CC BY
117
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 696.12 Э. У. ЯМЛЕЕВА
ОШИБКИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ, МОНТАЖЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВНУТРЕННЕЙ КАНАЛИЗАЦИИ ЗДАНИЙ
Показано, что надёжность систем канализации зданий характеризуется устойчивостью против срыва гидравлических затворов у санитарно-технических приборов и незасоряемостью трубопроводов. Это возможно при правильном определении величины расхода сточных вод от стояков и горизонтальных отводных трубопроводов. Приведены рекомендации по правильной эксплуатации систем внутренней канализации зданий.
Ключевые слова: система канализации зданий, расход сточных вод, канализационный стояк, вытяжная часть стояка, полимерные трубы.
При проектировании и монтаже внутренних систем водоотведения зданий определяющим является обеспечение исправного отведения сточных вод и защиты от поступления токсичных и взрывоопасных канализационных газов из наружных сетей канализации в помещения, где находятся люди. Таким образом, ошибка в определении расчётного расхода стоков в буквальном смысле угрожает здоровью человека [1].
Ранее величина расчётного расхода сточных вод определялась согласно СНиП 2.04.01-85* [2]. Но исследования ряда учёных доказали, что методика, приведённая в этом нормативе, ошибочна [3]. Дело в том, что в соответствии с этой методикой по теории вероятностей определяется число одновременно действующих приборов из их количества, установленного на расчётном участке. Затем это число умножается на так называемый эквивалентный расход, что и даёт искомую величину - д0.
Максимальный секундный расход сточных вод qк, л/с, по СНиП определяется:
а) при общем максимальном секундном расходе воды < 8 л/с по формуле
qs=qtot + qoS; (1)
б) в других случаях qs = (2)
где qos - расход сточных вод, л/с, от прибора с максимальным водоотведением от смывного бачка унитаза, равный 1,6 л/с.
© Ямлеева Э. У., 2018
Однако, во-первых, в отличие от систем водоснабжения безнапорные системы канализации в принципе нельзя рассчитывать по числу одновременной действующих приборов, во-вторых, число 8 (л/с) не имеет вообще никаких обоснований и, наконец, в-третьих, равенство (2) также обоснований не имеет.
В то же время справедливость формулы (1) не вызывает сомнений, она и рекомендуется для определения максимального секундного расхода сточных вод при расчётах канализационного стояка с той лишь разницей, что величину д0 следует определять по методике института Мос-водоканалНИИпроект (А. С. Вербицкий, А. Л. Лякмунд) [4].
В настоящее время проектирование систем внутренней канализации для зданий различного назначения и определение величины расхода сточных вод следует выполнять в соответствии с СП 30.13330.2016, СП 40-102-2000, СП 40-1072003 [5, 6, 7].
При определении диаметра канализационного стояка следует исключить возможность срыва хотя бы одного из гидравлических затворов, присоединённых к этому стояку. 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 её 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. 1) жидкость создаёт местное
ТТ
Рис. 1. Схема истечения воды из поэтажного отвода в стояк (разрез по оси стояка): 1 - воздух; 2 - вода
сопротивление («сжатое сечение» стояка) движущемуся сверху вниз воздуху, в результате чего в стояк поступает количество воздуха, меньшее величины эжектирующей способности жидкости [1].
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 и-образную трубку, одна ветвь которой постоянно находится под атмосферным давлением, а вторая, тем или иным образом присоеди-
ненная к стояку,
под давлением в стояке
(рис. 2). Экспериментально установлено, 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, 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».
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.
В соответствии с СП 30.13330.2016 по пункту Е.1.1 при высоте гидравлических затворов 50—60 мм у приборов, присоединяемых к вентилируемому канализационному стояку, его диаметр надлежит принимать в зависимости от материала труб по таблицам Е.1 [5].
При расходе сточных вод, превышающем максимальные значения, приведенные в таблицах Е.1, следует либо увеличить диаметр стояка, либо рассредоточить расход по нескольким стоякам.
Допустимая величина разрежений в вентилируемых, невентилируемых и полувентилируемых канализационных стояках не должна превышать 0,9к3, где Н3 — высота наименьшего из гидравлических затворов санитарно-технических приборов, присоединенных к канализационному стояку.
Величину разрежений в вентилируем канализационном стояке Ар, мм вод. ст., следует определять по формуле
366
Ар =
(3)
Вс
90ВС
где ч* — расчетный расход стоков (согласно п. 8.2.1 рассчитывается по формуле (1)), м3/с; а — угол присоединения диктующего отвода к стояку, град; Вст — диаметр стояка, м; dотв — диаметр диктующего поэтажного отвода, м; Ь р.ст — рабочая высота стояка, м.
Канализационный стояк является вентилируемыми, если предусматривается связь с атмосферным воздухом через вытяжную часть стояка, выступающую над кровлей здания. Невенти-лируемые стояки не имеют вытяжной части и допустимы только в малоэтажных зданиях. Если стояк оснащен вентиляционным клапаном (рис. 3), то он считается полувентилируемым.
1,677
0,71
10.5
а
Ь
ОТВ
Рис. 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
Рис. 3. Вентиляционный клапан: 1 - вставка; 2 - воздушный канал; 3 - корпус; 4 - заслонка;
5 - вентиляционное отверстие;
6 - канализационный стояк;
А - площадь воздушного потока, мм 2
Службам эксплуатации необходимо знать, что срыв затвора всегда происходит у прибора, ближе других по вертикали присоединённого к «сжатому» сечению стояка. Отсюда следует, что если постоянно срывает затвор у прибора, например, на седьмом этаже, значит, «сжатое» сечение находится между седьмым и восьмым этажами. Как правило, сужение сечения стояка происходит из-за образования частичного засора и, следовательно, в таком случае следует прочистить участок стояка между седьмым и восьмым этажами.
Если же постоянно срывает затворы у приборов, присоединённых к стояку на разных этажах,
то это означает, что неправильно рассчитан диаметр стояка. Он не пропускает расчётного расхода жидкости. В этом случае следует обратиться за консультацией в специализированную организацию.
Если постоянно срывает затвор у одного из приборов, установленных на последнем этаже, то это означает, что «сжатое» сечение образовалось в вытяжной части стояка. Если такое явление происходит в тёплое время года, то можно полагать, что в вытяжную часть попал какой-то предмет (ветка, тряпка, камень и т. п.), который нужно оттуда удалить. А если это происходит в холодное время года, то объясняется перемерза-нием вытяжки.
Относительной влажность воздуха, выходящего из труб вытяжных частей стояков, составляет приблизительно 100%. Таким образом, если температура внутренней поверхности трубы становится ниже температуры точки росы, избыточная влага из воздуха, соприкасающегося с этой поверхностью, находится в капельножидком 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 лёд, а внутри вытяжной части стояка образуются кольцевые слои снега и льда. Если вытяжная часть стояка полностью обмерзает, то он из вентилируемого становится невентилируемым. Как результат, всегда срывается затвор у одного из приборов, расположенных на самом верхнем этаже этого здания.
Сравнение пропускной способности вентилируемых и невентилируемых канализационных стояков даёт возможность сделать вывод о том, что невентилируемый стояк, рабочая высота
которого превышает 90 Вст, пропускает значительно меньшие расходы жидкости.
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.
В СНиП 2.04.01-85* указывалось, что вытяжная часть стояка должна выступать над неэкспуа-тируемой плоской кровлей на 0,3 м, а над скатной на 0,5 м [2]. С учетом результатов исследования процесса обмерзания вытяжной части стояка в нормативы внесены изменения. В СП 30.13330.2016 в пункте 8.3.15 указано, что вытяжная часть канализационного стояка выводится через кровлю на высоту 0,2 м от плоской неэкс-плуатируемой и скатной кровли. Кроме того, в пункте 8.8.18 указано, что установка в устье вытяжной части стояка сопротивлений в виде дефлектора, флюгарки, простого колпака и т. п. не допускается.
Так как флюгарка — круглый колпак из кровельной жести, который жестко крепится к вытяжной части стояка, 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.
При объединении группы стояков одной вытяжной частью практически исключается возможность ее обмерзания. Объединению подлежат не менее четырех-пяти стояков, а при увеличении их числа надежность систем канализации повышается.
Ошибки в определении расчетных расходов для горизонтальных канализационных труб приводят к образованию засоров, 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.
Методика расчета расхода сточных вод для горизонтальных отводных трубопроводов системы канализации из СП 40-107-2003 достаточно
точна и по этой причине вошла в СП 30.13330.2012, а затем в СП 30.13330.2016. По ней расчетным расходом является расход ч*ь, л/с, значение которого вычисляют в зависимости от числа санитарно-технических приборов N присоединенных к проектируемому участку сети, и длины этого участка трубопровода Ь, м (по п.8.2.2) по формуле
ч ь = 37+к X2
(4)
где — общий максимальный часовой расход воды, м3/ч; К — коэффициент, принимаемый в зависимости от длины отводного трубопровода и количества санитарно-технических приборов на расчетном участке [5, табл. 3].
Для жилого здания д^2 принимают равным 1,1 л/с — расход от заполненной ванны емкостью 150—180 л с выпуском диаметром 40—50 мм.
Гидравлический расчет безнапорных канализационных трубопроводов следует проводить, назначая скорость движения жидкости V, м/с, и наполнение трубопровода ИМ таким образом, чтобы было выполнено условие:
У-ЩВ > К, (5)
где К = 0,5 — для трубопроводов с использованием труб из полимерных материалов; К = 0,6 — для трубопроводов из других материалов.
Для обеспечения режима самоочищения скорость движения жидкости должна быть не менее 0,7 м/с, а наполнение трубопроводов — не менее 0,3.
Не менее серьезными являются вопросы монтажа систем внутренней канализации из пластмассовых труб. К специфике пластмассовых трубопроводов следует отнести значительный коэффициент их линейного удлинения. У поливинил-хлоридных труб коэффициент теплового расширения в 5 раз, у полипропиленовых — в 15 раз, а у полиэтиленовых — в 20 раз больше, чем у металлических. Следствием чего является необходимость компенсации этих удлинений и грамотная расстановка подвижных и неподвижных креплений, опор, подвесок. Это особенно важно на горизонтальных участках канализационной сети, где не допускаются прогибы трубопровода [1].
В отличие от труб из других материалов пластмассовые трубы категорически запрещается греть открытым огнем, например, для ускорения таяния ледяной пробки допускается отогревать трубу горячим воздухом либо пропускать по ней горячую воду с температурой не более 60°С для
полиэтилена и поливинилхлорида и не более 80°С - для полипропилена.
Знание возможных причин нарушения нормальной работы систем канализации зданий и микрорайонов и приёмов устранения этих причин позволит предотвратить или быстро устранить эти нарушения. ВЫВОДЫ:
1. Надёжность систем канализации характеризуется двумя параметрами: устойчивостью против срыва гидравлических затворов и незасо-ряемостью трубопроводов.
2. Проектирование систем внутренней канализации для зданий различного назначения и определение величины расхода сточных вод следует выполнять в соответствии с регламентами СП 30.13330.2016, СП 40-102-2000, СП 40107-2003.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Проектирование, монтаж и эксплуатация систем канализации из пластмассовых труб для зданий и микрорайонов: Рекомендации / А. Я. Добромыслов, Н. В. Санкова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : ТОО «Издательство ВНИИМП», 2004. - 148 с.
2. СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий». - М., 1986.
3. Добромыслов А. Я. Системы канализации высотных зданий // Сантехника. - 2004. - №4.
4. Вербицкий А. С., Лякмунд А. Л., Овчинников Б. Е. Рекомендации по определению расчётных расходов в системах холодного и горячего водоснабжения. - М. : ВНИИИС, 1987. (Сер. «Строительство и архитектура», экспресс-информация (ВНИИИС Госстроя СССР, вып. 1 и 2).
5. СП 30.13330.2016 (актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий»). - М., 2016.
6. СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования». - М., 2000.
7. СП 40-107-2003 «Проектирование, монтаж и эксплуатация систем внутренней канализации из полипропиленовых труб». - М., 2003.
Ямлеева Эльмира Усмановна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплогазоснаб-жение и вентиляция» УлГТУ.
Поступила 14.02.2018 г.
