Проектирование насосных станций водоснабжения

 

 

Проектирование насосных станций водоснабжения является одним из главных этапов создания системы обеспечения водой как многоквартирных домов, так и промышленных предприятий. Техническая разработка подобных комплексов – непростая задача, доступная для выполнения только специализированным организациям.

Цели и задачи этапа проектирования насосных станций водоснабжения

1. Расчет характеристик планируемой водопроводной насосной станции. К таким параметрам относятся пиковый суточный и мгновенный расход водоносителя, график нагрузки комплекса водоснабжения, требуемое давление в системе.
2. Определение типа комплекса водоснабжения либо модернизация имеющегося.
3. Выбор комплектующих элементов системы, таких как насосные модули либо установки. Подбор осуществляется на основании рассчитанных характеристик, типу управления, стойкости к воздействию агрессивных сред, варианту монтажа агрегатов.
4. Автоматизация работы комплекса, позволяющая снизить издержки на его эксплуатацию. Внедрение иных мероприятий, повышающих эффективность насосного оборудования.

Нормативные документы в сфере разработки насосных станций

На этапе разработки насосных комплексов следует руководствоваться следующими регламентирующими документами:

1. ФЗ №384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
2. ГОСТ 21.601-79 «Система проектной документации для строительства. Водопровод и канализация. Рабочие чертежи».
3. ГОСТ 21.604-82 «Система проектной документации для строительства. Водоснабжение и канализация. Наружные сети».
4. Отраслевые стандарты по стальным, чугунным, полимерным водопроводным трубам.
5. СН 456-73 «Нормы отвода земель для магистральных водоводов и канализационных коллекторов».
6. СН 478-80 «Инструкция по проектированию и монтажу сетей водоснабжения и канализации из пластмассовых труб».
7. СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования».
8. «Положение о составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию», утвержденного Постановлением Правительства РФ №87 от 16.02.2008.

Кроме того, обязательны для исполнения следующие строительные нормы и правила:

№	Номер СНиП	Наименование СНиП
1	3.05.04-85	«Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации»
2	2.04.01-85	«Внутренний водопровод и канализация зданий»
3	3.05.01-85	«Внутренние санитарно-технические системы»
4	21-01-97	«Пожарная безопасность зданий и сооружений»
5	31-01-2003	«Здания жилые многоквартирные»
6	31-05-2003	«Общественные здания административного назначения»
7	2.08.01-89	«Жилые здания»
8	2.08.02-89	«Общественные здания и сооружения»
9	31-02-2001	«Дома жилые одноквартирные»
10	31-03-2001	«Производственные здания»
11	11-01-95	«Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений»

 

Проектирование насосных станций водоснабжения, определение параметров потребления

Для расчета параметров водопотребления в часы максимальных нагрузок, проектировщики могут  воспользоваться двумя вариантами:

1. Расчет на основе графика потребления воды на протяжении суток с учетом интервалов возрастания нагрузок на систему.
2. Расчет на основе справочной информации, предоставленной поставщиками оборудования.

Стандартное потребление некоторых типов объектов

Потребители воды	Оценщик потребления	Qгод, м³/год	Интервал потребления, дней/год	Qдень, м³/день	f (дн)	Q(макс)день, м³/день	f (ч)	Макс потребление, м³/ч
Офисное помещение	Сотрудник офиса	25	250	0,1	1,2	0,12	3,6	0,018
Торговый комплекс	—	25	300	0,08	1,2	0,1	4,3	0,018
Универсальный магазин	—	80	300	0,27	1,5	0,4	3,0	0,05
Отель	Гостиничное место	180	365	0,5	1,5	0,75	4,0	0,125
Медицинское учреждение	—	300	365	0,8	1,2	1,0	3,0	0,12
Образовательное учреждение	Учащийся	8	200	0,04	1,3	0,065	2,5	0,007

В соответствии с рекомендациями, изложенными в  нормативных руководствах, таких как СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий», расчет параметров насосного оборудования рекомендуется выполнять, основываясь на мгновенном расходе водоносителя. При этом в обязательном порядке принимаются во внимание потери давления в трубопроводах и поправочные коэффициенты элементов системы.

 

Формулы расчета потери напора в системе

Потери давления в системе определяются по формуле H = i·l·(1+k_l), причем удельные потери давления i являются справочными данными и определяются по таблице, а величина l равна длине участка трубопровода, используемого в системе.

 

В уже упомянутом стандарте СНиП 2.04.01-85 указаны рекомендованные параметры коэффициента k_l, отличающегося для комплексов различного назначения. Наиболее часто используемые параметры коэффициента приведены ниже:

1. Водопроводы для хозяйственного и питьевого использования, подводящиеся к жилым помещениям и зданиям общественного назначения: 0,3.
2. Водопроводы объединяющие системы хозяйственного и противопожарного назначения, а также водопроводы, используемые в производственных целях: 0,2.
3. Водопроводы производственного использования, монтируемые в противопожарных целях: 0,15.
4. Противопожарные водопроводы общего пользования: 0,1.

Если в проектируемой системе водоснабжения стояки объединяются в узлы, то формула расчета потерь давления видоизменяется и принимает следующий вид:

 

 

 

В этом случае в формулу добавляется параметр m, характеризующий количество стояков, и коэффициент f. Этот расчетный параметр принимает два возможных варианта: 0,5 для водопроводов хозяйственного назначения, и 0,3 для водопровода совмещенного типа, хозяйственного и противопожарного.

 

Нормативное потребление различных типов объектов

Потребители воды	Оценщик потребления	Норма потребления воды, л						Потребление воды прибором, л/с (л/ч)
		в стандартные сутки		в сутки максимального водопотребления		в час максимального водопотребления
		общая (в том числе горячей) qtotu,m	горячей qhu,m	общая (в том числе горячей) qtotu	горячей qhu	общая (в том числе горячей) qtothr,u	горячей qhhr,u	(холодной и горячей) qtot0(qtot0,hr)	или горячей qc0, qh0 (qc0,hr, qh0,hr)
Гостиничные комплексы, санатории и отели с общими ванными комнатами	Один гость.	120	70	120	70	12,5	8,2	0,3 (300)	0,2 (200)
Гостиничные комплексы, санатории с душем в каждом номере	—	230	140	230	140	19	12	0,2 (115)	0,14 (80)
Гостиничные комплексы с ваннами в отдельных номерах, процент от номерного фонда до 25	—	200	100	200	100	22,4	10,4	0,3 (250)	0,2 (180)
до 75	—	250	150	250	150	28	15	0,3 (280)	0,2 (190)
до 100	—	300	180	300	180	30	16	0,3 (300)	0,2 (200)
Учреждения здравоохранения: с общими ваннами и душевыми	Одно коечное место	115	75	115	75	8,4	5,4	0,2 (100)	0,14 (60)
с санитарными узлами, приближенными к палатам	Одно коечное место	200	90	200	90	12	7,7	0,3 (300)	0,2 (200)
инфекционные	Одно коечное место	240	110	240	110	14	9,5	0,2 (200)	0,14 (120)
Поликлиники и амбулатории	Один больной в смену	13	5,2	15	6	2,6	1,2	0,2 (80)	0,14 (60)
Детские дошкольные учреждения: с дневным пребыванием детей: со столовыми, работающими на полуфабрикатах	Один ребенок	21,5	11,5	30	16	9,5	4,5	0,14 (100)	0,1 (60)
со столовыми, работающими на сырье, и прачечными, оборудованными автоматическими стиральными машинами	—	75	25	105	35	18	8	0,2 (100)	0,14 (60)
с круглосуточным пребыванием детей: со столовыми, работающими на полуфабрикатах	—	39	21,4	55	30	10	4,5	0,14 (100)	0,1 (60)
со столовыми, работающими на сырье, и прачечными, оборудованными автоматическими стиральными машинами	Один ребенок	93	28,5	130	40	18	8	0,2 (100)	0,14 (60)
Прачечные: механизированные	Один килограмм сухого белья	75	25	75	25	75	25	По технологическим данным
немеханизированные	—	40	15	40	15	40	15	0,3 (300)	0,2 (200)
Административные помещения	Один сотрудник	12	5	16	7	4	2	0,14 (80)	0,1 (60)
Общеобразовательные учреждения с душевыми при гимнастических залах и столовыми, работающими на полуфабрикатах	Один обучающийся и один преподаватель в смену	10	3	11,5	3,5	3,1	1	0,14 (100)	0,1 (60)
То же, с продленным днем	—	12	3,4	14	4	3,1	1	0,14 (100)	0,1 (60)
Школы-интернаты с помещениями:учебными (с душевыми при гимнастических залах)	—	9	2,7	10,5	3,2	3,1	1	0,14 (100)	0,1 (60)
спальными	Одно коечное место	70	30	70	30	9	6	0,14 (100)	0,1 (60)
Предприятия общепита: для приготовления пищи: реализуемой в обеденном зале	Одно условное блюдо	16	12,7	16	12,7	16	12,7	0,3 (300)	0,2 (200)
продаваемой на дом	—	14	11,2	14	11,2	14	11,2	0,3 (300)	0,2 (200)
выпускающие полуфабрикаты: мясные	1 тонна	—	—	6700	3100	—	—	0,3 (300)	0,2 (200)
рыбные	—	—	—	6400	700	—	—	0,3 (300)	0,2 (200)
овощные	—	—	—	4400	800	—	—	0,3 (300)	0.2 (200)
кулинарные	—	—	—	7700	1200	—	—	0,3 (300)	0,2 (200)

Проектирование насосных станций водоснабжения, определение типа системы потребления

В настоящее время выделяют два варианта комплексов водоснабжения, закрытый и открытый. Комплексы первого типа применяются в системах отопления и кондиционирования. В подобных системах расход водоносителя, как правило, равен нулю, вследствие чего потери давления также незначительны. Насос нужен только для обеспечения прокачки жидкости по контуру.

 

Системы второго типа, к которым относятся комплексы водоснабжения горячей и холодной водой, а также системы отвода отработанной жидкости, требуют другого подхода. В связи с постоянным отбором воды из системы, насосные агрегаты должны постоянно поддерживать требуемое давление. В этом и состоит кардинально отличие между системами открытого и закрытого типа.

Требования к насосным станциям открытого типа

Основные требования, предъявляемые к насосным станциям открытого типа, зависят от двух параметров:

1. Обеспечение покрытия потерь гидравлического сопротивления и поддержание этой величины на должном уровне.
2. Обеспечение геодезического давления водоносителя. При варианте установки насосной станции ниже водозаборного уровня, давление в системе должно компенсировать как высоту здания, так и гидравлическое сопротивление и потери в элементах комплекса. Такие потери могут возникать в трубопроводе и сантехнических элементах.

В случае монтажа насосной станции выше водозаборного уровня, оборудование должно поддерживать давление, необходимое для подачи воды на уровень, равный разнице между высотой здания и высотой монтажа станции. Кроме того, потери давления на элементах системы также должны компенсироваться.

 

Способы подключения и возможности открытых станций водоснабжения

Одним из вариантов организации водоснабжения является подключение станции открытого типа к магистральному водопроводу. В этом случае достаточно легко получить начальное давление в трубопроводе, так как напор в магистрали варьируется от полутора до четырех бар.

Еще одним способом монтажа является подключение с разрывом водяной струи. В этом случае требуется использование промежуточных элементов, таких как буферные и накопительные емкости.

 

Комплексы водоснабжения открытого типа, установленные выше водозаборного уровня, могут подключаться как к магистрали подачи воды, так и с использованием накопителей. Независимо от варианта монтажа, подобная установка дает следующие преимущества:

1. Давление водяного столба на каждом этаже здания поддерживается в заданном интервале.
2. Минимальное давление на верхнем этаже лежит в интервале от 1,5 до 2 бар. Максимальное давление на нижнем этаже не превышает 4,5 пар. Подобные характеристики препятствуют выходу из строя сантехнических устройств и обеспечивают их надежное функционирование.

Проектирование насосных станций водоснабжения, расчет давления

При зональном разделении систем водоснабжения, параметры повышения давления рассчитывают для каждой зоны отдельно. В этом случае применяется формулы:

Р(пов.) = Р(пот.) – Р(вх.мин.)

Р(пот.) = Р(кран.мин.) + Р(сопр.) + Н(макс.)/10,2

В качестве параметров, указанных в формулах, выступают следующие величины:

1. Н(макс.) – разница в уровне установки оборудования верхнего этажа и насосной установки либо напорным патрубком.
2. Р(сопр.) – потери в системе, вызванные гидравлическим сопротивлением ее элементов.
3. Р(кран.мин.) – предельно допустимое давление, которое может быть в оборудовании верхнего этажа зоны.
4. Р(пот.) – давление потребления, рассчитываемое на выходе насосного агрегата.
5. Р(вх.мин.) – минимальный уровень входного давления, необходимый для обеспечения работоспособности агрегата.

Каждая стандартная система водообеспечения имеет в своем составе трубопроводы, конструктивные элементы, накопительные емкости и теплообменники. Функционирование подобного комплекса осуществляется в соответствии с зависимостью гидравлического сопротивления от расхода водоносителя. Характеристики работы насосного агрегата также имеет свой график. На пересечении двух упомянутых кривых и лежит оптимальная рабочая точка насосной станции.

 

Подключение регулируемых насосных станций к нерегулируемым

В некоторых случаях возникает необходимость подключения к комплексу с нерегулируемым насосом дополнительного агрегата, доступного для регулирования. В этом случае, повышение характеристик системы возможно благодаря использованию модулей, создающих гидравлическое сопротивление водоносителю. При монтаже нескольких модулей, обладающих гидравлическим сопротивлением, суммарное уменьшение давления будет складываться из потерь на каждом элементе. Рабочая точка насосной станции перемещается по направлению к более высоким напорам.

 

Монтаж нескольких компонентов, обладающих гидравлическим сопротивлением, по схеме с параллельным соединением, позволяет рассчитать общее потребление как сумму расходов каждого модуля. При таком варианте рабочая точка находится в зоне повышенных расходов.

Проектирование насосных станций водоснабжения, выбор насосного агрегата

Как правило, насосные станции поставляются потребителям уже готовые к эксплуатации. Комплекс водоснабжения оснащен насосными модулями, соединенными между собой по параллельной либо последовательной схеме.

 

Производитель поставляет оборудование, заранее протестированное и оптимизированное для эксплуатации в требуемом режиме. Качественная система имеет в своем составе два и более насосных агрегата, а также резервный модуль. Допускается как последовательное, так и параллельное соединение насосов. По своей конструкции агрегаты могут быть как регулируемыми, так и нерегулируемыми. Характеристики комплексов могут отличаться в зависимости от поставленных заказчиком задач.

Преимущества различных схем подключения насосных агрегатов

Выбор параллельной либо последовательной схемы подключения насосных агрегатов обусловлен требованиями заказчика. Каждый способ применяется для достижения определенных целей:

1. Параллельное подключение модулей дает возможность получить систему с повышенным уровнем расхода. Для вариации уровня расхода в процессе функционирования комплекса,  можно дополнительно подключать либо отключать насосы, а также перемещать рабочую точку модулей.
2. Последовательное соединение модулей позволяет увеличить давление воды. Путем подключения и отключения агрегатов можно добиться изменения уровня давления и потребления воды. Такие же результаты можно получить, двигая рабочую точку системы.

Заключение

Для того чтобы получить надежную насосную станцию, функционирующую в автоматическом режиме, следует обратить особое внимание на подбор компонентов комплекса. Кроме того, при выборе модулей стоит учитывать следующие факторы:

1. Энергетическая эффективность;
2. Варианты регулирования характеристик;
3. Способность переносить воздействия агрессивных сред.

Выполнение всех указанных условий и тщательный выбор компонентов позволит добиться надежной и долговечной работы комплекса. Причем, относится подобное утверждение ко всем разновидностям насосных станции, таким как промышленные и частные комплексы, станции первого и второго подъемов, насосные комплексы пожаротушения.