Водоснабжение

В этой главе студенты рассматривают варианты водо­снабжения усадьбы. Для того чтобы разобраться в этом, сначала необходимо установить, откуда брать воду, какого качества, и в каком количестве, а затем подобрать соответствующее оборудование и сооружения.

Водоснабжение может осуществляться от центральных систем водоснабжения населенных мест и от индивидуальных источников (тип источника водоснабжения указан в задании). В боль­шинстве случаев индивидуальными источниками водоснабжения являются подземные воды. Подземные воды бывают трех типов: верховодка, межпластовые и грунтовые воды.

Верховодкой называют грунтовые воды, которые залегают вблизи поверхности земли (до 4 м) на первом во­доупорном слое. Эти воды источником водоснаб­жения служить не могут, поскольку их запасы, как правило, незначительны и сильно варьируют в зависимости от количества и времени выпаде­ния осадков в данной местности, могут загрязняться водами, проникаю­щими прямо с поверхности земли.

Грунтовкой называют воды, залегающие в первом от поверхности водоносном слое (обычно на глубине до 40 м), под которым на­ходится водоупорный пласт. Грунтовые воды значительно чище, однако если рядом сельскохозяйственный или промышленный объект, то для питьевых целей вода не подходит. В засушливый сезон такой источник нестабилен и может пересохнуть. Продолжительность эксплуатации песчаной скважины 10-15 лет.

Межпластовые воды — это воды, которые залега­ют между двумя водонепроницаемыми пластами (на глубине 40-200 и более метров). Наиболее важным достоинством этих вод является обширная зона залегания с высоким качеством воды. При выборе источника водоснабжения межпластовые воды наи­более предпочтительны, а артезианские скважины бесперебойно эксплуатируются до 80 лет.

Для законной эксплуатации артезианской скважины нужно получить разрешение-лицензию (стоимостью 50-100 тыс. руб.) и паспорт скважины, в котором указывается глубина, динамический уровень воды, диаметр обсадных труб и ряд др. параметров.

В процессе определения пригодности воды следу­ет провести химический, физический, а также бакте­риологический анализы в районном отделении уни­тарно-эпидемиологической службы. Вода по качеству разделяется на три группы: питьевая, тех­ническая и вода для полива.

По существу­ющим нормам, питьевая вода должна соответство­вать ГОСТ 2874-82 с изменениями «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за каче­ством». Согласно требованиям санитарных правил, вода должна быть прозрачной, бесцветной, без по­сторонних запахов и привкусов; должна быть бак­териально чистой (т. е. в 1 л воды содержание бактериальной палочки не превышает 10); содержание нитратов не должно превышать 10 мг/л.

Для различных хозяйственных целей (стирки, мы­тья посуды и т. п.) можно использовать техническую воду. В небольших количествах она не должна угрожать здоровью че­ловека и животных.

Качество воды для полива не регламенти­руется. Для этой цели можно использовать воды водоемов и водотоков, в том числе дождевую и талую.

Все нор­мы водопотребления для жилых зданий устанав­ливаются в зависимости от степени их благоуст­ройства. Определить объем воды необходимой для водоснабжения можно по формуле:

W = ∑(n × Q) × T / 1000,

где W – объем воды, м³;

n – количество потребителей, шт. (смотри задание);

Q – норма расхода воды, л/сут.;

T – период потребления, (365 дней).

Нормы расхода воды на человека, домашний скот, полив территории и прочие нужды приведены в приложении А4. Для среднестатистической усадьбы с семьей из трех-пяти человек, с учетом полива газонов, эксплуатации бассейна, фонтана и прочих нужд водопотребление составит до четырех-пяти тонн воды ежедневно.

Забор подземных вод осуществляется из водоносного слоя (на глубине – дается по заданию) при помощи соору­жения колодцев. По своему устройству колодцы де­лятся на 2 группы: шахтные и буровые (трубчатые).

Шахтные колодцы — это вертикальная шахта, ко­торая доходит до водоносного слоя. Шахтные ко­лодцы делают на глубину 3-15 м. Главный этап в сооружении колодца — это воз­ведение стенок. Стенки колодца можно изготовить из дерева (обычный сруб), кирпича, железобетон­ных колец, вылить из бетонной смеси, также мож­но стенки выложить валунами, закрепив их цемент­ным раствором.

В настоящее время все чаще используют при устройстве колодца железобетонные кольца. Этот способ обладает множеством преимуществ — это долговечность, простота в устройстве, надежность, гигиенич­ность и др. Соору­жение колодца из железобетонных колец начинается с небольшой шахты глубиной под 1-1,5 кольца. Затем устанавливают железобетонное кольцо, над ним следующее. Далее, подкапывая снизу, по­степенно кольца опускают, сверху выставляют оче­редные кольца, постепенно углуб­ляют шахту до водоносного слоя.

Стволы колодезных шахт, как правило, делают раз­мером 1-1,5 м в поперечном сечении. Вода в коло­дец попадает обычно не только через боковые от­верстия, но также и через дно. Дно колодца при этом заполняют фильтрующей подсыпкой. Толщина слоя должна быть не менее 40 см (используют гравий и др. материалы). В плавунах на дно колодца кладут деревянное днище либо закрывают железобетонной плитой с отверстиями для поступления воды.

Чтобы избежать попадания загрязненной воды че­рез поверхностный слой в колодец (это могут быть верховодка, талые воды, осадки), вокруг него необхо­димо сделать так называемый глиняный замок — отрыть вокруг колодца котлован глубиной и шири­ной 1 м, заполнить его глиной, жирным суглинком либо другим водонепроницаемым материалом. Во­круг колодца же устраивают отмостку. Верхнюю его часть выводят на высоту 0,7-1 м над уровнем зем­ли. Колодец нужно закрыть крышкой. Обычно над колодцем устраивают навес либо закрытую будку. Для подачи воды шахтный колодец оборудуют насосом (приложение А5).

Трубчатые колодцы требуют обильности под­земных водоносных пластов и мо­гут забирать воду с глубины более 30 м. Подобные колодцы представляют собой буровые скважины, которые закреплены (обсажены) трубами. Внутренний диаметр обсадной трубы принимается не менее 120 мм. Для скважин под питьевую воду пригодны практически все трубы, кроме оцинкованных, так как в местах сварки труб может выделяться ядовитая двуокись цинка. Поэтому предпочтительней пластиковые трубы, которые служат в среднем 20-25 лет. В настоящее время получила применение новая технология обсадки стальных труб пластиковым вкладышем. Такие двойные трубы служат дольше, но их стоимость примерно в полтора раза выше обычных.

В нижней части скважины устанавливают фильтр, состоящий из надфильтровой, водоприемной (фильтрующей) и отстойной частей. Фильтры могут быть дырчатыми, щелевыми, сетчатыми, проволочными или гравийными. Фильтр имеет длину порядка 1 м, из­готавливается из перфорированной трубы (диаметром 38 мм), на которую прочно припаи­вается медная либо латунная сетка. Над верхней частью фильтра крепят нижний обратный клапан, который препятствует уходу воды обратно в сква­жину. В нижней части фильтра на­винчивают специальный забивной наконечник.

Оголовок трубчатого колодца должен быть выше поверхности земли на 0,8-1,0 м, герметично закрыт, иметь кожух и сливную трубу. Размещать трубчатые колодцы следует на самом высоком месте участка, и обеспечивать отвод талых и дождевых вод, для этого вокруг оголовка колодца выполняется отмостка из камня, кирпича, бетона или асфальта радиусом 2 м. Трубчатые колод­цы оборудуют электронасосами.

Общая стоимость работ устройства бурового колодца складывается из стоимости бурения скважины (40-100 у.е. за метр), транспортных расходов (в среднем 50-100 у.е.), стоимости водоподъемного, напорного оборудования (500-1000 у.е.) и его монтаж (в среднем 100-500 у.е.).

В РГР (по заданию) студент выбирает одну из ниже приведенных схем водоснабжения – это подключение к централизованным водосистемам и создание местной (децентрализо­ванной) системы.

Схема водоснабжения 1. Присоединение к централизованным системам.

Для присоединения дома к уличной водопроводной сети необхо­димо получить разрешение в организации, эксплу­атирующей водопровод. В большинстве случаев это производственное управление водопроводно-канализационного хозяйства. Там застройщик по­лучает договор на подключение, где указывается место и схема возможного присоединения, глубина заложения, га­рантированный напор на вводе и другая информа­ция.

Система водоснабжения жилого дома в случае под­ключения ее к централизованному водозабору состо­ит из наружного ввода, трубопроводов и вентилей. Для прокладки водопровода используют сталь­ные, оцинкованные, чугунные или пластмассовые трубы. Для стальных и пластмассовых труб диа­метр ввода должен составлять как минимум 20 мм, для чугунных — 50 мм. Глубина заложения дол­жна быть на 50 см ниже глубины промерзания. Вполне возможно утепление подземного водопро­вода теплоизолирующими материалами. Если в доме есть подвал, то ввод прокладывают че­рез фундамент при помощи футляра из отрезка трубы достаточно большого диаметра. Отверстие в футляре заделывают смоляной прядью, глиной, цемент­ным раствором с обоих концов слоем порядка 3-5 см. В тех же домах, где подвала нет, ввод прокладыва­ют в футляре в грунте под фундаментом. При прокладке водопровода обеспечи­вают уклон в сторону вводного колодца равный 0,003.

Схема водоснабжения 2. При использовании местных источников водозабора.

Системы водоснабжения при наличии местных систем водозабора включают в себя: водозаборные сооружения (скважины, колодцы), наружные и внутренние трубопрово­ды, водонапорный или гидропневматический бак, насос.

В первую очередь при монтажных работах потребуется установить электронасос на источник водо­забора. В зависимости от типа, насос может быть, как непосредственно погружен в воду, так и уста­новлен на плавучем понтоне (находится всегда на поверхности воды), на плите. Каждый тип насоса имеет свои преимущества и свои недостатки. Подбор насоса для водоснабжения начинают с его характеристик: производительность (м³/ч), напор – высоту на которую данный насос может поднять воду (приложение А6).

Студентам необходимо рассчитать напор погружного насоса, исходя из высоты верхней точки водоснабжения, расстояния от скважины до дома, уровня зеркала воды, диаметра труб (эти данные берутся из задания) и общего объема водоснабжения.

Расчет напора насоса для системы водоснабжения.

Чтобы подобрать нужный насос при запроектированной подаче воды, необходимо подсчитать потребный напор Н. Он складывается из глубины до динамического уровня, потери напора в водоподъемной трубе на участке от динамического уровня до поверхности i, потребного напора от устья скважины до верхнего уровня воды в водонапорной башне резервуара Р. При подаче воды непосредственно в водопроводную сеть до верхнего этажа жилого дома напор подсчитывают с учетом разницы абсолютных отметок, потребного напора при изливе в наивысшей точке подачи воды и потерь напора в водопроводной линии h. На практике потребный напор от устья скважины до излива воды замеряется манометром, установленным на оголовке скважины перед задвижкой.

Пример. Требуется подобрать напор скважинного насоса с подачей 20 м³/час. Вода подается в водонапорный бак (этаж дома), находящийся на абсолютной отметке на 20 м выше скважины. Высота верхней точки водоснабжения 12 м (рисунок 1). Статический уровень h в скважине установился на глубине 60 м.

Рисунок 1 – Схема расчета напора насоса

При подаче воды 20 м³/ч понижение уровня S составляет (20/2,2) 9 м. Динамический уровень будет находиться на глубине h = 60 + 9 = 69 м. Насос с погружным электродвигателем должен быть опущен в скважину на глубину 69 + 3 = 72 м (3м — подпор насоса, необходимый для нормальной работы).

Принимаем потери напора в водоподъемной трубе насоса диаметром 70 мм на каждые 10 м длины составляют 0,9 м. При длине водоподъемной трубы 69 м (до динамического уровня) потери напора составят 0,9 X 6,9 = 6,2 м. На оголовке скважины установлены колено диаметром 70 мм, задвижка, водосчетчик и обратный клапан. Суммарные местные потери напора в сетевой арматуре составляют около 1 м.

Высота подъема воды в водонапорный бак с учетом разницы абсолютных отметок (20 м) и потерь напора в водопроводной трубе от скважины до бака составит Р = 12 + 20 + (потери напора в водопроводной трубе, зависящие от ее диаметра и протяженности, пусть они равны 6 м (смотри приложение А18)). Тогда необходимый напор у поверхности земли составит 12 + 20 + 6 = 38 м.

Следовательно, требуемый напор насоса будет равен Н = 69 + 1 + 38 + 6,2 = 114,2 м. С учетом возможных дополнительных потерь напора, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации, расчетный напор увеличивают на 10-15 м. Следовательно, для нашего примера потребуется насос с напором не менее 125-130 м.

Чтобы насос работал дольше, в систему водоснабжения следует включить мембранный бак. Накопительный бак (емкостью до 1000 литров) позволит насосу работать в щадящем режиме: закачать воду в бак и автоматически отключиться. Чаще всего бак устанавливается в наиболее вы­соком месте. При необходимости место установ­ки нужно укрепить. В качестве материала для изго­товления водонапорного бака можно использовать металлические листы. Устройство водонапорного бака показано на рисунке 2.

Рисунок 2 – Устройство водонапорного бака

1 — корпус; 2 — крышка; 3 — подающая труба запорным поплавковым клапаном

и с вентилем; 4 — труба сигнальная; 5 — переливная трубка с воронкой;

6 — поддон; 7 — сливное отверстие поддона; 8 — спускная труба с вентилем и воронкой; 9 — труба дренажная

Чтобы эксплуатация бака была более комфорт­ной, его лучше оборудовать автоматикой для вклю­чения и выключения электронасоса. В состав такой системы входят поплавковый датчик уровня воды и переключатель магнитного пускателя электрона­соса. Бак оборудуется системой переливных и спускных трубопроводов.

В настоящее время широко применяются гидропневматические установки. Гидропневматичес­кие установки отличаются рядом преимуществ по сравнению с водонапорными баками, поскольку они могут размещаться на 1-м этаже здания, в подва­лах и т.п.

Такая установка состоит из следующих элемен­тов: насоса, гидропневматического бака, блока управ­ления и арматуры. Основной элемент установки — это гидропневматический бак, состоящий из двух эл­липтических днищ с отбортовкой, между которыми устанавливается резиновая диафрагма, разделяющая бак на жидкостную (нижнюю) и воздушную (верх­нюю) камеры. Эта установка автоматизирована. Насос будет включатся и выключаться в зависимос­ти от давления в системе. Характеристики насосных установок можно най­ти в приложении А6.

Используя план участка из задания, студент приводит примерную схему водоснабжения, один из вариантов которой показан в приложении А7.

Практически при лю­бой схеме водоснабжения будет существовать опре­деленный дефицит питьевой воды.. Поэтому целесообразно установить возле дома водозаборник накапливающий осадки с крыши дома (приложение А7). Емкость его должна быть на 1000-3000 литров. Если такое устрой­ство установить на солнечной стороне участка, то можно получать теплую воду для полива без дополнительных затрат электроэнергии.