Системы современного водоснабжения: тенденции и инновации

Инженерные системы современного коттеджа

Сегодня мы постараемся разобраться, как реализуется в современных условиях водоснабжение многоквартирных и частных домов, и как оно изменилось за последние три десятилетия. Начнем мы с оценки общих тенденций развития и закончим знакомством с конкретными схемами, материалами и оборудованием. Приступим.

Куда идем

Чтобы отследить тенденции развития технологий в области водоснабжения, проще всего обратиться к нормативной документации и сравнить многократно упоминавшийся в смежных статьях свод правил СП 30.13330.2012 с его прототипом — изданным еще в советские времена СНиП  2.04.02-85.

Основные изменения касаются:

• Комфорта и безопасности. В частности, актуализированная версия документа устанавливает одинаковые нормы температуры ГВС для любой схемы нагрева воды (с подачей из теплосети или теплообменника) и требует, чтобы горячая вода наравне с холодной соответствовала требованиям СанПиН 2.1.4.1074 и 2.1.4.2496 по санитарно-эпидемиологическим показателям;

Требования СанПиН теперь распространяются на горячую воду

Кроме того: новый документ прямо рекомендует использовать для приготовления горячей воды нагрев в теплообменниках или локальных водонагревателях, а не подачу ГВС из теплосети. Цель — опять-таки повышения качества воды в системе ГВС: теплоноситель отопительных систем транспортируется по стальным водопроводам и неизбежно содержит большое количество ржавчины и взвесей.

• Долговечности трубопроводов и оборудования. Она достигается за счет применения современных полимерных и композитных материалов.

В частности, СП 30.13330.2012 устанавливает минимальные расчетные сроки службы арматуры и труб в полвека на ХВС и в четверть века на ГВС.

Для сравнения: черные водогазопроводные трубы, массово использовавшиеся для разводки воды 30 лет назад, служили не больше 10-15 лет;

Типичное состояние водопровода из черной стальной трубы

• Учета расхода воды и тепловой энергии (в случае ГВС). Теперь установка приборов учета в строящихся зданиях обязательна;
• Автоматизации. Если раньше переключения режимов ГВС в зависимости от температуры теплоносителя выполнялись вручную, что оставляло возможность для отклонений показателей ГВС от нормативных вследствие так называемого человеческого фактора, то теперь за поддержание параметров водоснабжения отвечают контрольно-измерительные приборы и автоматизация (КИПиА).

Контрольно-измерительная аппаратура в тепловом пункте

Дополним: еще одна заметная тенденция — снижение накладных расходов на тепловую энергию путем использования ее возобновляемых (или просто максимально дешевых) источников и снижения потерь тепла при транспортировке. Современное горячее водоснабжение должно быть экономичным.

Перейдем к подробностям.

Шаг за шагом

Давайте попробуем изучить современные технологии водоснабжения в каждой конкретной области и подытожить изменения, произошедшие за последние три десятилетия.

Трубы

Около полувека назад стандартом де-факто для систем водоснабжения были оцинкованные стальные трубы на резьбовых соединениях с герметизацией сантехническим льном и свинцовым суриком.

Забегая вперед, скажем, что это решение заслуживает всяческих похвал: если расчетный срок службы оцинкованных водопроводов, согласно ВСН 58-88, равен всего трем десяткам лет, то фактически они и сейчас по большей части находятся в великолепном состоянии.

Оцинкованные стояки ХВС и ГВС

Однако в конце 80-х под лозунгом экономии безвестный чиновник продавил очень важное изменение: в новостройках оцинковка была заменена более дешевыми газовыми трубами из черной стали. В результате водопроводы в новых, казалось бы, зданиях начали давать течи уже по прошествии десятка лет эксплуатации.

СП 30.13330.2012 выдвигает два требования к водопроводным трубам:

1. Они должны быть долговечными (минимальные сроки службы упомянуты выше);
2. Их гидравлическое сопротивление не может увеличиваться в процессе эксплуатации.

Шах и мат, сталь. Ржавчина и известковые отложения на стенках навсегда остались в прошлом. В новостройках безраздельно властвует полипропилен.

Отложения на стенках стальных водопроводов приводили к постепенному падению напора воды

Чем так привлекательны полипропиленовые трубы?

• Низким и, главное, неизменным на протяжении всего  срока службы, гидравлическим сопротивлением, вследствие минимальной шероховатости стенок;
• Дешевизной (от 20 рублей за метр трубы DN20 без армирования);
• Небольшим весом (ППР — единственный широко распространенный полимер с плотностью меньше 1 г/см3), что означает отсутствие проблем при транспортировке;
• Скоростью и технологичностью монтажа соединений. Для монтажа используется низкотемпературная раструбная пайка с помощью недорогого (от 1000 рублей) паяльника. Соединение не требует какого-либо обслуживания, может укладываться в штробы, стяжки и по прочности на разрыв как минимум не уступает трубам.

У полипропилена есть одна отрицательная особенность — высокий коэффициент температурного расширения. При нагреве на 40 градусов каждый метр трубы удлиняется на 6,5 миллиметров, что может привести к деформации трубопровода.

Удлинение полипропиленовых стояков ГВС при нагреве

Проблема решается двумя способами:

1. Армированием ППР труб. Армирование фиброй (минеральным волокном) или алюминием многократно уменьшает коэффициент удлинения трубопровода при нагреве, а заодно увеличивает его прочность по отношению к гидростатическому давлению;
2. Кроме того, системы современного горячего водоснабжения снабжаются компенсаторами удлинения — кольцевыми или П-образными изгибами со скользящими опорами.

Компенсирующий удлинение поворот полипропиленового трубопровода ГВС

Трудно ли смонтировать полипропиленовый водопровод своими руками?

Инструкция по сборке муфтового соединения более чем проста:

Изображение	Этап работ
Паяльник с установленной насадкой диаметром 20 мм	Установите на паяльник насадку соответствующего диаметру трубы и фитинга размера.
Зеленый индикатор указывает на разогрев до заданной терморегулятором температуры	Разогрейте паяльник до рабочей температуры (260°С). На ее достижение указывает отключение красного индикатора нагрева прибора или включение зеленого индикатора температуры.
Труба и фитинг совмещены с насадкой паяльника	Вставьте отрезанную по месту трубу в муфту насадки и одновременно наденьте на нее фитинг.
Несколько секунд — и детали надежно спаяны	Дождавшись оплавления деталей, соедините их поступательным движением.

Несколько нюансов:

• Время нагрева и охлаждения деталей зависит от их диаметра. Оно подбирается по приведенной ниже таблице;

Параметры сварки труб ППР

Заметьте: недостаточный нагрев ослабит соединение. Перегрев тоже крайне вреден: он приведет к выдавливанию расплава полипропилена в муфту фитинга и сопутствующему уменьшению пропускной способности трубопровода.

Последствия перегрева: просвет трубы перекрыт наплывом пластика

• И совмещение деталей с насадкой паяльника, и их соединение друг с другом требует определенного усилия, которое пропорционально диаметру трубопровода. Его нужно прикладывать строго по оси трубы и фитинга. Перекос приведет к уменьшению прочности соединения или даже его негерметичности;
• При соединении нельзя вращать детали. При повороте между трубой и фитингом образуются полости, опять-таки ослабляющие соединение;
• Армированные алюминием трубы перед пайкой нужно зачистить от фольги, обеспечив сварку внутренней оболочки с фитингом. Зачистка предотвратит коррозию алюминия вследствие контакта с растворенным в воде кислородом и расслоение трубы.

Удаление армирующей фольги перед сваркой

Гибкие подводки

Если еще полвека назад при подключении смесителей и сливных бачков использовались исключительно жесткие подводки из стальной трубы, то в 80-х они постепенно начали сменяться гибкими шлангами.

Какие именно гибкие подводки применялись два-три десятилетия назад?

• Армированные резиновые шланги (как правило, газовые, предназначенные для сварочных работ) на стальных и латунных штуцерах;
• Полиэтиленовые шланги;

Примечание автора: комплектовать отечественные  смесители выпуска начала 90-х  полиэтиленовыми подводками было поистине странным решением. Достаточно сказать, что полиэтилен начинает размягчаться уже при +60°С, в то время как температура горячей воды зимой в то время нередко достигала 80 и более градусов.

• К середине 90-х распространение получили резиновые шланги в металлической оплетке.

Бронированный шланг с резиновым сердечником

Общая особенность перечисленных гибких подводок — незначительный срок службы, на горячей воде, не превышавший 5 лет.

В наше время их сменили два вида гибких шлангов:

1. Изделия в нержавеющей оплетке с сердечниками из сшитого полиэтилена. От предшественников они отличаются впечатляющей долговечностью: расчетный срок службы подводки — 50 лет;
2. Гофрированные нержавеющие шланги, представляющие собой отрезки гофрированной трубы с развальцованными концами и накидными гайками. Срок их службы и вовсе ограничен только долговечностью герметизирующих гайки прокладок.

Подключение бойлера гофрированными шлангами

Запорная арматура

Какая арматура использовалась на водоснабжении 30 лет назад?

1. Задвижки (как правило, клиновые). Они требуют периодической набивки сальника, замены или наваривания клина, а также притирки латунных зеркал для устранения их эрозии взвесями;

Клиновые задвижки…

…и одна из их типовых проблем — течь сальника

2. Винтовые вентиля. Им тоже требуется систематическое обслуживание (как минимум — замена сальника и прокладок);
3. Пробковые краны. Они менее требовательны к обслуживанию (особенно затяжные краны без сальниковой набивки), зато почти никогда не перекрывают воду абсолютно герметично. Кроме того, поворот затвора пробкового крана требует значительных усилий, зачастую небезопасных для изношенного водопровода.

Сейчас практически вся перечисленная запорная арматура (за исключением задвижек большого диаметра) безжалостно вытеснена шаровыми кранами.

Шаровый кран

Такой кран представляет собой эволюцию пробкового: затвор имеет форму шара, обладает идеально обработанной поверхностью и вращается между двумя седлами из материала с крайне низким коэффициентом трения (фторопласта или тефлона). Из тех же материалов изготавливается уплотнение штока.

Что это дает?

• Долговечность (не менее 5000 циклов закрытия/открытия);
• Отсутствие потребности в периодическом обслуживании (как максимум, раз в несколько лет приходится поджать уплотнение штока путем затяжки сальницы);
• Незначительное усилие поворота штока.

Мало того: практически все шаровые краны — полнопроходные, то есть обладают стремящимся к нулю гидравлическим сопротивлением. С практической стороны это означает минимальную потерю напора на арматуре.

Так устроен современный шаровый кран

Нагрев воды

Три десятилетия назад стандартным решением для подачи горячей воды в жилой дом была врезка в элеваторный узел: вода отбиралась с подающей или обратной нитки  теплотрассы между входной задвижкой и водоструйным элеватором.

Это простое и недорогое в реализации решение имело (и имеет — абсолютное большинство зданий советской постройки продолжает эксплуатироваться с элеваторными узлами) несколько недостатков:

• Низкое качество воды;
• Большую вероятность отклонения ее температуры от нормированной. Достаточно обслуживающему дом слесарю не переключить ГВС с подачи на обратку с наступлением холодов — и температура воды в контуре ГВС может превысить точку кипения воды. Как это отразится на состоянии и ресурсе труб с расчетной эксплуатационной температурой +60-75°С — догадаться нетрудно;
• Не менее высокую вероятность гидроударов. Мгновенная остановка циркуляции в трассе или отдельном контуре приведет к кратковременному скачку давления на фронте движущегося потока воды.

Элеваторный узел. В черный цвет окрашены врезки ГВС

Современная система горячего водоснабжения многоквартирного дома использует нагрев холодной (питьевой) воды.

В качестве нагревательного оборудования наиболее востребованы:

• Двухконтурные газовые котлы (как правило, турбированные, с отбором воздуха с улицы и выводом продуктов сгорания за пределы дома по коаксиальному дымоходу);

Коаксиальные дымоходы котлов в доме с автономным отоплением и ГВС

• Для негазифицированных зданий — электрические бойлеры;
• Для жилых домов с центральным отоплением — индивидуальные тепловые пункты с теплообменниками, использующими теплоту воды системы отопления.

Кроме того, набирают популярность так называемые «зеленые» источники тепловой энергии — солнечные коллекторы и тепловые насосы. Первые утилизируют абсолютно бесплатное солнечное тепло и наиболее  эффективны в регионах с высоким уровнем инсоляции.

Современное оборудование водоснабжения научилось использовать бесплатное солнечное тепло

Вторые используют для нагрева воды энергию, отобранную внешним теплообменником у нагретой до более низкой по сравнению с водой температуры среды:

• Окружающего воздуха с температурой не ниже -25°С;

На фото — внешний блок теплового насоса «воздух-вода»

• Грунта;
• Воды в скважине или открытом незамерзающем водоеме.

Как правило, тепловой насос обеспечивает дом как горячей водой, так и отоплением. Летом он может выполнять функции системы кондиционирования.

Регулировка давления

Норму давления воды в точке водоразбора устанавливает уже знакомый нам свод правил 30.13330.2012: оно не должно быть больше 4,5 кгс/см2 и меньше 2 кгс/см2.

Впрочем: в качестве нижней границы давления воды может устанавливаться минимальное рабочее давление применяющегося сантехнического оборудования.

С этим параметром связана одна сугубо техническая проблема: в многоэтажных зданиях напор либо оказывается чрезмерно высоким на нижних этажах, либо слишком низким на верхних. Скажем, чтобы обеспечить водой с давлением 2 кгс/см2 20-й этаж высотного здания, на уровне ввода необходимо увеличить его до 8 кгс/см2.

Справка: давление в 1 атмосферу (1 кгс/см2) соответствует напору в 10 метров. При средней высоте этажа в 3 метра давление воды уменьшается по мере ее подъема  на 0,3 кгс/см2 на этаж.

Вычисление высоты водяного столба при давлении в 760 мм рт. ст. (1 атмосферу)

Традиционным решениям этой проблемы был монтаж нескольких подкачек (повышающих насосов), каждая из которых обслуживала свою группу стояков. Стояки группировались по обслуживаемым этажам: нижние этажи получали воду с более низким напором, верхние — с более высоким.

Ситуация изменилась с появлением недорогих, надежных, долговечных  и не требующих обслуживания редукторов давления.

Современные проблемы водоснабжения с рабочим давлением решаются просто и изящно: напор на выходе насосной станции достаточен для того, чтобы обеспечить водой верхние этажи; при этом вводы в квартиры нижних этажей для защиты от избыточного давления комплектуются редукторами.

Редуктор на вводе ХВС

Циркуляция ГВС

На середину 80-х практически все эксплуатировавшиеся системы ГВС были тупиковыми: вода двигалась в водопроводе только при ее расходе.

Недостатки этого решения знакомы всем, кому довелось жить в хрущевках и сталинках:

• Подключенные к подводке ГВС полотенцесушители нагреваются только при водоразборе;
• Вода в дальних от элеваторного узла квартирах имеет низкую температуру;
• По утрам и после долгого отсутствия водоразбора днем ее приходится подолгу сливать в ожидании нагрева.

Чтобы добиться нагрева воды, нужно слить в канализацию содержимое стояка и розлива

К концу 80-х годов прошлого века новостройки стали сдаваться в эксплуатацию преимущественно с циркуляционными системами ГВС: горячая вода непрерывно циркулировала через соединенные перемычками группы стояков, поочередно подключаемых к двум розливам горячего водоснабжения.

Необходимый для циркуляции перепад обеспечивался разницей давлений между подачей и обраткой теплотрассы или создавался дросселирующей шайбой.

Подающий и обратный розливы ГВС

В современных зданиях циркуляция воды в замкнутом контуре обеспечивается циркуляционными насосами — домовыми или внутриквартирными.

Циркуляционный насос для ГВС и отопления

Впрочем: при использовании автономных водонагревателей подводка ГВС обычно делается тупиковой, а водяные полотенцесушители подключаются к системе отопления (в случае двухконтурного котла) или заменяются электрическими.

Учет расхода

30 лет назад расход воды считался:

• Для жильцов многоквартирных домов — по фиксированным тарифам, выведенным на основании санитарных норм потребления воды;
• Для жилищных организаций — по общедомовым приборам учета;

Водомерный узел в многоквартирном доме

• В отсутствие домовых водосчетчиков расход воды оценивался по проходимости труб (что по понятным причинам было невыгодно жилищникам);
• Домовой расход горячей воды учитывался по механическим водосчетчикам или по статистически выведенным нормам ее потребления.

Что мы имеем сейчас?

Поквартирный учет расхода холодной и горячей воды обязателен. При этом в приоритете — установка приборов с GSM модулем, автоматически отправляющих текущие показания поставщику соответствующих услуг.

Импульсный водосчетчик передает свои показания по GSM в реальном времени

Домовые счетчики ХВС никуда не делись и не претерпели за прошедшее время существенных изменений.

Счетчики горячей воды используют другой принцип учета: расход воды в циркуляционной системе ГВС рассчитывается по падению давления на дросселирующих шайбах, установленных на фланцах подающего и обратного трубопроводов. Отдельно, по термодатчикам, вычисляется количество оставшейся в здании тепловой энергии.

Современный общедомовой счетчик для циркуляционной системы ГВС

Заключение

Как видите, современные системы водоснабжения заметно отличаются от своих предшественников. Узнать о них больше вам поможет видео в этой статье. Успехов!