Строительство и расчёт водонапорной башни для хозяйственных нужд

Насколько целесообразно устанавливать индивидуальный накопительный бак? Как построить водонапорную башню на собственном участке? Какие формулы следует применять для расчёта диаметра трубы и расхода воды? Какой выбрать фундамент? Обо всём этом расскажет наша статья.

В предыдущей статье мы рассказали о конструкциях, типах и функциях водонапорных башен (ВБ). Когда речь идёт о водоснабжении целого района или посёлка, установка такого серьёзного сооружения безусловно оправдана. Но будет ли она полезна частнику?

В каких случаях целесообразна установка собственной водонапорной башни

1. При подключении к городскому водопроводу. Частный сектор с садами и огородами — стабильный и мощный потребитель воды, поэтому в пик сезона часто наблюдается падение давления в трубах.
2. При наличии значительных площадей, подлежащих поливу. Запас воды позволит обеспечить своевременный полив и выдержать технологию выращивания растений.
3. При занятии животноводством. Этот вид деятельности требует постоянного расхода чистой воды. В резервуаре вода будет отстаиваться и подогреваться естественным образом.
4. При нестабильном водо- и электроснабжении. Вы сможете наполнять собственную башню во время наилучшего давления (напряжения), например, ночью. Установка простой автоматики обеспечит работу системы водоснабжения в автономном режиме.
5. При использовании собственной скважины. ВБ позволит сэкономить электроэнергию и ресурс насосной станции благодаря оптимальному режиму работы.

Простой анализ показывает, что своя водонапорная башня не странная прихоть, а во многих случаях — насущная необходимость. Уменьшенная в десятки раз, она станет залогом надёжной работы насосов и постоянного бесперебойного водоснабжения отдельно взятого хозяйства или дома.

Как рассчитать водонапорную башню

Речь пойдёт скорее не о полноценной водонапорной башне, а о гравитационной гидравлической системе на её основе. Известное нам правило — «дно резервуара должно располагаться выше самой высокой точки потребления» — говорит о том, что достаточно установить резервуар на определённом уровне, который нетрудно вычислить.

Примечание. Исходным условием является наличие источника — собственной скважины с установленной насосной станцией или подключения к городскому водопроводу.

Допустим, имеется два потребителя — огород и коровник. Первый находится в 35, а второй в 25 м от источника. При этом поилки в коровнике установлены на уровне 1метр. Полив огорода осуществляется с уровня земли. Ветки трубопровода имеют минимальный общий участок магистрали (т. е. расходятся близко к резервуару).

Выясняем потребление воды

От этого показателя напрямую зависит объём резервуара. Здесь имеют место скорее не расчёты, а наблюдения. Необходимо установить счётчик воды на насосную станцию (источник) и опытным путём установить ежедневный расход. Допустим, средний расход составил 5 куб. м/сутки. Объём резервуара должен быть на 20% больше, принимаем 6 куб. м.

Рассчитываем высоту установки резервуара

Для выдержки давления значение имеет не только перепад высот, но и отдалённость потребителя от источника. 1 м перемещения воды по вертикали равен 15 м по горизонтали. То есть, для того, чтобы эффективно переместить «самотёком» воду на 15 м по горизонтали, необходим перепад в 1 м. В этом случае по совокупности вычисляется не длина, а сечение трубы. За расчётную берётся максимальная длина одной ветки трубопровода.

Расчётная высота столба для первой ветки (Н_ст1) будет равна:

• Н_ст1 = 35/15 = 2,3 м

Вторая ветка (коровник) имеет перепад уровня на повышение (поилки) и это необходимо учесть.

Расчётная высота столба для второй ветки (Н_ст2) будет равна:

• Н_ст2 = 25/15 + 1 = 2,66 м

Несмотря на то что второй потребитель располагается ближе, ему требуется более высокий столб из-за перепада уровней. Общее расчётное значение — наибольший показатель, т. е. 2,66 м. Добавляем 15% запаса и принимаем Н_ст = 3 м.

Расчёт показывает, что при данных условиях дно резервуара должно находиться на уровне 3 м, при этом начальное давление в системе (на дне бака) будет равно:

• Р = рхgхh, где
• р — плотность воды (1000 кг/куб. м)
• g — ускорение (9,8 м/ с²)
• h — высота водяного столба
• Р = 1000 х 9,8 х 3 = 29400 Па = 0,294 Мпа = 0,3 бар

Рассчитываем диаметр трубы

Здесь всё немного сложнее. Необходимый диаметр вычисляется через скорость потока и расход воды. По закону Торичелли:

• V² = 2gh, где V — скорость потока, и h — высота столба получаем:
• V² = 2 х 9,8 х 3 = 58,8
• V = квадр. корень из 58,8 = 7,66 м/сек

Вычисляем сечение трубы 50 мм по формуле S = Пr²:

• S = 3,14 х 0,0252 = 0,0019625 кв. м

Вычисляем расход воды (R) по формуле R = SV:

• R = 0,0019625 х 7,66 = 0,015 куб. м/сек = 15 л/сек = 900 л/мин

Если расход воды в час известен заранее, то диаметр трубы можно рассчитать по формуле:

• D = 2 квадр.корень из S/П, где S = R/квадр.корень из 2gh

В нашем случае расход воды 900 л/мин вполне приемлем — весь запас можно сбросить за 6–10 мин. При этом диаметр трубы 50 мм не должен уменьшаться.

Внимание! Каждое колено 90° даёт потерю давления 5–7%. Конструируйте систему с минимальным количеством углов.

Подбираем насос для резервуаров

Как правило, насосные станции устанавливают в кессоне скважины. Водонапорную башню разумно построить прямо над кессоном. Это позволит совместить все узлы в одном месте, что в свою очередь упростит ремонт и обслуживание. О том, как подобрать скважинный насос, мы рассказали в одной из предыдущих статей. Объём подачи воды средней насосной станции колеблется от 4 до 9 куб. м/мин, что полностью удовлетворяет потребностям условного хозяйства. Стоимость оборудования (насос, фильтры, фитинги) будет составлять примерно 15 000 руб.

Подбираем резервуары

Ёмкости для воды могут быть любыми, но должны соответствовать требованиям герметичности и быть пригодными для питьевой воды:

1. Лучшее решение — кубические резервуары объёмом 1 куб. м в металлическом каркасе. Их называют «еврокуб». В них, как правило, предусмотрены переливные, донные и боковые отверстия для объединения нескольких цистерн в одну систему. Благодаря кубической форме они устойчивы и занимают минимум площади. Каркас позволяет устанавливать их друг на друга, что даст увеличение столба. Стоимость одного нового еврокуба составляет 8000 руб., б/у — 4500 руб. Таких кубов понадобится 6 шт. — 48 000 и 27 000 руб. соответственно.
2. Сплошной самодельный резервуар. Его можно изготовить на месте из листов металла с рёбрами жёсткости. Такой вариант может оказаться неприемлем из-за ухудшения свойств воды при окислении металла. Либо нужно использовать сталь более высоких марок.
3. Сопряжённые бочки. Обычные металлические бочки 200–240 л могут стать выходом в условиях скромного бюджета. Они также позволяют многоэтажную компоновку и стоят недорого — 500 руб./шт. (новая). На 6 т понадобится 12 шт. общей стоимостью 6000 руб.

Подбираем систему опор для резервуаров

В любом из вышеописанных случаев подбора резервуара нам понадобится площадка 2х2 м на высоте 3 м. Расчётная масса воды при максимальной загрузке составляет 6 т. Для удержания такой массы необходима фундаментная конструкция и здесь есть два приемлемых варианта.

Стальная рама

Создаётся из металлических труб. Состоит из фундамента, стоек, диагональных тяг, материала плоскости площадки и по возможности козырька. Стойки из труб диаметром не менее 75 мм бетонируются с шагом 500 мм по всей плоскости площадки. Диагональными тягам (труба 1 дюйм, полоса, арматура и т. д.) создаётся пространственная жёсткость. Площадка должна быть сварена из металлического уголка 45х45 мм и более. От края площадки до стенки резервуара оставьте запас 250–400 мм для возможного утепления.

Стены (коробка)

Вокруг кессона устраивается ленточный фундамент примерно 2,5х2,5 м, в который по углам забетонированы трубы 75 мм. Затем выкладываются стены из шлакоблока или кирпича (толщиной в 1 кирпич). На углах выкладываются каменные столбы. В качестве балок перекрытия используйте швеллер 85–100 мм с шагом 500–600 мм. Впоследствии конструкцию можно оборудовать для подсобных нужд.

Трубы

Как видно из условий задачи, общая длина основной магистрали составляет 25 + 35 = 60 м. 20% на расходы, итого принимаем 75 м. Цена полиэтиленовой трубы составляет примерно 60 руб./кв. м. Итого 4500 руб. за трубу + 500 руб. за фитинги = 5000 руб.

Обустраивая водонапорную башню для круглогодичного использования, помните об утеплении. Даже если зимой она будет пустовать, некоторый слой утеплителя убережёт резервуары (если только они не стальные) от температурных деформаций.

В следующей статье мы расскажем, как обустроить гидравлическую систему дома и как создать комбинированную водонапорную башню для дома и хозяйства.

рмнт.ру