Metody określania obliczeniowych przepływów wody w budynkach mieszkalnych

Obliczeniowe przepływy wody wodociągowej w budynkach

Do momentu przyjęcia normy PN-92/B-01706 [1] w 1992 r. przepływy obliczeniowe określane były w Polsce w okresie powojennym na podstawie informacji podawanych w podręcznikach z dziedziny instalacji wodociągowo-kanalizacyjnych. Były to informacje pochodzące z literatury niemieckiej lub radzieckiej. Niemieckie metody obliczeń Podstawą określania obliczeniowych przepływów wody w budynkach były wzory, w których występowały „jednostki obliczeniowe” lub „równoważniki wypływu wody” z podłączonych do instalacji zaworów czerpalnych.

Pierwszą powojenną metodę obliczeniową („starą niemiecką”) podali Plaskura i Wein (1948 r. [3]). Podstawową jednostką odniesienia był zawór czerpalny ø 13 mm (15 mm), o statystycznie określonym wypływie wody g_n = 0,377 dm³_/s_. Dla pozostałych zaworów, w zależności od ich średnicy, wyznaczone były równoważne jednostki obliczeniowe. Znając sumę tych jednostek przypadających na przewód obliczeniowy, na podstawie tabeli określano potrzebną średnicę przewodu. Powyższa metoda nie była powszechnie stosowana, gdyż odbiegała od stosowanej uproszczonej metody „przedwojennej” (Przepisy miejscowe o zaopatrzeniu ludności w wodę dla m.st. Warszawy, zarządzenie MSWiA z 1.08.1936 r. [8]).

Równolegle do stosowanej w Niemczech „starej metody” obliczeniowej przeprowadzane były badania nad armaturą czerpalną i rozbiorami wody w budynkach. Najobszerniejsze badania z tego zakresu opublikował Viesohn (1932 r. [4]) i inni [5]. Na podstawie wyników tych badań Brix, Heyd i Gerlach (1940 r.) podali wzór do wyznaczania obliczeniowych przepływów wody w instalacjach wodociągowych:

gdzie ΣN jest sumą jednostek obliczeniowych dla zaworów czerpalnych zasilanych przez obliczaną średnicę przewodu. Jednostką odniesienia dla zaworów czerpalnych był zawór o średnicy 10 mm, który przy ciśnieniu na zaworze 5 m H₂0 miał wypływ q_n = 0,25 l/s.

Wzór powyższy, zaproponowany do obliczeń w czasopiśmie „GWF” („Gas und Wasserfach”, 1940 r. [6]), w 1942 r. zalecony został w normie DIN-1988 [7]. W Polsce wzór Brixa podał jako pierwszy Gabryszewski [8]. W rok później wydanym skrypcie Piotrowskiego i Stefańczyka [9] zalecono dodatkowo, aby do wzoru tego dla większych budynków mieszkalnych stosować współczynnik zmniejszający  ().

Z podanych w normie [7] tabel wynika, że wzór Brixa opracowany został dla punktów czerpalnych zaopatrzonych tylko w zawory czerpalne o różnych średnicach i zastosowaniach. W okresie jego zastosowania do obliczeń wzoru Brixa w budynkach mieszkalnych nie stosowano jeszcze baterii czerpalnych, gdyż centralne przygotowywanie ciepłej wody w budynkach masowo w nich nie występowało.

Gdy w okresie powojennym w krajach zachodnich zastosowanie scentralizowanych instalacji ciepłej wody oraz baterii czerpalnych wody stało się powszechne, zaszła potrzeba określenia nowych równoważników wypływu wody z tych baterii. Problemem tym zajął się zwłaszcza Feurich (1953–1958), podając wyniki swoich badań w publikacjach [10–12].

Na podstawie powyższych badań w 1962 r. wydano nową normę DIN, którą w Polsce wykorzystano w drugim jej wydaniu (grudzień 1988 r. [13]). To drugie wydanie DIN-1988 stanowiło podstawę do opracowania pierwszej polskiej normy PN-92/B -01706 [1] (unieważnionej w maju 2009 r.). Radzieckie metody obliczeń Metody obliczeń przepływów wody w instalacjach wodociągowych budynków mieszkalnych opracowane zostały przez Spysznowa [14, 15].

Również Spysznow posłużył się równoważnikami wypływu wody z zaworów czerpalnych, przyjmując dla „zaworu nad zlewem” O 15 mm równoważnik wypływu N = 1 dla natężenia wypływu q_n = 0,2 dm³/s, przy ciśnieniu wody na zaworze 2 m H₂O_. Podany przez niego wzór ma postać:

Współczynnik potęgowy a jest zależny od wskaźnika zużycia wody w budynku (100–300 dm³/M.d.) i sumy jednostek obciążenia (ΣN) i wynosi a = 2–2,2. Dla średniej wielkości zużycia wody w budynku Spysznow [15] zaproponował wartość średnią wykładnika a = 2,15. Metodę obliczeniową Spysznowa rozpowszechnił w Polsce Gabryszewski (1952 [16]).

Wprowadzone w ZSRR w okresie powojennym normatywy projektowania budynków mieszkalnych zalecały, aby w dużych miastach na parterze budynków lokalizować usługi dla ludności (sklepy, punkty usługowe). Ponieważ budynki te miały wspólne złady instalacyjne, Spysznow [17] zalecił dla nich stosowanie ogólnej postaci wzoru: 

podając zalecenia do stosowania wartości współczynników a i k.

W literaturze polskiej polecano stosowanie różnych wartości tych współczynników. W podręcznikach z lat 50. Gabryszewski [18] opracował tabele dla przyjętych współczynników a = 2 oraz k = 0,002. Siciński [19] ułożył tabele z wzoru (3) dla a = 2 oraz k = 0,002, podając obliczeniowe przepływy wody dla dwóch grup budynków: budynki małe (ΣN < 300) i budynki duże (ΣN > 300).

Nowicki i Różański [20] zalecili do stosowania wzór (3) ze współczynnikami a = 2,15 i k = 0,002. W podanej tabeli zalecili natomiast obliczeniowe przepływy wody określone przez Spysznowa i Sznejerowa [17], którzy określili je dla zmiennych wartości współczynników a i k. W podręcznikach z późniejszego okresu podawane wzory i tabele obliczeniowe uwzględniały zmienne wartości współczynników a i k .

W literaturze radzieckiej dla obiektów użyteczności publicznej podane zostały niezależne wzory do wyznaczania obliczeniowych przepływów wody. Podał je Spysznow [15, 17] dla dwóch grup obiektów:

• dla budynków: administracyjnych, żłobków, przedszkoli, szkół, przychodni zdrowia, szpitali, hoteli i internatów:
  
  gdzie:
  ΣN – suma równoważników punktów poboru wody, określona jak dla budynków mieszkalnych,
  α – współczynnik (? = 1,2–2,5) zależny od rodzaju projektowanego budynku;
• dla budynków: łaźni, pralni, obiektów widowiskowo-sportowych, teatrów, zakładów zbiorowego żywienia i pomieszczeń socjalnych w zakładach przemysłowych:
  
  gdzie:
  q_n – wypływ wody z zaworu danego typu [dm3/s],
  n – liczba zaworów danego typu,??
  ß – współczynnik jednoczesności działania zaworu danego typu.
  
  

Wzór powyższy nie uwzględniał współczynnika jednoczesności działania zachodzącego między poszczególnymi grupami punktów poboru wody. Dobierana średnica przyłącza często więc była większa niż średnica wodociągu zewnętrznego i konieczne było stosowanie dodatkowego współczynnika redukcyjnego określonego wzorem (5) obliczeniowego rozbioru wody. Spysznow [15] dla budynków publicznych i komunalnych zalecił również wzór:

który podany został tylko przez Piotrowskiego i Stefańczyka [9] i nie był w literaturze polskiej rozpowszechniony. Przedstawione powyżej radzieckie metody obliczeniowe zostały w 1977 r. zastąpione metodą Szopenskiego podaną w normie SNiP-II- 30-76 [21], rozpowszechnioną w Polsce przez Jeżowieckich [22] i Sosnowskiego [23]. Podany wzór ma postać:

gdzie:
q – przepływ obliczeniowy [dm3/s],
q_n – wypływ wody z punktu czerpalnego o największym poborze wody [dm3/s],
α – współczynnik bezwymiarowy zależny od liczby punktów czerpalnych N i prawdopodobieństwa ich działania P.

Dla budynków mieszkalnych obsługujących jednakową grupę odbiorców wody:

Metoda obliczeniowa Szopenskiego była w Polsce powszechnie stosowana do czasu wprowadzenia do projektowania instalacji wodociągowych normy PN-92/B-01706 [1].

W celu porównania obliczeniowych przepływów wody w budynkach mieszkalnych obliczone wyżej podanymi wzorami wartości zestawiono w tabeli. Zróżnicowanie obliczeniowych przepływów wody nie powinno zaskakiwać, gdyż pochodzą one z różnych okresów. Różne były wykonania instalacji (ciepła woda przygotowywana indywidualnie lub centralnie, zróżnicowana armatura czerpalna, inne wykonanie materiałowe przewodów i ich uzbrojenia itp.).

Jedynie metoda obliczeniowa Szopenskiego i podana w normie PN-92/B-01706 uwzględniały różne formy zasilania budynków w wodę zimną i ciepłą. Stosując bezkrytycznie metodę obliczeniową Szopenskiego, nie unikało się błędów wynikających z innych założeń obliczeniowych stosowanych w ZSRR i w Polsce. Niestety, w podręcznikach krajowych błędów tych nie zauważono.

Przykładowo podane w normie SNiP-II-30-76 [22] godzinowe maksymalne zużycie wody ogólnej, będące podstawą do określenia zużycia wody zimnej i ciepłej, miało ustalony mnożnik przeliczeniowy dla temperatury wody zimnej +5°C, dla którego procentowy udział wody zimnej i ciepłej wynosił od 36 do 64%. Dla temperatur wody zimnej i ciepłej stosowanych w Polsce udział ten wynosi 50:50.

Wnioski

Z przeprowadzonej analizy obliczeniowych przepływów wody w instalacjach wodociągowych wynika, że przepływy określane wzorami Brixa i Spysznowa mają znaczenie historyczne, porównawcze, choć nie odbiegają one wiele od przepływów określonych normą PN-92/B-01706. Z kolei z publikacji dotyczących doboru wodomierzy domowych jednoznacznie wynika, że obliczeniowe przepływy wody określone normą PN-92/B-01706 są wyższe od rzeczywistych, ustalonych pomiarami (na wodomierzu domowym) przepływów wody.

Do czasu wyznaczenia nowych metod określania obliczeniowych przepływów wody w instalacjach wodociągowych autor proponuje określać przepływy obliczeniowe według metody Szopenskiego, uwzględniając w obliczeniach procentowe udziały wody zimnej i ciepłej, w porównaniu do godzinowego maksymalnego zużycia wody ogólnej, na poziomie 50:50.

Literatura

1. PN-92/B-01706 Instalacje wodociągowe. Wymagania w projektowaniu.
2. Unieważnienie normy, Biuletyn Wiadomości PKN „Normalizacja” nr 7/2009.
3. Plaskura W., Wein S., Instalacje wodociągowe i gazowe. Część II Urządzenia wodociągowe, kanalizacyjne i sanitarne, Spółdzielnia Księgarska „Ognisko“, Katowice 1948.
4. Viesohn G., Untersuchung über Druckhöhenverluste in Rohrleitungen und Armaturen für Hausleistungen der Wasserversorgung, „Gas und Wasserfach“ nr 34–37/1932.
5. Menegerinhauer M., Müller W., Kennin E., Grundlagen für die Berechnungen von Hauswasserleitungen, „Gas und Wasserfach“ nr 44/1932.
6. Richtlinien für Berechnung der Kaltwasserleitung in Hausanlagen, „Gas und Wasserfach“ nr 29–30/1940.
7. DIN-1988 T. 3 Bau und Betrieb vom Wasserleitungen anlagen in Grundstücken, Berlin 1942.
8. Gabryszewski T., Domowe instalacje wodociągowo-kanalizacyjne. Część II, PWN, Poznań 1953, skrypt Polit. Wrocławskiej.
9. Piotrowski I., Stefańczyk Z., Instalacje gospodarcze i przemysłowe, wodociągowe, ciepłej wody i kanalizacyjne, PWN, Łódź–Warszawa 1954.
10. Feurich H., Die Berechnung von Kaltwasserleistungen, „Sanitäre Technik“ nr 1 i 11/1953.
11. Feurich H., Die Berechnung von Kaltwasserleistungen, „Sanitäre Technik“ nr 10/1954.
12. Feurich H., Druckkesselanlagen in Wasserversorgung, „Sanitäre Technik“ nr 1/1958.
13. DIN-1988 T. 3 Technische Regeln für Trinken Wasser-Instalation (TRWI), Ermittlung der DVGW (dez. 1988).
14. Spysznow P.A., Sanitarnaja Tiechnika, lzdat. Akad. Archit. SSSR, Moskwa 1947.
15. Spysznow P.A., Projektirowanije wodoprowodow w żiłyh i grażdanskich zdanijach, Gosstojizdat, Moskwa 1951.
16. Gabryszewski T., Obliczenia wewnętrznych przewodów wodociągowych, „GWiTS” nr 9/1952.
17. Spysznow P.A., Sznejerow A.I., Sprawocznik po wnutriennym wodoprowodu, kanalizacji i wodostokam, Gosstrojizdat, Moskwa 1954.
18. Gabryszewski T., Domowe instalacje wodociągowo-kanalizacyjne, skrypt Polit. Wrocł., PWN, Wrocław 1956, 1960 i 1961.
19. Siciński A., Wyposażenie sanitarno-techniczne budynków i zakładów, Wyd. II, BiA, Warszawa 1956.
20. Nowicki W., Różański Z., Projektowanie wewnętrznych instalacji wodociągowych i kanalizacyjnych, Arkady, Warszawa 1964.
21. SNiP-II-30-76 Stroitielnyje normy i prawiła. Normy projektirowanija wnutriennych wodoprowodow i kanalizacji, Strojizdat, Moskwa 1977.
22. Brydak-Jeżowiecka D., Jeżowiecki J., Nowe metody określania przepływów obliczeniowych w wewnętrznych instalacjach wodociągowych, „GWiTS” nr 6/1978.
23. Sosnowski S., Projektowanie wewnętrznych instalacji wodociągowych i kanalizacyjnych w świetle ustaleń nowego normatywu radzieckiego SNiP-II-30-76, „GWiTS” nr 1/1979.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!