный удельный средний за год расход воды: изменяя проектными решениями, давление воды в системе водопровода, мы изменяем средние за год расходы и, следовательно, изменяем и расчетные часовые и кратковременные расходы.

Путь получения необходимых зависимостей изменения дисперсий составляющих случайного процесса водоразбора методически прост и понятен - стандартный статистический анализ данных измерений с выявлением влияния каждого из факторов (общее влияние всех факторов, не учтенных в модели МВКНИИП, составляет не более 10-15 %). Этот путь реально осуществим, что и отличает, в основном, методику МВКНИИП от методики КХШ. В настоящее время имеются водосчетчики и специальные регистраторы данных, которые позволяют весьма просто собирать и обрабатывать на ЭВМ фактические данные о водопотреблении на различных объектах по методике МВКНИИП.

Новая методика определения расчетных расходов стоков базируется на результатах исследований закономерностей формирования кратковременных расходов стоков в трубопроводах систем канализации зданий, проведенных А.Я. Добромысловым (ЦНИИЭП ИО) в 60-х - 80-х годах. В результате этих работ было установлено, что кратковременные расходы стоков являются функцией не только расходов воды через санитарно-технические приборы, которые подключены к соответствующему участку канализационной сети, но и компоновки этой сети, ее емкости. Главное отличие условий формирования расходов стоков состоит в том, что в этом случае не соблюдается условие неразрывности потока, которое действует в сетях, водопровода. Например, при одновременном сбросе в один отводной трубопровод стоков от нескольких приборов, расположенных в разных секциях одного здания, в расчетном сечении сети эти расходы могут никогда не встретиться. При этом, чем длиннее отводной трубопровод (т.е. чем дальше один от другого расположены приборы), тем меньше вероятность наложения этих расходов.

В то же время, как показывают исследования НИИ КВОВ АКХ (К.Г. Арутюнян), часовые расходы воды и стоков во внутренних санитарно-технических системах совпадают. Поэтому при определении расчетных кратковременных расходов стоков за базовую величину следует принимать расчетные часовые расходы воды, изменяя лишь их размерность - переходя от м³/ч к л/с.

Работы А.Я. Добромыслова показали, что подходы к определению расчетных расходов стоков для стояков и для отводных (горизонтальных) участков сети должны быть различны. При гидравлическом расчете стояков критерием является недопущение срыва гидравлического затвора у любого из приборов, присоединенных к стояку. Поэтому для такого случая суммируется расчетный секундный расход воды и секундный расход стоков прибора с максимальным водоотведением, как правило, - это смывной бачок унитаза.

При расчете горизонтальных трубопроводов, обычно не работающих полным сечением, что не влияет на условия срыва гидравлических затворов, следует ориентироваться на расходы воды с наибольшей продолжительностью - это расходы от приборов с наибольшей вместимостью (ванна объемом 140-180 л, время опорожнения 160-180 с).

Приведенное описание основных принципиальных положений методик определения расчетных расходов воды и стоков является кратким и упрощенным; для глубокого понимания специфики, достоинств и неизбежных недостатков каждой из них, для разработки новых методик или совершенствования существующих требуется глубокое изучение теоретических основ этих методов.

В настоящих рекомендациях приведена методика определения расчетных расходов воды в системах водоснабжения и стоков в системах канализации зданий. Приведены исходные данные, необходимые для выполнения расчетов, а также достаточное число примеров определения расчетных расходов воды и стоков, позволяющих весьма быстро и просто освоить технику вычислений для получения достоверных результатов и повышения качества проектных расчетов. Все расчеты могут быть автоматизированы, программы для построения необходимых таблиц и получения результатов с применением персональных компьютеров могут быть получены в МосводоканалНИИпроект.

2.2. Выбор исходных данных для определения расчетных расходов воды и стоков

2.2.1. Определение расчетных расходов воды и стоков следует производить на основании исходных данных заказчика, в составе которых должны быть указаны:

- средние удельные расходы воды (за год, сутки, смену и т.д.) для всех водопотребителей (единиц продукции) и/или санитарных приборов;

- число и типы санитарных приборов или потребителей воды (единиц продукции).

2.2.2. Расчетные удельные средние за год (сутки, смену) расходы воды следует принимать с учетом подставленных заказчиком данных о фактическом водопотреблении на объектах-аналогах, с учетом предусматриваемых проектом мероприятий и технических решений по предотвращению нерационального использования воды с целью сокращения ее потерь. Рекомендуется (допускается) использовать в качестве исходных данные материалов предпроектных изысканий по изучению фактического водопотребления на объектах-аналогах.

2.2.3. При отсутствии данных, предусмотренных п. 2.2.2, ориентировочные значения удельных средних за год суточных расходов воды следует определять для жилых зданий в соответствии с Прил. 1 и 2, а для некоторых других потребителей - в соответствии с Прил. З.

Корректировка любых исходных данных, приведенных в настоящих рекомендациях, допускается по результатам предпроектных изысканий или научных исследований, проведенных по программе, согласованной с МосводоканалНИИпроект. Корректировка допускается только по данным измерения фактического водопотребления на объектах

2.3. Определение расчетных расходов стоков

2.3.1. Для канализационных стояков расчетным расходом стоков q_s является наибольший секундный расход, не вызывающий срыва гидравлических затворов санитарно-технических приборов, оборудования, приемников сточных вод, присоединенных к этому стояку.

Этот расход следует определять по формуле:

                                                                                                          (2.3.1)

где:

 - расчетный кратковременный (секундный) расход воды (холодной плюс горячей) для водоразборной арматуры санитарно-технических приборов, которые присоединены к рассчитываемому стояку системы канализации здания; определяется в соответствии с положениями пп. 2.3.3-2.3.19;

 - расчетный секундный расход стоков от прибора с максимальным водоотведением (обычно принимается равным 1,6 л/с - от смывного бачка унитаза), л/с.

2.3.2. Для отводных трубопроводов расчетным расходом стоков является расход q_sL, значение и продолжительность которого обеспечивают вынос потоком из трубопровода предметов, выпавших в осадок.

Этот расход следует определять по формуле:

                                                                                                     (2.3.2)

где:

- расчетный часовой расход воды на расчетном участке (определяется в соответствии с положениями пп. 2.3.3-2.3.19), м³/ч;

 - расход стоков, л/с, от прибора с максимальной емкостью, установленного на расчетном участке сети (обычно принимается равным стоку от ванны длиной 1500-1700 мм - 1,1 л/с; при отсутствии ванны - от полностью заполненного умывальника или мойки - 1 л/с. При отсутствии на расчетном участке такого прибора за  следует принимать расход струи, работающей на проток, например, расход душевой сетки);

К_s - коэффициент, принимаемый по табл. 2.3.1 в зависимости от числа установленных на расчетном участке санитарно-технических приборов N и длины отводного трубопровода L, м. При этом за длину L следует принимать расстояние от последнего на расчетном участке стожа (объекта) до ближайшего присоединения следующего стояка (объекта) или, при отсутствии таких присоединений, до ближайшего канализационного колодца.

Таблица 2.3.1.

Значения K_s в зависимости от числа приборов N и длины отводного трубопровода L

 

2.3.3. Для систем, подающих воду на нужды холодного и (или) горячего водоснабжения, в соответствии с положениями настоящего раздела определяются следующие расчетные расходы:

- средний за год суточный расход воды, м³/сут;

- максимальный суточный расход воды, м³/сут;

- максимальный часовой расход воды, м³/ч;

- максимальный кратковременный расход воды, л/с.

2.3.4. Средний за год суточный расход воды, м³/сут, определяется по формуле:

,                                                                      (2.3.3)

где:

 - средний удельный часовой расход воды потребителями i-го типа, принимаемый по Прил. 1-3;

ui, z - число, соответственно, потребителей i-ro типа и типов потребителей.

2.3.5. При определении расходов воды в средние сутки на объектах, имеющих групповые душевые установки, в случае отсутствия данных о продолжительности работы душей в течение суток необходимо принимать следующие продолжительности:

- для предприятий с многосменным режимом работы - по 1 ч после каждой смены;

- для других объектов - 1ч.

2.3.6. Средний за период водопотребления часовой расход для сети водопровода или отдельного ее участка определяется по формуле:

,                                                                              (2.3.4)

где:

u_i z - число, соответственно, потребителей i-го типа и типов потребителей;

q_ui - удельный часовой расход потребителей 1-го типа, определяемый по Прил. 1-3, равен

В жилых зданиях для водопроводной сети или ее части средний за период водопотребления часовой расход допускается определять по формуле:

                                                                                                        (2.3.5)

где:

q_ni - средний удельный часовой расход воды, отнесенный к одному прибору, определяемый по Прил. 4 в зависимости от средней заселенности квартир и типа прибора;

N_jz - число соответственно приборов i-го типа на сети или ее части и типов приборов.

2.3.7. Для участка водопроводной сети средние за период водопотребления удельные часовые расходы воды,  отнесенные к одному прибору, определяются по формуле:

                                                                                                                      (2.3.6)

где:

 - средний за период водопотребления часовой расход воды для рассматриваемого участка, определяемый по формуле (2.3.4) или (2.3.5);

N - суммарное число санитарно-технических приборов, к которым подается вода.

Примечание. При неизвестном числе водоразборных приборов допускается принимать число приборов равным числу потребителей, т. е. N = u.

2.3.8. Расчетный максимальный суточный расход воды q_ma×, м³/сут, определяется по формуле:

,                                                                                  (2.3.7)

где:

K_d - максимальный коэффициент суточной неравномерности, принимаемый по Прил. 5, в зависимости от числа приборов (потребителей) и удельного часового расхода, вычисленного по формуле (2.3.4) или (2.3.5) для объекта в целом;

q_d - средний за год суточный расход воды (см. п. 2.3.4).

2.3.9. Расчетные расходы воды (часовые и кратковременные - секундные) определяются по Прил. 6 в зависимости от числа санитарно-технических приборов и устройств и удельного часового расхода воды, вычисленного по формуле (2.3.6).

Если на участке сети расчетный секундный расход воды, определенный из Прил. 6, меньше расчетного расхода прибора с максимальным расходом из числа приборов, присоединенных к участку, то расчетный расход на участке следует принимать равным секундному расходу такого прибора.

2.3.10. Средние удельные часовые расходы воды, вычисленные по формуле (2.3.6), допускается принимать постоянными для сети или части сети, обслуживающей одинаковых потребителей.

2.3.11. Для участков сети, по которым подается вода для смывных кранов, расчетный секундный расход определяется как сумма расхода, определенного согласно пункт 2.3.9, и секундного расхода смывного крана.

2.3.12. Расчетные максимальные расходы групповых душевых установок вычисляются по следующим формулам:

- часовые расходы, м³/ч:

                                                                                                                (2.3.8),

                                                                                                              (2.3.9),

                                                                                                              (2.3.10),

Секундные расходы, л/с:

                                                                                                                (2.3.11),

                                                                                                                (2.3.12),

                                                                                                                (2.3.13),

где: N_b число душевых сеток.

2.3.13. Расчетные часовые и секундные расходы на участках водопроводной сети, по которым подается вода к групповым душевым установкам, а также для объекта в целом определяются как сумма душевых расходов, определенных по формулам пункт 2.3.12, и рас четных расходов, вычисленных согласно пункту 2.3.9, при этом последние должны быть найдены без учета расходов душевых установок.

2.3.14. Число блюд и время работы на предприятиях общественного питания следует принимать по технологическим данным (по заданию на проектирование). При неизвестной производительности предприятий общественного питания среднее число блюд U_hr, изготавливаемых за 1 ч работы предприятия, допускается определять, согласно письму Госстроя СССР А423958-8 от 06.05.87, по формуле:

                                                                                                               (2.3.14),

где:

n - число посадочных мест;

m - число посадок в час, принимаемое для столовых открытого типа и кафе равным 2, для предприятий общественного питания при промышленных предприятиях и студенческих столовых - 3, для ресторанов -1,5.

Расчетную производительность предприятия общественного питания (U_hr -максимальное часовое число приготовляемых блюд) следует определять по формуле:

                                                                                                                (2.3.15)

2.3.15. Для больниц и санаториев при отсутствии других данных допускается принимать следующие продолжительности работы подразделений:

2.3.16. При отсутствии других данных в задании на проектирование для общеобразовательных школ, профессионально-технических училищ и пионерских лагерей суточное количество потребляемых блюд допускается принимать по табл. 2.3.2.

Таблица 2.3.2.

Число блюд, потребляемых в сутки

 

2.3.17. При определении расчетных расходов в зданиях цехов и административно - бытовых корпусов (АБК) в случае отсутствия других данных допускается принимать, что общее количество воды на бытовые нужды работников (исключая душевые расходы) используется в цехах и АБК поровну.

2.3.18. При проектировании жилых зданий с набором санитарно-технических при боров, существенно отличающимся от принятого при типовом проектировании (см. Прил. 1), допускается определять расчетный удельный средний за год расход воды путем суммирования расходов для отдельных приборов, приведенных в Прил. 4, с учетом их конкретных типов и числа.

2.3.19. При проектировании водопроводов, подающих воду одновременно на хозяйственно-питьевые нужды и на технологические цели, в тех случаях, когда технологические расходы не являются случайными величинами, допускается простое сложение определенных по настоящему разделу расчетных часовых и кратковременных расходов и расходов на технологические цели, определенных заданием на проектирование.

Если расходы воды на технологические цели являются случайными величинами, то допускается вводить дополнительно условное число санитарно-технических приборов, равное частному от деления заданного заданием на проектирование среднего за год часового расхода воды на технологические цели на средний за год расход одного из известных типов приборов (см. Прил. 4). Дальнейший расчет рекомендуется вести без разделения расходов на различные нужды.

2.3.20. В тех случаях, когда в задании на проектирование отсутствует информация о числе водопотребителей, допускается удельные часовые расходы воды и стоков определять по водоразборным приборам. Расчетные удельные часовые расходы воды и стоков одним санитарно-техническим прибором приведены в Прил. 7.

Удельный часовой расход, отнесенный к одному прибору, равен:

                                                   (2.3.16)

где:

 - удельный часовой расход воды прибором, соответственно, i₁ и i₂, типов, л/ч;

n_i1, n_i2- число приборов, соответственно, i₁ и i₂ типов.

В зависимости от значения и суммы n_i, по Прил. 6 определяются секундный и часовой расходы воды (см. пример 7 в разделе 2.4 настоящих рекомендаций).

2.4. Примеры определения расчетных расходов сточных вод

Пример 1. Объект: 9-этажный жилой дом на 216 квартир, число жителей U = 886 чел., с централизованным горячим водоснабжением, оборудованный ваннами длиной 1500 мм, мойками, умывальниками и унитазами со смывными бачками вместимостью 6,5 л.

Определить расчетные расходы стоков в канализационном стояке, в секционном выпуске, объединяющем четыре канализационных стояка, на объекте в целом.

Решение. Согласно Прил. 1, удельные расходы составляют:

В соответствии с п. 2.3.7, удельный расход водоразборных приборов равен:

В соответствии с п. 2.3.10, принимаем ; то же при расчетах секционного выпуска и канализационного стояка.

Из Прил. 6 получаем следующие значения расходов воды: 

для всего объекта
для секционного выпуска
для одного стояка

По формуле (2.3.1) расход стоков, ожидаемый в канализационном стояке 9-этажного типового жилого дома, равен:

В соответствии с формулой (2.3.2) расход стоков в секционном выпуске зависит от его длины L, учитываемой коэффициентом K_s. Для сравнения рассмотрим три варианта, в соответствии с которыми L₁ = 5 м; L₂ = 10 м; L₃ = 15 м.

По табл. 2.3.1 при N = 36 приборам: K_{s(1 )}= 0,54; K_s(2) =0 ,47; K_s(3) = 0,43. По формуле (2.3.2):

Пример 2. Объект: жилой дом из примера 1 с унитазами, оборудованными смывными кранами.

Определить расчетный расход стоков на объекте в целом.

Решение. Согласно данным Прил. 1, удельные расходы получаются такими же, как в предыдущем примере. То же можно сказать и обо всех расчетных часовых расходах. Общий секундный расход воды увеличится на 1,4 л/с:

При установке смывных кранов расчетный часовой расход воды не изменяется по сравнению с вариантом использования смывных бачков; расчетный секундный расход стоков остается неизменным при расчете отводных трубопроводов, а при расчете стояков следует вместо q_ПР = l,6 л/с принять q_ПР = 1,4 л/с.

Пример 3. Объект: промышленное предприятие с обычными цехами, работающее в две смены. Всего на предприятии работает 951 чел., в том числе 112 чел. административного персонала. В максимальную смену работают 709 чел., в том числе 90 чел. административного персонала. В административно-бытовом корпусе (АБК) установлено 47 душевых сеток.

В АБК имеется столовая. В максимальный час готовится 1492 блюда.

Число остальных приборов приведено в табл. 2.4.1.

Таблица 2.4.1.

Число санитарно-технических приборов на объекте

 

Определить расчетные часовые и секундные расходы стоков на объекте, учитывая, что в соответствии со СНиП 2.04.01-85* не допускается объединение стоков хозяйственно-бытовых со стоками от пищеблока.

Решение. По исходным данным с использованием Прил. 3 составим табл. 2.4.2 с удельными расходами потребителей.

Таблица 2.4.2.

Удельные расходы  потребителей

 

Определим, согласно п. 2.3.7, удельный расход воды на один прибор:

Из Прил. 6 при ближайших имеющихся значениях N и удельных расходах получаем:

;

К полученным расходам, согласно п. 2.3.13, прибавляем расходы 47 душевых сеток, которые определяются по формулам (2.3.8)- (2.3.13):

; .

Расход стоков определяется по формуле (2.3.2). Расход стоков от столовой определяем в соответствии с п. 2.3.14:

- среднее число блюд равно 1492;

- расчетная производительность предприятия:

- удельный часовой расход воды:

Далее по Прил. 6 определяем расчетные секундный и часовой расходы воды (в данной работе не приводятся), а затем - расход стоков.

Пример 4. Объект: общежитие на U = 864 проживающих, с общими кухнями и блоками душевых в каждой секции здания. Общее число приборов (без душей): .

Определить общий расчетный часовой и секундный расходы воды, а также общий расход воды в средние сутки и сутки максимального водопотребления (без учета душевых расходов).

Решение. Из Прил. 3 определяем удельный часовой расход воды на одного проживающего в общежитии:

Согласно п. .2.3.7, вычислим удельный расход, отнесенный к одному прибору:

Из Прил. 6 получаем расчетные расходы воды (без учета душевых расходов):

Определим расходы воды в средние сутки, принимая продолжительность суточного периода водопотребления для проживающих в общежитии 24 ч:

Используя те же данные, которыми мы пользовались при работе с Прил. 6, получим:

Из Прил. 5 определяем коэффициенты суточной неравномерности для общего водопотребления в общежитии: , после чего вычисляем расходы воды в сутки наибольшего водопотребления:

Учитывая, что в общежитии нет приборов с большой вместимостью (ванн), при определении расхода стоков в качестве принимаем расход от мойки или умывальника,

полагая, что они могут быть полностью заполнены ().

Пример 5. Объект: продовольственный магазин, в котором имеется 30 обычных рабочих мест (продавцы и прилавки), а также универсам с площадью торгового чала 600 м². Продолжительность работы - 12 ч в сутки. Число установленных приборов:.

Примечание. Рабочее место в продовольственном магазине - место за прилавком, которому соответствует 20 м² площади торгового зала. В данном случае для универсама (магазина без прилавков с продавцами) условное число рабочих мест составит:

рабочих мест в смену.

Определить расчетный расход стоков.

Решение. С учетом Прил. 3 определяем общий удельный расход воды на один прибор:

.

Из Прил. 6 определяем расчетные часовые и секундные расходы:

Расчетный расход стоков определяем по формуле (2.3.2), принимая  (расход от смесителя умывальника - струя, работающая на проток).

Пример 6. Объект: аптека с числом работающих в торговом зале и подсобных помещениях 18 чел.; в лаборатории приготовления лекарств - 4 чел. Число приборов:

- в зале и подсобных помещениях	Ntot = 7
- в лаборатории	Ntot = 42

Определить расчетные часовые и секундные расходы стоков в аптеке в целом и в лаборатории, учитывая, что продолжительность работы аптеки - 12ч.

Решение. С использованием Прил. 3 определяем удельные расходы на один прибор в лаборатории:

.

По таблице Прил. 6 определяем расчетные расходы в лаборатории:

Расход стоков от лаборатории определяем по формуле (2.3.2), принимая . Определяем удельные часовые расходы на один прибор в аптеке в целом с учетом данных об удельных суточных расходах воды по Прил. 3 и численности работающих в лаборатории и торговом зале:

По Прил. 6 определяем расчетные расходы воды для аптеки в целом:

Расход стоков от аптеки в целом определяем так же, как и от лаборатории.

Примечание. Поскольку полученные значения удельных расходов меньше минимальных, приведенных в Прил. 6, то расчетные значения расходов определяются линейной интерполяцией между нулевыми расходами и расходами при наименьших удельных расходах в Прил. 6 (4 л/ч).

Пример 7. Исходные данные те же, что в примере 1. Определить секундный и часовой расходы стоков для одного стояка.

Решение. По формуле (2.3.16) с использованием Прил. 7. получаем:

,

где:

10 - удельный часовой расход воды мойкой без аэратора, л/ч;

22 - то же, ванной длиной 1500-1700 мм, л/ч;

4 - то же, унитазом, л/ч;

5 - то же, умывальником, л/ч;

9 - число приборов каждого типа.

По Прил. 6 (при  и N = 36 приборов) получаем:

По формуле (2.3.1) расход стоков, ожидаемый в канализационном стояке 9 - этажного дома, равен:

.

Часовой расход стоков равен часовому расходу воды

Глава 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БЕЗНАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

3.1. Методические основы гидравлического расчета безнапорных вертикальных и горизонтальных трубопроводов

Надежность систем канализации зданий характеризуется двумя параметрами: 1) устойчивость против срыва гидравлических затворов у санитарно-технических приборов и оборудования; 2) незасоряемость трубопроводов. При этом первый параметр обеспечивается, если величина разрежений, возникающих в канализационном стояке (вертикальный трубопровод), не превышает высоты расчетного гидравлического затвора (из присоединенных к стояку расчетным следует считать гидравлический затвор с минимальной высотой); второй - если при расчетном расходе стоков достигаются требуемые для самоочищения трубопровода значения скорости течения жидкости и наполнения трубопровода.

На стадии проектирования при известном расчетном расходе стоков оба параметра могут быть определены гидравлическими расчетами, методические основы и методы которых рассматриваются ниже.

3.1.1. Вертикальные трубопроводы.

С 1969 г. в нашей стране официально принята кратко излагаемая ниже концепция работы вертикальных трубопроводов в системах канализации зданий, позволившая обосновать и упорядочить методику их расчета, проектирования и конструирования. Эта концепция отражена в Строительных нормах и правилах СНиП П-Г.4-70, СНиП II-30-76, СНиП 2.04.01-85, СНиП 2.04.01-85* "Внутренний водопровод и канализация зданий", а также ряде рекомендательных, инструктивных и нормативных документов. Эти методики позволили рассчитать и запроектировать системы канализации на целом ряде уникальных объектов* (первый в стране 25-этажный жилой дом с одним стояком диаметром 100 мм, Центр международной торговли на Краснопресненской набережной, 30-этажный Олимпийский гостиничный комплекс в Измайлово, 40-этажное здание Академии внешней торговли, 29-этажные корпуса Академии общественных наук и т. д.).

В соответствии с этой концепцией, начиная с 1970 г., разрабатываются типовые и индивидуальные проекты зданий и сооружений. Более чем 20-летняя практика эксплуатации систем канализации уникальных и массовой застройки зданий и сооружений убедительно подтверждает достоверность, как самой концепции, так и разработанных на ее основе методов расчета, проектирования и конструирования этих систем. В соответствии с этой концепцией, жидкость, движущаяся сверху вниз в вертикальном трубопроводе, обладает эжектирующей способностью, т.е. способностью увлекать за собой воздух. Величина эжектирующей способности жидкости зависит от многих факторов, основными из которых являются ее расход, скорость входа (угол входа) в стояк. Максимальная скорость течения жидкости в вертикальном трубопроводе достигается через 90 его диаметров и при дальнейшем движении вниз не может быть превышена. При входе в стояк (рис. 3.1.1) жидкость создает местное сопротивление ("сжатое сечение" стояка) движущемуся сверху вниз воздуху, в результате чего в стояк поступает количество воздуха, меньшее величины эжектирующей способности жидкости.

Рис. 3.1.1. Схема истечения воды из поэтажного отвода в стояк (разрез по оси стояка)

1 - воздух;2 - вода

Поэтому ниже «сжатого сечения» стояка возникает дефицит воздуха и связанное с ним разрежение. Например, по экспериментальным данным, жидкость в количестве 1 л/с, поступающая под углом 90° из отвода диаметром 100 мм в стояк диаметром 100 мм, обладает эжектирующей способностью, равной 25 л/с воздуха. Поскольку при входе из отвода в стояк его сечение "сжато" самой же жидкостью, из атмосферы в стояк поступает только 14 л/с воздуха, так что ниже "сжатого сечения" возникает дефицит воздуха, равный 25 - 14 = 11 л/с, что эквивалент но величине разрежения в 10 мм вод. ст.

Каждый гидравлический затвор представляет собой U - образную трубку, одна ветвь которой постоянно находится под атмосферным давлением, а вторая, тем или иным образом присоединенная к стояку, - под давлением в стояке (рис. 3.1.2). Экспериментально ус тановлено, что срыв гидравлического затвора высотой 60 мм происходит, когда разрежение в стояке составляет 65 кгс/м² (65 мм вод. ст.), высотой 80 мм - 90 кгс/м² (90 мм вод. ст.). При таких значениях разрежения падает вниз уровень воды в правой ветви гидравлического затвора (см. рис. 3.1.2), безвозвратно уносится в стояк часть воды, заполняющей его левую ветвь, а через воду, перешедшую из правой ветви в левую, начинается проскок воздушных пузырей - вода "закипает".

Рис 3.1.2. Заполнение гидравлического затвора при различном давлении в стояке

а - давление в стояке равно атмосферному; б - разрежение в стояке меньше критического; в - срыв затвора при критическом разрежении в стояке

Три-четыре таких пузыря выплескивают в стояк всю воду из левой ветви, в результате - гидрозатвор сорван, и канализационные газы из наружных сетей канализации получают беспрепятственный доступ в помещения, где находятся люди. Через сорванный гидрозатвор в стояк поступает дополнительное количество воздуха, так что затворы у других приборов, присоединенных к данному стояку, остаются в неприкосновенности.

На коротком участке от точки входа в стояк движение воды стабилизируется: вода в виде пленки движется по внутренней поверхности трубопровода, а внутри потока воды в виде стержня движется воздух. В гидравлике газожидкостных систем такое движение носит название «стержне вое». При таком движении максимальное разрежение возникает, прежде всего, непосредственно под «сжатым сечением» стояка.

Службам эксплуатации важно знать, что причина срыва гидравлического затвора всегда находится непосредственно над местом его присоединения к стояку. Так, если перемерзает вытяжная часть вентилируемого (выведенного выше кровли здания) канализационного стояка, всегда срывается затвор у одного из при боров, расположенных на самом верхнем этаже этого здания. В точках изменения прямо линейности стояка (при устройстве отступа или перекидки - рис. 3.1.3) также происходит изменение режима течения водовоздушной смеси со стержневого на разделенное (термин гидравлики газожидкостных систем), когда жидкость движется по нижней стенке трубы, а над ней свободно течет воздух.

Рис. 3.1.3. Изменение режимов течения жидкости и воздуха в точках перегиба стояка

1 - вода; 2 - воздух

В первой (по ходу движения) точке перегиба жидкость вновь создает сопротивление потоку воздуха, его скорость резко уменьшается, что сопровождается резким увеличением давления в стояке, которое при определенных условиях становится выше атмосферного, в результате чего происходит выброс воды, заполняющей гидрозатвор, в чашу санитарно-технического прибора, присоединенного к стояку непосредственно над точкой его перегиба.

Во второй точке перегиба вновь происходит изменение режима течения - с разделенного на стержневое. В этом случае расположенный ниже участок стояка становится практически невентилируемым, так как трижды отсекается жидкостью от атмосферы (в точке входа жидкости в стояк и в двух точках его перегиба) и, если он не может работать как невентилируемый, происходит срыв затвора у прибора, ближе других присоединенного непосредственно под второй точкой перегиба. Чтобы исключить эти нежелательные явления, следует соединить петлеобразным трубопроводом участки стояка, расположенные выше первой точки перегиба и ниже второй (передать воздух с участка, где его избы ток, на участок, где его недостаток).

В пределах начального участка вертикального трубопровода (L = 90 D_CT) с уменьшением его длины (высоты) при прочих равных условиях уменьшается скорость течения жидкости и, следовательно, ее эжектирующая способность. Экспериментально установлены такие соотношения диаметров стояка и поэтажного отвода, угла входа жидкости в сто як и ее расхода, которые при данной высоте стояка позволяют не устраивать его вытяжной части, т. е. строить невентилируемые канализационные стояки (см. далее рис. 3.2.1).

В 1976 г. впервые в мировой практике применение невентилируемых канализационных стояков было допущено в нашей стране (СНиП II-30-76, СНиП 2.04.01-85, СНиП 2.04.01-85*). Двадцатилетняя практика применения и эксплуатации систем канализации зданий и сооружений с невентилируемыми канализационными стояками убедительно подтверждает надежность их работы.

3.1.2. Горизонтальные трубопроводы.

Массовые засоры безнапорных трубопроводов начальных участков канализационной сети свидетельствуют о совершенно неудовлетворительных их расчете и проектировании. Это относится, прежде всего, к гидравлическому расчету без напорных трубопроводов. Более 30 лет этот расчет регламентируется СНиП «Канализация. Наружные сети и сооружения». К сожалению, рекомендуемая этими СНиП расчетная формула при расчетах труб из технически гладких материалов (стекло, пластмассы) дает ошибки, превышающие 200 %. Кроме того, требование этих норм принимать без расчета минимальные диаметры микрорайонных сетей равными 200 мм способствует строительству в России десятков тысяч километров безрасчетных сетей, что приводит к необоснованному увеличению их материалоемкости, стоимости и беспрецедентный затратам на эксплуатацию. Все эти затраты приводят лишь к резкому снижению комфортности зданий, подвалы большинства которых постоянно затоплены сточной жидкостью.

В 1980 г. утверждением Госстроем СССР строительных норм СН 478-80 «Инструкция по проектированию и монтажу сетей водоснабжения и канализации из пластмассовых труб» был регламентирован новый подход к гидравлическому расчету безнапорных трубопроводов. В данном случае, в отличие от расчетов напорных трубопроводов, следует учитывать, что один и тот же трубопровод, проложенный с определенным уклоном, может работать при различных наполнениях, а одновременно с изменением наполнения меняется и скорость течения жидкости. Расчетные формулы СН 478-80 основаны на том положении, что между законом гидравлического сопротивления и распределением скоростей по сечению трубопровода существует внутренняя связь, без математического описания которой невозможно получить достоверные зависимости для гидравлических расчетов безнапорных трубопроводов.

Закономерность изменения средних скоростей течения жидкости по сечению безнапорных трубопроводов (каналов) любых форм поперечных сечений была получена А.Я. Добромысловым в виде:

,                                                                          (3.1.1)

где:

V_н и V_п - средние скорости жидкости при неполном и полном наполнениях трубопровода (канала);

R_н и R_п - гидравлические радиусы потока при неполном и полном наполнениях трубопровода (канала);

в - безразмерный показатель степени, пропорционально которой изменяется гидравлическое сопротивление трубопровода (канала);

а - коэффициент, зависящий от шероховатости материала стенок трубопровода (канала).

Анализ многочисленных расчетных формул, в том числе и формулы СНиП 2.04.03-85 "Канализация. Наружные сети и сооружения", с использованием формулы (3.1.1), показывает, что в их основе лежит так называемый квадратичный закон гидравлического сопротивления, когда сопротивление пропорционально скорости в степени 2 (т. е. В = 2). Поэтому в переходной области сопротивлений, когда в < 2, эти формулы не дают достоверного результата.

Основанная на зависимости (3.1.1) методика гидравлического расчета безнапорных пластмассовых трубопроводов, включена Госстроем России в СП 40-102-2000 и с некоторыми упрощениями приведена в настоящих рекомендациях (раздел 3.3).

3.2. Расчет канализационных стояков

3.2.1. Канализационный стояк, выведенный выше кровли здания и имеющий свободное сообщение с атмосферой (т.е. имеющий так называемую вытяжную часть), называется вентилируемым; не имеющий вытяжной части - невентилируемым, оборудованный вентиляционным клапаном - полувентилируемым.

Невентилируемый канализационный стояк оканчивается прочисткой, устраиваемой в направленном вверх раструбе фасонной части, с помощью которой к стояку присоединяются наиболее высоко расположенные санитарно-технические приборы (рис. 3.2.1).

Полувентилируемый стояк оканчивается в помещении верхнего санузла и оборудуется вентиляционным клапаном.

Рис. 3.2.1 Система канализации с невентилируемым стояком

1 - канализационный колодец; 2 - канализационный выпуск; 3 - невентилируемый стояк; 4 – прочистка; 5 санитарно-технические приборы

3.2.2. Допустимая величина разрежений в вентилируемых, невентилируемых и полувентилируемых канализационных стояках не должна превышать 0,9h₃, где h₃- высота наименьшего из гидравлических затворов санитарно-технических приборов, присоединенных к канализационному стояку.

3.2.3. Величину разрежений в вентилируем канализационном стояке ∆р, мм вод. ст., следует определять по формуле:

,                                                    (3.2.1)

где:

q - расчетный расход стоков, м³/с;

α - угол присоединения диктующего отвода к стояку, град;

D_ст - диаметр стояка, м;

d_отв - диаметр диктующего поэтажного отвода, м;

L - рабочая высота стояка, м.

Примечания: 1. Рабочей высотой канализационного стояка называется его участок от точки присоединения наиболее высоко расположенного санитарно-технического при бора (или группы приборов) до нижнего сгиба стояка (точки перехода стояка в канализационный выпуск), т. е. участок стояка, по которому может транспортироваться сточная жидкость.

2. При 90D_ст > L следует принимать 90D_ст = L.

3. Диктующим следует считать поэтажный отвод, присоединяющий к стояку диктующий санитарно-технический прибор.

3.2.4. Допускается при расчетной высоте гидравлических затворов h₃ = 60 мм конструкцию систем канализации зданий и сооружений с вентилируемыми стояками принимать:

- для систем из труб ПНД - по табл. 3.2.1;

- для систем из поливинилхлоридных труб - по табл. 3.2.2;

- для систем из полипропиленовых труб - по табл. 3.2.3.

Примечание: При расчетной высоте гидрозатворов h₃ = 50 мм приведенные в табл. 3.2.1 - 3.2.3 значения пропускной способности стояков следует уменьшить на 10 %, при h₃ = 70 мм - увеличить на 10 %.

Таблица 3.2.1.

Пропускная способность стояков из ПВП труб

 

Таблица 3.2.2.

Пропускная способность стояков из ПВХ труб

 

Таблица 3.2.3.

Пропускная способность стояков из ПП труб

 

Пример расчета. Дано: 16-этажный жилой дом, оборудованный полным комплексом удобств: в каждой квартире установлены унитаз, ванна длиной 1500 мм, умывальник и мойка. Средняя заселенность квартиры - 4 чел. Минимальная высота гидрозатвора h₃ = 50 мм.

Требуется запроектировать надземную часть системы канализации здания.

Решение. Прежде всего, определяем расчетный секундный расход стоков, для чего воспользуемся гл. 2 настоящих рекомендаций. В соответствий с п. 2.3.1, следует определить секундный расход воды для водоразборной арматуры санитарно-технических приборов, присоединенных к расчетному канализационному стояку.

В соответствии с п. 2.3.6, средний удельный часовой расход воды равен 10,4 л/ч. Число приборов на стояке N = 16´4 = 64. По Прил. 6 настоящих рекомендаций . Тогда

Прежде чем по формуле (3.2.1) рассчитывать величину разрежений в канализационном стояке, необходимо отметить следующее:

1. Высота стояка в данном случае (16 этажей, около 50 м) превысит величину 90D_CT, так как вероятный диаметр стояка будет не более 150 мм (90D_CT = 13,5 м).

2. Так как в качестве q^s_пр принят расход стоков от смывного бачка унитаза, диктующим поэтажным отводом является отвод от унитаза.

3. Диаметр канализационного стояка конструктивно не может быть меньше внутреннего диаметра выпуска унитаза, который равен 85 мм.

С учетом этих замечаний принимаем:

 

Для расчетов примем следующую конструкцию надземной части системы канализации: стояк наружным диаметром 90 мм с толщиной стенки 3 мм из полиэтиленовых труб компании "Рострубпласт", диктующий поэтажный отвод из тех же труб, угол присоединения, диктующего поэтажного отвода к стояку 87,5°(cosα=0,0436). При этих параметрах по формуле (3.2.1) ∆р = 72,32 мм, что больше минимальной высоты гидравлических затворов, присоединяемых к расчетному стояку.

Этот результат становится очевиден также из табл. 3.2.1: пропускная способность стояка наружным диаметром 90 мм при d_отв = 90 мм, α = 87,5° и h₃ = 50 мм равна лишь 2,4×0,9 = 2,16 л/с.

По конструктивным соображениям применить в данном случае тройник 45° не представляется возможным, поэтому повторяем расчет для стояка наружным диаметром 110 мм, например, из полипропиленовых труб производства НПО «Стройполимер». Диаметр отвода также равен 110 мм, α = 87,5°. Толщина стенки этих труб равна 2,7 мм, так что расчетный диаметр равен 104,6 мм.

При этих параметрах величина Ар по формуле (3.2.1) равна 34,65 мм, что меньше, чем 0,9h₃= 45 мм. Следовательно, надземная часть системы канализации 16-этажного типового жилого дома в рассмотренном случае включает стояк из полипропиленовых труб наружным диаметром 110 мм, к которому под углом 87,5° присоединяется диктующий поэтажный отвод такого же диаметра.

Следует подчеркнуть, что с уменьшением диаметра поэтажного отвода, равно как и угла его присоединения к стояку, пропускная способность последнего увеличивается. Этот вывод следует из анализа формулы (3.2.1) и табл. 3.2.1 - 3.2.3. При известном рас четном расходе сточной жидкости из этих таблиц становится ясна конструкция надземной части системы канализации, а именно: диаметры стояка и поэтажного отвода и угол присоединения отвода к стояку.

3.2.5. Величину разрежений, мм вод.ст., в невентилируемом канализационном стояке следует определять по формуле:

                                                                             (3.2.2.)

где:

V_см - скорость водовоздушной смеси, м/с, определяемая по формуле:

,                                                                                     (3.2.3.)

здесь:

Q_в - эжектирующая способность воды, м³/с, т. е. расход воздуха, увлекаемого в стояк движущейся в нем сверху вниз жидкостью;

 - площадь живого сечения стояка, м².

Величина Q_в определяется по формуле:

,                                                    (3.2.4.)

где:

q_s - расчетный расход сточной жидкости, м³/с;

d_отв - диаметр поэтажного отвода, м;

L - рабочая высота стояка, м;

α - угол присоединения диктующего поэтажного отвода к стояку, град.

Примечания: 1. См. примечания к п 3.2.3. 2. Определение величин ∆р по формуле (3.2.2) и Q_в по формуле (3.2.4) допускается по номограммам рис. 3.2.2 и 3.2.3 соответственно.

Рис. 3.2.2. Номограмма для определения величины разрежений в невентилируемом стояке

Рис. 3.2.3. Номограмма для определения величины эжектирующей способности жидкости

3.2.6. Допускается при расчетной высоте гидравлических затворов h₃ = 60 мм конструкцию систем с невентилируемыми канализационными стояками принимать:

для систем из труб ПВХ, ГШД и ПВД - по табл. 3.2.4;

для систем из полипропиленовых труб - по табл. 3.2.5

Таблица 3.2.4.

Пропускная способность невентилируемых канализационных стояков из труб ПНД, ПВХ и ПВД

Таблица 3.2.5

Пропускная способность невентилируемых канализационных стояков из труб ПП

 

Примечание. Таблицы к п. 3.2.4 рассчитаны для стояков высотой L_cm>90D_cm и гидравлических затворов высотой 60 мм. При L_cm<90D_cm табличные значения пропускной способности стояков следует увеличить в раз, при высоте гидрозатворов50 мм - уменьшить в 1,1 раза. Здесь D_cm - внутренний диаметр стояка, равный 0,1046 м (104,6 мм), 0,0464 м (46,4 мм) и 0,0367м (36,7 мм) для труб наружными диаметрами 110, 50 и 40 мм соответственно; L_cm - рабочая высота стояка, равная расстоянию от точки присоединения наиболее высоко расположенного в здании прибора (приборов) до нижнего гиба стояка, т.е. участок стояка, по которому транспортируется сточная жидкость.

3.2.7. Пропускная способность невентилируемого канализационного стояка высотой L>90D_сm равняется его пропускной способности при L=90D_сm и при дальнейшем увеличении высоты стояка не изменяется.

3.2.8. Пропускная способность полувентилируемого канализационного стояка из полипропиленовых труб наружным диаметром 110 мм с толщиной стенки 2,7 мм, оборудованного вентиляционным клапаном австрийской фирмы Hutterer and Lechner GmbH(HL), приведена в таблице 3.2.6, заимствованной из СП 40-107-2003.

Таблица 3.2.6.

Пропускная способность полувентилируемого стояка из полипропиленовых труб наружным диаметром 110 мм.

Пример расчета системы канализации двухэтажного жилого коттеджа. Дано: двухэтажный жилой коттедж, в котором проживают 7 чел. Коттедж имеет два типовых санитарных узла, т.е. в каждом установлены унитаз с низкорасположенным смывным бачком вместимостью 6,5 л, умывальник и ванна вместимостью 150 л, и оборудован централизованным горячим водоснабжением. Минимальная высота гидравлического затвора (у ванны) равна 50 мм. Высота потолков в коттедже - 2,7 м, толщина перекрытий - 0,3 м.

Требуется рассчитать и спроектировать систему канализации коттеджа.

Решение.

1. Определение расчетного расхода стоков для канализационного стояка выполняем в соответствии с главой 2 настоящих рекомендаций: q_s = 2,32 л/с.

2. Конструирование надземной части системы канализации коттеджа.

2.1. Диаметр стояка, к которому присоединяются унитазы, конструктивно не может быть меньше 90 мм (наружный диаметр выпуска унитаза). Поскольку в данном случае применяются трубы и фасонные части из полипропилена, диаметр канализационного стояка принимаем равным 110 мм (по сортаменту полипропиленовых труб - ближайший больший к 90 мм).

2.2. Рабочая высота стояка - участок стояка, по которому транспортируется сточная жидкость, равен расстоянию от точки присоединения унитаза на втором этаже до нижнего гиба стояка. Здесь возможны следующие варианты:

а) стояк переходит в канализационный выпуск непосредственно под потолком подвала:

L_сm = 0,3 + 2,7 + 0,3 = 3,3 м,

где:

0,3 м - толщина перекрытия;

2,7 м - высота потолка;

б) стояк переходит в канализационный выпуск над полом подвала:

,

где:

H_подв - высота подвала, м;

в) стояк переходит в канализационный выпуск под полом подвала:

.

а) Вариант 2.2а. Секундный расход стоков q_сm = 2,32 л/с, Z_сm = 3,3 м, минимальная высота гидравлического затвора (у ванны) 50 мм. Учитывая, что рабочая высота стояка меньше 90 его диаметров (9,414 м), проверяем возможность устройства невентилируемого стояка, для чего используем данные табл. 3.2.5. При этом в качестве расчетного принимаем диаметр поэтажного отвода, присоединяющего к стояку расчетный прибор (унитаз на втором этаже), т. е. = 110 мм.

Интерполируя данные по табл. 3.2.5 между L_сm = 3 и 4 м, получаем, что пропускная способность невентилируемого стояка диаметром 110 мм, к которому присоединяется поэтажный отвод также диаметром 110 мм, равна 4,61 или 3,77 л/с, если угол входа жидкости в стояк равен 45° или 87,5°, соответственно.

Поскольку табличные данные рассчитаны применительно к гидрозатворам высотой 60 мм, а расчетная высота гидрозатвора в нашем случае равна 50 мм, уменьшаем пропускную способность стояка в 1,1 раза и окончательно имеем:

4,61 л/с:1,1 = 4,2 л/с; 3,77 л/с:1,1 = 3,43 л/с.

Оба значения выше ожидаемого расхода стоков (2,32 л/с). Поэтому в коттедже возможно устройство невентилируемого канализационного стояка диаметром 110 мм, к которому присоединяются поэтажные отводы диаметром 110 мм под любым углом (45 или 87.5°).

При этом следует иметь в виду, что нижний гиб стояка должен располагаться под потолком подвала.

На втором этаже, на невентилируемом стояке устраивается прочистка, ревизия в этом случае на стояке не устанавливается.

б) Вариант 2.2б. Исходные данные соответствуют исходным данным варианта 2.2а, но нижний гиб стояка располагается над полом подвала (высота подвала 3 м).

Рабочая высота стояка в этом случае равна:

L = 0,3 + 2,7 + 0,3 + 3 = 6,3 м.

По табл. 3.2.5 проверяем возможность устройства невентилируемого стояка и убеждаемся, что это невозможно. В этом случае единственно возможный вариант - устройство вентилируемого стояка. Конструкция надземной части системы канализации выбирается по табл. 3.2.3: диаметр стояка - 110 мм, диаметр расчетного отвода (от унитаза) - 110 мм, любой угол присоединения поэтажных отводов к стояку. Стояк выводится на 0,2 - 0,3 м выше кровли коттеджа и имеет свободное сообщение с атмосферой.

Устанавливать какие-либо дефлекторы в устье вытяжной части стояка запрещается.

3.3. Расчет безнапорных трубопроводов

3.3.1. Уклон i безнапорных самотечных трубопроводов следует определять по формуле

,                                                                                       (3.3.1)

где:

λ - коэффициент сопротивления по длине трубопровода;

V - скорость течения сточной жидкости, м/с;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

- гидравлический радиус, м (здесь w - площадь живого сечения потока сточной жидкости, м²; χ - смоченный периметр трубопровода, м).

Коэффициент сопротивления по длине трубопровода можно найти по формуле:

,                                                                   (3.3.2)

где:

К_э - коэффициент эквивалентной равномерно зернистой шероховатости

(«гидравлическая шероховатость») труб, равный 0,00002 м;

V₀ = 1 м/с;

а - показатель степени, зависящий от шероховатости материала труб,

равный: , где К_э выражено в мм. При К_э = 0,02 мм, а = 0,258.

в - показатель степени, зависящий от режима течения жидкости.

При полном наполнении трубопровода:

,                                                        (3.3.3.)

при неполном наполнении:

,                                                       (3.3.3^а)

где:

 - число Рейнольдса, соответствующее началу квадратичной области гидравлических сопротивлений;

 - фактическое число Рейнольдса, здесь:

D - расчетный внутренний диаметр трубопровода, м;

ν - кинематическая вязкость сточной жидкости, м²/с.

Примечания:

При в>2 следует принимать в = 2.

Значения R и w при различных наполнениях трубопровода приведены в табл. 3.3.1

Таблица 3.3.1.

Значения R и w при различных наполнениях трубопровода 

3.3.2. С учетом того, что для пластмассовых труб а = 0,258, скорость течения жидкости V_н при неполном наполнении трубопровода равна

,                                                       (3.3.4)

где:

V_п - скорость течения при полном наполнении, м/с;

R_н, R_р - гидравлические радиусы при неполном ("н") и полном ("п") наполнениях трубопровода, м.

Расход жидкости, м³/с, равен

,                                                                                      (3.3.5)

где:

V_н и w_н - скорость течения, м/с, и площадь живого сечения, м², при данном наполнении трубопровода.

3.3.3. Диаметр самотечного трубопровода D, м, следует определять:

- при наполнении трубопровода от 0,1 до 0,62 включительно - по формуле:

;                                                                                 (3.3.6)

- при наполнении трубопровода >0,62 - по формуле:

,                                                                                 (3.3.7)

где:

 - площадь живого сечения потока

Примечание. Для упрощения расчетов по формулам (3.3.6) и (3.3.7) рекомендуется пользоваться номограммой на рис. 3.3.1

Рис. 3.3.1. Номограмма для определения диаметра канализационных трубопроводов

При пользовании номограммой результат достигается двумя наложениями линейки: сначала прямой линией соединяются точки со значениями скорости V (на шкале V) и наполнения h/D (на шкале h/D) и на немой шкале I делается засечка. Затем эта засечка соединяется прямой линией с точкой расхода q (на шкале q). Эта прямая линия продолжается до пересечения со шкалой диаметров D, где и читается ответ.

Вполне вероятно, что полученное значение диаметра не будет соответствовать сортаменту труб, из которых проектируется трубопровод. В таком случае по сортаменту выбирается ближайший больший или меньший диаметр и по номограмме уточняются параметры течения жидкости, т. е. ее скорость и наполнение трубопровода, поскольку расход жидкости на объекте не меняется. Следует точку на шкале D с уточненным по сортаменту значением диаметра соединить прямой линией с точкой на шкале q, соответствующей значению расчетного расхода, продлить эту линию до пересечения с немой шкалой I и сделать на ней новую засечку. Далее, приложив к этой точке край линейки (так, чтобы соединить между собой шкалы V и h/D) и вращая ее вокруг этой точки, выбираем новые значения скорости течения и наполнения трубопровода. При этом следует помнить, что в соответствии с требованиями СНиП 2.04.01-85 скорость течения должна быть не менее 0,7 м/с, а наполнение трубопровода - не менее 0,3 его диаметра.

Пример 1. Дано: q_s = 5 л/c;V = 0,7 м/с; h/D_p = 0,5.

Требуется: по номограмме на рис. 3.2.1 определить диаметр трубопровода, соответствующий сортаменту труб ПНД по ГОСТ 18599-83.

Решение. Прямой линией соединяем точки со значениями F = 0,7 м/с и h/D_p = 0,5 и на немой шкале I делаем засечку. Затем эту засечку соединяем прямой линией с точкой q = 5 л/с на шкале q и продолжаем эту прямую линию до пересечения со шкалой D, где читаем ответ D=133 мм. Отметим, что это расчетный, т. е. внутренний диаметр трубы, а в ГОСТ 18599-2001 дается наружный диаметр и толщина стенки. Чтобы получить номинальное значение расчетного диаметра, нужно из значения наружного диаметра вычесть две толщины стенки.

По ГОСТ 18599-2001 имеются трубы ГШД "Л" наружным диаметром 140 мм с толщиной стенки 3,5 мм, т.е. эти трубы в точности соответствуют результатам расчета: 140 - 2 - 3,5 = 133 мм.

Предположим, однако, что толщина стенки этих труб недостаточна для их подземной прокладки и нам требуются трубы с толщиной стенки не менее 5 мм. По ГОСТ 18599-83 этому условию отвечают трубы ПНД "СЛ" наружным диаметром 100 мм с толщиной стенки 5,4 мм. Расчетный диаметр этих труб равен: 140 - 2 ´ 5,4 = 129,2 мм, следовательно, нужно уточнить параметры течения сточной жидкости. С этой целью соединяем прямой линией (на рис. 3.3.1- пунктирная линия) точку со значением D=129,2 мм на шкале D с точкой q=5 л/с на шкале q и продолжаем эту прямую до пересечения с немой шкалой I, где делаем новую засечку. Прикладываем край линейки к точке, соответствующей новой засечке на немой шкале I, соединяя между собой шкалы V и h/D, и при пересечении линейки с этими шкалами получаем значения V и h/D.

Например, оставляя неизменным первоначально выбранное значение скорости F = 0,7 м/с, получаем новое значение наполнения трубопровода h/D = 0,55 (на рис. 3.3.1 -прямая линия). Оставляя же неизменным первоначально выбранное наполнение (h/D = 0,5), получаем новое значение скорости (F = 0,8 м/с). Вообще, вращая линейку вокруг засечки на немой шкале I, можно выбрать оптимальные параметры V и h/D. Оптимальным следует считать такое соотношение V и h/D, при котором обеспечивается максимальное значение произведения

.

Пример 2. Рассчитанные значения D, V и h/D являются исходными параметрами для определения уклона трубопровода по формулам (3.3.1) - (3.3.3).

Например, принят первый вариант: D = 129,2 мм = 0,1292 м; V = 0,7 м/с, h/D = 0,55. По формуле (3.3.3^a) определяем параметр в:

;

;

.

По второму варианту при D = 129,2 мм = 0,1292 м; V = 0,8 м/с, h/D = 0,5

;

;

;

Отметим, что некоторое увеличение скорости течения жидкости (с 0,7 до 0,8 м/с) может быть обеспечено только при увеличении уклона трубопровода (в данном случае, с 0,00435 до 0,005938).

3.3.4. При известных значениях диаметра и уклона самотечного трубопровода скорость течения жидкости V_П при его полном наполнении определяется следующим образом:

формулы (3.3.1) и (3.3.2) преобразовываются к виду:

                                                                           (3.3.1^а)

                                                               (3.3.2^а)

по формуле (3.3.2^а) рассчитывается коэффициент λ₁:

из формулы (3.3.1^а) определяется параметр :

;                                                                                (3.3.8)

путем подбора скорости V_n из формулы (3.3.3) определяется значение параметра в таким образом, чтобы значение равнялось значению в формуле (3.3.8).

Пример 3. Дано: труба ПНД "СЛ" наружным диаметром 140 мм (расчетный диаметр D = 129,2 мм), ее уклон i = 0,006 (K_э = 0,00002 м, а = 0,258).

Требуется определить скорости течения и расходы жидкости при наполнениях трубопровода 0,3-1.

Решение. По формуле (3.3.2^а) определяем коэффициент λ₁:

Из формулы (3.3.2а) определяем параметр :

Задаемся значением V_n (для первой итерации следует взять .) Подставляем это значение V_n в знаменатель формулы (3.3.3), имеем:

Возводим принятое значение V_n (0,8551) в степень "в" (1,6634):

и сравниваем со значением , полученным из формулы (3.3.8). Поскольку они не совпадают, повторим расчеты, приняв V_п = 0,83 м/с, имеем:

;

.

Теперь оба параметра  совпадают достаточно близко (относительная ошибка не превышает 0,5 %). Поэтому для расчетов принимаем: V_п = 0,83 м/с, в = 1,65987. Расход жидкости при полном заполнении равен:

,

где: 0,785 ´ 0,1292² = 0,0131 м² - площадь сечения трубы.

Скорости течения жидкости при любых наполнениях трубопровода рассчитываем по формуле (3.3.4), а расходы - по формуле (3.3.5):

.

Для удобства расчетов представим отношения и  табл.3.3.2.

Таблица 3.3.2.

Значения R_н/R_n и w_н/w_п

Результаты расчетов по определению V_н и q_s заносим в табл. 3.3.3.

Таблица 3.3.3.

Значения скорости V_н и расхода q_s

Пример 4. Дано: труба ПВХ «С» диаметром 225 мм, ее уклон i = 0,008.

Требуется определить скорость течения и расход жидкости при наполнении h/D = 0,7.

Решение. По сортаменту труб ПВХ (ГОСТ Р 51613-2000) определяем, что номинальная толщина стенки у трубы среднего типа равна 6,6 мм, т. е. расчетный диаметр D = 225-2-6,6 = 211,8 мм = 0,2118 м.

По формуле (3.3.2^а)определяем коэффициент λ₁:

По формуле (3.3.1^а) определяем параметр:

Задаемся значением  и, подставляя его в знаменатель формулы (3.3.3), имеем:

Возводим V_n в степень "в": 1,3478^1,7294 = 1,6756 и, сравнивая это значение со значением, определенным из формулы (3.3.1а), видим, что они не совпадают. Принимаем новое значение V_n, например, V_n = 1,41 м/с. Тогда:

;

Для расчетов принимаем V_n = l,41 м/с, в = l,7318, .

Используя формулу (3.3.4) и табл. 3.3.2, получим:

;

.

Примечание. Для облегчения расчетов в Прил. 8-11 приведены таблицы для гидравлических расчетов безнапорных трубопроводов из труб ПП, ПВХ, ПНД и ПВД.

Глава 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ВЫТЯЖНЫХ ЧАСТЕЙ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СТОЯКОВ

4.1. Причины обмерзания вытяжных частей канализационных стояков

Ранее уже указывалось, что через вытяжную часть осуществляется приток воздуха из атмосферы в процессе движения жидкости по стояку. Это способствует снижению в нем дефицита воздуха. В часы минимального водоотведения через вытяжную часть в атмосферу выходит загрязненный воздух из наружной канализационной сети. Таким образом, обеспечивается воздухообмен в последней.

Сравнение пропускной способности вентилируемых и невентилируемых канализационных стояков (см. табл. 3.2.1 - 3.2.5) дает возможность сделать вывод о том, что невентилируемый стояк, рабочая высота которого превышает 90 D_ст, пропускает значительно меньшие расходы жидкости.

Вытяжная часть стояка выводится выше кровли здания и, следовательно, подвержена воздействию атмосферных условий. Известно, что в зимнее время вытяжные части стояков в большой степени подвержены обмерзанию. При этом канализационные стояки выходят из строя, резко снижается комфортность зданий и нарушается режим вентиляции наружных сетей канализации. Поэтому изучение причин снегообразования на внутренней поверхности труб вытяжных частей стояков и разработка способа борьбы с этим нежелательным явлением являются весьма важными задачами.

Замеры относительной влажности воздуха, выходящего из труб вытяжных частей стояков, показывают, что она составляет, как правило, 100 %. Таким образом, если температура внутренней поверхности трубы становится ниже температуры точки росы, избыточная влага из воздуха, соприкасающегося с этой поверхностью, находится в капельно-жидком состоянии и выпадает в виде конденсата. Очевидно, что при отрицательных температурах эта влага замерзает, превращаясь в иней. Иней смачивается влагой и превращается сначала в рыхлый снег, затем в плотный и, наконец, в лед, а внутри вытяжной части стояка образуются кольцевые слои снега и льда.

Температурный режим в вытяжных частях одиночных стояков, т. е. стояков с самостоятельным выходом на кровлю здания, имеет аналогичный характер в различных климатических условиях (рис. 4.1.1).

Рис. 4.1.1. Зависимость температуры воздуха, внутренней и внешней поверхностей труб вытяжных частей одиночных стояков от режима водоотведения

Сплошными линиями на графике показаны температуры внутренней и наружной поверхностей труб: верхние линии -на чердаке, средние - на границе кровли и чердака, нижние - выше кровли. Независимо от материала труб и толщины их стенки температура внутренней и внешней поверхностей отличается не более чем на 1°С (поэтому на графиках показаны одной линией). Пунктирные линии -изменения температур воздуха в вытяжной части стояка. Температурный режим в стояке в течение суток постоянно и резко изменяется, относительно стабильным он становится лишь в ночные часы. При транспортировании жидкости по стояку в вытяжную часть устремляется воздух из атмосферы, что особенно характерно для часов максимального водоотведения. Эжекция наружного воздуха в стояк способствует быстрому охлаждению внутренней поверхности трубы.

Совершенно очевидно, что теплоизоляция труб при этих условиях неэффективна.

При проведении экспериментов в климатических условиях Москвы семь из восьми вытяжных частей из чугунных труб диаметром 150 мм, выполненных в соответствии с требованиями СНиП II-Г.4-70, полностью замерзли при температурах наружного воздуха до минус 25°С, после чего они были заменены экспериментальными трубами тех же и меньших диаметров из других материалов. При том же температурном режиме эти трубы также полностью замерзли. Следовательно, материал труб не оказывает практического влияния на процесс обмерзания.

Одновременно установлено, что интенсивность снегообразования прямо пропорциональна диаметру вытяжной части стояка.

Образование снегового слоя на внутренней поверхности труб вытяжных частей, не уменьшая площади теплопередающей поверхности трубы, изменяет теплопроводность труб. В этом случае интенсивность снегообразования отклоняется от линейного закона. В связи с тем, что интенсивность снегообразования зависит от ряда факторов (например, толщина снегового слоя, его состояние - иней, рыхлый снег, плотный снег, лед), учесть которые практически невозможно, определение ее значительно усложняется. Однако на основании экспериментальных данных можно сделать вывод о том, что наличие снегового слоя снижает интенсивность снегообразования.

Увеличение интенсивности снегообразования в трубе большего диаметра объясняется большей площадью ее теплопередающей поверхности, поскольку количество тепла, проходящее через стенку в единицу времени при установившемся тепловом потоке, увеличивается с увеличением площади поверхности трубы.

На основании экспериментальных исследований сделаны следующие выводы:

1. При одинаковых абсолютных значениях температур наружного t_н и выходящего из вытяжной части стояка t_в воздуха  интенсивность снегообразования прямо пропорциональна диаметру вытяжной части стояка.

2. При  происходит стаивание снега с внутренней поверхности труб вытяжных частей стояков.

3. При  происходит то образование снегового слоя определенной толщины, то его стаивание.

4. При начинается стабильный процесс снегообразования который протекает тем интенсивнее, чем больше это отношение

5. Эжекция холодного воздуха из атмосферы в стояк движущейся в нем жидкостью способствует процессу снегообразования.

Следует указать, что флюгарка - круглый колпак из кровельной жести, который жестко крепится к вытяжной части стояка (по терминологии, принятой в вентиляции, он носит название дефлектор-простой колпак), также способствует ее обмерзанию. До 1970 г. установка флюгарок была обязательной. Считалось, что устройство флюгарки необходимо для предотвращения попадания в канализационный стояк атмосферных осадков и посторонних предметов. Кроме того, предполагалось, что, как и всякий дефлектор, колпак способствует повышению интенсивности вентиляции внутридомовой канализационной сети.

По формулам, применяемым при расчете внутренних водостоков, можно определить количество осадков, л/с, попадающих в открытый сверху канализационный стояк:

,

где:

F_кр - водосборная площадь кровли (площадь живого сечения вытяжной части канализационного стояка), м²;

q₂₀ - интенсивность дождя, л/с с 1 га, для данной местности продолжительностью 20 мин при периоде однократного превышения расчетной интенсивности, равном 1 году (для

Москвы q₂₀ ≈ 81) Максимальное количество осадков (в условиях Москвы), попадающих в 10 000 вытяжных частей стояков диаметром 150 мм, составит 1,43 л/с. Иными словами, в 10 000 канализационных стояков диаметром 150 мм будет поступать расход, равный максимальному секундному расходу жидкости от одного смывного бачка унитаза. Такой небольшой расход не может повлиять на работу наружной канализационной сети.

Для работы колпака как дефлектора необходимо, чтобы расстояние между обрезом трубы и колпаком составляло 0,4 диаметра трубы, т. е. в рассматриваемом случае - 60 мм. Очевидно, что при указанном зазоре поступление осадков в трубу не прекратится. При уменьшении же этого зазора с 0,4 до 0,1 диаметра трубы увеличивается сопротивление выходящему потоку воздуха в 4 раза. В то же время колпак, являясь значительным местным сопротивлением на пути выходящего из стояка воздуха и дополнительной поверхностью для снегообразования, способствует обмерзанию вытяжной части.

Следует указать, что открытая труба также является дефлектором. При этом сравнение характеристик дефлектора - простой колпак и дефлектора - открытая труба доказывает преимущество второго при направлении ветра, перпендикулярном оси трубы, и при расходах воздуха, характерных для вытяжной части стояков (из стояка выходит не более 150 м³/ч воздуха). Вытяжная часть без колпака обмерзает в значительно меньшей степени (при прочих равных условиях).

4.2. Рекомендации по устройству вытяжных частей канализационных стояков

Для устранения причин обмерзания вытяжных частей стояков наиболее очевидным представляется увеличение температуры поверхности труб вытяжек с тем, чтобы обеспечить условие. Однако обогрев этих труб (например, электрообогрев) из-за большого числа вытяжных частей оказывается экономически нецелесообразным.

Задача могла бы быть решена при снижении влажности воздуха в вытяжной части стояка. Для этого необходимо не допустить поступления загрязненного воздуха из наружной сети канализации в вытяжные части стояков, что достигается устройством гидравлического затвора на канализационном выпуске из здания. Однако при этом повышается вероятность образования засоров в канализационных выпусках и, кроме того, не обеспечивается вентиляция наружной сети.

Наиболее простым мероприятием по ликвидации обмерзания вытяжных частей является уменьшение их теплопередающей поверхности, что достигается уменьшением высоты вытяжных частей над кровлей здания.

Для того чтобы вытяжная часть не работала как водосточная воронка и для соблюдения условий качественной заделки рулонной кровли, высота вытяжной части должна быть не менее 150-200 мм. Устройство укороченных вытяжных частей стояков нельзя рекомендовать для зданий с эксплуатируемыми кровлями, на которых канализационные газы должны быть удалены из зоны дыхания людей. В соответствии с требованиями СНиП 2.04.01-85* высота вытяжной части на эксплуатируемых кровлях должна быть 3 м, однако вытяжная часть такой высоты имеет чрезмерно большую теплопередающую поверхность.

Следует отметить, что большое число вытяжных частей ухудшает техническое состояние кровли зданий. В некоторых проектах лечебных зданий на кровле длиной 70 м бывает сосредоточено до 50 вытяжных частей канализационных стояков. Объединение поверху нескольких стояков одной вытяжной частью может исключить поступление наружного воздуха в стояк. Этот вывод основывается на малой вероятности одновременного транспортирования жидкости сразу по всем стоякам, входящим в объединяемую группу. Анализ с помощью закономерностей теории вероятности позволяет сделать вывод о том, что вероятность одновременной работы трех канализационных стояков весьма мала и практически равна нулю при объединении пяти и более стояков одной вытяжной частью. При этом амплитуда отклонения минимальных температур воздуха от средних значений будет тем меньше, чем большее число стояков объединяется одной вытяжной частью. Иными словами, при увеличении числа объединяемых поверху канализационных стояков стабильнее становится температурный режим в объединяющей их вытяжной части, в которой температура воздуха будет стремиться к температуре воздуха в помещении (18-20°С).

Это подтверждается результатами экспериментальных исследований (рис. 4.2.1). При этом следует подчеркнуть, что графики для всех экспериментальных вытяжных частей, объединяющих группы стояков, носят аналогичный характер. На этих графиках отсутствуют пики, соответствующие отрицательным температурам, которые характерны для графиков изменения температур воздуха в вытяжных частях одиночных стояков (см. рис. 4.2.1). Приведенные графики свидетельствуют о стабильности температурного режима воздуха в экспериментальной вытяжной части. Снегообразования в экспериментальных вытяжных частях не наблюдалось.

Надежная работа экспериментальных систем канализации подтверждает положение о том, что вероятность одновременного транспортирования жидкости сразу по всем объединяемым стоякам очень мала. Следовательно, расход воздуха, необходимый для компенсации эжектирующей способности жидкости, поступает вслед за этой жидкостью не из атмосферы, а из стояков, которые в данный момент свободны от жидкости. Отсюда следует вывод, что вытяжная часть, объединяющая группу стояков, служит только целям вентиляции наружной сети, и, таким образом, система канализации со стояками, объединенными поверху, может нормально функционировать без вытяжной части.

Рис. 4.2.1. Температурный режим в вытяжной части, объединяющей 11 канализационных стояков

кривые: 1 - температуры воздуха на выходе из вытяжной части; 2 - температуры наружного воздуха

Для подтверждения этого вывода были проведены в двух режимах экспериментальные исследования пропускной способности одного из 11 объединенных стояков системы канализации: при открытой и при закрытой вытяжной части, в том числе в режиме длительной эксплуатации - 10 и 8 сут. Результаты этих исследований полностью подтвердили все предположения.

На основании результатов исследований можно рекомендовать конструкцию без вытяжной части: для группы объединяемых поверху стояков в зданиях с эксплуатируемыми кровлями; в зданиях каскадной конструкции, когда кровля одной секции расположена под открываемыми окнами и балконными дверями другой, а также в тех случаях, когда невозможно устройство вытяжной части стояка.

Вытяжные части следует устраивать для обеспечения вентиляции наружных сетей канализации. При объединении группы стояков одной вытяжной частью практически исключается возможность ее обмерзания, но даже если такую возможность допустить, надежность системы канализации не уменьшается.

Следует подчеркнуть, что объединению подлежат не менее четырех-пяти стояков; при увеличении их числа надежность систем канализации повышается.

При объединении поверху группы стояков одной вытяжной частью необходимо определить диаметры участков сборного трубопровода, а также выбрать место расположения единой вытяжной части, объединяющей эту группу. Кроме того, дополнительно следует определить влияние такого решения на режим вентиляции наружной канализационной сети.

Вопрос об определении диаметров отдельных участков сборного трубопровода решается следующим образом. Каждый рассматриваемый участок этого трубопровода должен пропустить количество воздуха, необходимое для удовлетворения эжектирующей способности жидкости, движущейся на расчетном участке системы канализации здания. Исходя из этих условий, диаметр участков сборного трубопровода, мм, зависит от расчетного расхода сточной жидкости и условий ее входа в канализационные стояки и может быть определен по формуле:

,                                                                                    (4.2.1)

где:

q_ж - расход сточной жидкости на расчетном участке, л/с;

k - коэффициент, зависящий от угла входа жидкости в стояк; при угле 90° k = 53; при 60° k = 44; при 45° k = 40.

Диаметр вытяжной части может быть без расчета принят равным наибольшему диаметру одного из участков сборного трубопровода.

При объединении одной вытяжной частью группы объединяемых поверху стояков необходимо обеспечивать доступ воздуха по кратчайшему пути в любой стояк. Очевидно, что оптимальным вариантом при этом является кольцевание группы стояков сборным трубопроводом. При невозможности кольцевания сборного трубопровода стояки следует объединять в линию и единую вытяжную часть устраивать в центре этой линии. При этом к вытяжной части будет поступать одинаковое количество воздуха с обеих ее сторон, что будет способствовать снижению потерь давления воздуха. Для обеспечения стока конденсата участки сборного трубопровода следует прокладывать с уклоном в сторону канализационных стояков.

При устройстве большого числа невентилируемых канализационных стояков необходимо определить степень вентиляции трубопроводов наружной сети канализации на участке, к которому присоединяются канализационные выпуски зданий и сооружений с этими стояками.

Располагая данными о расходе воздуха, выходящего из вытяжных частей различных конструкций, можно определить число стояков, обеспечивающих с любой кратностью воздухообмен в наружной канализационной сети.

Емкость вентилируемого участка сети с расположенными на нем канализационными колодцами находится из выражения:

,  (4.2.2)

где:

D_1c, D_2c, D_2c, l_1c, l_1c, l_1c - диаметры и протяженность различных участков вентилируемой сети, м;

D_1k, D_2k, D_2k, h_1k, h_2k, h_2k - диаметры и высота канализационных колодцев, расположенных на вентилируемых участках, м;

k - коэффициент кратности воздухообмена в сети.

Для обеспечения вентиляции расчетного участка сети число вытяжных частей стояков находят по формуле:

,                                                                                        (4.2.3)

где:

Q - производительность одной вытяжной части данной конструкции, м³/сут.

Очевидно, что для расчетов следует принимать минимальную производительность вытяжных частей. Для одиночных стояков Q принимается равной 18-20 м³/ч; для группы из трех стояков - 35 м³/ч; из четырех - 60 м³/ч; из пяти - 120-155 м³/ч и из 11 стояков - 240-280 м³/ч. При этом нужно учитывать, что одиночные стояки примерно 16 ч в сутки работают на выброс воздуха в атмосферу и 8 ч в сутки - на приток, а вытяжные части, объединяющие группу стояков, круглосуточно работают в режиме вентиляции сети. Отсюда суточный расход воздуха составляет: для одиночных стояков - 320 м³/сут, для группы из трех-четырех стояков - 800-1500 м³/сут; для группы из пяти стояков и более - 2000 м³/сут.

В формуле (4.2.2) неизвестной величиной является коэффициент суточной кратности воздухообмена к. Если принять k = 100, нетрудно рассчитать, что для вентиляции сети диаметром 500 мм, длиной 1000 м, на которой расположены 10 колодцев диаметром 1000 мм и высотой 2 м, нужно 12 вытяжных частей одиночных стояков. Этот расчет до известной степени условен. Однако он дает возможность понять, что даже 100-кратный суточный воздухообмен в наружной сети обеспечивается относительно небольшим числом канализационных стояков.

В городских условиях при высокой плотности застройки отказ от устройства вытяжной части (например, в системах с невентилируемыми стояками) при объединении группы стояков без вытяжной части в системах канализации отдельных зданий не может существенно повлиять на вентиляцию наружной сети. В сельских населенных местах, где преобладает малоэтажная застройка и возможно применение только невентилируемых канализационных стояков, необходимо предусматривать меры по вентиляции канализационной сети. Проще всего в этом случае в каждом типовом здании устраивать по одному стояку, сообщающемуся с атмосферой.

Глава 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ КАНАЛИЗАЦИИ ИЗ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБ ДЛЯ ЗДАНИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ И МИКРОРАЙОНОВ

5.1. Проектирование систем внутренней канализации

5.1.1. Проектирование трубопроводных систем канализации из пластмассовых труб для зданий различного назначения следует выполнять в соответствии со СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» и СП 40-102-2000 «Проектирование трубопроводов и монтаж систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования».

Примечание. Запрещается применение пластмассовых труб для транспортирования жидкостей и газов, к которым пластмассовые трубы и уплотнители стыковых соединений химически нестойки.

5.1.2. Расход сточных вод для указанных объектов следует определять в соответствии с положениями гл. 2 настоящих рекомендаций.

5.1.3. Конструкцию надземной части систем канализации зданий следует рассчитывать в соответствии с положениями гл. 3 настоящих рекомендаций.

5.1.4. Конструкцию вытяжных частей стояков следует выбирать в соответствии с положениями гл. 4 настоящих рекомендаций. Рекомендуется объединение поверху канализационных стояков в одну вытяжную часть. С увеличением числа объединяемых стояков увеличивается вероятность незамерзания единой вытяжной части. В зданиях с эксплуатируемыми кровлями допускается не устраивать вытяжную часть при условии объединения поверху не менее четырех канализационных стояков.

5.1.5. Для обеспечения самоочищающей способности потока сточных вод в количестве q в отводных канализационных трубопроводах необходимо обеспечивать следующие параметры течения:

,                                                                                 (5.1.1)

где:

V - скорость течения, м/с;

h/D - наполнение трубопровода.

При этом скорость течения должна быть не менее 0,7 м/с, а наполнение - не менее 0,3. Гидравлический расчет безнапорных канализационных трубопроводов зданий и микрорайонов следует выполнять в соответствии с гл. 3 настоящих рекомендаций.

5.1.6. Увеличение значения  возможно в трех случаях:

- увеличение расхода стоков;

- уменьшение длины отводных трубопроводов;

- уменьшение диаметра отводных трубопроводов.

При прочих равных условиях увеличение расхода стоков может быть обеспечено присоединением возможно большего числа санитарно-технических приборов и стояков к одному отводному трубопроводу; уменьшение длины отводных трубопроводов обеспечивается объединением понизу всех канализационных стояков в здании в один выпуск без устройства дворовой сети. При этом единый выпуск следует располагать, возможно, ближе к основанию стояков.

Уменьшение диаметра отводного трубопровода достигается за счет увеличения его наполнения при расчетах.

Примечание. Диаметр отводного трубопровода не может быть меньше наибольшего из диаметров канализационных стояков, объединяемых этим отводным трубопроводом.

5.1.7. Трубопровод, в котором невозможно обеспечить выполнение условия (5.1.1), считается безрасчетным и может быть проложен с безрасчетным уклоном.

При невозможности обеспечить самоочищающий режим течения сточной жидкости в канализационном выпуске из здания следует в основании каждого стояка устанавливать специальное устройство из полиэтилена, в конструкцию которого входит емкость (18 л), опорожняющаяся в течение 10 с и промывающая трубопровод (рис. 5.1.1). Во избежание передачи воздействия веса устройства на пластмассовый стояк оно должно быть жестко закреплено (на стене, колонне и т.д.).

Рис. 5.1.1. Промывочное устройство

1 - емкость; 2 - вентиляционный стояк; 3 - подъемная труба; 4 - вакуумная труба; 5 - водяной замок; 6 - крепежная лента; 7 - прочистка

5.1.8. Прокладку внутренних канализационных сетей надлежит рассматривать:

открыто - в подпольях, подвалах, цехах, подсобных и вспомогательных помещениях, коридорах, технических этажах и в специальных помещениях, предназначенных для размещения сетей, с креплением к конструкциям зданий (стенам, колоннам, потолкам, фермам и др.), а также на специальных опорах;

скрыто - с заделкой в строительные конструкции перекрытий, под полом (в земле, каналах), панелях, бороздах стен, под облицовкой колонн (в приставных коробах у стен), в подшивных потолках, в санитарно-технических кабинах, в вертикальных шахтах.

Допускается прокладка канализации из пластмассовых труб в земле, под полом с учетом возможных нагрузок.

В многоэтажных зданиях различного назначения при применении пластмассовых труб для систем внутренней канализации необходимо соблюдать следующие условия:

а) прокладку канализационных стояков предусматривать скрыто в монтажных коммуникационных шахтах, штрабах, каналах и коробах, ограждающие конструкции которых, за исключением лицевой панели, обеспечивающей доступ в шахту, короб и т.п., должны быть выполнены из несгораемых материалов;

б) лицевую панель изготовлять в виде открывающейся двери из сгораемого материала- при применении труб из поливинилхлорида и трудно сгораемого материала - при применении труб из полиэтилена и полипропилена.

Примечание. Допускается применять сгораемый материал для лицевой панели при использовании полиэтиленовых и полипропиленовых труб. В этом случае дверь должна быть неоткрывающейся, а для доступа к арматуре и ревизиям необходимо предусматривать устройство открывающихся люков площадью не более 0,1 м² с крышками;

в) в подвалах зданий при отсутствии в них производственных, складских и служебных помещений, а также на чердаках и в санузлах жилых зданий прокладку канализационных и водосточных пластмассовых трубопроводов допускается предусматривать открыто;

г) места прохода стояков через перекрытия должны быть заделаны цементным раствором на всю толщину перекрытия;

д) участок стояка выше перекрытия на 8-10 см (до горизонтального отводного трубопровода) следует защищать цементным раствором толщиной 2-3 см;

е) перед заделкой стояка раствором трубы следует обертывать рулонным гидроизоляционным материалом без зазора.

5.1.9. Расстановка креплений на канализационных трубопроводах должна отвечать требованиям, изложенным в разделе 1.3 настоящих рекомендаций.

Примечание. Применяемые конструкции креплений, опор и подвесок приведены в гл. 1 настоящих рекомендаций. Допускается применять крепления и опоры других конструкций.

5.1.10. При пересечении трубопроводов из полимерных материалов с неизолированными трубами отопления или горячего водоснабжения расстояние в свету между ними должно быть не менее 50 мм, а при параллельной прокладке - не менее 100 мм. При пересечении с изолированными трубопроводами прокладку можно осуществлять без зазора (рис. 5.1.2).

Расстояние в свету между канализационными трубами из полипропилена и нетепло-изолированными стальными и пластмассовыми трубопроводами горячего водоснабжения и отопления должно быть не менее 50 мм при их параллельной прокладке и не менее 25 мм - при пересечении; теплоизолированные трубопроводы допускается прокладывать без зазора. При этом канализационные трубопроводы должны быть расположены ниже труб отопления и горячего водоснабжения.

Рис. 5.1.2. Варианты прокладки канализационного трубопровода с трубами отопления и горячего водоснабжения

а - без изоляции; б - в изоляции; в - параллельная прокладка; 1 - пластмассовый трубопровод; 2 - трубопроводы отопления и горячего водоснабжения

5.1.11. Переход стояка в горизонтальный трубопровод следует монтировать не менее чем из двух отводов 45° (рис. 5.1.3). Узел поворота стояка в горизонтальный трубопровод запрещается выполнять с использованием отвода 87°30'

Рис. 5.1.3. Варианты узлов перехода канализационного стояка в горизонтальный трубопровод (с компенсационным патрубком)

1 - труба (патрубок); 2 - отвод 45°; 3 - отвод 30°

5.1.12. Переход канализационного стояка в горизонтальный трубопровод в подвале рекомендуется выполнять с использованием узла с компенсационным патрубком. Изменяя глубину вдвигания расположенного выше патрубка в удлиненный раструб компенсатора, можно более точно обеспечить проектный уклон горизонтального трубопровода (рис. 5.1.4)

Рис. 5.1.4. Узел перехода канализационного стояка в горизонтальный трубопровод (с компенсационным патрубком).

1 - труба (патрубок); 2 - ревизия; 3 - патрубок компенсационный; 4 - отвод

5.1.13. Запрещается присоединение стояков к горизонтальным трубопроводам с помощью тройника 87°30'. Допустимый вариант врезки стояка показан на рис. 5.1.5.

Исключение составляют трубопроводы на чердаках зданий, где узлы врезок и поворотов могут выполняться с использованием тройников и отводов 87°30'

Рис. 5.1.5. Вариант врезки стояка в горизонтальный трубопровод

1 - труба (патрубок); 2 - тройник 45°; 3 - отвод 45°; 4 - ревизия

5.1.14. Узлы поворотов и врезок самотечных трубопроводов в горизонтальной плоскости следует выполнять не менее чем из двух фасонных частей: два (или более) отвода, тройник 45° + отвод 45°.

Допускается выполнять узел поворота горизонтального трубопровода с использованием ревизии (рис 5.1.6), которая может устанавливаться между отводами 45°

Рис. 5.1.6. Узел поворота горизонтальной канализационной трассы с ревизией вместо прочистки (подвал)

1 - труба (патрубок); 2 - отвод 45°; 3 - ревизия

5.1.15. На каждом канализационном этаже стояке санитарно-технических кабин и шахт-пакетов следует предусматривать компенсационный патрубок, позволяющий облегчать монтаж стояков и их разборку при ремонте.

5.2. Проектирование микрорайонной канализационной сети

5.2.1. Определение расчетного расхода сточных вод следует выполнять в соответствии регламентами гл. 2 настоящих рекомендаций; гидравлический расчет самотечных трубопроводов - в соответствии с гл. 3.

5.2.2. Гидравлический расчет напорных трубопроводов канализации следует выполнять в соответствии с регламентами СП 40-102-2000.

5.2.3. Проход пластмассовых трубопроводов сквозь строительные конструкции выполняется с помощью гильз из жесткого материала (кровельная сталь, трубы и т.п.); внутренний диаметр гильз должен превышать наружный диаметр пластмассового трубопровода на 10-15 мм. Межтрубное пространство заделывается мягким негорючим материалом с таким расчетом, чтобы не препятствовать осевому перемещению трубопровода при его линейных температурных деформациях. Допускается также вместо жестких гильз обертывать пластмассовые трубы двумя слоями рубероида, пергамина, толя с последующей перевязкой их шпагатом или другим аналогичным материалом. Длина гильзы должна на 20 мм превышать толщину строительной конструкции.

5.2.4. Прокладку сетей канализации из пластмассовых труб следует предусматривать, как правило, подземной. Надземная и наземная прокладка канализационных пластмассовых трубопроводов на территории населенных пунктов не допускается. Расстояние от наружной поверхности канализационных труб до сооружений и инженерных сетей в плане и при пересечениях следует принимать согласно СНиП на генеральные планы.

5.2.5. При параллельной прокладке участки канализационных трубопроводов из пластмассовых труб следует проектировать ниже водопроводных линий (в том числе и из пластмассовых труб), при этом расстояние между ними должно определяться удобством выполнения монтажных работ и составлять не менее 0,5 м в свету.

5.2.6. Канализацию из пластмассовых труб при пересечении с теплопроводами и кабелями, а также с железными, автомобильными дорогами и трамвайными путями следует прокладывать в футлярах в соответствии со СНиП 2.04.03-85. Длина концов футляра, выступающих за пределы пересекаемого сооружения, должна быть больше наружного диаметра трубы на 200 мм. Зазор между пластмассовой трубой и футляром рекомендуется заполнять цементно-песчаным раствором.

5.2.7. Ширина траншеи по дну при прокладке отдельных линий канализации из пластмассовых труб должна приниматься в соответствии со СНиП 2.04.03-85.

5.2.8. Допустимая глубина заложения канализационных труб из ПНД и ПВХ приведена в табл. 5.2.1 и 5.2.2.

Таблица 5.2.1.

Глубина заложения канализационных труб из ПНД (при колесной нагрузке НК-80)

Примечания: 1. В таблице приняты следующие условные обозначения: плюс - трубы можно укладывать на глубину до 8 м; В - уплотнение грунта вручную (коэффициент уплотнения - не менее 0,92).

2. Без специального уплотнения грунта допустима укладка труб из ПНД типа «СЛ» в песках средней крупности на глубину до 6 ми типа «С» в сухих глинистых грунтах на глубину до 4 м.

3. ρ - плотность грунта.