ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ЗОНИРОВАНИЯ

При зонировании систем водоснабжения всегда снижается (по сравнению с незонированной системой того же объекта) суммарная мощность насосных станций и, что самое главное, снижается расход энергии на подъем воды, а, следовательно, уменьшаются эксплуатационные. расходы.

В силу этого в ряде случаев зонирование систем водоснабжения оказывается целесообразным исключительно по экономическим соображениям (даже тогда, когда оно не диктуется необходимостью избегать в сети давления, превышающие допустимые).

Снижение общего расхода энергии на подъем воды в результате зонирования можно легко объяснить, если учесть один из основных органических недостатков всякой централизованной системы водоснабжения. Он состоит в том, что в единой (незонированной) системе водоснабжения напор, который должны создавать насосы, определяется по наиболее неблагоприятно расположенной водоразборной точке, т. е. наиболее возвышенной и удаленной от источников питания. Остальные водоразборные точки требуют меньших напоров. При единой сети в этих точках создается излишний, против требуемого, напор.

Чтобы дать энергетическую оценку системе подачи и распределения воды, необходимо проанализировать, на что и в каких количествах расходуется общая энергия, затрачиваемая насосными станциями на подъем воды.

Общее количество энергии, затрачиваемой в единицу времени насосом при подаче расхода Q л/с на общую высоту подъема Н м, может быть выражено произведением

Е=Q*H

Энергия Е затрачивается на совершение работ трех следующих видов:

1) работы по подъему требуемых (потребителю) количеств воды до требуемых отметок

Е_п=SQ_i*H_i

Cуммирование распространяется на все точки отбора воды из системы;

2) работы по преодолению гидравлических сопротивлений в трубах при транспортировании заданных количеств воды к местам ее отбора , E_l = Sq_i*h_i

где: q_i*h_i — расчетные расходы и потери напора в участках сети;

3) бесполезной работы при отборах воды под избыточным против потребного напором DН.

Е_Б = S Q_i*DH_i

Здесь суммирование распространяется также на все точки отбора воды.

Можно легко показать, чтоЕ = Е_п + E_l + Е_Б.

Из трех компонентов энергии, затрачиваемойна подъем воды насосом, лишь первый Е_п представляет собой полезно расходуемую (для потребителя) энергию. При проектировании систем водоснабжения расходы Q_i и отметки H_i точек отборов воды являются заданными. Следовательно, и энергия Е_п. является заданной и не может быть изменена проектировщиком. Второй компонент израсходованной энергии E_l представляет собой энергию, хотя и потерянную (для потребителя), но необходимую для транспортирования воды. Размер этого компонента получается в результате нахождения наивыгоднейших значений потерь напора (путем технико-экономического расчета сети) и экономически наивыгоднейших диаметров труб. Очевидно, стремление снизитьE_l требует уменьшения h_i и приводит к неэкономичному решению, так как вызывает увеличение диаметров труб и нарушает наивыгоднейшее соотношение строительных и эксплуатационных затрат.

Третий компонент представляет собой бесполезно расходуемую энергию. Наличие Е_Б и является указанным органическим недостатком

централизованных систем водоснабжения. Обслуживание единой системой потребителей, отбирающих воду из сети на различных отметках Н_i приводит к тому, что насосная станция должна подавать всю воду под напором, который требуется для одного высокорасположенного и удаленного потребителя.

Показателем эффективности использования энергии в централизованных системах водоснабжения может служить величина:

Очевидно, что для данного объекта и в данных условиях повышение j, т. е. снижение избыточно расходуемой энергии, может быть осуществлено только путем снижения Е_Б. (

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

И УСТРОЙСТВА ЗОННЫХ СИСТЕМ

При проектировании зонного водопровода основными вопросами является выбор числа зон и схемы зонирования.

На основании изложенного ясно, что решение этих вопросов зависит от технических и экономических соображений. По чисто техническим соображениям определяют число зон, исходя из необходимости обеспечить в сети напоры, допустимые техническими условиями эксплуатации водопровода. Расчетная «высота зоны», т. е. разность отметок местности в пределах зоны DZ=Z_{макс –} Z_мин, не должна превышать

DZ_кр = Н_макс –Н_св – h_{l макс}

Как было сказано ранее, рабочее давление Н_макс, которое может быть допущено в водопроводной сети, в городских водопроводах не должно, как правило, превышать 60 м. водн. ст.

Таким образом, задаваясь величиной Н_макс, зная отметки местности Z в пределах территории снабжаемого водой объекта и принимая ориентировочно возможную наибольшую величину потерь напора в сети h_{l макс}. можно сделать вывод о том, является ли зонирование необходимым.

Если разность DZ_кр, вычисленная по приведенной формуле, будет превышать наибольшую разность геодезических отметок в пределах обслуживаемой территории, то, очевидно, система должна быть разбита на зоны.

Если зонирование устраивается из экономических соображений (т. е. в целях сокращения стоимости энергии на подъем воды), то, очевидно, экономически наивыгоднейшее число зон будет соответствовать минимальной величине приведенных затрат на строительство и эксплуатацию системы.

Анализ этого вопроса показывает, что экономически наивыгоднейшее число зон растет с увеличением стоимости электроэнергии, общей производительности водопровода и максимальной разности отметок обслуживаемой территории. Расчетная «высота зоны» уменьшается с увеличением суммарного расхода воды снабжаемым объектом и стоимости энергии и увеличивается с увеличением общей разности геодезических отметок в пределах территории объекта.

Ввиду большого числа и разнообразия факторов, влияющих, на высоту зоны, экономически наивыгоднейшее значение ее может колебаться в широких пределах. Для малых городов (с незначительным расходом воды) в зависимости от стоимости энергии это значение достигает 60—100 м и более, т. е. превосходит значение, предельно допустимое по техническим соображениям. В больших городах экономически наивыгоднейшая высота зоны падает до 25—40 м. Отсюда можно заключить, что для объектов с малым расходом выбор числа зон диктуется преимущественно техническими соображениями (соблюдение допустимых давлений); по экономическим же соображениям зонирование может быть целесообразным для объектов с относительно большим водопотреблением.

Выбор системы зонирования (последовательного или параллельного) зависит в основном от конфигурации обслуживаемой территории и рельефа местности. Параллельное зонирование обычно более рационально для городов с территорией, вытянутой вдоль горизонталей, так как в этом случае протяженность водоводов от насосной станции до каждой из зон будет сравнительно малой. При застройке, вытянутой в направлении, перпендикулярном горизонталям, обычно более рентабельно зонирование по последовательной схеме, так как увеличение числа станций может обойтись дешевле, чем укладка дополнительных водоводов значительного в данном случае протяжения.

Зонирование водопроводных сетей по условиям допустимых давлений может быть применено не только при большой разности отметок обслуживаемой территории, но и при значительном протяжении сети на местности с плоским рельефом. Увеличение давления в начальных точках сети из-за больших потерь напора может привести к недопустимым по техническим соображениям давлениям в трубах, а также к чрезмерно большим напорам насосов. Зонирование таких систем называют иногда «горизонтальным» в противоположность «вертикальному» зонированию системы на местности с резко выраженным рельефом.

Горизонтальное Зонирование ввиду значительной длины зон, обусловливаемой относительно медленным нарастанием потерь напора, всегда выгоднее устраивать по последовательной схеме. Весьма часто устраиваются однозонная основная сеть для города в целом и несколько районных станций подкачки, забирающих воду из основной сети и подающих ее в соответствующие возвышенные районы.

Ввиду того что с увеличением числа станций растут затраты на содержание обслуживающего персонала (составляющие существенную долю в бюджете городского водопровода), большое значение приобретает автоматизация работы станций подкачки, обеспечивающая автоматический пуск насоса при падении напора ниже заданного.

Гидравлический расчет зонных систем производится по тем же принципам, что и расчет обычных водопроводов, но при расчете сетей. нижних зон должна быть учтена связь их с верхними зонами.

Примерами такой связи могут служить: транзит воды в верхние зоны, постоянный или переменный в зависимости от соотношения размеров водопотребления в отдельных зонах; тушение пожара с забором воды из подземного регулирующего резервуара; пополнение пожарного запаса (расход для пополнения пожарного запаса должен проходить транзитом через сети нижних зон).

Для точек отбора воды из основной сети станциями подкачки (непосредственно или через резервуары) при расчете должны быть заданы характеристики соответствующих нефиксированных отборов.

Своеобразные системы зонных водопроводов устраиваются при расположении источника на отметках, превышающих отметки обслуживаемой территории, т. е. при подаче воды самотеком.

Если создаваемый напор приводит к чрезмерно высоким давлениям в нижних частях единой сети, то устраивают систему «обратного зони-рования», разделяя сеть на две или несколько зон с промежуточными резервуарами, обслуживающими ближайшую нижнюю зону и подающими воду от верхней зоны. Резервуары эти играют роль «гасителей» избыточного напора. Такие системы применяют в городах, расположенных в гористых местностях. В некоторых случаях избыточный напор при поступлении воды в такие резервуары используется для. создаваемых здесь гидроэлектрических станций.

В мировой практике водоснабжения имеется ряд примеров таких станций значительной мощности, устроенных на крупных районных водопроводах.

УСТРОЙСТВО ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КОНСТРУКЦИИ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ

Для того чтобы водопроводные сети могли успешно и бесперебойно выполнять свои функции транспортирования и распределения воды по территории снабжаемого объекта, они должны иметь надлежащее конструктивное оформление.

Подавляющее большинство водопроводных линий (водоводов и сетей) монтируется из труб, т. е. элементов, изготовляемых заводским способом. На месте строительства производится лишь соединение труб и их укладка.

В соответствии с условиями работы водопроводных линий в процессе их эксплуатации к ним предъявляются следующие основные требования:

а) прочность, т. е. хорошее сопротивление всем возможным (заданным) внутренним и внешним нагрузкам;

б) герметичность (водонепроницаемость);

в) гладкость внутренней поверхности их стенок,обеспечивающаянаименьшие потери напора на трение при движении воды;

г) долговечность, т. е. длительный срок службы, обусловливаемый в основном хорошим сопротивлением материала труб (или их покрытий) внешним и внутренним агрессивным воздействиям среды (транспортируемой воды, грунтов, грунтовых вод и т. п.).

Кроме того, трубы, как и все элементы сборного строительства, должны обеспечивать возможность их легкого, простого, быстрого и надежного соединения (монтажа стыков) на строительной площадке.

Наконец, водопроводные линии, как и всякие инженерные сооружения, должны удовлетворять требованиям наибольшей экономичности.

Напорные водопроводные трубы должны быть рассчитаны на сопротивление давлению воды на внутреннюю поверхность их стенок. Расчетное рабочее давление определяется в результате расчета сетей и водоводов и может колебаться для различных сетей в широких пре­делах.

В соответствии с условиями укладки труб они должны также иметь достаточную прочность для сопротивления давлению грунта, прогибам от собственного веса (при неплотных грунтах), нагрузкамот транспорта и т. п.

Герметичность как самих труб, так и, особенно, стыковых соединений является важнейшим условием успешной и экономичной работы водопровода. Несоблюдение герметичности линий вызывает постоянные непроизводительные траты воды и повышает стоимость эксплуатации системы. Утечки воды из сети могут также повлечь подмыв грунта и привести к серьезным авариям.

В системах водоснабжения различных объектов и в различных местных условиях вес основные параметры, которые необходимо учи­тывать при выборе типа используемых труб (количество подаваемой воды, внутреннее рабочее давление, характер грунтов и т. п.), меняется в весьма широких пределах. Поэтому естественно, что в различных условиях более целесообразно использовать различные типы труб.

Таким образом, применение в мировой практике многих типов труб (как по материалам, так и по конструкции стыков) является следствием не только исторического развития производства труб, но и наличия различных условий их использования.

В современной практике строительства водоводов и наружных водопроводных сетей широко применяются трубы чугунные, стальные, и железобетонные. В настоящее время все более широкое применение в мировой практике получают предварительно напряженные железобетонные трубы и трубы из синтетических материалов (пластмассовые), являющиеся весьма перспективными.

Для возможности разумного выбора типов труб при определенных условиях необходимо ознакомиться с характеристикой современных типов труб из различных материалов и различных конструкций.

Водопроводные колодцы.

Водопроводные колодцы устраиваются при установке:

* запорной арматуры (задвижки, поворотные клапаны, обратные клапаны);

* измерительные устройства (измерительная шайба, трубки Вентури, манометры и т.д.);

* пожарных гидрантов;

* вантузов или других устройств для впуска и выпуска воздуха ;

* компенсаторов.

Во всех остальных случаях (повороты, тройники, ответвления, врезки, переходы, упоры и т.д.) устройство колодцев не требуется.

По расположению на сети колодцы подразделяют на:

* узловые ( расположенные по углам колец );

* ремонтные ( предназначенные для установки запорной арматуры отключающие ремонтные участки );

* колодцы для установки пожарных гидрантов;

* мокрые колодцы ;

* специальные колодцы.

По форме :

* круглые ;

* прямоугольные.

По материалу изготовления:

*железобетонные ;

*бетонные ;

*кирпичные;

*на временной сети могут изготовляться из дерева .

Определение размеров колодцев.

а) Размеры колодцев в плане определяют следующим образом (рис):

1) Проставляются размеры по стороне, установлено больше арматуры. Значение "а". Определяется по СНиП в зависимости от диаметра. Значение "в" (длина задвижки) и "с" (размер тройника) определяются по справочной литературе

å( 2а+2в+с )=А

Размер А должен быть не менее 0,7 м. Следующий размер 1 м. долее кратно 0,5 м. Круглые колодцы устраиваются до диаметра 2 м. Трубопроводы в круглых колодцах расположены по осям.

Если размер А больше чем 2 м. то принимаются прямоугольные колодцы.

Размеры а,а',a'' определяется по СНиП, остальные определяются по справочной литературе.

А и Б должны быть кратными 0,5 м.

Размеры колодца не должен превышать 6 м. В случае, если необходим больше размер, то устраивают несколько колодцев, где устанавливают по одной, 2 задвижки.

Глубина колодца определяется в первую очередь отметкой заложения трубы:

( при d£ 300 мм глубина заложения равна h_пром+d+0,2

при 300<d£600 мм; h_зал=h_пр+0,75d

при d>600 мм; h_зал=h_пр+0,5d/

В условиях Донбасса h_пр»0,8-1 м. до верха стока 0,3 метра, (при не выдвижном 0,5 метры до маховика).

Высота рабочей части > 1,5 м.

h= до 400 ³0,25 м

до 600 ³0,3 м.

> 600³0,35 м.

Для спуска в колодец предусматриваются заделанные в стенку скобы , и как исключение можно предусмотреть лестницу стремянку.

Горловины колодцев.

Люков имеется два типа : тяжелый и легкий.

Легкий устанавливается на не проезжей части, а тяжелый только на проезжей.

Горловина колодцев располагается в зависимости от арматуры в колодце.

При отсутствии пожарного гидранта люк располагается возле стенки.

При наличии пожарного гидранта люк располагается таким образом, чтобы был доступ до гидранта. Минимальное расстояние до стенки должно быть не меньше 150 мм.

Конструкция люка зависит от места расположения колодца относительно Люк ГОСТ 3634-61.