РЕФОРМИРОВАНИЕ НОРМАТИВНОЙ БАЗЫ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

В. Н. Исаев, профессор МГСУ

 

Сложившаяся практика оценки работы систем водоснабжения по фактическому водопотреблению не позволяет решать вопросы ресурсоэнергосбережения, так как идеология проектирования, строительства и эксплуатации, направленная только на бесперебойность подачи воды, считает всю поданную потребителю воду полезным продуктом.

Это привело к созданию огромных систем, в которых подача воды в среднем составляет 300 л/чел•сут. и на отдельных объектах достигает 500...800 л/чел•сут.

Нормативные документы по проектированию водопровода, созданные на основе этой идеологии в 60-80-е годы прошлого столетия [1-3], в условиях изобилия водных ресурсов и социальной поддержки населения не содержат требований к ресурсосбережению. Проектирование водопроводов осуществляется на максимальные нагрузки (расходы), которые в течение длительной эксплуатации (50–100 лет) очень кратковременны. Поэтому большую часть времени системы водоснабжения работают с избыточной производительностью, что приводит к значительным потерям воды (до 50 %).

Одной из основных причин потерь является несо-вершенство проектных норм и решений, направленных в основном на обеспечение бесперебойного снабжения водой при минимальных затратах материалов и капитальных вложений. Вопросы экономии и рационального использования воды даны на уровне качественных оценок, без возможности количественного сравнения эффективности отдельных проектных решений.

Строительные эксплуатационные нормативы, технические условия и стандарты на оборудование для внутреннего водопровода слабо связаны друг с другом, не обеспечивают выполнение требований по водосбережению. Поэтому их разработка должна производиться комплексно на основе концепции водосбережения, единых требований к системе и оборудованию.

В [4] требования к внутреннему водопроводу сформулированы очень неопределенно.

Понятие «внутренний водопровод – система трубопроводов и устройств» не отражает его основного назначения, не определяет требования к качеству работы системы, поэтому не может быть основой для водоэнергосбережения. В других нормативных документах также отсутствуют общие систематизированные требования к водопроводу как к важной технической системе, без которой не может работать человек и существовать производство. Это затрудняет целенаправленное совершенствование и развитие водопровода. Отсутствие в нормативных документах понятия «потери воды» практически исключает основу и цель ресурсосбережения, так как если нет потерь, то и нечего сберегать.

В современных условиях реформирования ЖКХ требуется изменить идеологию проектирования и эксплуатации систем водоснабжения, усилив бесперебойность подачи воды потребителю необходимостью ее рационального использования для снижения общественных затрат на водообеспечение общества и уменьшения антропогенной нагрузки на окружающую среду (природные водные ресурсы).

Для реализации данной концепции следует определить внутренний водопровод как систему жизнеобеспечения общества, предназначенную для подачи потребителям необходимого количества воды в размере технологической потребности, требуемого качества, через разнотипную водоразборную арматуру с заданной бесперебойностью (обеспеченностью) при минимальных общественных затратах и экологических ущербах в течение всего срока эксплуатации.

Такое определение подтверждает социальную значимость системы, что необходимо для обеспечения приоритетности ее финансирования из централизованных фондов, так как сложившаяся ситуация во многом обусловлена представлением общества о водопроводе как о второстепенной системе, которая финансировалась по остаточному принципу в объеме, недостаточном для нормальной эксплуатации, восстановления и развития.

Реализация этой концепции требует значительно больше информации о режимах водопотребления в системе в целом и в отдельных элементах.

Необходимо при проектировании и эксплуатации систем учитывать не только максимальные параметры, но и наиболее характерные режимы в процессе длительного срока службы.

Величина необходимого количества воды (технологическая потребность) в жилых зданиях, обеспечивающая полное удовлетворение всех санитарно-гигиенических потребностей и высокую комфортность жилища, должна определяться на основе медико-гигиенических исследований или экспериментальных данных о водопотреблении в системах с минимальными потерями воды.

В связи с отсутствием медико-гигиенических исследований на основе экспериментальных замеров водопотребления в системах с поквартирными регуляторами давления и экспертных оценок величина технологической потребности может быть принята 135...150 л/чел•сут., что соответствует зарубежным данным о водопотреблении в больших городах с современными благоустроенными зданиями [5] и социальным нормативам [6].

Бесперебойность подачи воды потребителю определяется ее важностью и величиной ущерба при прекращении ее подачи. Для хозяйственно-питьевого водопровода холодной и горячей воды из условий безопасности (исключение ожога, возникающего при прекращении подачи холодной воды) обеспеченность расчетных расходов в [2] принята 0,983...0,99, что соответствует снижению расчетного расхода на период не более 10 с в часы наибольшего водопотребления.

Минимальные общественные затраты требуют оптимизации систем на стадии проектирования и по эксплуатационным затратам, которые в десятки раз превышают капиталовложения, и за срок службы здания приближаются к строительной стоимости здания [7]. Такая оптимизация потребует оценки проектов и эксплуатируемых систем не только по расчетным секундным и часовым расходам [2], но и по суточному, годовому водопотреблению с выделением из него потерь воды, которые должны быть сведены к минимуму, определяемому техническим уровнем проекта, качеством монтажа и эксплуатации системы водоснабжения.

Это даст возможность одновременно уменьшить расход теплоты и электроэнергии в системе.

Рациональность использования воды в системе, а следовательно и минимизацию экологического ущерба от изъятия воды из природных источников можно охарактеризовать коэффициентом рациональности водопользования К_рац [8], отношением фактического водопотребления (забора воды) (q_ф) к технологически необходимому (q_техн) К_рац = q_ф / q_техн.

Величина К_рац должна нормироваться органами территориального управления и Госкомприродой в зависимости от дефицита водных источников и экологической обстановки.

Введение в определение срока эксплуатации системы связывает проектирование и эксплуатацию, ориентирует проектировщиков и монтажников на создание долговечных водопроводов, экономичных в эксплуатации. Срок службы внутренних водопроводов должен быть сопоставлен со сроком службы здания или периодами между капитальными ремонтами.

Поэтому при проектировании и монтаже необходимо будет подбирать материалы и оборудование в соответствии с нормативами для данного здания и при эксплуатации более обоснованно определять расходы на ремонт и восстановление системы. На стадии проектирования желательно прогнозировать изменение расходов во внутреннем водопроводе в течение срока эксплуатации в зависимости от качества применяемого оборудования и среднего уровня его использования [8].

Такие данные дадут возможность контролировать состояние системы в эксплуатации, создать механизм стимулирования экономии воды и энергии, объективно решать споры между организациями, потребляющими и подающими воду, прогнозировать развитие городского водопровода с учетом не только роста количества потребителей, но и реального износа системы.

Определение понятия «внутренний водопровод» на основе концепции водосбережения с учетом основных социальных, функциональных, временных, экономических и экологических аспектов дает возможность формулировать количественные требования назначения (качества работы) системы, ее надежности, безопасности, экономичности, технологичности, патентоспособности и т. д.

Данные требования должны стать основой новых строительных норм, которые по аналогии с зарубежными нормативами должны касаться функционального качества проектируемой системы [9] и оставлять проектировщику свободу в выборе технических решений для их достижения в зависимости от имеющихся в распоряжении средств и материалов.

Для реализации политики водосбережения комплекс нормативов должен давать возможность использовать прогрессивные технические решения и контролировать их рациональность на всех стадиях проектирования, монтажа и эксплуатации:

1. При формировании нагрузок в системе (расчетные расходы), рационального водного баланса путем применения оптимальных удельных технологических расходов для потребителей и допустимых потерь воды на основе нормируемого коэффициента рациональности водопотребления К_рац; группировки потребителей, обеспечивающей возможность повторного использования воды и оборотного водоснабжения.

2. При выборе систем и схем путем применения систем с повторным и оборотным использованием воды; схем с водосберегающей арматурой (автоматической, порционной, с одной рукояткой); с регуляторами давления (поэтажными, на стояках, в здании, на вводе для группы здания); зонных схем; рациональных схем насосных установок с регулируемым приводом; включение по давлению в диктующей точке, комбинированное включение насосов (последовательно-параллельное); схем с диафрагмированием элементов (насадки, втулки, диафрагмы, регуляторы расхода).

3. При проведении технико-экономического сравнения вариантов, путем использования критериев оценки, учитывающих рациональность использования водных ресурсов, экологического ущерба, народно-хозяйственной, а не отраслевой стоимости воды, приоритета эксплуатационных расходов над капитальными [7].

4. При конструировании водопровода путем рационального размещения элементов, уменьшающего избыточное давление в системе и протяженность трубопроводов; использования долговечных материалов и оборудования с высокой надежностью по герметичности; подбора оборудования по оптимальным, а не предельным параметрам; прокладки труб, обеспечивающей быстрое обнаружение и устранение утечек; защиты оборудования и труб от коррозии, эрозии и охлаждения.

5. При расчете водопровода путем проверки его работоспособности при максимальных расходах, избыточных давлениях, аварийных режимах, при износе в процессе эксплуатации; использования методик определения расчетных расходов, позволяющих выделять технологический расход и потери воды в зависимости от наибольшего числа параметров, определяющих условия водопользования, определения требуемых давлений в зависимости от вероятностной нагрузки сети и неустановившегося режима движения жидкости.

6. При монтаже путем входного контроля качества арматуры и оборудования по герметичности перед монтажом, использования трубопроводов с минимальным количеством соединений, использования соединений с высокой герметичностью и долговечностью, не ослабляющих прочность трубопровода и не нарушающих защитное покрытие, индустриального изготовления укрупненных узлов с испытанием их на заводе-изготовителе.

Связующим звеном всех нормативов комплекса и стадий жизненного цикла водопровода должен быть удельный суточный расход как основной критерий водосбережения, а также часовые и секундные расходы, определяющие типы и размеры оборудования.

Методика определения этих расходов должна базироваться на единой теоретической основе [10], что позволит получать сопоставимые результаты оценки внутреннего водопровода на всех стадиях его жизни: при проектировании, монтаже и эксплуатации. Учитывая, что в основном (на 80 %) техническое качество системы формируется на стадии проектирования, в развитии нормативной базы следует основное внимание уделить совершенствованию СНиП 2.04.01-85 [2], многолетняя практика применения которого подтвердила эффективность запроектированных водопроводов, обеспечивающих надежную, бесперебойную подачу воды потребителям при правильной эксплуатации. Однако отсутствие в [2] методики определения дифференцированных суточных расходов в зависимости от конкретных проектных решений сдерживает разработку и внедрение водосберегающих проектов, арматуры и оборудования.

Методика определения основных параметров внутренних водопроводов – часовых и секундных расходов, используемая в [2], базируется на фундаментальных исследованиях, проведенных канд. техн. наук Л. А. Шопенским, что дает возможность развития и совершенствования ее в направлении водоэнергосбережения. На основе исследований НИИсанитарной техники, ЦНИИЭПинженерного оборудования, МГСУ им. В. В. Куйбышева, МосжилНИИпроекта создана теоретическая модель водопотребления, подтвержденная многочисленными отечественными и зарубежными исследованиями. На основе модели разработана методика [4] определения суточных, часовых, секундных расходов в зависимости от вида, количества потребителей, заселенности квартир, типа и количества водоразборной арматуры и оборудования, давления в водопроводной сети, срока ее эксплуатации. Кафедрой «Водоснабжение» МГСУ разработаны программы для реализации этой методики. На основе расчетов на ЭВМ ее можно модифицировать для ручного счета, развивая методику СНиП [2] при следующих дополнениях:

1. В п. 3.8 средний суточный расход следует определять по формуле

q^B0_um = q^B1_um + q^Т3_um
q^B1_um = q^B1_h.r K^B1_u   K^B1_нp /K^B1_r   +q^B1_цт
q^Т3_um  = q^Т3_h.r K^T3_u  K^Т3_нр /K^Т3_r   +q^Т3_цт +q^Т3_сл

где: q^B0_um, q^B1_um, q^Т3_um  – суточные расходы общей холодной, горячей воды, м³;

q^B1_h.r , q^Т3_h.r – максимальные часовые расходы, определенные по п. 3.8;

K^B1_u , K^T3_u  – коэффициент, учитывающий заселенность квартир жилых зданий, определяемый по прил. 11;

K^B1_нp, K^Т3_нр – коэффициент непроизводительных расходов, определяемый по прил. 12;

K^B1_r  , K^Т3_r   – коэффициенты часовой неравномерности потребления холодной, горячей воды, определяемые

по таблице прил. 10;

q^Т3_сл – расход сливов охлажденной воды из водопровода горячей воды, определяемый по прил. 13;

Т - период водопотребления, ч;

q^B1_цт, q^Т3_цт – удельная утечка воды из водопровода, определяемая по формуле

q_цт = q_{см цт.}N_cм +q_{к.б. цт.}N_сб

где: q_{см цт} – суточный расход утечки через смесители (л/сут), определяемый по прил. 14;

q_{к.б. цт} – суточный расход утечки через смывные бачки (л/сут), определяемый по прил. 15;

N_cм, N_сб – число смесителей, смывных бачков в здании.

2. Приложения к СНиП дополнить расчетными таблицами для определения К_r; К_u; К_нр; q_цт (прил. 10-15).

3. Исключить из прил. 3 данные о суточных расходах воды.

4. Внести в прил. 3 данные о времени работы системы водоснабжения в здании (Т) и необходимой обеспеченности подачи воды.

5. В п. 3.14 внести следующие дополнения: секундные и часовые расходы заданной обеспеченности Ѕ определяют по формуле

q_r = q_hru•U/3 600 + q_oq[q - (q_hru / U • 3 600)]/K₁
q_hrg= q_hru•U + q_ohr• q(q_hr- q_hr•U)/K₁

где: q_hru – норма расхода воды потребителем в час наибольшего водопотребления, определяемая по прил. 3 [2];

U – число потребителей;

q_o, q_ohr – секундный и часовой расход воды санитарно-техническим прибором [2];

q – коэффициент, зависящий от обеспеченности r, определяемый по прил. 16;

K₁ – коэффициент, определяемый по прил. 17.

Теоретическая база методики СНиП [2] позволяет не только получать новые расчетные параметры, но и упрощать расчеты, когда из-за отсутствия точных исходных данных (например, на стадии ТЭО), допускается получать результат с несколько меньшей точностью. Для этого можно упростить вычисления, внеся следующие изменения в [2]:

- в п. 3.4 произведение NP надлежит определять по формуле

- в п. 3.7 произведение NPhr следует определять по формуле

- в п. 3.9 средний часовой расход воды за период потребления Т следует определять по формуле

q_T=q_hr•K_noT•T/K_r

где: q_hr – максимальный часовой расход по п. 8;

K – коэффициент часовой неравномерности, определяемый по дополнительной таблице;

K_noT – коэффициент потерь воды из-за увеличения давления у потребителя, определяемый по дополнительной таблице.

Полученные результаты расчета будут сопоставимы с результатами методики [11], базирующейся на традиционной идеологии общего водопотребления, если из последних исключить сверхнормативные потери воды.

Строительные нормы на монтаж [3] необходимо дополнить требованиями по контролю основного параметра водосбережения – суточного расхода воды после налаживания и работы внутреннего водопровода в эксплуатационном режиме.

Эксплуатационные нормативы [12], позволяющие масштабно определять нормы водопотребления в зданиях, следует дополнить методиками, позволяющими более глубоко дифференцировать нормы в зависимости от надежности водоразборной арматуры, срока эксплуатации зданий и условий их обслуживания. Это даст возможность более объективно определить ответственность за потери воды отдельных организаций, эксплуатирующих водопровод и правильно организовать материальное стимулирование водоэнергосбережения.

Стандарты и технические условия на производство водоразборной арматуры, через которую в основном происходят потери воды, следует дополнить параметрами эксплуатационной надежности в дополнение к параметрам лабораторных испытаний, так как выпуск в последнее десятилетние новых видов более качественной и надежной водоразборной арматуры в условиях сложившейся эксплуатации не дал реальной экономии воды. Учитывая, что максимальное рабочее давление во внутреннем водопроводе составляет 0,6 МПа, то для повышения надежности работы водоразборной арматуры следует увеличить требования по наибольшему рабочему давлению и ввести требования по регулировочной характеристике, ограничить максимальный расход при наибольшем давлении, например не более 0,3 л/с, что позволит снизить непроизводительные расходы из-за избыточного давления перед арматурой.

Для ограничения непроизводительных расходов из-за несовершенства ее конструкции в стандарты и технические условия желательно ввести коэффициент полезного использования воды при нормативном давлении: отношение расхода воды, необходимого для проведения процедуры, к фактически подаваемому.

Очевидно, что водоэнергосбережение невозможно без дополнительной информации о работе внутреннего водопровода. Это потребует дополнительных исследований для корректировки норм водопотребления на различных объектах, определения требований потребителей к бесперебойности подачи воды и ущербах, возникающих при отсутствии воды, уточнения эксплуатационной надежности водоразборной арматуры и оборудования. В связи с тем, что материальный ущерб в водопроводе от потерь воды исчисляется миллиардами рублей, а от сопутствующих потерь энергии, продукции и ущерба окружающей среде и человеку удесятеряет эту величину, проведение таких исследований и создание комплекса водоэнергосберегающих нормативов должно проводиться на уровне государственных программ и в кротчайшие сроки.

Выводы

1. Развитие нормативов в направлении водоэнерго-сбережения должно производиться комплексно для проектирования, монтажа, эксплуатации, производства водоразборной арматуры, оборудования.

2. Комплекс нормативов должен базироваться на единой методике определения основного показателя водосбережения – удельного суточного расхода воды, которая должна давать возможность контролировать качество проектных решений, эффективность оборудования, уровень эксплуатации системы.

3. Основой комплекса нормативов может быть СНиП 2.04.01, дополненный водоэнергосберегающими требованиями и методиками определения суточных расходов с выделением технологического водопотребления и потерь.

4. Следует ввести в нормативы коэффициенты рациональности водопотребления, оценивающий экологическую эффективность водопровода.

ЛИТЕРАТУРА

1. Целевая комплексная программа «Экономия и рациональное использование водных ресурсов в г. Москве и повышение надежности ее водообеспечения на период до 2000 г.» // Мосводоканал НИИпроект,1988.

2. СНиП 2.01.01-85 Внутренний водопровод и канализация зданий. М.: Стройиздат, 1985.

3. СНиП 3.05.01-85 Внутренние санитарно-технические системы. М.: Стройиздат, 1985.

4. Сокращение потерь воды во внутреннем водопроводе жилых зданий. Обзорная информация ИЭМЖКХ. Серия «Водоснабжение и канализация». Вып. 5 (78). М., 1989.

5. Орлов Г. А., Шевелев Ф. А. Водоснабжение больших городов зарубежных стран. М.: Стройиздат, 1987.

6. НДС 13-12.2000 Методические рекомендации по формированию нормативов потребления услуг жилищно-коммунального хозяйства.

7. Чистяков Н. Н. и др. Экономическая оценка внутренних водопроводов жилых зданий // Водоснабжение и санитарная техника. 1990. № 2. С. 4.

8. Социально-экологические проблемы обеспечения населения питьевой водой // Трубопроводы и экология. 2000. № 3.

9. Водоснабжение высотных зданий // Сантехника.2004. № 5, 6.

10. Анализ методик определения расходов во внутреннем водопроводе // Сантехника. 2003. № 5.

11. Рекомендации по определению расходов воды в системах холодного и горячего водоснабжения. Серия «Строительство и архитектура». Вып. 1, 2. 1987.

12. Методика определения эксплуатационных норм водопотребления. М.: МЖКХ СССР, 1981.

13. Исаев В. Н., Мхитарян М. Г. Структура водопотребления воды в жилых зданиях // Водоснабжение и санитарная техника. 1991. № 3.