Системы водоотведения зданий: классификация, проектирование и расчет
Системы водоотведения зданий формируют ключевой контур инженерной инфраструктуры, обеспечивающий удаление бытовых, производственных, дождевых и талых вод. Внутренняя канализация здания должна обеспечивать организованный отвод стоков в наружные сети или на очистные сооружения. От корректной работы системы напрямую зависят санитарное состояние объекта, надежность инженерных коммуникаций и безопасность эксплуатации здания
Внутренняя система водоотведения представляет собой систему трубопроводов и устройств в границах здания, включая наружные выпуски до первого смотрового колодца. Она обеспечивает отведение сточных, дождевых и талых вод в наружную сеть водоотведения и связывает внутренние источники стоков с внешней канализационной инфраструктурой
Классификация систем водоотведения зданий
По СП 30.13330.2020 внутренние системы водоотведения подразделяются на бытовые, внутренние водостоки, производственные, объединенные и дренажные. Такое разделение определяется назначением отводимых стоков, условиями их удаления из здания и позволяет корректно выбирать конструктивные решения, состав оборудования и схему подключения для конкретных условий эксплуатации
Бытовая канализация (К1)
Используется для отвода хозяйственно-бытовых сточных вод от санитарных приборов внутри здания
Применяется в жилых, административных и коммерческих объектах с постоянным водоразбором
Элементы
- Сифоны с гидравлическим затвором
- Канализационные стояки с вентиляцией
- Ревизии для обслуживания и прочистки
- Горизонтальные отводящие трубопроводы
- Выпуски в наружную сеть
Внутренние водостоки (К2)
Используются для сбора и отвода дождевых и талых вод с кровли здания
Применяются в многоэтажных зданиях, а также на объектах с плоскими, широкими или протяженными покрытиями
Элементы
- Кровельные воронки
- Вертикальные стояки
- Ревизии
- Горизонтальные участки и выпуски
- Подключение к наружной сети или организованному отводу
Производственная канализация (К3)
Используется для отвода технологических сточных вод и, как правило, предусматривает предварительную локальную очистку
Применяется на промышленных объектах, предприятиях питания и в зданиях с технологическими процессами
Элементы
- Трубопроводная сеть отвода стоков
- Жироуловители, песколовки, нефтеуловители
- Отстойники и септики
- Установки реагентной обработки
- Фильтры
- Системы локальной очистки
Помимо канализационных систем, в зданиях применяются дренажные решения, предназначенные для отвода воды, не относящейся к бытовым и производственным стокам, включая инфильтрационные, аварийные и условно чистые воды
Дренажные системы
Используются для удаления условно чистых и аварийных вод из подземных и технических зон здания
Применяются в паркингах, подвалах, ИТП, приямках и других инженерных помещениях, где необходимо исключить затопление
Элементы
- Дренажные приямки
- Погружные насосы
- Системы автоматического управления
- Напорные трубопроводы
- Обратные клапаны и запорная арматура
Внутренняя система водоотведения
Схема водоотведения в здании зависит от уровня подключения к наружной сети, планировки помещений, условий прокладки трубопроводов и возможности организовать самотечный отвод стоков. В зависимости от этих факторов применяются самотечные, напорные или вакуумные системы
Движение сточных вод осуществляется под действием силы тяжести при наличии необходимого перепада высот
Требует соблюдения уклонов трубопроводов и ограничен геометрией здания, отметками подключения и условиями трассировки
Не требует применения насосного оборудования и обеспечивает простую схему эксплуатации системы
Движение сточных вод обеспечивается насосным оборудованием при отсутствии возможности самотечного отвода
Применяется в подвальных помещениях, в заглубленных частях здания и при расположении точек водоотведения ниже уровня наружной сети
Позволяет поднимать стоки на требуемую высоту и обеспечивает большую гибкость при проектировании системы
Движение сточных вод осуществляется за счет разрежения, создаваемого вакуумной станцией
Транспортирование происходит импульсно с участием воздуха через систему клапанов
Позволяет прокладывать трубопроводы с минимальными уклонами и применять систему при сложных инженерных условиях
Выбор режима водоотведения определяет общую схему движения стоков в системе, однако сам по себе не гарантирует ее корректную работу. При проектировании необходимо учитывать гидравлические процессы внутри трубопроводов, устойчивость давления в стояках и условия эксплуатации, влияющие на надежность всей системы
Основы проектирования систем водоотведения зданий
Система водоотведения здания должна сохранять устойчивость гидравлических режимов при различных условиях эксплуатации. Ключевыми характеристиками выступают сохранение гидравлических затворов и обеспечение незасоряемости самотечных трубопроводов
Нарушение этих условий приводит к срыву гидравлических затворов, проникновению канализационных газов в помещения и ухудшению эксплуатационной надежности системы
Как защищают гидрозатворы
Гидравлический затвор предотвращает поступление канализационных газов в помещение и является обязательным элементом санитарных приборов. При движении сточных вод по стояку возникает разрежение, способное привести к срыву гидрозатвора, поэтому при проектировании необходимо ограничивать разрежение и стабилизировать давление в системе
Допустимое разрежение определяется с учетом высоты гидрозатвора и максимального секундного расхода сточных вод, при этом для вентилируемых и невентилируемых стояков применяются разные расчетные подходы
Стабилизация давления достигается за счет вентиляции стояка или применения воздушных клапанов
Вентилируемый стояк выравнивает давление за счет сообщения системы с атмосферой и требует устройства вытяжной части выше кровли с соблюдением нормативных расстояний
- 0,2 м от плоской неэксплуатируемой и скатной кровли
- 0,1 м от обреза сборной вентшахты
- Не менее 3 м от эксплуатируемой кровли
Воздушный клапан применяется при невозможности устройства вытяжной части и обеспечивает поступление воздуха в систему при возникновении разрежения
Установка выполняется в верхней части стояка или на протяженных горизонтальных участках с учетом конфигурации системы
- На стояках в верхней части не ниже 300 мм от присоединения поэтажного отвода
- На горизонтальных трубопроводах при превышении произведения уклона на длину над высотой гидрозатвора наиболее удаленного прибора
Как обеспечивают самоочищение трубопроводов
Самотечные трубопроводы должны работать в режиме самоочищения, при котором поток переносит загрязнения без их осаждения на стенках. Для этого при проектировании подбираются уклоны, диаметры и степень наполнения трубопроводов, обеспечивающие необходимую скорость движения стоков
Соблюдение этих условий снижает риск засоров, уменьшает частоту обслуживания сети и поддерживает расчетный режим работы системы в процессе эксплуатации
Значения коэффициентов принимаются в зависимости от материала трубопроводов
- K = 0,5 для труб из полимерных материалов
- K = 0,6 для труб из других материалов
V — средняя скорость движения жидкости
Скорость должна быть не менее 0,7 м/с
h/d — степень наполнения трубопровода не менее 0,3
Недостаточная скорость приводит к осаждению загрязнений и образованию засоров
Защита от обратного подпора
Обратный подпор сточных вод возникает при повышении уровня в наружной канализационной сети, когда поток может возвращаться во внутреннюю систему здания. Зона риска определяется отметкой люка смотрового колодца, ниже которой точки водоотведения становятся уязвимыми к подтоплению
При риске обратного подпора на выпуске следует предусматривать решения, исключающие возврат сточных вод из наружной сети во внутреннюю систему здания
Для помещений, санитарные приборы которых расположены ниже уровня люка ближайшего смотрового колодца, предусматривают отдельный выпуск с автоматизированной запорной арматурой либо автоматическую насосную установку
В современных системах применяются автоматизированные запорные устройства, управляемые по сигналу датчиков уровня. Такие устройства устанавливаются на трубопроводе в подвале или интегрируются в конструкцию затвора и передают аварийный сигнал на диспетчерский пункт
Обратные клапаны
Обратные клапаны работают по принципу перекрытия потока при его обратном направлении
Их применение ограничено условиями эксплуатации и не всегда обеспечивает надежную защиту при длительном подпоре
Канализационные затворы с электроприводом
Канализационные затворы с электроприводом автоматически перекрывают трубопровод при достижении критического уровня сточных вод
Их использование обеспечивает контролируемое перекрытие потока в аварийных режимах
Автоматические насосные установки
Автоматические насосные установки применяются в случаях, когда отвод стоков самотеком невозможен
Они обеспечивают подъем сточных вод выше уровня обратного подпора и разрыв гидравлической связи с наружной сетью
При длительном или повторяющемся риске подпора предпочтение отдают автоматизированным затворам и насосным установкам, поскольку они обеспечивают контролируемую защиту системы и снижают риск затопления помещений
Дополнительно применяется петля обратного подпора. Она формируется за счет подъема трубопровода выше уровня возможного затопления и предотвращает поступление сточных вод в здание
Требования к размещению насосных установок
Размещение насосных установок в системах водоотведения определяется условиями эксплуатации, санитарными требованиями и схемой подключения, формирующей конфигурацию трубопроводов и режим работы системы
Соблюдение требований к размещению и подключению обеспечивает надежную работу системы, предотвращает обратный подпор и снижает риск аварийных ситуаций
| Основные положения | |
|---|---|
| Общие требования к размещению | Насосы и приемные резервуары для производственных сточных вод, не выделяющих ядовитые и неприятные запахи, газы и пары, допускается размещать в производственных и общественных зданиях при соблюдении санитарных требований и обеспечении герметичности системы |
| Размещение в подвальных помещениях | Для отвода сточных вод от санитарных приборов, расположенных в подвальных помещениях или ниже уровня канализационного коллектора, необходимо предусматривать герметичные насосные установки, работающие в автоматическом режиме |
| Подключение к самотечной системе | Допускается подключение напорного трубопровода от малогабаритной насосной установки к самотечному трубопроводу канализации с устройством петли гашения напора |
| Петля гашения напора | Петля гашения напора формируется за счет подъема трубопровода и подключения к самотечной линии сверху. Она обеспечивает переход потока из напорного в самотечный режим и снижает гидравлические нагрузки на участок подключения |
При проектировании необходимо учитывать схему подключения насосной установки, конфигурацию трубопроводов и условия перехода потока из напорного в самотечный режим
Конструктивные ограничения
- Подключение напорного трубопровода выполняется сверху самотечной линии
- Для каждой насосной установки предусматривается отдельный напорный трубопровод
- Не допускается объединение напорных линий от разных установок
Подбор насосных установок для систем водоотведения
Подбор канализационной насосной установки выполняется с учетом гидравлических параметров системы, условий эксплуатации и характеристик сточных вод. При расчете учитываются назначение системы и тип стоков, геометрическая высота подъема Hг, количество насосов, температура сточных вод, тип монтажа и размеры приемного резервуара
Ключевыми параметрами подбора являются подача и напор, которые определяют способность оборудования обеспечивать отвод расчетного притока сточных вод
Определение подачи насоса
Расчетная подача насосной установки должна обеспечивать отвод максимального притока сточных вод с учетом режима работы оборудования, характеристик системы и условий эксплуатации
Подбор производительности выполняется с учетом расчетного притока, режима работы насоса и времени накопления стоков, поэтому подача должна быть увязана не только с притоком, но и с продолжительностью работы и остановки оборудования
При этом необходимо соблюдать условия движения сточных вод в напорных трубопроводах. Скорость должна исключать осаждение взвесей, а для бытовых сточных вод рекомендуется принимать не менее 1 м/с
СП 32.13330.2018
8.2.8 Скорости движения сточных вод или осадков во всасывающих и напорных трубопроводах должны исключать осаждение взвесей в них. Для бытовых сточных вод наименьшие скорости следует принимать не менее 1 м/с
СП 31.13330.2021
Для напорных трубопроводов расчетную скорость принимают по действующей редакции нормативного документа с учетом расхода, диаметра трубопровода и гидравлических потерь в системе
Подход к определению подачи можно рассмотреть на примере установки Wilo DrainLift SANI-M, где показана зависимость производительности от режима эксплуатации
При повторно-кратковременном режиме работы подача насосной установки определяется не только притоком, но и продолжительностью включенного и выключенного состояния. Поэтому расчет ведут с учетом цикличности работы и времени накопления стоков в приемном объеме
При длительном режиме работы насос или установка рассчитаны на непрерывную перекачку сточных вод. В этом случае подача может соответствовать расчетному притоку, исключая накопление сточных вод в системе
Гидравлический расчёт напорной системы водоотведения
Требуемый напор определяется как сумма геометрической высоты подъема, потерь напора по длине трубопровода и в местных сопротивлениях, а также напора на излив
Расчет напора насоса
Расчетная зависимость имеет вид Hнас = Hпотр = Hг + Σh + Hизл
где:
- Hг — разница уровней между приемной емкостью и точкой сброса
- Σh — суммарные потери напора по длине трубопровода и в местных сопротивлениях
- Hизл — напор на излив, принимаемый в пределах 0–2 м
Подача и напор определяют соответствие насосной установки гидравлическим условиям системы. Ошибки в их определении приводят к перегрузке оборудования, нарушению работы трубопроводов и недостаточному отводу сточных вод
Производительность установки должна быть увязана с расчетным притоком и режимом работы, что позволяет сохранять расчетный режим перекачивания
Критерии выбора решений в системах водоотведения
Выбор схемы и оборудования зависит от гидравлических условий системы, расположения санитарных приборов и режима эксплуатации
| Условие | Решение |
|---|---|
| Наличие перепада высот | Самотечная схема применяется при наличии достаточного перепада высот, обеспечивающего движение сточных вод и выполнение условий самоочищения трубопроводов |
| Оборудование ниже уровня сети | Насосная установка требуется при расположении оборудования ниже уровня наружной канализационной сети или при невозможности обеспечить самотечный режим |
| Риск обратного подпора | Защита от обратного подпора предусматривается в случаях, когда точки водоотведения находятся ниже уровня люка смотрового колодца |
| Кратковременный подпор | Обратные клапаны применяются при кратковременных подпорах и стабильных условиях эксплуатации |
| Длительный подпор | Канализационные затворы с электроприводом используются при риске длительного подпора и необходимости контролируемого перекрытия трубопровода |
| Переменная нагрузка | Резервный насос предусматривается при переменной нагрузке или при необходимости обеспечения бесперебойной работы системы |
| Подбор параметров | Параметры насосной установки определяются по расчетному притоку сточных вод, геометрической высоте подъема и гидравлическим потерям в системе |
Вывод
Системы водоотведения зданий проектируются с учетом назначения и состава стоков, условий их отвода и требований к защите от обратного подпора
Эффективность системы зависит от выбора конструктивной схемы, соблюдения гидравлических условий и корректного подбора оборудования, что позволяет сохранить гидравлические затворы, обеспечить самоочищение трубопроводов и надежную работу системы без аварийных режимов