Канализационная система загородного дома будет работать эффективно, если поступление бытовых стоков, их переработка и выведение из очистного сооружения будут сбалансированы. Сбалансированный объем хозяйственно-бытовых стоков, проходящих через канализационные трубы, определяет пропускную способность канализации в целом.
Помимо пропускной способности трубопровода на функционирование и производительность системы влияют другие параметры труб канализации. Для этой цели производят гидравлический расчет. При выполнении такого расчета необходимо знать, сколько стоков в среднем приходится на одного человека, пользующегося системой канализации. По умолчанию принимается значение 200 литров на одного человека в сутки.
Так как загородная канализация, как правило, является самотёчной, т.е. напор жидкости в трубопроводах ничем не создается, это требует прокладывать трубы под определенным уклоном, что, в свою очередь, требует соблюдения определенной конфигурации трубопроводной сети, в противном случае поток в трубах может течь медленно, что способствует образованию засоров. Также слишком большой уклон плохо влияет на работу системы канализации. Для того чтобы избежать проблем с равномерным течением канализационного потока и производят гидравлический расчет.
Как выполнить гидравлический расчет?
Для определения требуемого диаметра труб, угла уклона, который необходимо соблюдать при их прокладке применяют специальные формулы. Но так как стоки в трубопроводе движутся неравномерно, математические расчёты, учитывающие этот факт, были бы очень сложным. Чтобы их не усложнять, было принято допущение, что сточные воды равномерно движутся в трубах системы. Это позволило определять необходимые параметры для трубопровода с небольшими погрешностями, но без сложных расчетов.
Более того, для еще большего упрощения существуют готовые таблицы и графики, с помощью которых можно определить приемлемые характеристики трубопровода для ряда типовых случаев, не выполняя расчетов вовсе, но погрешность при использовании таких таблиц выше, чем при использовании формул.
Из чего состоит гидравлический расчет?
При применении упрощенного метода гидравлического расчета используют малое число переменных.
Как правило, в первую очередь учитывают диаметр трубопровода, скорость движения жидкости в нем (средняя), уклон трубы. Также часто используют параметр, определяющий степень заполнения трубы жидкостью, который рассчитывается как отношение высоты уровня жидкости в трубе к ее диаметру. Если трубопровод пустой, степень заполнения будет равна нулю, если труба заполнена целиком, то степень равна единице.
Для эффективной работы автономной канализации трубопровод должен быть заполнен частично, оптимальное значение степени заполнения должно находиться в диапазоне 0,5 – 0,6.
На степень заполнения трубопровода стоками также влияют некоторые особенности труб, например, материал, из которого они изготовлены.
Свойства материала труб
У труб из пластика внутренняя поверхность очень гладкая, стоки проходят в них легко, без сопротивления, поэтому оптимальная степень заполнения таких труб может быть равна 0,5.
Внутренняя поверхность труб из чугуна, керамики или асбеста шероховатая, и чтобы преодолеть образующееся сопротивление, масса стоков (следовательно, и их объем) должна быть больше, поэтому степень заполнения должна быть выше и равна 0,6.
Степень шероховатости труб объясняет, почему оптимальная степень заполнения имеет диапазон, а не фиксированное значение. Оптимальная степень заполнения позволяет поддерживать необходимую скорость движения сточных вод внутри трубы – 0,7 м/с.
Пространство над жидкостью в трубе позволит отводить образующиеся в стоках газы, а также облегчает движение крупных частей бытовых отходов, попавших в канализацию. Чем больше диаметр трубы, тем больше должна быть степень ее заполнения. Так, для трубы диаметром 200 мм, оптимальная степень заполнения может быть 0,6, а для трубы диаметром от 900 мм степень заполнения будет составлять 0,8.
Казалось бы, чем больше заполнена труба (т. е. чем выше степень заполнения), тем больше пропускная способность канализационной системы, и тем больше стоков она сможет принимать. Но степень заполнения для труб большого диаметра, не говоря уже о мелких трубах, не должна превышать 0,8. Т. к. сточные воды поступают в канализацию непостоянно, то существуют участки в трубопроводе, которые либо заполнены, либо вовсе пустые. Если бы трубопровод был заполнен полностью, то при залповом сбросе стоки бы переполнили канализацию, сорвался бы гидрозатвор и бытовые отходы могли бы попасть в комнаты дома.
Угол уклона трубы
Диаметр канализационных труб как внутри дома, так и снаружи определяет, под каким углом необходимо делать уклон при их прокладке.
Когда проектируется канализационная система для большого числа пользователей или для большого объекта, для обеспечения уклона используют естественный рельеф участка, это позволяет снизить объём работ, финансовые затраты. При этом, расчет уклона необходимо проводить как можно точнее.
Для канализаций частных домов и коттеджей, где длина трубопровода будет небольшой, а значит не потребуются большие объемы монтажных работ, для определения уклона допускается воспользоваться таблицами, в которых указаны значения уклона в зависимости от диаметра труб.
Например, уклон трубы диаметром 110 мм должен составлять 20 мм на погонный метр, а для трубы диаметром 200 – 7 мм на метр. Как видно, уклоне меньшее, если диаметр трубы большой, и наоборот.
При определении уклона для трубопровода внутренней канализации за начальную отметку не должен браться пол помещения, т. к. нет гарантий, что он ровный. Поэтому, лучше всего использовать уровнемер – пузырьковый или лазерный.
Большой уклон и скорость движения стоков
Если уклон трубы больше 15 см на 1 метр, то система работать не будет.
Чем больше уклон, тем быстрее сточные воды попадают в очистное сооружение, и тем выше пропускная способность системы, но это ошибочное мнение. Опять же из-за неравномерного поступления канализационных стоков в трубопровод при быстром прохождении их в трубе стоки поделятся на две части – жидкая и твердая. Жидкая составляющая сточных вод имеет низкую вязкость и быстро достигнет цели – очистного сооружения. Твердая же часть имеет высокую вязкость, и она будет оседать на стенках трубы, липнуть к ним. Это приведет к заужению диаметра трубы и к её засорению в дальнейшем.
Чем выше скорость потока, тем быстрее будут изнашиваться трубы, благодаря твердым абразивным частицам, находящимся в стоках. Максимальная скорость потока для труб из различных материалов отличается: для труб из металла скорость может достигать 8 м/с, трубы из керамики, бетона выдержат скорость до 4 м/с.
Минимальную скорость, с которой стоки могут двигаться в системе называют также самоочищающей. Это такая скорость стоков, при которой они свободно текут в трубе, при этом не оседая на её стенках.
Для вывода осветленной воды из очистного сооружения скорость может быть ниже, т. к. в выходящей жидкости не содержаться крупные фрагменты, но все же есть требования к минимальной скорости, она должна быть не меньше 0,4 м/с.
Дополнительные расчеты
Если ваша канализационная система отличается от стандартных вариантов или имеются какие-то особенности участка, которые скажутся на прокладке труб, то могут потребоваться дополнительные расчеты с различными коэффициентами и переменными, отсутствующие в готовых таблицах для типовых систем.
В таком случае данный расчет выполнят специалисты организации, которая будет сооружать канализационную систему на вашем участке.