Водонапорные башни в системе водоснабжения. Нужна ли замена башни Рожновского?

Основными загородными схемами подъема и подачи воды являются башенные системы водоснабжения на основе водонапорных башен Рожновского. Вода в таких системах водообеспечения подается из скважин. Подземные источники, в отличие от открытых источников, не подвержены загрязнению. Вода, получаемая из глубоких буровых (артезианских) скважин, сохраняет первозданную чистоту. Так, пробы воды в контрольных скважинах непосредственно в зоне Чернобыльской АЭС в течение нескольких лет после аварии показали отсутствие радиоактивного загрязнения.

Зачем нужны водонапорные башни Рожновского?

Потребление водопроводной воды в течение суток отличается крайней неравномерностью. Не то чтобы водоразбор нельзя было в какой-то мере спрогнозировать (все-таки определенные закономерности, безусловно, присутствуют), но при таком рваном режиме подачи воды, насосы быстро придут в негодность. К тому же, водоснабжение дома будет недостаточно комфортным из-за задержки подачи воды, связанной с ненулевой протяженностью трубопроводов. Гораздо удобнее иметь дома некоторую постоянно заполненную емкость, создающую в сети более или менее стабильный напор. Достигается это двумя путями. В первом случае, нужны водонапорные башни, которые устанавливаются на возвышенности города, и напор образуется естественным образом вследствие давления водного столба. Во втором случае, в закрытых баках для воды напор поддерживается с помощью воздушной камеры с избыточным давлением. 

Башни водоснабжения зданий города

Башни водоснабжения зданий — изобретение довольно древнее. По сходному принципу функционировал, например, городской водопровод в Древнем Риме. Вблизи расположенного на возвышенности источника сооружался водоем, в котором вода накапливалась и по акведукам подавалась в городской водопровод к зданиям. Существовали и индивидуальные системы водоснабжения, где вырытое озерцо обслуживало лишь одно здание. Для перекачивания воды в городе применялись и ручные помпы.

Современные башни водоснабжения города весьма разнообразны по внешнему виду, но имеют сходную конструкцию. Основными элементами оборудование водонапорной башни являются резервуар и опора. Их габариты (объем, высота) надлежит определить в процессе расчета системы водоснабжения города. Бак имеет, как правило, круглую форму в плане и плоское либо вогнутое днище. Его емкость может колебаться в широких пределах от пары сотен литров (индивидуальная система водоснабжения дома на личном приусадебном участке) до нескольких сотен кубометров ( башни водоснабжения  города, зданий предприятия).

Водонапорные башни можно сравнить с гидроаккумуляторами в системах водоснабжения. Башеное водоснабжение города служит для накопления воды, когда водопотребление в системе небольшое, и отдаче воды в систему водоснабжения зданий в период наибольшего расхода воды.

Водонапорные башни создают давление воды в системе, за счет подъема уровня при наполнении, и тем самым придавая столбу воды потенциальную энергию, которая расходуется при снижении уровня воды в БР. Давление на выходе водонапорной башни прямопропорционально ее высоте. Давление воды определяется по формуле:

P = r х g х h,

где

 r = 1000 кг/м3 - плотность воды ,

 g = 9,8 м/с2- ускорение свободного падения,

 h - высота столба жидкости в водонапорной БР.

Отсюда видно, что водонапорная БР 25 м3 высотой 16,5 метров имеет рабочее давление - 1,5 атм. Поэтому, чтобы повысить давление в системе водоснабжении, башни размещают на наивысших точках местности (замена величины h в нашей формуле на большее значение) и в максимальной близости к потребителям, тем самым уменьшая гидропотери.

Расчет давления в водонапорной башне и подбор её параметров под конкретные задачи может сделать даже школьник. Вначале следует определить высоту подъема воды, используя формулу h=n*hэ, где n — число этажей в здании, а hэ — высота этажа. Теперь нужно подобрать водонапорную башню, чтобы она давала большее давление, чем давление на верхних этажах. В современных зданиях напор воды обычно не превышает 6–8 атмосфер (по СНиП 2.04.01-85 от 0,3 до 6 атм для холодной и от 0,3 до 4,5 атм для горячей). Для зданий выше 40 метров дополнительно используются регуляторы давления (и вода может подаваться сверху вниз), а для высотных сооружаются целые технические этажи с насосными станциями.

Помимо водонапорной функции, башни водоснабжения также создают запас воды на случай отключения электроэнергии или поломки насоса. Вода может быть израсходована на противопожарные цели, или отдана в систему водоснабжения потребителям. Объем резервного запаса воды зависит от типа водонапорной башни, и как правило, больший при увеличении общего объема воды.

Замена башни Рожновского

Впоследнее время в интернете часто можно встретить рекламу "Замена водонапорной башни". Замена происходит путем применения систем автоматического регулирования подачи насоса воды в системе водоснабжения дома, в зависимости от колебаний суточного расхода воды потребителями в общей системе водоснабжения города. Регулировка происходит за счет изменения частоты вращения двигателя насоса частотным преобразователем, и тем самым регулирования подачи насоса. При этом обеспечены прямоточный принцип подачи воды без промежуточных емкостей и герметичность системы. Прямоточные схемы гарантируют высокий напор, надежное водоснабжение производственного и жилого сектора села, экономию воды и электроэнергии, снижение металлоемкости, а также полную экологическую безопасность: надежную защиту питьевой воды от любых химических загрязнений, бактерий и вирусов, радиации и т.п.

Современные насосные системы практически вытесняют водонапорные конструкции. Электроника и прочее оборудование, которое адаптирует работу насоса под условия, становятся «умнее» и постоянно удешевляются. Вероятно, со временем люди полностью откажутся от идеи использования водонапорных конструкций и встанет другая проблема: куда девать старую водонапорную башню.

Нужна ли замена башни Рожновского на преобразователь частоты решать Вам. Альтернативой может стать использование в системе водоснабжения преобразователя частоты насоса не всегда дает экономию электроэнергии. Это объясняется тем, что она определяется разностью КПД насосных агрегатов в сравниваемых схемах. Поскольку КПД в башенной схеме постоянен и в равен максимальной величине, а у частотно-регулируемых насосов изменяется в диапазоне регулирования производительности, то во втором случае средняя величина КПД всегда будет меньше максимально возможной. Но в большинстве случаев подобрать насосный агрегат с рабочей точкой в номинале (максимальный КПД) не удается и его КПД оказывается чуть меньше, чем с частотным регулированием. Этим объясняется маленькая разность затрат на электроэнергию, которая в среднем составляет 8 % от разности полных приведенных затрат.

Однако, это может быть актуальным при обеспечении стабильного энергоснабжения насосной станции, что остается под большим вопросом в сельской местности. Поэтому, "Добрая старая водонапорная башня Рожновского" - это то, что нужно водопотребителям села и дачных поселков, где отсутствует центральная система водоснабжения. Другой альтернативы башни Рожновского при этом нет.

И если вы решили: купить водонапорную башню новую, то ее производство и монтаж водонапоной башни лучше доверить специализированным профильным предприятиям, имеющим лицензию на производство монтажных работ и опыт работ в строительной сфере. Так, наше предприятие на протяжении 10-ти лет занимается строительством стальных резервуаров для воды и установкой железобетонных водонапорных башен с металлическим баком наверху. Как правило объем бака составляет больше 100 кубов, и его размеры превышают допустимые транспорные габариты, для перевозки к месту монтажа. Это накладывает определенные ограничения на выполнение монтажных работ. 

В таких схемах сварка конструкций башни Рожновского производится на месте монтажных работ. Изготовление бака водонакопительного выполняется на земле из рулонированной заготовки и свальцованных ребер жесткости. Рулонирование заготовки производится в заводских условиях посредством автоматической сварки карт из листа металла и сворачиванием полученных полотнищ в катушки. Этот способ позволяет сократить время монтажных работ, т.к. на монтаже требуется сварить лишь один продольный шов в баке. Сварка конических элементов башни водоснабжения выполняется из элементов заводских заготовок. Для обеспечения точности размеров башни Рожновского изготавливается простейший кондуктор. После окончания сварочных работ производятся испытания герметичности швов и покраска металлических поверхностей конструкции. Все, бак водонапорной башни готов к подъему!

Монтаж башни Рожновского на месте строительства производится краном большой грузоподъемности. Кран выбирается по весу башни Рожновского (масса в сборе), максимальной высоте подъема груза, вылету стрелы крана. Схема подъема прорисовывается в проекте производства работ ППР, который делается индивидуально на каждый объект. Подняв конструкцию краном и установив ее в проектное положение выполняют закрепление к закладным элементам или анкерам. Далее устанавливается автоматика водонапорной башни. После выполнения монтажных работ производятся гидроиспытания  водонапорной башни и сдача в эксплуатацию.