ИНЖЕНЕРНЫЕ СЕТИ
Сегодня почти во всех крупных, да и не очень, городах цивилизованного мира существуют централизованные системы канализации, тепло-, энерго-, водо-, а часто и газоснабжения. Их совокупность составляет то, что принято называть инженерными сетями. Чаще этот термин применяют к наружным, то есть находящимся вне зданий, коммуникациям, которые в виде трубопроводов, кабельных сетей и тоннелей вдоль и поперек пересекают урбанизированные территории. Функционально связанные с ними части систем, находящиеся в зданиях, логично назвать внутренними сетями. В данном материале мы коснемся трех элементов этого сложного взаимосвязанного механизма: водоснабжения, «холодного» и «горячего», и канализации.
НАРУЖНЫЕ СЕТИ
В современной России общая их протяженность достигла более 156,5 тыс. км (к сожалению, состояние 40% оценивается как аварийное). Самой длинной водопроводной сетью, состоящей из 9 тыс. км труб диаметром от 50 до 2000 мм, обладает Москва. Из них 71% составляют стальные, 27% — чугунные и 1% — железобетонные. (Для сравнения — наружные водопроводные сети уже объединенного Берлина — 7700 км, а уступающей по численности населения нашей столице примерно в 5 раз Вены — 3100 км). Расчетное время эксплуатации стальных труб — 20 лет, чугунных — 58. В настоящий момент 56% первых и 19% вторых превысили свой нормативный срок, что приводит к росту аварийности. Так на 100 км магистралей в год происходит 57 аварий (в 1990 г. — 50). Правда, в 70% из них виновата запорно-регулирующая арматура, то есть на сами трубы приходится примерно 17%. Интересно, что почти идентичная статистика на уже упоминавшемся нами Берлинском водопроводе: на 100 км в год — 10 разрывов и 7 менее серьезных нарушений. Основной вид повреждения стальных труб — образование свищей из-за коррозии (96%); чугунных — нарушение герметичности раструбных соединений (50,3%) и переломы (43%). Показатели аварийности на взятом нами в качестве примера столичном и других российских водопроводах были бы примерно в 2 — 2,5 раза ниже, если бы ежегодно удавалось менять положенные 5 — 6% труб, а не 0,5 — 0,6%, как это происходит сейчас.
С учетом столь значительных объемов необходимых ремонтных работ все большее внимание уделяется более дешевым бестраншейным методам ремонта подземных трубопроводов. Самым распространенным среди них является цементно-песчаная облицовка. Впервые ее применили в середина 70-х гг. на Московском водопроводе. Несколько позже аналогичные схемы ведения работ использовались в Анапе и Нижнем Новгороде. Для их реализации было закуплено высокопроизводительное немецкое и американское оборудование и в 1992 г. на опытно-экспериментальном трубозаготовительном комбинате пущен цех внутренней цементно-песчаной изоляции труб диаметром 100 — 1400 мм. Сейчас ежегодно в Москве 30 — 50 км труб обрабатывается подобным образом. Более того, использование стальных труб без такой изоляции запрещено.
Для получения на внутренней поверхности трубопроводов цементно-песчаных покрытий методом центробежного набрызга используется комплект оборудования, состоящий из агрегата для приготовления и подачи раствора, облицовочной машины пневморотационного типа, перемещающей ее лебедки с регулируемым приводом, заглаживающего конуса для труб небольших диаметров, сопутствующих приспособлений и оснастки. Выпуск такого оборудования налажен и отечественными производителями. Этот способ ремонта дает значительную экономию по сравнению с перекладкой: при диаметре труб до 300 мм — двукратную, а свыше 1000 мм уже четырех-пятикратную.
Хотя серьезные повреждения таким образом ликвидировать невозможно, тем не менее это эффективная профилактика коррозии и столь распространенного и трудно поддающегося коррекции недостатка, как вторичное загрязнение питьевой воды в трубах. Более радикально восстанавливает трубопроводы технология «пневмопробойника», с помощью которой без вскрышных работ на месте старой создается по сути новая коммуникация. Пневмопробойник приводится в действие компрессором, и при помощи лебедки протаскивает за собой толстостенную полимерную трубу, состоящую из соединенных между собой секций. При этом возможно заметное увеличение пропускной способности существующих систем. Однако такой метод провоцирует подвижки грунта и дееспособен лишь при ограниченных диаметрах (до 300 мм) и длинах (до 100 м) восстанавливаемых участков. Наиболее эффективным на сегодняшний день является так называемый «чулковый» способ, заключающийся в формировании новой композитной трубы внутри старой. Так по технологии одной из немецких фирм ремонтировался участок водопровода под Невским проспектом. Сначала восстанавливаемая труба промывается с помощью специальной машины, способной создать давление в несколько сотен атмосфер. После этого ее внутренняя поверхность облицовывается полимерным материалом (обычно на основе полиэфирных или эпоксидных смол) в виде рукава на тканевой основе, предварительно промазанного клеевой композицией, что позволяет ему надежно приклеиться к трубе. Процесс полимеризации стимулируется подачей в рукав пара температурой чуть более 100° в течение 10 — 12 часов. Таким образом можно восстанавливать трубы со значительными механическими повреждениями, вплоть до переломов. Он универсален, поскольку годится не только для водопроводных, но и канализационных и технических трубопроводов. Протяженность ремонтируемого участка может достигать 300 м (в идеале на него потребуется всего 3-4 дня), а диаметр труб — 1,5 м. Восстановленная труба способна прослужить еще 20-30 лет, а потеря площади сечения в 2-3 раза меньше, чем при цементнопесчаной облицовке.
Пока у нас не получили широкого распространения способы, состоящие в размещении относительно длинных и гибких пластмассовых труб внутри старых металлических. Согласно технологии финской фирмы «Uponor», протаскиваемая посредством лебедки пластмассовая труба состоит из двух слоев: внутреннего гладкого и наружного гофрированного. Отдельные куски свариваются прямо на месте.
Протяженность канализационных сетей соизмерима с длиной водопроводных. В Санкт-Петербурге она составляет 6000 км, в Москве — около 8000 км. Качественный состав труб в них существенно отличается от имеющего место в системах водоснабжения. На долю стальных приходится всего 2% (столько же и на полимерные), преобладают керамические — 43%, за ними следуют асбестоцементные — 20%, и по 16% составляет доля железобетонных и чугунных.
При ремонте канализационных трубопроводов широкое применение нашли системы телевизионной диагностики, впервые появившиеся в Германии в середине 50-х гг. Родоначальником этого бизнеса стала гамбургская фирма «IBAK». Сейчас продукцию подобного рода производят не менее двух десятков фирм в разных странах мира. Чаще всего применяются несамоходные установки, перемещение которых осуществляется с помощью жесткого стеклопластикового жгута или троса. Длина инспектируемого участка может достигать 80 м. Правда, стоят такие установки весьма недешево — не менее 10 тыс. долларов.
При ремонте безнапорных канализационных трубопроводов очень эффективной является разработанная австралийской фирмой «Expanda-Pipe» технология, при которой новая труба образуется в результате намотки имеющей специальный профиль бесконечной полимерной (пропилен, полиэтилен низкого давления, ПВХ) ленты. Этим способом можно в течение одной смены восстанавливать до 100 м трубопровода диаметром от 200 до 1200 мм.
Значительную длину имеют и наружные сети теплоснабжения. В Северной столице тепло от более чем 600 котельных распределяется с помощью 5200 км трубопроводов. Для этих коммуникаций, наряду с необходимостью борьбы с коррозией, чрезвычайно актуальна задача эффективной теплоизоляции. О том, сколь велики потери тепла из-за недостаточной защиты трубопроводов, мы говорили в № 23 нашей газеты за прошлый год. Здесь же отметим, что на смену столь популярной еще совсем недавно армопенобетонной приходит полимерная, в частности пенополиуретановая, теплоизоляция. Зачастую производитель уже на заводе покрывает ею выпускаемые трубы. На нашем рынке известна продукция датской фирмы «Таrсо»: стальные трубы в пенополиуретановой оболочке длиной 6, 12 и 16 м и диаметром 15 — 1000 мм. Внутри покрытия каждой размещается медная проволока, являющаяся элементом аварийно-предупредительной сигнализации. Благодаря ей, любое нарушение «извещает» о себе центральный пульт, что позволяет существенно ускорить процесс ликвидации повреждений. Для соединения труб применяются муфты серии «РЕХ», изготовленные из структурированного полиэтилена. Такое соединение обладает высокой эластичностью и может одеваться на трубы различных диаметров, имея свойство при нагревании стягиваться на концах и допускать изгиб до 100° , в то же время будучи достаточно прочным в холодном состоянии. Другой вид соединения — муфта «РЕХ-Т». С ее помощью значительно ускоряется монтаж при устройстве ответвлений от существующих трубопроводов.
Крупнейшим мировым производителем теплоизоляционных материалов для систем отопления и водоснабжения является американская фирма «Armstrong World Industries». У нас представлена ее продукций на основе полиэтилена: «Accotube HS» — теплоизоляционные трубки для трубопроводов диаметром от 1/4″ до 14″, имеющие толщину стенок 9, 13 и 20 мм, и «НТ Armaftex» — для трубопроводов, транспортирующих перегретую воду или пар. Оба покрытия имеют широкий температурный диапазон применения (-20° +100 и -40° +175°С), малую теплопроводность (0,034 и 0,040 Вт/(мхК), экологичны и пожаробезопасны.
В Европе близкий по свойствам продукт — теплоизоляционный материал на основе полиэтилена с закрытой ячеистой структурой — выпускает голландская по происхождению фирма «Thermaflex». Толщина ее изоляции составляет от 6 до 25 мм для диаметров от 15 до 108 мм, коэффициент теплопроводности 0,33 — 0,34 Вт/(мхК), диапазон рабочих температур — -80° +95°С.
Несмотря на наступление пластмасс, минераловатные изделия для теплоизоляции труб продолжают оставаться востребованными рынком. Это относится и к «PIMAL», производимому финской компанией «ISOVER», и к «Ecomax» и «Crown», изделиям из стекловаты в виде секций британской фирмы «Owens-Corning»
Вполне оправдано в наружных сетях горячего водоснабжения использование полимерных материалов. Об этом говорит многолетний опыт таких производителей подобной продукции как «Uponor» и «Fiscars» (Финляндия), «Calocard» (Франция), «Ecopipe» (Швеция). Киевский Институт санитарной техники и оборудования зданий и сооружений разработал и проверил на практике пластиковые трубы, пригодные для долговременной эксплуатации при температуре носителя 95°С. Конструкция теплопровода включает в себя термостойкую пластмассовую трубу и наружный гофрированный кожух. Благодаря разнице в диаметрах трубы и кожуха между ними образуется воздушный зазор, играющий роль эффективного теплоизолятора.
ВНУТРЕННИЕ СЕТИ
К основным элементам устройства внутренних водопроводов, служащих для холодного водоснабжения, относятся: вводы, оборудование водомерных узлов, с помощью которого определяется расход, насосные и гидропневматические установки для создания напоров, запасные и регулирующие емкости, обеспечивающие бесперебойное водоснабжение в аварийных ситуациях, внутренние трубопроводы, трубопроводная арматура, поливочные и пожарные краны.
С помощью вводов наружная трубопроводная сеть соединяется с внутренней. Здания, имеющие тупиковые внутренние сети и менее 12-ти пожарных кранов — одним, а если в доме более 16-ти этажей или 12-ти пожарных кранов — двумя. Для возможности аварийного опорожнения внутренней системы необходим уклон ввода не менее 0,003-0,005 в сторону наружной сети. Если расчетный диаметр ввода меньше 50 мм, применяются стальные оцинкованные, если больше — чугунные или стальные неоцинкованные с антикоррозийной изоляцией трубы.
Важным составляющим внутренних водопроводных сетей является водомерный узел, основу которого составляет водосчетчик и арматура, необходимая для его отключения. В настоящее время фирмы-производители выпускают для систем холодного и горячего водоснабжения расходомеры и счетчики, действие которых основано большей частью на двух методах измерений: тахометрическом («ВСХГ», «ВСХ», «ВКОС») и ультразвуковом («ДРК-С», «UFM001»). При первом в качестве чувствительного элемента используется либо крыльчатка, ось вращения которой располагается перпендикулярно к направлению потока (такие приборы эффективно функционируют при небольших расходах и диаметре ввода 15 — 50 мм), либо расположенная параллельно потоку турбинка. Зафиксировав количество оборотов механических элементов, нетрудно определить расход. Такие приборы недороги, просты в эксплуатации, но требуют предварительной очистки жидкости от твердых частиц и вязких примесей.
Немецкая фирма «Lorenc» производит счетчики, вал крыльчатки которых изготавливается из нержавеющей стали, что наряду с сапфировыми подшипниками гарантирует долгую безотказную работу прибора даже при плохом качестве воды. По аналогичной схеме работают счетчики СГВК 15 и СХВК 15, выпускаемые известным своими часами «Восток» Чистопольским часовым заводом.
Ультразвуковой метод основан на пронизывании жидкости ультразвуком. Его несомненное достоинство — нет необходимости размещать прибор в потоке, а в некоторых случаях и на самом трубопроводе.
Хорошо известны потребителям во многих странах ультразвуковые расходомеры «Portaflow МК II-R» британской фирмы «MICRONICS». Они функционируют от сети переменного тока напряжением 220 В или от автономного источника не менее 8 — 10 ч без перезарядки. Рабочая температура воды может достигать 200°С, диаметр труб — 2000 мм. Прибор имеет небольшие габариты и вес (2 кг). Погрешность измерений составляет 3 — 5%. А немецкая фирма «Minol Messtechnik» предлагает радиокоммуникационные системы учета потребления тепла и воды. В счетчик встраивается радиопередающее устройство для передачи показаний на центральный пульт. В подвале или служебном помещении располагается накопитель данных, обслуживающий определенное количество приборов, расположенных в радиусе 50 м, которые в заданном ритме подают на него свои показания.
В связи с увеличением в последние годы доли индивидуального строительства, для многих особую актуальность приобрел вопрос автономного водоснабжения. Обычно источником для него служит колодец или артезианская скважина. В общем случае комплекс устройств выглядит следующим образом: автоматизированная водоподъемная станция, бак-ресивер, фильтрационный узел, разводящие трубопроводы и арматура. При уровне подъема воды не более 10 м установка размещается непосредственно в доме и с помощью трубопровода (или шланга) связывается с колодцем. При значении подъема не более 40 м используются эжекционные установки. С помощью погружных насосов можно обеспечить подъем воды с глубин в несколько сотен метров. Выпускаемые немецкой фирмой «Grundfos» (в год она поставляет на рынок около 7 млн. штук) насосы способны, при диаметре скважины от 3″ до 12″, доставить на поверхность даже термальную или минерализованную воду с глубины 600 м. Материалом для их проточной части служит нержавеющая сталь, а уплотнений — высокопрочная керамика. Известными производителями насосов являются также «KSB» (Германия), «Nochi-Pump» (Италия), «Shede Gaard» (Дания). Удовольствие оборудовать свой коттедж водоподъемной системой обойдется в среднем в 1,5 — 2,5 тыс. долл., а если дополнить ее эффективной фильтрационной установкой — цена удвоится.
Снабжение населения водой является на сегодняшний день острой экологической (потенциально способной перерасти в социальную) проблемой. Во многих регионах Центра, Урала и Сибири техногенные загрязнения источников водоснабжения заставляют затрачивать на их очистку значительные средства из и без того скудных местных бюджетов. Не случайно Правительство РФ своим постановлением №292 от б марта 1998 г. приняло Федеральную целевую программу «Обеспечение населения России питьевой водой». Актуальность задачи экономии водных ресурсов требует быстрейшего внедрения более эффективных систем контроля и учета расходования воды не только предприятиями, но и населением. Если в конце 80-х гг. бытовой сектор забирал примерно треть потребляемой г. Ленинградом воды, а остальное приходилось на промышленность, то в конце 90-х «пирамидка» перевернулась, и теперь через краны горожан вытекает не менее 2/3 общего объема. Для Москвы эти цифры еще выше и, например, в 1993 г на одного жителя приходилось 410 л/сут. И только в середине 90-х гг. удалось переломить тенденцию водопотребления к росту, и удельный расход начал медленно снижаться. Согласно СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий» суточное водопотребление жителей городских квартир должно составлять на человека — 105 л горячей и 145 л холодной, т.е. без малого четверть тонны. Многие специалисты считают эти цифры неоправданно завышенными, ссылаясь на пример европейских стран, где при куда более высоких жизненных стандартах реальное суточное водопотребление составляет, например: в Швеции и Дании — по 190 л, Германии — 146 (и из них только 60 приходится на горячую воду), а Бельгии, вообще — 108 л. Стимулировать экономию воды населением можно только поставив счетчик в каждой квартире (хотя это весьма недешево), что наглядно подтвердил проведенный в подмосковных Мытищах и сибирском Абакане опыт сравнения расходования воды в «контрольных» квартирах, где плата за воду была напрямую привязана к ее расходу, и тех, жильцы которых не имели экономически закрепленных побудительных мотивов следить за использованием ценнейшего из ресурсов. И в том и другом городе без всякого ущерба для гигиены расход воды снижался примерно вдвое и по горячей составил все те же «германские» 60 л на человека. Такие результаты дают основание полагать, что экономически целесообразным было бы субсидировать размещение счетчиков расхода не из потощавших карманов жильцов, как это предполагается сейчас в большинстве случаев, а из бюджетов территорий. Во всяком случае, согласно распоряжению властей Санкт-Петербурга во вновь построенном жилье эти приборы должны оплачивать сами строители. В целом по России в 1995 г. было установлено 200 тыс. счетчиков, в 1996 — 600 тыс., в 1997 — 1 млн., а к 2005 г. предполагается обеспечить ими не менее 30 млн. квартир.
Централизованные системы горячего водоснабжения зданий устраивают при наличии ВЦ или районной котельной и присоединяют к тепловым сетям по открытой или закрытой схемам. В открытой горячая вода поступает к потребителю из трубопровода тепловой сети, предварительно смешиваясь с охлажденной в терморегуляторе. При закрытой подготовка воды, ее доставка потребителю и поддержание циркуляции осуществляется в тепловых пунктах.
Горячая вода подается к тем же приборам, что и в системах холодного хозяйственно-питьевого водоснабжения (за исключением смывных бачков). И вообще, при отсутствии циркуляционных трубопроводов, водопроводная сеть систем горячего водоснабжения в основном аналогична холодной. «Горячие» стояки прокладывают справа от «холодных», при этом расстояние между их осями должно составлять 80 мм. В качестве материалов используют те же самые оцинкованные (или неоцинкованные) водогазопроводные, электросварные, бесшовные или горячедеформированные стальные трубы, с соблюдением таких же правил монтажа.
Внутренняя канализационная сеть, как правило, устраивается из чугунных, асбестоцементных и пластмассовых труб и фасонных частей. Материалом пластиковых труб обычно служит полиэтилен высокого или низкого давления, полипропилен или непластифицированный поливинилхлорид. Трубы из этих материалов отличает коррозионная стойкость, незначительная шероховатость внутренних поверхностей, долговечность (до 50 лет), легкость монтажа — в общем, все те же достоинства, что и у пластмассовых труб для водоснабжения. Пропилен не столь плотен, как полиэтилен, зато более прочен, тверд и устойчив к высоким температурам. ПВХ не горюч, химически стоек, но восприимчив к ударным нагрузкам. Не допускается прокладка трубопроводов из пластмассовых труб через вентиляционные камеры, тепловые пункты, лестничные клетки, коридоры, а также совместно с электрическими кабелями. В местах пересечения строительных конструкций их необходимо прокладывать в металлических или пластмассовых гильзах, концы которых должны выступать на 20-50 мм из пересекаемой конструкции.
Асбестоцементные трубы имеют гладкую поверхность, легко поддаются механической обработке, химически стойкие, но хрупкие и недостаточно абразивоустойчивы. По-прежнему лучшим материалом для канализационных труб является чугун. В странах Северной Европы его ценят в немалой степени за то, что, в отличие от многих других, он подлежит 100% вторичной переработке. В больших объемах чугун используют и в странах Ближнего Востока. Например, Саудовская Аравия — один из крупнейших покупателей европейского трубного литья. Чугунными трубами оборудованы почти все небоскребы Гонконга, в отелях «Hilton» их предпочитают другим, и в фешенебельном здании правления самой преуспевающей российской монополии «Газпром» трубы внутренней канализации исполнены из чугуна.