ВВЕДЕНИЕ
Повышение благосостояния населенных мест предполагает повышенные темпы развития водоснабжения и водоотведения как для жилых секторов так и для сельскохозяйственных нужд. Здание любого назначения оборудуют системами водоснабжения и водоотведения. Запроектированные и построенные системы водоснабжения зданий должны обеспечивать потребителей водой заданного качества в нужном количестве и под необходимым напором.
Основные буквенные обозначения
- общий расход воды, л/с, санитарно-техническим прибором (арматурой
- расход горячей воды, л/с, санитарно-техническим прибором (арматурой)
- расход холодной воды, л/с, санитарно-техническим прибором (арматурой)
- расход стоков от санитарно-технического прибора, л/с
qtot - общий максимальный расчетный расход воды, л/с;
qh - максимальный расчетный расход горячей воды, л/с;
qc - максимальный расчетный расход холодной воды, л/с;
qs - максимальный расчетный расход сточных вод, л/с;
- общий расход воды, л/ч, санитарно-техническим прибором
- расход горячей воды, л/ч, санитарно-техническим прибором
- расход холодной воды, л/ч, санитарно-техническим прибором
- общая норма расхода воды, л, потребителем в час наибольшего водопотребления
- норма расхода горячей воды, л, потребителем в час наибольшего водопотребления
- норма расхода холодной воды, л, потребителем в час наибольшего потребления
- общий максимальный часовой расход воды, м3;
- максимальный часовой расход горячей воды, м3;
- максимальный часовой расход холодной воды, м3;
- общий средний часовой расход воды, м3;
- средний часовой расход горячей воды, м3;
- средний часовой расход холодной воды, м3;
qcir - расчетный циркуляционный расход горячей воды в системе, л/с;
qh,cir - расчетный расход горячей воды с учетом циркуляционного, л/с;
- общая норма расхода воды потребителем в сутки (смену) наибольшего водопотребления, л;
- норма расхода горячей воды, л, потребителем в сутки (смену) наибольшего водопотребления;
- норма расхода холодной воды, л, потребителем в сутки (смену) наибольшего водопотребления:
- общая норма расхода в средние сутки, л;
- норма расхода горячей воды в средние сутки, л;
- норма расхода холодной воды в средние сутки, л;
qst,w - расчетный расход дождевых вод;
qsp - расход воды, подаваемой насосами;
-часовой расход воды, м3, подаваемой насосом;
U - число водопотребителей;
N - число санитарно-технических приборов;
i (индекс) - порядковый номер водопотребителя или санитарно-технического прибора;
i - удельные потери напора на трение при расчетном расходе, определяемые по таблицам
для гидравлического расчета систем холодного водоснабжения
Р - вероятность действия санитарно-технических приборов;
Phr - вероятность использования санитарно-технических приборов (возможность подачи прибором нормированного часового расхода воды) в течение расчетного часа в зданиях или сооружениях с одинаковыми водопотребителями;
Т - расчетное время, ч, потребления воды (сутки, смена);
Hp - напор, м, развиваемый насосной установкой;
Нgeom - геометрическая высота подачи воды, м, от оси насоса до требуемого санитарно-технического прибора;
Нl - потери напора, м, на расчетном участке трубопровода;
Нl,tot - сумма потерь напора на расчетном участке трубопровода;
Hf - свободный напор, м, у санитарно-технического прибора
Нg - наименьший гарантированный напор в наружной водопроводной сети;
Нep - избыточный напор, м, который следует погасить диафрагмой;
- тепловой поток, кВт, на нужды горячего водоснабжения в течение часа максимального водопотребления;
- тепловой поток, кВт, на нужды горячего водоснабжения в течение среднего часа водопотребления;
Qht - теплопотери на расчетном участке, кВт;
v - скоростьдвижения жидкости в трубопроводе, м/с;
- наполнение трубопровода;
l - длина, м, расчетного участка трубопровода;
kl - коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях;
tc - температура холодной воды, °С, в сети водопровода; при отсутствии данных ее следует принимать равной 5 °С;
D t - разность температур горячей и холодной воды, °С;
п - число включений насоса в 1 ч;
п¢ - шероховатость трубопроводов.
Условные обозначения элементов водопроводной и канализационной сети 
1. Водоснабжение
1.1 Анализ исходных данных
Здание этажностью 9
Координаты привязки -1,150
Отметка чистого пола 0,000
Высота этажа 3м
| Квартиры | Количество | Площадь, м2 | |
| Жилая | Общая | ||
| Однокомнатная | 20,02 | 38,26 | |
| Трёхкомнатная | 41,83 | 76,80 | |
| Средняя площадь | 30,92 | 57,53 |
В контрольной работе разрабатывается схема системы внутренней водопроводной сети здания с определением расчетных расходов воды. Также разрабатывается схема системы канализационной сети, производится проверка пропускной способности стояков и определение расчетных расходов сточных вод.
В жилых зданиях, гостиницах, общежитиях рассчитанных на круглосуточное пребывание людей расчетным периодом считается 24 часа. В общественных зданиях в зависимости от назначения продолжительность рабочего периода от 8 до 9 часов (предприятия обслуживания – индивидуально). Величины относительных расходов в одни и те же часы совпадают и отражают наиболее характерные условия режимов водопотребления.
Режимы водопотребления в жилых зданиях имеют следующие особенности:
• Наибольшее водопотребление наблюдается утром с 7 до 11 часов, вечером с 18 до 22 часов;
• При уменьшении числа потребителей воды в здании неравномерность разбора воды при общем уменьшении расхода увеличивается в количественном отношении;
• Низкие значения коэффициента максимальной часовой неравномерности косвенным образом свидетельствует о наличии в системе значительных утечек за счет увеличения ночных расходов воды;
Таблица 1 – Санитарно-технологическое оборудование в здании
| Наименование приборов | Количество | Расход л/с | Расход всего л/с | Расход м3/ч | Расход всего м3/ч |
| Ванна Умывальник Мойка Унитаз Стиральная машина | 0,18 0,18 0,2 0,1 0,01 | 4,86 4,86 5,4 2,7 0,27 | 1,35 1,35 1,5 0,75 0,075 | 36,45 36,45 40,5 20,25 2,025 |
1.2 Определение нормативных расходов водоснабжения
Основным требованием, предъявляемым к внутренним водопроводам, является бесперебойность подачи воды водопотребителю.
Водопроводную сеть здания рассчитывают на самые неблагоприятные условия работы, т.е. на пропуск наибольшего секундного расхода воды.
В соответствии со СП 31.13330.2012 определяем нормы расхода воды потребителями и подбирается санитарно- технического оборудование исходя из назначения здания.
Здание оборудовано централизованным горячим водоснабжением, стандартными ванными, мойками, умывальниками, унитазами со смывными бочками. Расчетная осредненная заселенность квартир (V) 3,18 чел.
Таблица 2 – Нормы расходов воды
| Водопотребители | Измеритель | Нормы расхода воды, л | Расход воды прибором, л/с (л/ч) | ||||
| в сутки наибольшего водопотребления | в час наибольшего водопотребления | ||||||
общая
(в том
числе горячей)
| горячей
| общая
(в том
числе горячей)
| горячей
| общий
(холодной
и горячей)
| холодной
или горячей
| ||
| Жилые дома квартирного типа с ваннами длиной от 1500 до 1700 мм, оборудованными душами | житель | 15,6 | 4,6 | 0,3(300) | 0,2(200) |
1.3 Построение расчетной схемы и определение расчетных расходов
Для расчетных расходов воды необходимо знать водопотребление в зданиях, суточное водопотребление по часам что бы составить график водопотребления, путем анализа уже построенных и эксплуатируемых зданиях аналогичных по назначению, этажности, заселенности и сан.-тех. оборудованию. В системах водоснабжения внутренних водопроводах процесс отбора воды является случайным и неуправляемым.
Режим водопотребления зависит от назначения, вида сан.-тех. оборудования, от заселенности, от производительного или технологического процесса в здании. Наиболее сложно определить режим водопотребления в жилых зданиях, в которых водопотребление связанно с режимом работы населения, степенью благоустройства, культурных и санитарных навыков, климатических условий, качества и культуры обслуживания этих систем. На основе экспериментальных данных анализа колебания расхода воды в течении суток были определены коэффициенты неравномерности водопотребления.
Коэффициент неравномерности – отношение общего максимального расхода к общему среднему значению за период водопотребления.
;
где 
– общий средний часовой расход воды, куб.м;
общий максимальный часовой расход воды, куб.м.
Реальный расход воды в системе изменяется непрерывно в следующей функциональной зависимости:
;
где 
нормируемый водоразборной арматурой общий расход воды, л/с;
– заселенность и количество эквивалентных единиц на расчетной сети;
регулирующая характеристика водоразборной арматуры;
вероятность включения водоразборной арматуры или обеспеченность появления расходов воды;
вероятность включения прибора в действие (зависящая от часового расхода);
норма расхода воды основными категориями потребителей.
Профессор Курсин С.А. проанализировал суточное водопотребление с учетом определения расчетных расходов воды на вводах в здание:
;
Вероятность действия сан.-тех. приборов при одинаковых потребителях в здании без учета изменения их соотношения.
;
где 
норма расхода воды одним потребителем в час наибольшего потребления;
общее количество приборов в здании;
общее число жителей в здании.
При отличающихся группах водопотребителей в здании (питающихся от одной водопроводной сети):
.
При отсутствии данных о числе сан.-тех. приборов в зданиях, значение Р или вероятности действия, допускается определить по вышеперечисленным формулам, принимая что N=P.
При отсутствии данных о расходах воды и технических характеристик приборов в жилых и общественных зданиях, допускается принимать 
равным 0,3 л/с, а для подачи холодной воды и горячей воды 
.
Секундный расход воды 
разными приборами обслуживающие разных водопотребителей вычисляют по следующей формуле:
;
где 
- вероятность действия сантех приборов, определенная для каждой группы водопотребителей.
- секундный расход воды водоразборной арматурой, л/с.
Максимальные расчетные часовые расходы вычисляют по аналогичной методике секундных расходов. Расчетный часовой расход составит:
где 
- расход водоразборной арматуры, л/с
– коэффициент, определяемый согласно рекомендуемому приложению 4 в зависимости от общего числа приборов N, обслуживаемых проектируемой системой, и вероятности их использования Phr.
, м3/ч
Часовой расход воды сан.-тех. приборами при отличающихся водопотребителей в здании, определяют по следующей формуле:
Расчетные суточные расходы определяются, как сумма произведения числа однотипных водопотребителей на соответствующую норму водопотребления в сутки наибольшего водопотребления.
;
Сравнивая определенные расчетные расходы воды в системах холодного водоснабжения, следует отметить особенность этих расчетов:
- основываясь на большом количестве экспериментальных данных, данная методика отображает реальное водопотребление в зданиях различного назначения;
- при использовании водосчетчиков реальное водопотребление позволит уточнить расчетные расходы по сравнению с нормативными расходами на 15-20%;
- задачей данного расчета является определение секундных расходов холодной воды и расчетных часовых расходов водопроводной сети здания.
Для того чтобы определить расходы необходимо построить расчетную схему.
Рисунок 1 – Расчетная схема системы водоснабжения
Исходя из формул вероятности действия санитарно-технических приборов вычисляем:
Гидравлический расчет ведется в табличной форме. За водоразборный прибор принята одна точка водоотбора.
Таблица 3 – Гидравлический расчет внутреннего водоснабжения
| № точки водоразбора | № участка | кол-во сантех приборов, N | вероятность действия, P | N*P | α |
| - | - | - | - | - | |
| 1-2 | 0,004947 | 0,01978 | 0,215 | ||
| 2-3 | 0,04 | 0,256 | |||
| 3-4 | 0,06 | 0,289 | |||
| 4-5 | 0,08 | 0,318 | |||
| 5-6 | 0,1 | 0,343 | |||
| 6-7 | 0,12 | 0,367 | |||
| 7-8 | 0,14 | 0,89 | |||
| 8-9 | 0,16 | 0,41 | |||
| 9-10 | 0,18 | 0,43 | |||
| 10-11 | 0,223 | 0,467 | |||
| 11-12 | 0,445 | 0,638 | |||
| 12-13 | 0,49 | 0,672 | |||
| 13-14 | 0,66 | 0,779 | |||
| 14-15 | 0,66 | 0,779 | |||
| 6,352 |
Вероятность использования санитарно-технических приборов Phr для системы в целом следует определять по формуле
Phrtot = (3600 * 0,00918 * 0,3) / 230 = 0,043
Phrc = (3600 * 0,004947* 0,2) / 200 = 0,0178
Часовые расходы воды в здании вычисляют:
Ntot * Phrtot = 135 * 0,043= 5,8 л/ч
Nс * Phrc = 135 * 0,0178= 2,403 л/ч
Максимальный часовой расход воды 
м3/ч, следует определять по формуле
qhrtot = 5 * 230 * 2,826 = 3,249 м3/ч
qсtot = 5 * 200 * 1,604 = 1,64 м3/ч
1.4 Расчет и подбор водосчетчика
Для учета количества потребляемой воды в системах водоснабжения зданий устраивают водосчетчики или расходомеры, контрольно-измерительные приборы.
Различают водомерные узлы простые и с обводной линией, на которой устраивают вентиль или задвижку в опломбированном положении (пломба снимается при пожаре или при погрешности показаний).
Водомерный узел с обводной линией применяют в объединенных системах хозяйственно - питьевого и противопожарного водоснабжения для пропуска воды на пожар по обводной линии минуя водосчетчик.
Запорную арматуру, задвижки и вентили устанавливают перед водосчетчиком и после него.
Между водосчетчиком и запорной арматурой по направлению движения воды устанавливают контрольно-спускной кран, который служит для спуска воды из системы внутреннего водопровода.
Для учета воды используют водосчетчики типа ВК (крыльчатые) и турбинные водосчетчики.
Водомерный узел монтируют в сухом помещении и легкодоступном месте в близи наружной стены здания.
В соответствии со СНиП II-30-76 крыльчатые водосчетчики подбирают таким образом что бы средний часовой расход воды при длительной эксплуатации водосчетчика был больше 4%-го максимального суточного водопотребления в здании, т.е. расчетный суточный максимальный расход должен быть определен с учетом всех потребителей.
Q = Qсут * 4/ 100 = 3,249 * 4 / 100 = 0,13 м3/ч;
Qmin= Qв * (0,15- 0,18)
Ui - число однотипный потребителей воды
QUi – норма водопотребления на одного водопотребителя
Водосчетчик определяется по графику для подбора водосчетчика и потерь напора.
Подобранный водосчетчик проверяют на пропуск минимального расчетного расхода воды и на потери напора. Минимальный расчетный расход воды принимают равным от 0,15 - 0,18 от максимального расхода, который должен быть не менее предела порога чувствительности водосчетчика. Если минимальный расчетный расход водосчетчика меньше предела чувствительности выбранного водосчетчика, то следует принимать водосчетчик меньшего калибра и проверить потери напора.
Для крыльчатых водосчетчиков hдоп = 2,5 м.
Для турбинных водосчетчиков hдоп = 1,0 м.
Потери напора в водосчетчике определяют по формуле:
где Scr – гидравлические сопротивления водосчетчика;
qр – расчетный максимальный секундный расход.
0,039 * 36,69 = 1,43 м
Для внутреннего водопровода потери напора определяют во всем узле:
;
где Q2в – расчетный часовой расход воды во всем здании.
Рисунок 2 – График для подбора водосчетчиков и определения потерь напора
Таблица 4 – Данные для подбора водосчетчика
Принимаем водосчетчик крыльчатый ВСКМ-40.
1.5 Построение аксонометрической схемы водоснабжения
1.6 Назначение и схема конструкции ввода
Ввод проектируют под прямым углом к стене здания с наименьшей длиной, к середине здания для уменьшения протяженности водопроводной сети. Диаметр ввода определяется в ходе гидравлического расчета сети. В месте присоединения ввода к сети наружного водопровода предусматривают колодец диаметром не менее 700 мм, в котором размещают запорную арматуру для отключения ввода на ремонт. Глубину заложения ввода принимают с учетом глубины заложения труб городского водопровода и глубины промерзания грунта. Ввод прокладывают с уклоном 0,002 в сторону наружной сети для опорожнения внутреннего водопровода. Пересечение ввода со стенами подвала выполняется в сухих грунтах с зазором 0,2 м между трубопроводом и строительными конструкциями. Ввод водопровода располагают выше труб канализации, расстояние в плане не менее 1,5 м друг от друга.
Водомерный узел располагают, как правило, сразу же после ввода внутри здания на расстоянии не более 1 м от наружной стены. Необходимо обеспечить свободный подход к водомерному узлу для удобства эксплуатации и снятия показаний водомера. Перед водомером и после него устанавливают запорную арматуру, между водомером и второй по ходу движения задвижкой контрольно-спускной кран.
Водопроводные стояки следует размещать совместно с канализационными стояками и стояками горячей воды в местах наибольшего водоразбора. Подводящие трубопроводы от стояков к санитарным приборам прокладываются на высоте 20-30 см над полом с уклоном 0,002-0,005 к стоякам и соединяются с 
арматурой прибора вертикальными участками.
2. Водоотведение
2.1 Определение нормативных расходов водоотведения
Для отведения сточных вод от санитарно-гигиенических приборов проектируют бытовую систему внутренней канализации. Система внутренней канализации включает в себя следующие элементы: приемники сточных вод, гидравлические затворы, внутреннюю канализационную сеть, состоящую из отводных водопроводов, канализационных стояков и канализационных выпусков. Подключение внутренней канализационной сети к городской канализации производится через дворовую или внутреннюю квартальную канализацию. Участки канализационной сети следует прокладывать прямолинейно, сточные воды отводятся самотеком при неполном заполнении трубопровода.
Для устройства внутренней канализационной сети используют чугунные раструбные трубы и фасонные части к ним.
Для определения нормативных расходов стока необходимо воспользоваться СП 31.13330.2012 приложение 2. Определяем расход стоков от прибора (
л/с) и минимальные диаметры условного прохода(отвода), мм. Подсчитываем, согласно заданию, общее количество санитарно-технических приборов (Nобщ) и рассчитываем общий расход стоков от прибора ( л/с) по формуле:
Таблица 5 – Определение расходов стоков от приборов
| Санитарные приборы | Расход стоков от прибора
л/с
| Минимальные диаметры условного прохода, мм (отвода) | Количество сан.-тех. приборов | Общий расход стоков от прибора
л/с
|
| Мойка | 0,6 | 16,2 | ||
| Умывальник | 0,15 | 4,05 | ||
| Ванна | 0,8 | 21,6 | ||
| Унитаз | 1,6 | 43,2 | ||
| Стиральная машина | 0,5 | 13,5 | ||
| ∑= 98,55 |
2.2 Построение расчетной схемы и определение расходов водоотведения
Гидравлический расчет канализационных сетей следует начинать с определения расчетных расходов по стоякам, выпускам и участкам дворовой сети, так как в жилых зданиях имеются санитарные приборы, которые медленно наполняются из водопровода и быстро опорожняются в систему канализации (ванны, унитазы со смывными бочками), то расчетные расходы сточных вод при малом числе санитарных приборов превышают расчетный расход в системе водоснабжения. Увеличение числа санитарных приборов приводит к осреднению расходов сточных вод и соответственно их расходу в системе водоснабжения.
Максимальный секундный расход сточных вод, поступающий по участку в систему канализации, равен
при q< 8 л/с qs=q+q0s
при q>8 л/с qs=q,
где q - общий расчетный расход воды в сетях холодного горячего водоснабжения;
qs - нормативный удельный расход сточных вод от прибора с максимальным водоотведением. Принимаем унитаз со смывным бочком, 1,6 л/с.
Максимальный секундный расход сточных вод, поступающий по участку в систему канализации, при q > 8 л/с равен
qs=q
qs=98,55 л/с
2.3 Построение аксонометрической схемы водоотведения
2.4 Назначение конструкции выпуска
При проектировании внутренней канализации на плане типового этажа определяется место расположения канализационных стояков, которые размещают как можно ближе к унитазу в углу санузлов или в монтажных шахтах по всей высоте здания. К одному стояку могут быть подсоединены отводные трубы двух смежных узлов, если он размещен позади унитазов и строго по их сети. Для ликвидации засоров устраивают прочистку или ревизию. В начале участка линии на поверхности при изменении направления движения сточных вод, на горизонтальных участках ревизию и прочистки устраивают через каждые 6-15 м при диаметре 50 мм, и от 8-20 м при диаметре 100 мм, с учетом степени загрязненности сточных вод. На линиях, прокладываемых под потолком вместо ревизий, устраивают прочистки с выводом в лючок или открыто в полу выше расположенного этажа в местах для обслуживания.
Вытяжная часть канализационных стояков выводится через кровлю здания на высоту от плоской неэксплуатируемой кровли на 0,3 м, а от скатной кровли - 0,5 м. Диаметр вытяжки должен быть равен диаметру постоянной части стояка.
От санитарных приборов к стоякам трассируют отводные трубопроводы, которые прокладывают по стенам выше пола, а иногда под потолком нижерасположенного помещения в виде подвесных линий. Присоединение выпускных труб от приборов к отводным трубопроводам и отводных трубопроводов к стоякам предусматривается под углом 450или 600. Все отводные трубопроводы прокладывают по кратчайшему расстоянию с установкой на поворотах прочисток.
Несколько стояков можно объединить трубопроводами и присоединить их к одному выпуску. Выпуски прокладывают из чугунных труб по кратчайшему направлению к дворовой сети. Не рекомендуется направлять выпуски в сторону главного фасада здания.
Дворовую сеть проектируют параллельно зданию при наличии не менее двух выпусков и по кратчайшему расстоянию при одном выпуске. На расстоянии не менее 3 м от фундамента здания устраивается первый смотровой колодец. Далее смотровые колодцы устраиваются в местах присоединения трубопроводов, в местах изменения направления уклонов и на прямых участках при диаметре 150 мм через 25 м. Контрольный колодец устраивается на красной линии квартала застройки или относят на 1-1,5 м от нее в глубь участка. Подсоединение трубопровода от контрольного колодца к городскому колодцу производится под углом 900. Дворовая канализация к городскому коллектору присоединяется «щелыга в щелыгу». Если городской коллектор проходит на глубине большей, чем нижний участок дворовой сети, то контрольный колодец устраивается перепадным. При диаметре дворовой канализации 150 мм перепад до 0,5 м разрешается осуществлять путем слива в смотровой колодец. Перепад высотой до 6 м на трубопроводах диаметром до 500 мм, устраивают в колодцах в виде вертикальных стояков с водобойным прямиком или направляющим коленом, расположенных в рабочей камере смотрового колодца. Диаметр стояка должен быть не менее диаметра подводящего трубопровода.
Отводные трубопроводы от небольшого количества приборов обычно относят к категории безрасчетных и в зависимости от их диаметра принимают следующие уклоны: при d=50 мм-уклон i=0,025 мм, при d=100 мм i =0,002.
Диаметр канализационного стояка принимается не менее наибольшего диаметра поэтажных отводов, а затем максимальный секундный расход, поступающий со всех отводных трубопроводов, подсоединенных к стояку, сравнивается с максимальной пропускной способностью вентилируемого канализационного стояка принятого диаметра при угле присоединения поэтажных отводов к стояку 900.
Выпуски от канализационной сети в подвальных помещениях следует предусматривать с уклоном не менее 0,02. Диаметр выпуска принимается не менее диаметра наибольшего из стояков и проверяется расчетом.
3. ВЫВОД
Для успешного расчета систем водоснабжения и водоотведения необходим качественный анализ и прогнозирование подключаемого санитарно-технического оборудования зданий. Существенным фактором, влияющим на объёмы потребления водных ресурсов, является заселенность здания и график водоразбора.
Список литературы
1. СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Москва, 2012.
2. Орехова. В.И. Санитарно-техническое оборудование зданий и сельскохозяйственных объектов: учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2018. -100с.
3. ГОСТ Р 50601-93 Счетчики питьевой воды крыльчатые. Общие технические условия.