Первая часть – общая информация, не зависящая от программы, в которой вы будете делать гидравлический расчёт. Вторая часть – как делать расчёт в Стоксе.
Для проведения гидравлического расчёта наружной сети водоснабжения вам потребуется:
Требуется просчитать несколько режимов работы сети:
В ремонтных режимах возможно уменьшение расхода части потребителей. В пожарных режимах возможны послабления в части минимально допустимых напоров. Подробнее ниже.
Расчётные расходы воды на хозяйственно-питьевые нужды определяют по СП 31.13330.2021, пп. 5.1 и 5.2. Для расчёта используют часовые расходы.
Расходы на полив территорий считают по тому же СП, п. 5.3. Часто данных для нормального расчёта не хватает – в таком случае обратите внимание на примечание про 50–90 л/сут на человека в Табл. 3 этого пункта.
Расходы на пожаротушение определяют по СП 8.13130.2020, п. 5.1, табл. 1.
Обратите внимание на Примечание 1 в данном пункте: при зонном водоснабжении расход воды на наружное пожаротушение и количество одновременных пожаров в каждой зоне следует принимать в зависимости от количества жителей, проживающих в данной зоне. В некоторых случаях эта оговорка позволяет избежать излишнего застоя воды вследствие завышения подбираемого диаметра труб.
В ремонтных режимах допустимо снизить расходы той части потребителей, которые расположены после ремонтируемого участка. См. СП 31.13330.2021, п.11.6.
Максимальный напор на потребителях должен быть в пределах 60 м (СП 31.13330.2021, п.5.13). Минимально допустимый напор зависит от режима работы сети.
В нормальном режиме работы сети для потребителей требуется не менее 20 м свободного напора на уровне самого верхнего санитарного прибора (СП 30.13330.2020, п.8.21). Чтобы привести это к уровню земли, к этим 20 м нужно ещё добавить высоту смесителей на верхнем этаже здания над уровнем земли.
Ещё важный нюанс: при расчётах используют средние часовые расходы и этот подход даёт вполне адекватное моделирование основной части сети. Но вот потери напора на отводах от сети в сторону потребителей при таком подходе несколько занижаются. Особенно это касается малоэтажной застройки. Поэтому если вы считаете частный сектор, есть смысл добавить дополнительно ещё 2-4 м на потери на отводах от сети до домов.
При большой этажности дома оборудуются насосными станциями, а потребители нижних этажей редукторами давления (чтобы напор оставался в пределах допустимых 60 м). Необходимые минимальные давления в наружной сети в местах отводов на такие дома определяются требованиями их насосных станций.
В пожарных режимах работы сети нужно обеспечить не менее 10 м на уровне земли в местах расположения гидрантов (СП 8.13130.2020, п.6.3). Требований обеспечить во время пожара комфортным напором обычных бытовых потребителей в СП нет. Но всё же по возможности стараются проектировать сеть так, чтобы напор даже во время тушения пожара проседал не очень сильно.
Скорость течения воды в полимерных трубах рекомендуется держать в пределах 2 м/с. Во время тушения пожара допустимо до 2,5.
Эквивалентная шероховатость для полиэтиленовых труб принимается 0,014 мм (СП 399.1325800.2018, прил.А, табл.А.1), для стальных новых часто используют 0,1 мм, для старых 1 мм.
При расчёте наружных сетей обычно не считают потери напора на отдельных местных сопротивлениях (поворотах, тройниках, отводах и т.п.). Вместо этого просто увеличивают расчётную длину участков трубопровода на 10-20% (СП 31.13330.2021, прил.В, п.В.1).
Обычно основная часть сети водоснабжения делается либо кольцевой, либо в две нитки с возможностью отключения одной на ремонт. Две нитки в некоторых местах по пути соединяются перемычками и фактически представляют собой кольца, только очень узенькие :) От этих колец делают относительно короткие отводы на жилые дома и прочих потребителей.
Сеть делится на ремонтные участки. Диаметр труб подбирается таким образом, чтобы при отключении любого участка напор на потребителях оставался в допустимых пределах при максимальном часовом расходе. Также при таких отключениях должна оставаться возможность пропустить пожарный расход.
Если на местности есть существенные перепады высот или застройка разной высотности, сеть может делиться на зоны с разным напором.
Самые основные моменты из СП:
Итак, вы подготовили всю необходимую информацию, описанную выше. Теперь осталось забить все данные в Стокс, подобрать диаметры (если делаете конструкторский расчёт) и получить результат.
Прежде всего необходимо настроить параметры перекачиваемой среды. Важно не забыть сделать это, т.к. по умолчанию в Стоксе используются параметры для природного газа (так исторически сложилось – изначально Стокс разрабатывался для газопроводов, а позже его область применения была расширена).
Нажмите кнопку "Параметры" слева под кнопками типов объектов. В открывшемся окне задайте плотность и кинематическую вязкость. Предусмотрены готовые варианты плотности/вязкости для воды разной температуры. При расчёте водопроводов ХВС обычно используют параметры воды температурой 5-10 °C. Например, в знаменитых таблицах Шевелёвых авторы использовали 10 °C.
Там же можно выбрать формулы, по которым будет считаться лямбда (λ – коэффициент гидравлического сопротивления), и настроить учёт/игнорирование изменения давления окружающего воздуха с высотой.
Если вам нужно строгое соответствие СП 399.1325800.2018, выбирайте расчёт лямбды по этому СП. Если хотите посчитать по формулам, которым часто обучают студентов на постсоветском пространстве (формула Альтшуля и т.п.), выбирайте СП 42-101-2003 (сам СП про газ, но формулы-то общие). Если не знаете, что выбрать, выбирайте формулу Колбрука-Уайта – она считается наиболее точной.
В различных нормативных актах используется много разных формул расчёта λ – в основном это ради упрощения ручного расчёта. Формула Колбрука-Уайта очень неудобна при ручном расчёте, т.к. она сама по себе зубодробительная, ещё и считается итеративно. Но когда вы выполняете гидравлический расчёт в Стоксе (или в каком-нибудь другом программном комплексе) вся сложность этой формулы вас не касается, т.к. считает компьютер.
Давление окружающего воздуха при расчёте водопроводов обычно не учитывают. Но если даже вы оставите учёт воздуха, разницу придётся искать под микроскопом :)
Строить схему в Стоксе удобнее поверх подложки – картинки с планом местности, для которой проектируется водопровод. Чтобы выбрать подложку, нажмите в Стоксе Проект -> Выбрать фоновую картинку Ctrl + Shift + B и выберите файл картинки.
Обычно у проектировщиков есть план местности в DWG. Для использования в качестве подложки в Стоксе откройте его в Автокаде/Нанокаде и распечатайте в PNG. Когда плана в DWG нет, обычно делают скриншот Яндекс-Карт.
Перед установкой картинки в качестве подложки проекта в Стоксе бывает удобно её предварительно осветлить. Для этого воспользуйтесь любым графическим редактором, которым вам удобно пользоваться. Автор, например, использует Paint.NET.
При гидравлическом расчёте наружных сетей ХВС удобнее использовать следующие единицы измерения:
Для настройки единиц измерения нажмите F12 или пункт меню Настройки.
Сначала удобнее быстро расставить на схеме все узловые объекты (потребители, разветвители, источники, насосы) и соединить их трубами, не меняя параметры по умолчанию. Чтобы проложить между двумя узлами трубу, выделите один из них, а на второй нажмите колесом мыши. Если у вас не мышь, а тачпад ноутбука, то вам будет не очень удобно работать, причём не только со Стоксом, нажмите на второй узел правой кнопкой и выберите пункт "Проложить сюда трубу".
Задавать потребителей можно с разной степенью детализации:
Кроме обычных потребителей нужно расставить имитирующих пожарные расходы через гидранты. Чтобы отличать их от обычных потребителей, удобно назначить им какой-нибудь другой цвет (обычно это красный). Первоначально, пока считается нормальный режим работы сети, такие потребители-гидранты нужно либо оставить неподключенными к сети, либо нужно проставить им нулевой расход.
У труб на данном этапе будут далёкие от реальности автоматически посчитанные длины. Чтобы длины стали правильными, нужно настроить масштаб. Для этого зайдите в параметры любого участка трубопровода, длина которого вам известна. В окне параметров нажмите галочку "пересчитать масштаб". Поле длины станет активным – впишите туда реальную длину этого участка, нажмите ОК или Применить. Длины всех остальных участков после этого автоматически пересчитаются на правильные, новые трубы тоже теперь будут создаваться в правильном масштабе.
Если какие-то участки на подложке были изображены не в масштабе, из-за чего автоматический расчёт диаметров даёт неправильный результат, просто проставьте этим участкам фиксированные длины.
Далее удобно с помощью формы массового редактирования проставить такие параметры, которые либо одинаковы для всех объектов соответствующего типа, либо есть всего 2-3 разных варианта:
Обратите внимание, что в форме массового редактирования есть выбор, к каким объектам применять это самое редактирование: ко всем или только к выделенным. Часто бывает очень удобно выделить часть объектов и проставить какие-то параметры только им.
Геодезические отметки проставлять массово удобно, если у вас большая часть сети на одном уровне и отличающихся по уровню мест немного. В таком случае проставьте всем самую распространённую высоту, а потом уже редактируйте отличающиеся узлы по отдельности. При расчёте наружных сетей водоснабжения обычно удобнее оперировать давлениями на потребителях на уровне земли. В геодезические отметки, соответственно, тоже удобнее проставлять высоты именно уровня земли в месте расположения соответствующего объекта.
На всякий случай, чтобы не было недопониманий: диаметры труб в Стоксе ВНУТРЕННИЕ.
Если вы делаете поверочный расчёт, то диаметры – это ваши исходные данные, их вам надо не подбирать, а проставить те, которые есть в существующей сети. Если в сети есть какой-то самый распространённый диаметр, сначала проставьте его всем массовым редактированием, а потом участкам другого диаметра по отдельности назначайте их диаметры. Так быстрее.
Если делаете конструкторский расчёт, на данном этапе вам нужно подобрать такие диаметры труб, при которых всем потребителям хватает напора. Если в вашем проекте предполагается также подбор насосной станции, то помимо диаметров труб вы можете менять давление на источниках/насосах.
Перед подбором диаметров можно массовым редактированием поделить все расходы на 1000 (или просто назначить 0) и убедиться, что нет покрасневших узлов, а потом нажать Ctrl + Z.
Если покрасневшие всё же есть – это означает, что давление источника такое, что на некоторых узлах давление ночью (во время минимального водоразбора) будет выше максимально допустимого. Возможны два варианта:
Если вы всё делали как задумано, то на данный момент у вас:
Если вам требуется подбирать диаметры для всей сети, бывает удобно воспользоваться функцией автоматического подбора диаметров, а потом уже корректировать получившийся результат вручную.
Автоподбор затрагивает всю сеть, что иногда бывает неудобно. В таком случае можно просто подсмотреть, какой основной диаметр он предлагает, после чего нажать Ctrl + Z. А дальше назначать диаметры вручную, отталкиваясь от того, что предлагал автоподбор.
Когда рассматривается модернизация существующей сети и большую часть сети трогать не планируется, а надо подобрать диаметр только для небольшой части участков, пользоваться автоподбором неудобно. В таком случае удобнее выделить все участки-кандидаты на модернизацию и попробовать назначить им несколько вариантов диаметров с помощью функции массового редактирования.
Трубам разных диаметров бывает удобно назначать разные цвета, чтобы легко их визуально различать на схеме.
Когда подобраны диаметры под нормальный режим работы, нужно проверить, останутся ли напоры в допустимых пределах в случае ремонта и/или пожара. Перед началом изменений под другие режимы работы желательно сохранить проект в файл, чтобы можно было легко вернуться к текущему состоянию.
Для расчёта пожарного режима работы подключите к сети потребителей, обозначающих гидранты. В зависимости от населения может быть нужно включить один или несколько гидрантов. Выбирайте самые удалённые от источников и/или самые высоко расположенные – при работе таких наибольшая вероятность получить просадку давления ниже допустимого.
Чтобы снизить требования к напорам в пожарном режиме (если это целесообразно и допустимо в вашем случае), воспользуйтесь массовым редактированием.
Если после подключения пожарного расхода где-то давление просело ниже минимально допустимого, эти объекты подсветятся красным. В таком случае вам нужно назначить каким-то участкам трубопровода диаметр побольше.
В этот момент полезно сохранить в отдельный файл состояние сети в пожарном режиме работы.
Т.к. теперь у нас состояние сети в момент пожара, далее будет удобнее перейти к просчёту варианта "пожар + ремонт". Для этого удаляем по одному участку в составе колец (либо по одной линии, если где-то идёт двухниточный водовод), и смотрим, не покраснел ли какой-нибудь узел. Если нет – нажимаем Ctrl + Z, переходим к следующему участку. Разумеется, перебирать прям все участки не нужно. Самые "неудобные", при отключении которых наиболее сильно проседает давление, находятся ближе к источникам. Часто на сети целого посёлка оказывается достаточно проверить отключение всего 4-7 участков.
Если после отключения участка часть сети покраснела, стоит проверить, а не вернётся ли всё в норму, если той части потребителей, которая находится после разрыва, понизить на 30% расход (как допускает СП 31.13330.2021, п.11.6). Для этого выделите соответствующую часть сети и в окне массового редактирования умножьте расход выделенным потребителям на 0,7. Если пользуетесь путевым расходом, то расход труб тоже умножьте на 0,7.
Если после такого покрасневших объектов больше нет, всё нормально – жмите Ctrl + Z до момента, пока не вернётся на место удалённый участок, и переходите к следующему.
Если покрасневшие всё-таки есть, смотрите, где вам повысить диаметры. Возможно, лучше повысить напоры источников или насосов (только помните, что нормирована не только нижняя, но и верхняя граница допустимого напора).
Когда отключаете участки, обращайте внимание, насколько проседает давление. Вариант с отключением в самом неудобном месте (когда давление сильнее всего просело) сохраните в отдельный файл "пожар и ремонт".
После проверки всех вариантов на отключение вернитесь к сохранённому варианту "пожар и ремонт", верните массовым редактированием требования к напорам к обычным значениям и отключите от сети пожарные расходы. У вас получится ремонтный режим работы сети без пожара. Посмотрите, оказались ли в пределах нормы напоры в таком режиме.
Обычно на этом этапе всё уже нормально и никаких дополнительных корректировок делать не надо. Но проверить стоит. И сохранить в отдельный файл "ремонт".
Если в процессе рассмотрения каких-то вариантов вы где-то повышали диаметры, не забудьте открыть файлы с рассмотренными ранее режимами работы и внести туда аналогичные изменения.
Когда вы считаете сеть для малоэтажной застройки с относительно небольшими напорами и хозяйственно-бытовыми расходами, но большими длинами труб, возможно, будет удобнее работать в другой последовательности – начать пожарного режима или пожарно-ремонтного.
В итоге у вас получится четыре файла с разными режимами работы сети. Возможно, в вашем случае какие-то режимы рассматривать не нужно или нужно побольше разных вариантов, но общий подход такой.
Обычно просто копируют данные из таблицы труб, вставляют в Word или Excel, удаляют ненужные колонки и добавляют от себя небольшую пояснительную записку.
Также можно сохранить схему в PNG-картинку или распечатать через PDF-принтер. PDF, полученный при помощи распечатки многие используют для импорта информации в Автокад.
