Сегодня проблема замены водопроводных труб очень актуальна. Каждый человек в нашей стране хотя бы раз в жизни имел с ней дело или будет иметь. При этом нужно представлять, как выбрать трубы для водопровода, какие они сейчас выпускаются, какая характеристика будет определяющей. В этом случае сделать правильный выбор в конкретной ситуации легче.

Какими бывают трубы?

Качественные параметры водопроводных труб всем понятны: надёжность, долговечность, качество материала. Выбор труб на сегодняшний день очень разнообразен. Делят их условно на металлические и неметаллические.

Металлические водопроводные трубы:

• стальные;
• чугунные;
• из нержавейки;
• оцинкованные;
• медные.

Полимерные (неметаллические) водопроводных трубы:

Выбираем водопроводные трубы

Ассортимент водопроводных труб на рынке в наше время чрезвычайно разнообразен. Сегодня металлические трубы постепенно уступают своё место полимерным . Этому есть ряд причин. Среди них чувствительность металлических труб к коррозии, склонность к наслоению, техническая сложность ремонта и монтажа.

У полимерных аналогов эти проблемы отсутствуют. При этом срок службы их гораздо дольше. К преимуществам полимерных труб относятся низкие электро- и теплопроводность, малый вес, простота установки, акустическая изоляция, меньшее сопротивление потоку из-за гладкой поверхности.

При покупке также полезно помнить о том, что весь сегодняшний рынок делится между пятью странами-производителями: Россией, Китаем, Турцией, Германией и Чехией. Всё большей популярностью пользуется турецкая продукция, которая весьма приемлема по цене и сопоставима по качеству с германской и чешской.

Однако главным параметром всегда является диаметр водопроводной трубы. Это не единственный важный критерий, но именно его нужно знать, придя в магазин. Другой важный технический параметр - пропускная способность водопроводной трубы. Но если второе волнует не так часто простого обывателя, то вопрос - как определить диаметр труб - намного актуальней.

Что надо учесть при замене водопроводных труб

Раньше в наших домах монтировали трубы одного стандартного диаметра, никаких вариаций не было. Сейчас, когда выбор изделий достаточно велик, сориентироваться в таком разнообразии нелегко. Поэтому при ремонте следует помнить, что назначения и названия по дюймам старых труб не соответствуют настоящим метрическим размерам. Это бывает важно помнить при их стыковании. В таких ситуациях используют переходные элементы , учитывающие размеры труб из конкретных материалов. Ещё важно учитывать напор воды, количество стыков и поворотов, длину водопровода.

Конечно, есть формулы для расчёта пропускной способности. Однако они очень сложные, и чаще пользуются стандартными величинами :

• для холодной и горячей воды - диаметр 15 мм (½ дюйма) ;
• монтируя стояк - внутренний диаметр 25 мм (1 дюйм).

Реальные значения могут отличаться на несколько миллиметров.

Определяем диаметр трубы

Поскольку водопроводные трубы сегодня устанавливают из разных материалов , то и диаметры их могут немного различаться. Кроме этого, системы обозначений тоже могут быть разными.

Поэтому для определения диаметра труб водопровода из различных материалов используются таблицы, данные которых соответствуют ГОСТ . Из них можно узнать общие сведения о диаметре труб для водопровода. Каждому значению внутреннего диаметра соответствуют свои внешние диаметры для разных материалов труб.

Диаметры внутренние, мм	Внешние диаметры и маркировка
	сталь, дюймы	медь, мм	полипропилен, мм	металлопластик, мм
8,4		10
12				16
13,2		15	20 (PN 20)
15,6		18	20 (PN 10)	20
16,6			25 (PN 20)
20		22		25
21,2			32 (PN 20)
26,2			32 (PN 10)
26,6			40 (PN 20)
27,1	1
32,6		35	40 (PN 10)	40
33,4			50 (PN 2 0)

Вместе с тем можно воспользоваться одним из доступных способов:

• Для измерения наружного диаметра нужен штангенциркуль .
• Для металлических и пластиковых труб большого диаметра штангенциркуль не подойдёт. В этом случае нужно обмерить трубу по обхвату (с помощью шнура или рулетки). Полученную величину разделить на число Пи (примерно 3,14). Результат будет искомым диаметром трубы.

Диаметр труб и их пропускная способность

Диаметр водопроводных труб тесно связан с их пропускной способностью. Пропускная способность - это соотношение транспортируемого вещества (воды) за определённый промежуток времени.

Эта величина нужна для расчёта размеров труб и давления воды в них. Чем больше поворотов, соединений, то есть выше сложность системы водоснабжения , тем больший диаметр следует выбирать. Также важным параметром является длина системы. В обычных квартирах величина не превышает 10 метров, и подходящий диаметр труб составляет 20 мм.

1. По формулам. В этом случае используются усреднённые значения. К примеру, одно из них - шероховатость поверхности. Её берут равной 0,2 мм. Кроме этого, нужны различные измерения: величин диаметра, уклона прокладки, напора воды; коэффициенты для материала, из которого изготовлена труба. Эти значения определяют по таблицам для соответствующего вида материала. Без труда расчёты сможет выполнить только сантехник с большим опытом таких работ.
2. По таблицам. Ими пользуются для расчёта пропускной способности труб из различных материалов. Например, можно применить данные из таблиц Ф. А. Шевелёва.
3. С помощью специализированных программ для оптимизации водопроводных сетей. Такие программы особенно эффективны для монтажа сложной водопроводной системы с множеством водоразборных точек.

При желании одним из этих способов возможно просчитать необходимую пропускную способность труб и даже всей системы дома.

Таким образом, для замены труб в квартире , стоит серьёзно отнестись к определению диаметров и материалов труб. От этого может зависеть величина напора воды и, как следствие, комфорт пользования водопроводом.

Прежде чем говорить о том, какова пропускная способность трубы в зависимости от диаметра и других параметров, давайте уясним, что значит вообще это понятие. Говоря сухим языком определений, это способность пропускать определенный объем жидкости за фиксированный отрезок времени. В нашем случае это сколько литров воды может пройти через систему за 1 минуту.

Как можно рассчитать

Но в любом случае вам понадобятся исходные данные.

• Как минимум вам нужно хотя бы приблизительно знать протяженность линии, чем длиннее трасса, тем больший диаметр системы потребуется.
• Не менее важным сейчас является материал, из которого изготавливается система . Распространенные в прошлом стальные водопроводы имеют большое сопротивление, плюс такие системы склонны к зарастанию, в результате чего диаметр, со временем, будет уменьшаться. Полимерные материалы более прогрессивны и практичны, на пластике налет не задерживается и гладкая поверхность не создает помех.
• Выполняя расчет пропускной способности трубы, важно знать количество точек водопотребления, причем нужно учитывать какое количество из них могут теоретически быть включены одновременно. Ведь мало кому может понравиться ситуация когда при включении воды на кухне, она автоматически пропадает в остальных местах.
• К обязательному перечню данных также можно добавить среднее давление в системе водоснабжения.

Важно: не мене важным является соблюдение норм монтажа системы. Ведь при несоблюдении угла наклона или чрезмерном количестве поворотов и запорных механизмов, энергетические затраты возрастают и пропускная способность уменьшается.

Сразу скажем, что расчет пропускной способности водопроводной трубы при помощи математических формул занятие достаточно сложное. Для получения точных значений необходимо обладать глубокими профессиональными знаниями, кроме того данные для выполнения расчета в любом случае нужно будет брать из специальных таблиц. Для ясности, на фото ниже мы даем пример решения подобной задачи.

Сейчас разработан целый ряд таблиц, в которых указаны достаточно точные данные по объему жидкости способной пройти за единицу времени, к примеру, таблицы Шевелева. В этих материалах можно найти данные не только по стальным системам, но также даны выкладки по всем существующим материалам, из которых могут монтироваться водопроводы.

Прежде всего, это все виды полимеров, цветные металлы, стекло и даже асбоцемент. На фото ниже дан пример такой таблицы.

Но в наш прогрессивный век самыми доступными можно смело считать специальные программы в интернете, это так называемые онлайн калькуляторы. Составляются они таким образом, чтобы любой человек смог, не напрягаясь быстро получить интересующую его информацию. Инструкция требует лишь своими руками внести заданные характеристики и вы сразу получите точный результат.

Совет: можно сделать еще проще, сейчас практически в любом нормальном строительном магазине, при условии закупки у них материалов, вам с удовольствием сделают расчет пропускной способности трубопровода.

Как подобрать нужный диаметр

Диаметр водопровода считается одной из главных характеристик, так как посчитать пропускную способность трубы, для обеспечения нормальной работы системы без этих данных невозможно. Вы можете смонтировать систему из любого материала, но главным показателем все равно будет диаметр.

Если вы в стремлении сэкономить возьмете трубы меньшего диаметра, то при прохождении через них жидкость будет вызывать завихрения, на языке профессионалов турбулентность. Это явление характеризуется мелкой вибрацией и повышенным шумом. В результате соединительные элементы системы и сами трубы будут быстро выходить из строя.

Среднее значение скорости движения воды в системе, которое принято учитывать при расчетах, составляет порядка 2-х метров в 1 секунду. Но кроме этого, как упоминалось ранее, большое значение имеет протяженность водопроводной системы.

Зависимость диаметра от протяженности

• При условии стабильного давления в муниципальном водопроводе, для монтажа трассы протяженность, которой находится в районе 10м, вполне достаточно диаметра 20 мм. Более того, в частном строительстве, при разумном количестве точек водопотребления, это сечение считается оптимальным.
• Для трассы, размер которой может достигать двадцати метров, уже рекомендуется использовать сечение 25 мм.
• Системы протяженностью от 30, до 50м требуют использования труб сечением 32 мм.
• Системы с внутренним сечением в 50 мм используются для водопроводов от 50, до 200м.
• Трубы сечением в 100 мм используются для прокладки магистралей в частном секторе или запитывания распределительной системы многоэтажных зданий.

Также важно учесть количество одновременно работающих точек, принято считать, что через один кран в доме может проходить до 5л воды за минуту. Из этого значения следует рассчитывать нормы потребления на дом или квартиру.

Точек водоразбора в доме можно наставить сколь угодно много, но если количество жителей невелико, то и расчет водопотребления можно значительно упростить.

Несколько слов о размерности

Диаметр водопроводных конструкций может обозначаться разными значениями. Люди далекие от сантехнических терминов привыкли все измерять традиционной метрической системой, в миллиметрах, сантиметрах или в метрах. Но специалисты зачастую характеризуют сечение трубы в дюймах, только медные и алюминиевые изделия всегда измеряются в миллиметрах.

Мы не будем вдаваться в происхождение этой классификации, скажем лишь, что 1 дюйм принято считать равным 25,4 мм. В документации они могут обозначаться кавычками, так 1″=25,4 мм. Промежуточные сечения традиционно обозначаются дробями, например 1/2″ – полдюйма (12,7 мм) или 3/4″ – три четверти дюйма (19 мм).

На видео в этой статье показаны примеры расчетов.

Вывод

Цена на некоторые виды труб может быть достаточно высокой, но совсем не обязательно экономить на качестве. Если правильно выполнить расчет пропускной способности трубопровода, то можно смонтировать систему с допустимым сечением за приемлемые деньги ().

Пример: СНиП 2.04.01-85 (2000) "Внутренний водопровод и канализация зданий", п. 18.2: "Расчет канализационных трубопроводов следует производить, назначая скорость движения жидкости V, м/с, и наполнение H/d таким образом, чтобы было выполнено условие:

V(H/d) 1/2 ≥ K,

где К = 0.5 - для трубопроводов из пластиковых и стеклянных труб

К = 0.6 - для трубопроводов из других материалов.

При этом скорость движения жидкости должна быть не менее 0,7 м/с, а наполнение трубопроводов - не менее 0,3 ..." и так далее.

Примечание : в данном случае речь идет о расчете горизонтальных участков самотечных (безнапорных) канализационных сетей. Такие значения скорости и наполнения трубопроводов необходимы для сохранения самоочищающей способности канализации.

Для человека, хотя бы немного знающего основные законы физики, такая формулировка звучит, как команда сержанта: "Самолет, стой! Р-раз, два." Потому как назначить можно только Гюльчатай главной женой или там одного чиновника начальником над другими чиновниками. А скорость можно только определить, исходя из имеющихся условий, или получить требуемую, изменяя исходные условия или другие параметры потока. К примеру скорость сточных вод, попадающих в канализационную трубу из умывальника будет больше скорости сточных вод, попадающих в канализационную трубу из ванны при равных прочих условиях (диаметр труб, уклон, сифоны, решетки и др.) как минимум потому, что любое тело, падая с высоты около 50 см под действием силы тяжести, в точке падения имеет скорость больше, чем тело, падающее с высоты 15 см.

Я ни в коей мере не подвергаю сомнению правильность, нужность, а тем более элегантную простоту приведенной формулы, просто хочу пояснить, откуда эта и другие, используемые при расчете канализационных сетей, формулы взялись и что они означают.

В любой квартире или доме все канализационные трубы по виду их расположения или назначению можно разбить на 3 основных вида:

1. Вертикальные

2. Горизонтальные.

3. Переходные.

Кроме труб в систему канализации входят сифоны и непосредственно сантехприборы.

Рисунок 1 . Простейшая схема канализации двухэтажного дома.

К вертикальным трубопроводам относятся стояки, проходящие через все этажи .

На рисунке 1 стояк от второго до первого этажа показан зеленым цветом, стояк от первого этажа до точки поворота в подвале показан темно-зеленым цветом, так как объем воды, проходящий через этот стояк может быть в 2 раза больше. Труба, ведущая от стояка на крышу, показана серым цветом. Дело в том, что по этой трубе сточные воды не текут, а предназначена она для вентиляции канализации и для снижения перепадов давления при смыве большого количества воды. А снижение перепадов давления необходимо для того, чтобы из сифонов сантехприборов не вымывалась вода, выражаясь научным языком - не срывались гидрозатворы.

На каждом этаже к стояку подсоединяются горизонтальные отводы от санитарно-технических приборов .

На рисунке 1 такие трубы показаны голубым цветом. Все горизонтальные трубы прокладываются с уклоном и потому являются условно горизонтальными. Более того, задача гидравлического расчета часто состоит в том чтобы, подобрать необходимый уклон для трубы заданного диаметра.

К горизонтальным отводам некоторые санитарно-технические приборы - например, мойки, умывальники - могут подсоединяться с использованием вертикальных труб

которые никакого особенного названия не имеют, но для наглядности их можно называть невентилируемыми министояками, так как процессы, происходящие в таких вертикальных трубах, мало чем отличаются от процессов, происходящих в стояках. На рисунке 1 такие трубы показаны светло-зеленым цветом. Дело в том, что диаметр таких труб как правило принимается конструктивно - исходя из соображений удобства монтажа, а потому пропускная способность таких труб значительно больше необходимой и дополнительного расчета такие трубы не требуют.

В подвале или в подполье стояки подсоединяются к выпуску

к одному выпуску может подсоединяться несколько стояков. На рисунке 1 выпуск - горизонтальная труба - показан синим цветом. Выпуск идет в придомовой канализационный колодец, оттуда труба идет в колодец внутридворовой канализации и далее, пока сточные воды не доберутся до очистных сооружений, но это уже не наша тема, хотя принцип расчета канализационных труб вплоть до очистных сооружений такой же как и для внутридомовой канализации.

В местах изменения траектории движения сточных вод устанавливаются разного рода переходники

отводы прямые и косые, тройники прямые и косые, крестовины прямые и косые, переходники с одного диаметра трубы на другой и т.п. На рисунке 1 показаны переходники с углом перехода около 90 о - это самый неблагоприятный угол перехода, тем не менее все еще самый распространенный при монтаже канализации. Прямой отвод на переходе из стояка в выпуск показан на рисунке 1 красным цветом потому, что такой переход в зданиях большой этажности недопустим, тем не менее такой переход встречается. Прямая крестовина, показанная на рисунке 1 фиолетовым цветом, также не является оптимальным решением с точки зрения плавности потока, тем не менее из конструктивных соображений такие крестовины устанавливаются очень часто.

Как правило расчет внутренней канализации сводится к определению диаметра стояка (темно-зеленый цвет) и выпуска (синий цвет). Для этого существуют весьма удобные эмпирические формулы таблицы и номограммы .

Иногда рассчитывается горизонтальный отвод от унитаза, если унитаз установлен на значительном расстоянии от стояка. Расчет переходников не выполняется, в частности потому, что процессы, происходящие в переходниках, достаточно сложные. Тем не менее мы попробуем хотя бы приблизительно представить, что же в этих местах перехода происходит. Итак:

1. Основой гидравлического расчета является максимальный расход воды, который канализационная сеть должна беспрепятственно пропустить

Расход воды обозначается литерой "q " и может измеряться в л/с, м 3 /с, см 3 /с и т.п.

Например, когда вы нажимаете на кнопку сливного бачка, содержащего около 6 литров воды, вода начинает изливаться из бачка. Если это происходит в течение 4-6 секунд, то расход воды составит 1-1.5 л/с. Конечно, процесс слива воды из бачка не равномерный, а нас интересует максимальный расход воды. Для расчетов справочники и строительные нормы рекомендуют для унитазов со сливным бачком использовать значение q = 1.6 л/с .

Если ваш сосед сверху нажмет кнопку слива чуть раньше, а такая вероятность, хотя и не очень большая, существует, особенно если вы вместе пили пиво перед тем, как посетить санузел, то расчетный расход воды может составить уже q = 1.6·2 = 3.2 л/с . Зато вероятность того, что вы выльете в унитаз 10 литров грязной воды из ведра после влажной уборки, достаточно высокая. Если это сделать за 3-4 секунды, то максимальный расход воды может составить до 3.0-3.5 л/с. В связи с этим даже при расчете внутренней канализации на одну квартиру расчетный расход воды должен составлять не менее 3.2 л/с - впрочем это мое личное мнение.

При этом также не исключена вероятность того, что в канализацию из двух квартир будут поступать сточные воды из ванн и тогда при расходе воды от каждой ванны до 0.8 л/с общий расход воды еще увеличится до q tot = 3.2 +0.8·2 = 4.8 л/с. Таким образом для двухэтажного дома такой расход воды можно принять за расчетный, хотя и очень мало вероятный. А вот вероятность того, что в канализацию могут поступать стоки от двух унитазов и одной ванны или от вылитого ведра воды и одной ванны - существует. Другой вопрос - насколько часто это может происходить, тем не менее, если народу в квартирах много, особенно детей, то происходить это может довольно часто и тогда канализацию двухэтажного дома (одного стояка) следует рассчитывать на расход:

q s = 3.2 +0.8 = 4.0 л/с или 0.004 м 3 /с .

Для многоэтажных же домов с большим количеством сантехприборов определить максимальный расчетный расход воды на глаз не получится. Если тупо сложить все возможные расходы воды от сантехприборов, то для пропуска таких объемов воды потребуются трубы очень большого диаметра. Устанавливать такие трубы не имеет смысла, так как по теории вероятности подобное стечение обстоятельств практически невозможно, к тому же это дорого, а расчет для того и производится, что минимизировать расходы на устройство и обслуживание канализационных сетей. Поэтому возможный максимальный расчетный расход воды для канализации с большим количеством сантехприборов определяется по формулам (здесь не приводятся), составленным на основе теории вероятности, учитывающим множество различных факторов, в частности часы максимального водопотребления и соответственно водоотведения. Формулы эти не то, чтобы очень уж сложные, однако требуют внимательного к себе отношения. Бездумное отношение к указанным формулам иногда приводит к тому, что для стояка 5-этажного дома расчетный расход воды составляет менее 1.6 л/с.

2. Когда известен расчетный расход воды можно определить площадь поперечного сечения трубы - ω, способной пропустить данный объем воды за определенное количество времени, однако для этого необходимо знать скорость потока - V :

ω = q/V (2.1.1)

V = q/ω (2.1.2)

Здесь мы впервые сталкиваемся с понятием скорости и на основе формул (1.1.1) и (1.1.2) можем сделать вполне логичный вывод:

чем больше скорость потока, тем больше пропускная способность трубы при том же диаметре

Вот только как определить эту самую скорость? Ведь не назначать же ее в самом деле.

Тут придется вспомнить основные законы динамики и кинематики движения. В самотечных канализационных сетях движение сточных вод и содержащихся в воде твердых частиц происходит под действием силы тяжести F :

F = mg (2.2),

где m - масса тела, g - ускорение свободного падения g = 9.81 м/с 2 .

скорость тела, падающего с ускорением, зависит от времени движения t :

V = V o + gt (2.3.1)

а если начальная скорость V o = 0 , то формула (2.3.1) еще более упрощается и тогда

V = gt (2.3.2)

3. Движение с ускорением означает, что скорость тела на разных участках прямолинейной траектории движения разная, из чего следует, что для разных участков канализационной сети требуется разный диаметр труб при одном и том же расходе воды. Но так как участки канализационной сети для некоего расчетного расхода воды выполняются из труб постоянного по длине диаметра, то достаточно расчетом определить сечение трубы в таких местах, где скорость потока минимальна и потому требуется максимальное сечение трубы .

4. При этом нельзя забывать, что

вода не является свободно падающим телом. При движении по трубам воде приходится преодолевать трение о стенки трубы, сопротивление воздуха, находящегося в трубе,

а иногда и полностью его выдавливать, если поперечное сечение трубы заполнено водой полностью. Направлены эти силы в сторону, противоположную направлению действия силы тяжести, таким образом

суммарная сила, действующая на сточные воды всегда меньше силы тяжести

При этом в отличие от силы тяжести, сила трения и сила сопротивления воздуха не являются постоянными, а изменяются в зависимости от скорости.

Чем больше скорость потока, тем больше сопротивление воздуха и сила трения .

Для сточных вод, движущихся по вертикальным трубам максимально возможная скорость достигается на высоте, примерно равной 90 диаметрам трубы (согласно экспериментальных данных). При этом скорость потока при попадании сточных вод в стояк - начальная скорость - зависит от угла подключения горизонтальных труб. Наиболее неблагоприятный угол подключения, как уже говорилось, 90 о. При таком угле подключения сточные воды сначала движутся почти по горизонтальной траектории и, попадая в стояк, изменяют траекторию движения, потому имеют начальную скорость V о близкую к 0 м/с.

Это очень удобно для расчетов, но очень плохо для поддержания нормального режима эксплуатации канализации.

Во-первых, при использовании прямых крестовин (показаны на рисунке 1 фиолетовым цветом) часть сточных вод вместе с содержимым при большой скорости потока в горизонтальной трубе может затекать в противоположную горизонтальную трубу. Там эта вода остановится и благодаря уклону, стечет в стояк, однако твердые частицы вполне вероятно останутся в противоположной трубе, что со временем может привести к заиливанию трубы и как результат к частым засорениям канализации.

Во-вторых, вода, имеющая начальную скорость, близкую к 0 м/с, заполняет все поперечное сечение трубы (вероятность этого наиболее высока при диаметре отвода равном диаметру стояка) или большую его часть. Таким образом создается препятствие для свободного циркулирования воздуха. Сточные воды, спускаясь по стояку увлекают за собой и воздух. Причем , даже если сечение заполнено водой не полностью, этот эффект называется эжектирующей способностью жидкости. Все это может привести к срыву гидрозатворов, защищающих наше жилище от проникновения газов из канализационных труб.

5. Таким образом главным критерием расчета стояков является недопущение срыва гидрозатворов. Чем ближе угол подключения к 0 о, тем больше пропускная способность стояка. Пропускная способность вентилируемого стояка больше, чем невентилируемого стояка при том же диаметре .

5.а) Так как при устройстве канализации используются стандартные трубы, переходники, сифоны и сантехприборы, для которых максимально допустимые расходы воды уже давно определены, а данные сведены в соответствующие таблицы, то расчет стояков сводится к сравнению расчетного расхода воды с пропускной способностью стояка в зависимости от диаметра и угла подключения. Например, согласно СНиП 2.04.01-85 (2000):

Таблица 1 .

Таблица 2 .

и мы сразу видим, что при подключении унитазов прямыми отводами к стояку диаметром 100 мм максимальная пропускная способность стояка не превышает 3.2 л/с.

5.б) Впрочем, для канализации, выполненной полностью из пластиковых труб более правильно пользоваться таблицами СП 40-107-2003 "Проектирование, монтаж и эксплуатация систем внутренней канализации из полипропиленовых труб", учитывающими увеличение внутреннего диаметра труб, при переходе с чугунных труб на пластиковые:

Таблица 3 .

Примечание : Пропускная способность рассчитана для стояков высотой L ст = 90 D ст и гидравлических затворов высотой 60 мм. При L ст < 90 D ст табличные значения пропускной способности стояков следует увеличить в (90D ст /L ст) 0.5 раз; при высоте гидрозатворов 50 мм пропускная способность стояков уменьшается в 1,1 раза.

Здесь D ст - внутренний диаметр стояка, равный 0,1046 м (104,6 мм), 0,0464 м (46,4 мм) и 0,0364 м (36,4 мм) для труб наружным диаметром 110, 50 и40 мм соответственно.

Таблица 4 .

Примечание : При высоте гидравлических затворов 70 мм значения расходов следует увеличить на 10 %, при высоте 50 мм - уменьшить на 10 %.

Таким образом, если рассматриваемая в нашем примере канализация является пластиковой вентилируемой, то пропускная способность стояка при тех же начальных условиях составляет:

q max(60) = 3.6(90·0.1046/5) 0.5 = 4.94 л/с .

А если высота гидрозатворов будет 50 мм, то

q max(50) = 4.94/1.1 = 4.49 л/с .

Пока вроде бы все хорошо но не будем спешить с выводами.

6.

Если мы не будем обращать внимания на таблицу 3, а будем руководствоваться только данными таблицы 1, то для обеспечения расхода воды 4 л/с следует проверить величину разрежения в стояке при таком расходе воды. СП 40-102-2000 "Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования" предлагает использовать для вентилируемых стояков следующую эмпирическую формулу:

(6.1)

где Δp - величина разрежения в стояке, мм вод. ст.;

q s - расчетный расход стоков, м 3 /с;

α 0 - угол присоединения поэтажного отвода к стояку, град.;

D ст - диаметр стояка (внутренний), м;

d отв - диаметр поэтажного отвода (внутренний), м;

L ст - рабочая высота стояка, м.

Примечание : При 90 D ст > L ст следует принимать L ст = 90 D ст, так как скорость потока в стояке не может превышать максимального значения, достигаемого на расстоянии, приблизительно равном 90 диаметрам.

Тогда для пластиковой канализации при рабочей высоте стояка L ст = 5 м (расстоянии от точки входа в стояк на 2 этаже до точки перехода в выпуск), внутреннем диаметре поэтажного отвода и стояка D ст = d отв = 0.1046 м и угле подсоединения α 0 =90 о , разрежение в стояке составит:

Δр = (366(0.004/0.1046 2) 1.677)/(90·0.1046/5) 0.5 = 49.34 мм вод.ст .

Это означает, что использовать в данном случае сифоны с высотой гидрозатвора h з = 50 мм - нельзя, так как

Δp ≤ 0.9h з (6.2)

А нужно использовать сифоны с высотой гидрозатвора 60, 70 мм. Также можно поменять угол входа в стояк или увеличить диаметр стояка.

Если входы в стояк выполняются под разными углами, или сточные воды поступают в стояк по трубам разного диаметра, то можно отдельно рассчитать разрежение в стояке для каждого рассматриваемого случая, а затем полученные значения сложить. Впрочем результат расчетов все равно останется очень приблизительным.

Примечание : Не смотря на то, что человек пользуется канализацией в том или ином виде уже несколько тысячелетий, точный расчет канализационных сетей по-прежнему невозможен. Теоретическое моделирование процесса движения сточных вод, да еще и по изменяющейся траектории - достаточно сложное и трудоемкое занятие само по себе, при этом нужно учесть влияние множества различных факторов, таких как диаметр трубы, высоту наполнения трубы, шероховатости трубы, изменяющуюся скорость отдельно движущихся частиц воды, что мы в целом условно рассматриваем как скорость потока, температуру воды, влияющую на вязкость, процентное содержание и размеры твердых частиц - фекалий, туалетной бумаги, песка и др. - переносимых сточными водами, и много чего еще. Как показывает накопленный опыт и многочисленные серии экспериментов, намного проще производить расчет по максимально упрощенным эмпирическим или полуэмпирическим формулам, подтвержденным результатами экспериментов. Тем не менее исследования особенностей движения фекалий по трубам продолжают активно проводиться учеными России, США, Германии, Швейцарии и других стран. На основе новых наблюдений и исследований в формулы таблицы, номограммы вносятся уточняющие поправки. Например, в одной из лучших на мой взгляд книг, посвященных проблемам расчета канализационных сетей А.Я. Добромыслова "Расчет и конструирование систем канализации зданий", М. Стройиздат, 1978 г также приводятся таблицы для определения пропускной способности вентилируемых и невентилируемых стояков, но с четким указанием, что это пропускная способность при высоте гидрозатворов 60 мм. Если высота гидрозатвора 50 мм, то значение пропускной способности нужно уменьшить на 20%, а если высота гидрозатворов 70 мм - то увеличить на 20%. Так вот согласно указанной книге максимальная пропускная способность вентилируемого стояка диаметром 100 мм при подключении отвода диаметром 100 мм под углом 90 о составляет 3.54 л/с, т.е. на 10% больше, чем по требованиям ныне действующего СНиПа, в котором высота гидрозатворов вовсе не указывается. Это я к тому, что не смотря на обилие удобных таблиц и номограмм дополнительно просчитать параметры по имеющимся формулам никак не помешает. А если результаты, полученные по таблицам и по формулам, то для надежности расчетов следует принимать наиболее неблагоприятный результат. В данном случае определяющим будет считаться расчет по формулам (6.1) и (6.2).

7. Величину разрежения в невентилируемом канализационном стояке можно рассчитать по формуле:

Δp = 0.31V см 4.3 (7.1)

где V см - скорость воздушной смеси, которая в свою очередь определяется по формуле:

V см = (Q в + q s)/ω (7.2)

где q s - расчетный расход воды, м3/с,

ω - площадь поперечного сечения трубы:

ω = пD ст 2 /4 (7.3)

Q в - расход воздуха, увлекаемого сточными водами, м 3 /с, определяется по формуле:

(7.4)

Например, если сосед сверху решит заглушить стояк, т.е. обрезать трубу ведущую на крышу и поставить заглушку, то при тех же условиях, которые рассматривались ранее, расход воздуха составит:

Q в = 13.8·4 0.333 0.1046 1.75 /(90·0.1046/5) 0.5 = 0.0308 м3/с ,

V см = (0.0308 + 0.004)4/(3.14·0.1046 2) = 4.046 м/с

Δр = 0.31·4.046 4.3 = 126.4 мм вод. ст .

Как видим, при заглушенном стояке перепад давлений будет в 2.5 раза больше и выдержать такой перепад могут разве что сифоны с высотой гидрозатвора около 100 мм, так что удалять фановую вентиляцию даже в двухэтажном доме крайне не желательно.

8. В последнее время при устройстве новой или ремонте старой канализации все чаще используется обратный воздушный клапан

Такой клапан открывается, когда в стояке падает давление и закрывается, когда давления в стояке и в помещении выравниваются, таким образом газы из канализации не попадают в квартиру. Конструкция воздушных клапанов бывает разная, но как правило диаметр впускного отверстия меньше диаметра канализационного стояка. В связи с этим пропускная способность стояков, оборудованных воздушными клапанами меньше, чем стояков, вентилируемых через трубы такого же диаметра. Производители обратных воздушных клапанов под торговой маркой HL утверждают, что по результатам испытаний именно их продукции в СП 40-107-2003 "Проектирование, монтаж и эксплуатация систем канализации из полипропиленовых труб" (действует с 01.05.2003) появилась следующая таблица в приложении Б.1:

Таблица 5 .

Примечание : Данная таблица только для стояков диаметром 110 мм. Площадь впускного отверстия в таблице обозначена литерой А. Воздушный клапан может быть оборудован вставкой или устанавливаться без нее и тогда пропуская способность клапана выше.

Если вы собираетесь использовать воздушные клапаны другой конструкции, или другого диаметра, то пользоваться данной таблицей не стоит. Тем не менее особенности течения сточных вод по стояку таковы, что использование воздушных клапанов любой конструкции на всех этажах и даже для каждого сантехприбора позволяет снижать перепад давления и тем стабилизирует работу гидрозатворов.

9. Для сточных вод, движущихся по горизонтальным трубам, а точнее по трубам, проложенным с некоторым уклоном, вертикальная составляющая силы тяжести очень мала

например, при уклоне 1 см/м значение вертикальной составляющей силы тяжести будет составлять ~ 0.01 и тогда ускорение движения сточных вод будет составлять а ≈ 0.0981 м/с 2 .

При этом сила трения и сопротивления воздуха никуда не деваются. Если силы трения и сопротивления воздуха больше вертикальной составляющей силы тяжести, то скорость потока будет уменьшаться до тех пор, пока значения сил не выровняются. Если силы трения и сопротивления воздуха меньше вертикальной составляющей силы тяжести, то скорость потока будет увеличиваться до тех пор, пока значения сил не выровняются. Но и в том и в другом случае скорость через некоторый промежуток времени станет постоянной при достаточно большой длине трубы, проложенной с неизменным уклоном

Таким образом поперечное сечение, в котором скорость становится постоянной, и является расчетным. Так как и в этом и во всех последующих сечениях при постоянной скорости параметры потока меняться не будут, то пропускная способность труб постоянного по длине диаметра будет неизменной. На основании этого предположения, а также с учетом всех возможных характеристик трубы, параметров потока и свойств сточных вод составляются разного рода таблицы и номограммы

позволяющие достаточно легко и быстро определить, исходя из расчетного расхода сточных вод, и диаметр трубы и уклон трубы при известном диаметре. Например, в упоминавшемся СП 40-107-2003, в приложении В даются следующие

9.а) А вот чтоб корректно пользоваться такими таблицами, нужно соблюдать требования п.18.2, с которого данная статья и начинается. И только теперь мы можем сформулировать требования этого пункта более расширенно и точно:

Расчет достаточно длинных горизонтальных участков безнапорных канализационных трубопроводов достаточно производить для сечений с установившейся скоростью. Для того, чтобы выполнялось самоочищение, скорость потока должна быть не менее 0.7 м/с. Из экономических соображений (для удешевления канализационной сети) наполнение трубы должно составлять H/d ≥ 0.3 .

Максимальная пропускная способность труб обеспечивается при H/d ≈ 0.9. И теоретически эту величину можно принимать для расчетов. Но.

Так как начальная скорость потока может быть очень малой, что может привести к полному заполнению трубы, что приведет к замедлению достижения требуемой скорости, а значит и увеличит риск засорения канализации, то:

При угле перехода ~ 90 о расчетное наполнение трубы желательно принимать H/d ≤ 0.6.

При угле перехода ~ 45 о расчетное наполнение трубы желательно принимать H/d ≤ 0.7.

При выполнении перехода несколькими отводами расчетное наполнение трубы желательно принимать H/d ≤ 0.8.

А чтобы увеличить значение начальной скорости и тем самым уменьшить риск засорения трубы на участке трубы, где скорость будет увеличиваться, то лучше использовать плавные переходы (несколько отводов).

Примечание : Максимальное наполнение трубы строительными нормами не регламентируется, и на приведенные выше рекомендации по заполнению трубы можете не обращать внимания.

Таким образом при устройстве выпуска трубой диаметром 110 мм (а трубу меньшего диаметра, чем диаметр стояка, использовать запрещено да и технически сделать это достаточно сложно), если принять уклон трубы i = 0.02 , то при расчетном расходе воды около 4 л/с наполнение трубы после (стабилизации скорости потока) составит около h/D ≈ 0.47 , а установившаяся скорость потока около V ≈ 1 м/с . Более точные значения определяются интерполяцией, но в данном случае такой необходимости нет, так как требования по скорости потока и наполнению трубы соблюдены с хорошим запасом.

На этом расчет можно и закончить, но не следует забывать и о том, что вероятность такого большого секундного расхода воды для рассматриваемого примера достаточно мала, т.е. такой расход может быть зафиксирован далеко не каждый день, возможно даже не каждую неделю. А для того чтобы канализационная система самоочищалась, расчетный расход должен фиксироваться несколько раз в день. В данном случае за минимальный расчетный расход воды, обеспечивающий самоочищение, следует принимать слив воды от одного унитаза, т.е.

q min = 1.6 л/с

Для такого расхода по таблице при уклоне i = 0.02 даже нельзя корректно определить наполнение трубы и скорость, так как наполнение будет меньше рекомендуемого 0.3. В этом случае напрашивается уменьшение уклона, до i = 0.01÷0.015. Но я бы не рекомендовал уменьшать уклон из конструктивных соображений.

Чем меньше значение уклона на чертеже, тем сложнее его воспроизвести в реальности. Для этого нужны более точные измерительные инструменты, более точная техника исполнения, не допускающая просадок труб, фундамента здания и много чего еще. В индивидуальном строительстве чаще всего используются не очень дорогие инструменты и приборы. Точные расчеты несущей способности основания и фундамента - тоже редкость. В итоге уклон в 1 см может вообще исчезнуть или даже превратиться в контруклон. Поэтому соблюдением условия по наполняемости трубы в таких случаях можно пренебречь, а вот скорость потока для самоочищения более важный показатель и грубый анализ таблицы для трубы диаметром 110 мм при уклоне i = 0.02 и расходе 1.6 л дает нам наполнение трубы h/D ≈ 0.28÷0.295, скорость потока V ≈ 0.75÷0.8 м/с.

П.18.2 СНиП 2.04.01-85 (2000) при несоблюдении условий по скорости и наполнению из-за недостаточного расхода сточных вод рекомендует безрасчетные участки трубопроводов диаметром 40-50 мм прокладывать с уклоном i = 0,03 , а диаметром 85 и 100 мм - с уклоном i = 0,02 . Согласно СП 40-107-2003 в таких случаях уклон должен быть не менее 1/D.

Максимальное значение уклона не должно превышать i ≤ 0.15, для участков, длина которых превышает 1.5 м. Считается, что на участках меньшей длины вода не успевает набрать скорость, потенциально опасную для работы канализации.

9.б) Для чугунных труб пока нет расчетных таблиц, прошедших проверку СНиПами. Поэтому при расчетах СНиП 2.04.01-85 (2000), п.18.1 предлагает воспользоваться номограммой приложения 9 или таблицами (вообще вся эта статья посвящена всего только двум пунктам указанного СНиПа), где взять эти таблицы СНиП не указывает. Для приближенного расчета можно воспользоваться справочником "Гидравлический расчет систем водоотведения" под. ред. Ю.М. Константинова, 1987 г. Ниже приводятся эти таблицы в несколько измененном виде:

Лично у меня большое сомнение вызывают значения скорости и расхода воды при h/D = 1, но в целом этими таблицами можно пользоваться. Однако, если учитывать, что со временем чугунные трубы ржавеют и коэффициент шероховатости при этом повышается, то расчетные значения расхода воды и скорости следует принимать еще меньше. Насколько меньше сказать не могу и указаний в технической литературе не встречал, могу предположить, что за каждый год работы пропускную способность следует уменьшать на ~ 0.5%, а скорости на ~ 0.2%, хотя зависимость эта будет явно не линейной.

Более точными для гидравлических расчетов считаются таблицы братьев Лукиных, выдержавшие несколько изданий. Одна беда - таблицы эти рассчитаны для бетонных и железобетонных труб, имеющих коэффициент шероховатости, отличный от бетона. Тем не менее для приближенных расчетов можно пользоваться и этими таблицами:

Как видим для максимального расчетного расхода 4.0 л/с и для минимального 1.6 л/с подходят чугунные трубы диаметром 100 мм с уклоном i = 0.02 .

10. Как уже говорилось, расчет переходников обычно не производится. Процессы происходящие в переходниках, т.е. местах изменения траектории движения жидкости, достаточно сложные и смоделировать их трудно. Но при проектировании канализации следует помнить, что чем более плавным является переход, тем меньше в итоге будет потеря скорости, гидроудар, завихрения потока, оседание твердых частиц и прочие неприятности. В гидродинамике любые относительно резкие изменения параметров потока рассматриваются, как результат действия местных сопротивлений, в данном случае переходников. В общем виде влияние местных сопротивлений определяется по формуле Бернулли, учитывающей падение напора, что для условно безнапорного потока означает падение или увеличение скорости до и после местного сопротивления. Падение напора в местных сопротивлениях определяется по формуле:

h м = ξV 2 /(2g) (10.1)

где ξ - коэффициент местного сопротивления, отнесенный к средней скорости до или после сопротивления:

Как видим разница для отвода 30 о и 90 о - очень существенная. Потому в мире и разрабатываются все новые и новые модели переходников, например:

Таковы вкратце теоретические предпосылки для гидравлического расчета внутренней канализации.