Инженерные сети

 

2.ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ

 

2.1. Водоснабжение и его системы

 

Потребление воды городскими населенными пунктами огромное (до 400 л в сутки на человека), и  оно непрерывно увеличивается.

Системы водоснабжения  представляют собой комплекс сооружений, предназначенных для забора воды из различных источников, ее обработки, перекачки к потребителю и сооружений для хранения. Подача воды в многочисленные объекты осуществляется от централизованной (общегородской) наружной водопроводной сети или децентрированной (местной), т. е. от собственного источника водоснабжения. К централизованным относятся единые системы в городах, а также групповые (районные) водопроводы, которые обеспечивают водой группы предприятий и сельских населенных пунктов. По назначению системы водоснабжения подразделяются на хозяйственно-питьевые, производственные и противопожарные.

По сфере обслуживания системы могут быть раздельными или едиными. По способам подачи воды системы водоснабжения подразделяются на напорные и безнапорные. В напорных подача воды осуществляется насосами (нагнетательные трубопроводы, работающие полным сечением) и за счет разности отметок уровня воды в источнике и расчетной пьезометрической в месте водоотвода. Безнапорные водопроводы (фавитационные самотечные) работают неполным сечением за счет разности отметок начальной Z_н и конечной Z_K точек в случаях, когда Z_н > Z_K.

Схема водоснабжения  городов и населенных пунктов  определяется видом источника водоснабжения, качеством воды, рельефом местности и режимом водоснабжения. В общем случае система водоснабжения включает следующие сооружения:

1)     водозаборные;

2)     насосные  станции - для подъема и перекачки  воды;

3)     очищающие  воду и повышающие ее качество;

4)    сборные резервуары  для равномерной подачи воды  и хранения ее резерва для противопожарных и аварийных ситуаций;

5)     водоводы (линии труб или каналов), необходимые  для подачи воды к местам  ее распределения;

6)     водопроводную  сеть (систему различных трубопроводов), уложенную по улицам и подающую воду потребителям (отдельным домам и предприятиям);

7)  водонапорные башни  и напорные резервуары (создаются  на возвышенных местах), выполняющие роль водохранилищ, аккумулирования воды и регуляторов режима ее потребления (рис.3).

 

 

 

 

Рис. 3. Схема системы водоснабжения из открытого источника

а) профиль;

б) план;

1  - источник водоснабжения (река);

2 - береговой колодец;

3 - насосная станция 1-го подъема;

4 - очистительные сооружения;

5 - резервуар чистой воды;

6 - насосная станция 2-го подъема;

7 - напорный трубопровод;

8 - водонапорная башня;

9 - разводящая сеть  трубопроводов

Городская водопроводная  сеть представляет собой систему  подземных трубопроводов, по которым вода при помощи насосных станций подается потребителям. Трубопроводы делятся на магистральные и распределительные.

Общее количество воды Q, которое необходимо подать в сутки в на-селенные пункты или их районы, определяется на основании гидравлического расчета по формуле:

     Q = q_срr_мk,                                                       (1)

 

где q_ср - средний за сутки расчетный расход на одного жителя;

        k=1,3-k₀ - коэффициент неравномерного потребления воды;

        r_м - число жителей, проживающих в городе или его районах.

Среднесуточная потребность  одного жителя в воде q_cp =100/400 литров (без учета горячей воды).

В зависимости от всех характеристик расхода воды диаметры труб линий сети определяют по формуле:

 

                                            (2)

 

где q_p; - расчетный расход воды по участку сети длиной L;

      v - скорость движения воды в трубопроводе.

Скорость движения воды зависит от многих показателей: гидравлических параметров труб и их качества, напора насосов и водонапорных башен, потерь напора, стоимости энергии и монтажа труб и т. д.

Потери напоров в  трубах рассчитывают по формуле:

 

                                              (3)

 

где S_c - сопротивление линии.

Напор насосов Н определяют по формуле:

 

Н = Н_Б + Н_б + ∑h_в + (Z_б + Z₀)                                     (4)

 

где Н_б -высота водонапорной башни;

      Н_б - высота бока башни;

      ∑h_в - сумма потерь в водоводах;

      Z₆ - отметка места расположения башни;

      Z_o - отметка уровня воды в водоеме.

Высоту водопроводной башни  рассчитывают по формуле:

 

Н_Б = Н_св + ∑h_с + (Z_б + Z_д)                                        (5)

 

где Н_св - свободный напор в диктующей точке;

       ∑h_с - сумма потерь напора до водонапорной башни;

       Z_д - отметка в диктующей точке Д.

Мощность насоса N_н необходимую для создания расчетных величин Н и q_p находим по формуле:

N_н=ρqgH/η_k                                                                                (6)

 

где ρ- плотность среды;   

       q - ее свободное ускорение;

      η_k - коэффициент полезного действия (КПД).

Согласно СНиП, минимальный  напор Н в наружной сети хозяйственно-питьевого водопровода при одноэтажной застройке должен быть не менее   10 м, двухэтажной — 12 м, многоэтажной:

 

Н=10+4(К-1)                                                  (7)

 

где К – число этажей.

Максимальное значение Н ≤ 60 м.

Используя Н ориентировочно можно рассчитать значения d и V. Оптимальной скоростью является такое ее значение V₀, при котором затраты на строительство и эксплуатацию водопроводных систем минимальны. Ввиду сложности технико-экономических расчетов этих систем подбор величины d производится по средним скоростям, рекомендованным СниП II-30-76: в магистральных трубопроводах не более 1,5 м/с (наиболее экономичные 0,9 -1,2 м/с), в производственных водопроводах – V < 1,2 м/с, а трубопроводах спринклерных и дренчерных установок – V < 10 м/с. По этим величинам определяются диаметры d трубопроводов, которые затем уточняются при помощи различных номограмм и таблиц.

Расчеты:

А= 50+20*20=500 тыс. человек

Q=400*450*1,3=243000 л/сутки

d= 1,13 √ 0,2/1,2 = 0,53 м

h_n=0,2²*4*100%=14%

 H_Б=117,6+60+0,2+70=242,6 м

 N_H =(1*9,8*0,2*247,8)/0,8=613,02 м

H=10+4(9-1)=44 м

 

 

5.2. Водоотведение  и сети канализации

Все виды водопроводной  воды, используемой в хозяйственных, производственных и других целях, сильно загрязняются в результате различных процессов и санитарно-гигиенических процедур и представляют собой сточную жидкость.

В сточных водах большое  количество химических соединений, жиров, масел, нефтепродуктов, органических, ядовитых и радиоактивных веществ, которые могут загнивать и служить благоприятной средой для развития микроорганизмов, в том числе и патогенных (болезнетворных).

 

Рис. 4. Схема городской сети канализации

Поэтому сточные воды необходимо удалять за пределы жилых зон, обрабатывать и очищать.

Система водоотведения (канализации) предназначена для удаления из зданий и объектов загрязненных (сточных) жидкостей. При наличии водоснабжения устраивают сплавные системы канализации – загрязнения удаляют водой.

В зависимости от происхождения  и качественных характеристик (химического  и физического составов) сточные  воды разделяют на бытовые, производственные и атмосферные. Аналогично подразделяются и системы канализации.

Дворовая сеть принимает стоки  от одного или нескольких домов. Внутриквартальная  обслуживает большую группу зданий и в зависимости от их размеров и числа имеет вид дворовой или имеет магистральную линию, к которой примыкают дворовые сети (боковые ответвления).

Трубопроводы прокладывают, как  правило, параллельно зданиям по направлению к магистральным  линиям и наружной уличной сети. Расстояния от стены здания принимается не менее 3,0 -5,0 м. Перед присоединением к наружной уличной сети перед красной линией (на расстоянии 1,0 -1,5) устраивают контрольные колодцы.

Для контроля за работой сети и  ее прочистки устраивают, смотровые  колодцы в местах присоединения  выпусков, на поворотах, в местах изменения диаметров и уклонов труб, на прямых участках на расстоянии не более 35 м при диаметре труб 150 мм и 50 м при диаметре труб 200 – 450 мм. Колодцы устраивают из кирпича или сборных железобетонных элементов и перекрывают чугунными люками.

Трубы сетей канализации – керамические, асбестоцементные. бетонные и иногда чугунные.

Диаметр труб d и уклон I трубопроводов определяют по формулам:

 

при h/d < 0,6                       d = ,

при h/d > 0,6                        d = 1,13 ,

                                                  i = K

где g_hr – количество стоков, поступающих в трубопровод;

       К – коэффициент, зависящий от материала труб;

       V-скорость движения жидкости;

       в – коэффициент, зависящий от режима движения жидкости;

       λ – коэффициент сопротивления по трубопроводу;

       h – потери напора по трубопроводу.  

d = 1,13√(0,34/08)/0,85=0,83 м

i=1*0,9 * 0,8⁶/2*9,8*d=0,0013

Максимальное наполнение для канализационных труб внутри здания допускается до 0,5 (минимальное – 0,3) и принимается из условия транспортирования легких крупных взвесей (бумага, ветошь).

Нормы водоотведения равны нормам водопотребления и рассчитываются по формулам:

g_pк =g_p.об..

 

где g_р.об – расчетный общий расход в системах холодного и горячего водоснабжения.

Для предотвращения засоров, диаметр и уклон должны соответствовать условию:

. > 0,6 .

Наружная уличная канализационная  сеть представляет собой систему  подземных трубопроводов, принимающих  сточные воды от внутри квартальных сетей и транспортирующих эти воды к насосным станциям и к очистным сооружениям.

Для самотечного движения вод всю территорию разделяют  на бассейны канализации, где соответственно рельефу местности прокладывают самотечные трубопроводы уличной сети и коллекторы (бассейнов, главные, загородные).

Назначение канализации – обеспечить пропуск расчетного расхода сточных вод (по численности населения в городе и производительности промышленных предприятий).

Нормой водоотведения  называется расход вод на одного жителя или на единицу выпускаемой предприятиями  продукцией, т.е. для бытовых нужд.

Канализационная сеть всегда должна быть доступна для осмотра и прочистки. Для приема атмосферных вод предусматриваются  дождеприемники.Для производственных:

Q_ср.сут=150*100/100=160

q_max=15000*100*0,2/12*3600=0,64

q_max=130*50*1000*0,1/12*3600=15,13

где Q_cp.cym и g _макс.с – расчетные расходы соответственно м³/сут, л/сут;

       N — число жителей, проживающих на площади F;

      М_сут> М_см –количество продукции, выпускаемой за сутки и за смену;

      К_ч – коэффициент часовой неравномерности водоотведения.

Гидравлический расчет сети производится по формулам:

g = S_жV,     i = .                                               (8)

 

q=1057, 386*1,5=1596,073

i=0,1*1,5/2*20*2*1586,079=0,000002

Наименьшие уклоны трубопроводов канализации: для труб d = 150 мм -0,007; d = 200 мм - 0,005; d > 1200 мм - 0,0005.

Минимальные расчетные скорости сточных  вод: для труб диаметром 

d = =150 - 200 мм - 0,8 м/с;

d = 300 - 400 мм - 0,9 м/с; d = 450 -500 мм - 0,8 м/с;   

d = 900 -1200 мм - 1,16 м/с.

Наименьшие диаметры труб:

1)    для бытовой: d — 150 мм - для внутриквартальной и d - 200 мм - для уличной,

2)  ливневой и общесплавной - соответственно d = 200 мм и d = 250мм. Глубина укладки труб имеет большое значение, глубины начальных колодцев дворовой канализации зависят от глубины сетей всего бассейна и коллекторов. Наименьшая глубина должна быть на 0,3 м (при d < 500 мм) и на 0,5 м (d > 500 мм) больше глубины промерзания, но не менее 0,7 м до верха трубы. При небольшой глубине трубопроводы необходимо предохранять от транспорта.