Александр Матанцев
Простые дачные системы обеспечения холодной, горячей и чистой водой
© Александр Матанцев, 2024
ISBN 978-5-0064-3248-2
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Введение
Система обеспечения дачи холодной, горячей и чистой водой – большая проблема. Многие стремятся приобрести дачу, но лишь немногие обеспечили полный сервис по воде. Сейчас все больше людей постоянно живут в загородных домах и на постоянных дачах. Часть людей при этом заказывают системы обеспечения водой под давлением, что стоит сотни тысяч рублей. Другие рассуждают так: «Такие деньги, никогда! Да я поставлю на верхний этаж или под крышу бак, буду его наполнять водой от насоса в скважине или колодце и все проблемы будут решены, никаких сотен тысяч рублей, все просто и дешево. После этого такие оптимисты подключают систему к проточному водонагревателю с целью моментального нагрева воды и ждут. Ждут долго, так как проточные водонагреватели, дающие моментальный нагрев воды не работают при низком давлении. Они просто не включаются! В них встроены реле на минимальное давление и отсутствие воды, поэтому они не включаются. Это испытали на себе тысячи дачников.
Что же делать? Некоторые начинают покупать наливные водонагреватели с ТЭНами, они работают при любом давлении, но время их нагрева зависит от емкости и составляет от 20 минут до 2,5 часов.
Многочисленные способы обеспечения водой на даче можно разделить на две системы: с высоким давлением от 0,7 до 5 Бар и низким давлением от 0,3 Бар. Первоначально были созданы системы высокого давления, так как вода подавалась на дачные участки от водонапорных башен сельских районов. Кроме того, известны случаи подачи воды под давлением из городских и областных центров.
Системы с высоким давлением отличаются такими преимуществами, как стабильность в работе, создание необходимого напора воды для душа, умывальников, задействование различных фильтров. Однако такая система требует применения отдельных насосов для поддержания высокого давления. Дачные участки в кооперативах относятся к последней ступени обеспечения электроэнергией и часто там отключают электроэнергию. Отключение особенно часто происходят в самые жаркие дни, самые холодные и в грозу. При этом отключается и система подачи воды, что очень неудобно и создает проблемы жителям. Кроме того, в таких системах нужны большие мощности водонагревателей, не менее 3,5 – 5,5 кВт. Учитывая другие потребители, например, электрические плиты, общее потребление электроэнергией превышает 6 кВт, что часто не выдерживают автоматы. Вот вам и проблема!
Простые системы с накопительной емкостью с водой известны очень и очень давно, но их применение ограничивается возможностями применения проточных нагревателей, которые в большинстве своем работают при давлении от 0,7 до 5 Бар. Для таких водонагревателей накопители воды должны устанавливаться на высоту до от 7 до 50 метров, что в большинстве случаев невыполнимо.
Забегая вперед, констатируем, что автор этой книги, Александр Матанцев, кандидат технических наук и изобретатель, создал новую простую схему подачи воды, обеспечивающую при использовании широко распространенных проточных водонагревателей с минимальной настройкой и дополнительного поплавкового водного выключателя в накопительной емкости, и обеспечил многолетнюю работу дачи с моментальным нагревом воды при минимальном давлении. Автор не патентовал новое схемное решение водоснабжения дачного дома в связи с его простотой, но приоритет принадлежит ему, кандидату технических наук и изобретателю Матанцеву Александру Николаевичу.
Однако, давайте точно вычислим необходимую высоту размещения накопительных емкостей с водой для возможного создания давления в системе.
Давление в жидкости одинаково передается во всех направлениях. Так звучит основной закон гидравлики и гидростатики, который открыл французский ученый Блез Паскаль. А действует на жидкость в основном обычная сила тяжести. Имя Паскаля носят единица измерения давления (1 Па) [1].
В жидкостях есть относительная свобода для небольшого движения. Поэтому молекулы газа или любой жидкости могут передать давление в любом направлении. И под действием силы тяжести вода просто растекается в разные стороны, если ее движение не ограничивается стенками сосуда.
Если жидкость находится в покое, то внутри нее полностью отсутствуют касательные и растягивающие силы. Это значит, что давление столба воды направлено строго по внутренней нормали к основанию. То есть, какой бы формы не использовался бы сосуд, давление внутри него всегда будет действовать только под углом в 90 градусов относительно бортов емкости [2, 3].
В реальных условиях жидкости всегда ограничены какими-либо стенками (бака, сосуда), то существует зависимость давления воды от высоты столба. То есть важно, на каком расстоянии находится поверхность жидкости от точки основания, на которую направлена сила.
За единицу измерения давления в жидкости принят 1 мм водяного столба. Он равен 9,8 Па (Н/м²). А на практике давление в воде измеряют в килограмм-силе на квадратный сантиметр (кгс/см²). И в этом случае единица называется одной атмосферой (1 атм). Метр водяного столба будет насчитывать 0,1 атм.
Чтобы точно рассчитать давление жидкости (P) на определенную площадь, необходимо воспользоваться формулой:
P = p × h × g (1)
Для этого нужно знать плотность жидкости (p), высоту столба (h) и скорость свободного падения (g).
Плотность воды зависит от ее температуры. Но общепринято для любых расчетов брать усредненное значение в 1000 килограмм на кубический метр. Ускорение свободного падения равно 9,8, также привыкли округлять до 10 м/см². Исходя из этих данных, будет нетрудно вычислить, сколько атмосфер имеют 10 метров водяного столба.
На выходе получается 10 кПа, что равно 1 технической атмосфере. Но для предельной точности нужно убрать округления и обязательно еще умножить произведение на величину атмосферного давления, действующего на поверхность воды.
Необходимо осуществить монтаж накопительного бака на определенной высоте. По СНиП, а также Постановлению Правительства за №354 давление воды на выходе из крана минимально должно составлять 0,3 атм. Это следует из формулы (1). Для этого достаточно поднять бак всего лишь на 3 метра. Для этого даже не нужно строить вышку. Достаточно воспользоваться чердачным помещением одноэтажного дома.
Один раз в определенное время бак наполняется с помощью насоса. Затем вода двигается по трубам самотеком, согласно гидростатическому закону Паскаля. И на выходе из крана будет создаваться достаточный напор, чтобы обеспечить все бытовые нужды.
Кроме проведения разводки от накопительного бака к умывальникам и туалету, необходимо выполнить еще одни обязательные действия. Независимо от того, теплый чердак или нет, нужно дополнительно хорошо изолировать емкость для жидкости. Это будет гарантией, что при усилении морозов зимой дом не останется без воды.
Объём бака на давление не влияет, так что 220 литров, или 500 – никакой разницы нет. Объем бака влияет на запасы воды и время обслуживания потребителей. Важна с точки зрения давления высота верхнего и нижнего уровней воды в емкости. Следует установить датчик, стабилизирующий работу системы, и правильно выставить на нём верхний и нижний предел давления.
Необходимо учитывать три составляющих: место измерения, условия, при которых проверяют параметры, и инструменты, которыми выполняют измерения.
Нормативы давления в системах холодного и горячего водоснабжения законодатель установил в Приложении №1 к Правилам №354 (пп. 3, 7). Измерять давление нужно в точке водоразбора в часы утреннего и вечернего максимума. Со временем измерения все понятно: утренний максимум – это с 07:00 до 09:00, вечерний максимум – с 19:00 до 22:00. Эти периоды также приведены в Правилах №354 (в примечаниях к Приложению №1).
Минстрой в ответ на частные запросы разъясняет: точка водоразбора – это смеситель умывальника, мойки, душа, ванной, подвод унитаза, элемент подключения стиральной или посудомоечной машины, поливочный кран, а также любой другой элемент системы, из которого вытекает вода. Такой вывод следует из пункта 11.11 СП 30.13330.2020 «Внутренний водопровод и канализация зданий. СНиП 2.04.01—85*», пункта 6.5 ГОСТ Р 56779—2015 «Системы распределения бытового горячего водоснабжения. Метод расчета энергопотребления и эффективности», пунктов 3.1, 3.2, 4.1.1 ГОСТ 19681—2016 «Арматура санитарно-техническая водоразборная. Общие технические условия». На то, что под точками водоразбора законодатель подразумевает краны, смесители и прочую санитарно-техническую водоразборную арматуру, указывает и пункт 5.3.1 Правил, утвержденных постановлением Госстроя России от 27.09.2003 №170.
Следовательно, точка водоразбора – любое стационарно установленное устройство с отверстием для свободного слива воды. Измерять давление воды нужно именно в точках присоединения таких устройств.
По результатам измерений определена разница в значениях давления горячей воды – от 0,01 до 0,13 МПа, холодной воды – от 0,02 до 0,24 МПа.
В квартире к одному стояку обычно подключается несколько точек водоразбора: умывальник со смесителем, ванная со смесителем, стиральная машина, унитаз со смывным бачком. И если, например, при замере на душевом шланге зафиксировали минимальную норму давления 0,03 МПа без излива воды, а затем одновременно открыли смеситель умывальника и опустошили смывной бачок унитаза, то давление уже не впишется в норматив. Но законодатель установил, что минимальное давление 0,03 МПа должно быть в любой точке водоразбора. Поэтому проверять давление нужно именно при разборе воды.
Условие открытого водоразбора при замерах давления следует и из СП 31.13330.2012 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». В своде правил установлено, что минимальный свободный напор в сети водопровода при максимальном водопотреблении на вводе в здание над поверхностью земли в одноэтажной застройке должен быть 10 м и более. При большей этажности на каждый этаж следует добавлять 4 м. Это означает, что на каждом этаже многоэтажки давление перед водоразборным узлом должно быть не менее 10 м или 0,1 МПа.
Даже при всех открытых кранах холодной воды давление в каждом из них не должно быть ниже установленного минимума 0,03 Мпа.
Практикуют два способа измерения: подключают к душевому шлангу манометр или измеряют скорость наполнения мерной посуды.
Все требования к средствам и методам измерений установлены в статьях 5, 9, 12, 13 Закона №102-ФЗ.
Средства измерений давления определены в ГОСТ 8.271—77 «Средства измерений давления. Термины и определения». Манометр в данном стандарте указан как измерительный прибор или измерительная установка для измерения давления или разности давлений. Как и для любых других средств измерения, для манометров установлены метрологические характеристики (ГОСТ 8.009—84, примечание 36).
Таблица 1. Единицы измерения давления воды [5]
Давление в 1 атм = 100 кПа
Из уравнения (1)
Р=1000 кг/м3*10 м/с2*1 м = 10000 Па, или 0,1 атм – это давление в бочке, поднятой на метр.
Бочка высотой в 0.9 метра (пластиковая), которая стоит на земле создает давление 0,08 атм. Поднимите на метр – будет 0,18.
Высота пластиковой бочки 0,9 м.
Высота для создания минимального давления водой в бочке должна быть 30000 Па / 9,8 м/с2 / 1000 кг/м3 = 3 м.
Как вариант – использование датчиков уровня води, чтобы бочка наполнялась водой при падении уровня на 50 см, тогда высоту соответственно можно снизить на полметра.
Давление зависит только от перепада высот, и не зависит от объема бочки и площади ее дна. 1 атмосфера (по определению) равна давлению, которое создает 10 метровый столб воды.
Поэтому полностью заполненная бочка высотой 1 м, поднятая на высоту 1 м, будет создавать давление у земли 0,2 атм, а к концу опорожнения всего 0,1 атм.
Если индивидуальный дом имеет высоту в два и более этажей, по аналогии с напорными показателями многоэтажного дома к каждому этажу добавляют по 0,5 бар.
В соответствии со СНиП 2.0401—85, давление для холодного водоснабжения должно находиться в рамках от 0,3 до 5 бар, а для горячего водоснабжения – от 0,3 до 4,5 бар.
Советский СНиП 85 года заменен на СП 30.13330.2020. В нем введено приложение 2, где записаны свободные напоры для различных сантехнических приборов. Так вот для умывальника это 2 метра водяного столба, а для душа – 3 метра водяного столба (2 метра водяного столба равно 0.196128 бар, или 0.193563 атмосферы). Цитируем СП 30.13330.2020: 8.21 Свободный напор (давление) на отметке наиболее высоко расположенного санитарного прибора в зоне системы водоснабжения следует принимать не менее 20,0 м вод. ст. (0,2 МПа).
Всё дело в том, что за годы с момента издания советского СНиП, в сантехнике и бытовых приборах, потребляющих воду, произошли заметные изменения. Смесители стали подключать гибкими подводками, а не полудюймовыми трубами, появились всяческие джакузи с гидромассажем, требующие повышенного давления, те же стиральные машины в массе своей просто не будут работать при давлении воды в сети перед ними в пару метров водяного столба.
1 бар равно 0.986923 физические атмосферы, более точно 1 бар равен 0.986923 бар.
1 Бар = 0.987 атм. (atm);
1 Бар = 0.1 МПа (MPa);
1 Бар = 1.0197 кГс/см2 (kgf/cm2);
1 Бар = 100 кПа (kPa);
Итак, какой вывод следует из действующего СП 30.13330.2020. Существует приложение 2, где записаны свободные напоры для различных сантехнических приборов. Так вот для умывальника это 2 метра водяного столба, а для душа – 3 метра водяного столба (2 метра водяного столба равно 0.196128 бар, или 0.193563 атмосферы) [4—6].
Получается, что официальные законы (СНиП) допускают применение накопительных емкостей в 2 и 3 метра водного столба для работы водной системы дачного или сельского дома.
