Obliczeniowe przepływy wody wodociągowej w przyłączach budynków mieszkalnych

Do napisania niniejszego artykułu skłoniła mnie publikacja Marii Orłowskiej-Szostak [1], w której podano wzory służące do wyznaczania przepływów obliczeniowych w instalacjach wodociągowych wielorodzinnych budynków mieszkalnych. Na ich podstawie uzyskuje się znacznie niższe wartości przepływów, niż dotychczas stosowano.

Dotychczasowe metody obliczeniowe

Pierwsza polska norma PN-92/B-01706 [2] dotycząca wymagań w projektowaniu instalacji wodociągowych opracowana została na podstawie normy niemieckiej DIN-988 [3] i projektanci instalacji wodociągowych przyjęli ją bez zastrzeżeń. Natomiast podane w niej wymagania dotyczące obliczeniowych przepływów wody w budynkach mieszkalnych były kwestionowane przez specjalistów od pomiarów zużycia wody, gdyż normatywnie określane przepływy znacznie odbiegały od rzeczywistych.

Ponieważ PN-92/B-01706 unieważniono w maju 2009 r. bez podania normy zastępczej, wzrosło zainteresowanie innymi zasadami wyznaczania obliczeniowych przepływów wody w instalacjach. Proponuje się m.in. zastąpienie PN-92/B-01706 normą PN-EN 806-3:2006 [4] dotyczącą uproszczonej metody wymiarowania przewodów. Służy ona do wyznaczania średnic przewodów dla jednotypowych punktów czerpalnych w różnego rodzaju obiektach.

Możliwość zastosowania metody uproszczonej w budynkach mieszkalnych opisano w publikacji [5], przyjmując do obliczeń średni (zastępczy) punkt czerpalny dla węzła mieszkaniowego wynoszący QAS = 0,2 dm³/s i odpowiadającą mu jednostkę obciążenia LU = 2. Obszerniejszą analizę możliwości zastosowania metody uproszczonej, obejmującą wodę ogólną, zimną i ciepłą w budynku mieszkalnym, znaleźć można w artykule [6] (z kwietnia 2011 r.).

Podane w publikacji Orłowskiej-Szostak [1] (z maja br.) wzory do wyznaczania przepływów obliczeniowych wody w instalacjach budynków mieszkalnych w znacznym stopniu odbiegają od zasad proponowanych przeze mnie, warto zatem rozpatrzyć przyczyny tak dużych różnic. Do określania obliczeniowych przepływów wody w wielorodzinnych budynkach mieszkalnych przyjęto jednostkę odniesienia „mieszkanie”, analizując je od strony źródła zasilania – wodociągu miejskiego.

W instalacjach wodociągowych wewnętrznych od 1943 r. stosuje się do obliczeń miarodajnych poborów wody w budynku równoważniki wypływu (obciążenia) zaworów czerpalnych umieszczonych nad przyborami sanitarnymi [7]. Na przestrzeni lat zmieniały się wartości równoważników wypływów wody z punktów czerpalnych, jednak zasady ich stosowania zachowały się do dzisiaj. Są one również stosowane w normie PN-EN 806-3:2006 [4].

Pomijając początkowo stosowane równoważniki wypływów wody z zaworów czerpalnych (w budynkach mieszkalnych instalacji ciepłej wody prawie się wtedy nie stosowało), w publikacji [6] porównałem metody obliczeniowe przepływów wody w instalacjach wodociągowych, które uwzględniały wyposażenie budynków mieszkalnych w centralnie przygotowywaną ciepłą wodę. W analizie tej uwzględniłem również podaną w normie PN-EN 806-3 metodę obliczeniową dla przyjętych w publikacji [5] uśrednionych punktów czerpalnych węzłów mieszkaniowych.

Po zastosowaniu w budownictwie mieszkaniowym prefabrykowanych elementów budowlanych (częściowo również instalacyjnych) w 1971 r. [8, 9] wprowadzono do wykonawstwa konieczność stosowania w łazienkach na przewodach instalacji wodociągowej trójników umożliwiających podłączenie pralek mechanicznych. Od tego okresu w węźle mieszkaniowym stosowane było 5 punktów czerpalnych (wanna lub natrysk, umywalka, zlewozmywak, płuczka ustępowa i punkt do podłączenia pralki – później automatu pralniczego).

Odnosząc się do powyższego wyposażenia mieszkań, w tab. 1 podano obliczeniowe natężenia wypływu wody z punktów czerpalnych zalecane do stosowania w literaturze [2, 3, 13]. Z tabeli tej wynika, że obecnie w mieszkaniach powinniśmy stosować uśrednione punkty czerpalne wody QAS = 0,2 dm³/s oraz odpowiadający im równoważnik wypływu LU = 2.

Z porównania podanego w publikacji [6] (rys. 1 – woda ogólna) wynika, że uzyskane metodą uproszczoną obliczeniowe przepływy wody ogólnej plasują się między wartościami określonymi z normy PN-92/B-01706 [2] a wartościami wyznaczonymi dla wskaźnika zużycia wody w = 130 dm³/Md oraz współczynników Nch podanych przez Piotra Tuza [7].

W porównaniach tych nie uwzględniono przepływów obliczeniowych wody, dla których wzory opracowała Orłowska-Szostak [1], gdyż nie były one jeszcze opublikowane. Można przypuszczać, że wzory te dotyczą nie wewnętrznej instalacji wodociągowej, ale przyłączy wody do budynku oraz osiedlowej sieci wodociągowej.

Otrzymane w publikacji [1] formuły opisują „przepływy obliczeniowe w badanych obiektach w funkcji liczby mieszkań (osobno dla instalacji z indywidualnym i z centralnym przygotowywaniem c.w.u.)”. W analizie obliczeniowej nie uwzględniono faktu, że w budynkach może być więcej zładów instalacji wodociągowej niż jeden, a więc i więcej przyłączy wody do budynku.

Rozciągłość zładów jest zależna od analizy techniczno-ekonomicznej. Uwzględniając koszty inwestycyjne i eksploatacyjne dla instalacji wodociągowej budynków mieszkalnych, w publikacji [13] ustaliłem, że najkorzystniejsze wskaźniki kosztów mają złady instalacyjne w budynkach z 3–5 klatkami schodowymi. Przypuszczać należy, że również obecnie w tym zakresie szerokości zładów instalacyjnych wskaźnik kosztów jest najkorzystniejszy.

Zakładając obecnie obowiązującą wysokość budynków mieszkalnych oraz wejście do trzech mieszkań z jednej klatki schodowej, w praktyce nie powinniśmy stosować zładów instalacyjnych większych niż dla następującej liczby mieszkań:

• w budynkach niskich (4-kondygnacyjnych) – 60 mieszkań,
• w budynkach średniowysokich (8-kondygnacyjnych) – 120 mieszkań.

Z rysunku podanego w publikacji [1] wynika, że analizą objęto budynki o liczbie mieszkań do 330. Musiały mieć one zatem więcej niż jedno przyłącze wody. Z omawianej publikacji wynika również, że przepływy obliczeniowe wyznaczane były w okresie letnim, w zakresie czasowym 2–3 tygodni (a nawet krótszym). Jest to moim zdaniem zbyt krótki okres, by móc wyciągnąć daleko idące uogólnienia.

Badania dotyczą również okresu, w którym nie występują szczytowe pobory wody w budynkach. Można zatem na ich podstawie dobierać wodomierze domowe, gdyż dobór ten zawsze będzie można skorygować. Instalację projektowaną na 50 lat trudniej będzie później wymienić na nową.

Wybór metody obliczeniowej przepływu wody

Jak już wspomniano, w miejsce zasad określających obliczeniowe przepływy wody w instalacjach wodociągowych podanych w unieważnionej normie PN-92/B-01706 [2] w publikacjach [5, 6] zaproponowano metodę „uproszczoną” dla budynków mieszkalnych. Z informacji podanych w tab. 1 wynika, że dla normatywnych (obliczeniowych) wypływów wody z punktów czerpalnych można było (w okresie obowiązywania normy [2]) stosować różne wartości natężeń wypływu wody.

Ponadto wprowadzone w „Warunkach technicznych” (1994 r. [10]) wymagania dotyczące konieczności stosowania w mieszkaniach wodomierzy do pomiaru zużycia zimnej i ciepłej wody spowodowały spadek zużycia wody ogólnej z 180–220 dm³/Md do ok. 110–120 dm³/Md [9]. Zmiany powyższe mogły wywrzeć wpływ na natężenie rozbiorów wody w budynkach mieszkalnych.

Dokonajmy więc ponownej analizy porównawczej, w której uwzględnione zostaną obliczeniowe przepływy wody podane przez Orłowską-Szostak [1]. Obliczeniowe natężenia przepływów wody ogólnej w budynkach mieszkalnych odniesiono do liczby mieszkań, przyjmując, że średnie zagęszczenie wynosi 3 osoby na mieszkanie, a mieszkania wyposażone są w 5 punktów czerpalnych (wg informacji podanej w tab. 1).

Wartości przepływów obliczeniowych Q0, podano na rysunku 1:

• Obliczeniowe natężenia przepływów określone wzorami podanymi przez Orłowską-Szostak [1] obrazują krzywe: 1 – dla budynków z centralnie przygotowywaną ciepłą wodą, 2 – dla budynków z indywidualnie przygotowywaną ciepłą wodą.
• Przepływy określone wzorami podanymi w normie PN-92/B-01706 [2]: krzywa dla Q_AM = 0,97 dm3/s, krzywa 4 dla Q_AM = 0,69 dm³/s.
• Wykorzystując metodę uproszczoną podaną w normie PN-EN 806-3 [4], dla uśrednionych punktów poboru wody w mieszkaniach z tab. 1 wyznaczono krzywe: 5 dla Q_AS = 0,2 dm³/s oraz 6 dla Q_AS = 0,16 dm³/s.
• Dostosowując metodę obliczeniową Szopenskiego do warunków polskich [6], obliczeniowe przepływy określono krzywą 7.
• Przyjmując wartości współczynników N_ch wyznaczone przez Tuza (rys. 6 w [11]) oraz wskaźnik zużycia wody ogólnej w = 130 dm³/Md, przepływy obliczeniowe określono krzywą 8.

Z wartości Q₀ naniesionych na rysunek wynika, że określone wzorami podanymi przez Orłowską - Szostak [1] przepływy obliczeniowe (krzywe 1 i 2) mają najniższą wartość w porównaniu do pozostałych oraz inną formę przebiegu.

Wartości określone wzorami podanymi normą PN-92/B-01706 [2] (krzywe 3 i 4) są natomiast najwyższe. Uzasadniona jest więc ich krytyka, zwłaszcza dotycząca doboru wielkości wodomierzy domowych. Wartości Q₀ określone metodą uproszczoną, podaną w normie PN-EN 806-3 [3], dla uśrednionych punktów czerpalnych mieszkań mają przebieg pośredni między krzywymi 1 i 2 oraz 3 i 4. Krzywa 5 jest określona dla Q_AS = 0,2 dm³/s, natomiast krzywa 6 dla Q_AS= 0,16 dm³/s.

Wartości Q₀ określone metodą Szopenskiego (dostosowaną do warunków polskich [6]) obrazuje krzywa 7. Inny charakter przebiegu krzywej wynika prawdopodobnie  stąd, że Szopenski odnosi współczynnik prawdopodobieństwa działania punktów czerpalnych do grupy punktów o najwyższym godzinowym zużyciu wody. Dla mieszkań są to wanny.

Wartości Q₀ określone krzywą 8, określone na podstawie wartości współczynników Nch podanych przez Tuza [11] oraz obliczeniowego wskaźnika zużycia wody w = 130 dm³/Md, są najbliższe wartości określonych metodą uproszczoną (krzywe 5 i 6). Ponieważ współczynniki Nch wyznaczone były dla wskaźnika w = 140–160 dm³/Md, a krzywa 8 określona została dla wskaźnika obliczeniowego w = 130 dm³/Md, przypuszczać należy, że prezentuje ona minimalne wartości przepływów obliczeniowych.

Należy zwrócić również uwagę na przyjęcie do analizy dwóch wartości sum obliczeniowych natężeń wypływu wody z punktów czerpalnych (zgodnie z obliczeniami podanymi w tab. 1) oraz dla dwóch wartości wskaźników zużycia wody ogólnej w = 130 dm³/Md oraz w = 100 dm³/Md. Z rys. 1 wynika, że przy stosowaniu dolnych granic wskaźników QAM i w uzyskuje się mniejsze wartości przepływów obliczeniowych Q₀.

Natomiast z analizy powyższej wynika, że proponowana przeze mnie uproszczona metoda określania natężenia przepływów obliczeniowych dla Q_AS = 0,2 dm³/s (krzywa 5) zapewnia racjonalny dobór średnic przewodów zarówno przyłącza wody do budynków mieszkalnych, jak i instalacji wodociągu wewnętrznego.

Porównawczy dobór średnic przyłączy wody

Porównania średnic przewodów przyłączy wody do budynków mieszkalnych dokonano dla obliczeniowych natężeń przepływów wyznaczonych przez Orłowską-Szostak (krzywa 1) oraz przez Nowakowskiego i Jeżowieckiego (krzywa 5). Do wyznaczenia średnic przyjęto prędkości przepływu v = 1 m/s (wg zaleceń normy [2]) oraz v = 1,5 m/s (dopuszczalna dla przewodów z polietylenu).

Wyznaczone średnice zestawiono w tab. 2 (dla liczby mieszkań 4–60). Z porównania tego wynika, że średnice wyznaczone wzorem Orłowskiej-Szostak są o jedną dymensję mniejsze od średnic określonych proponowaną metodą uproszczoną wg PN-EN 806-3, podaną w publikacjach [5 i 6].

Wnioski

Z przeprowadzonej analizy wyciągnąć można następujące wnioski:

• Obliczeniowe natężenia przepływów wody otrzymane na podstawie zalecanych w publikacji [1] wzorów do stosowania w budynkach mieszkalnych różnią się znacząco od przepływów określonych innymi metodami obliczeniowymi. Z tego m.in. względu nie zalecałbym ich stosowania do doboru średnic przewodów przyłączy domowych wody do budynków mieszkalnych oraz średnic przewodów w instalacjach wodociągów wewnętrznych.
• Do czasu zastąpienia zasad doboru średnic przewodów w instalacjach wodociągowych podanych w unieważnionej normie PN-92/B-01706 nowymi aktami normatywnymi zalecam stosowanie zasad obliczeń opartych na metodzie uproszczonego wymiarowania średnic podanej w normie PN-EN 806-3 dla uśrednionych punktów poboru wody – omówionych w publikacjach [5, 6].
• Pamiętać należy, że zarówno przyłącze wody do budynku, jak i instalacja wodociągu wewnętrznego projektowane są na okres 50-letni. W doborze średnic przewodów nie należy zatem stosować zbyt niskich wartości obliczeniowych przepływów wody. W tym okresie zarówno w armaturze czerpalnej, jak i w wyposażeniu technicznym mieszkań zachodzić będą z pewnością zmiany, których obecnie nie możemy jednoznacznie określić.

Literatura

1. Orłowska-Szostak M., Wyznaczanie przepływów obliczeniowych w instalacjach wodociągowych budynków mieszkalnych wielorodzinnych, materiały konferencyjne „Instalacje wodociągowe i kanalizacyjne – projektowanie, wykonanie, eksploatacja”, Dębe k. Warszawy 2011.
2. PN-92/B-01706/A1:1999 Instalacje wodociągowe. Wymagania w projektowaniu (unieważniona w maju 2009 r.).
3. DIN-1988 Teil 3: Technische Regeln Trinkwasser-Installation (TRWI), Ermittlung der Rohrdurchmesser, Technische Regel des DVGW, Dec. 1988.
4. PN-EN 806-3:2006 Wymagania dotyczące wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Część 3: Wymiarowanie przewodów. Metody uproszczone.
5. Nowakowski E., Jeżowiecki J., Wymiarowanie przewodów instalacji wodociągowych według metody uproszczonej, materiały konferencyjne „Nowe technologie w sieciach i instalacjach wodociągowych i kanalizacyjnych”, Ustroń 2010.
6. Nowakowski E., Obliczeniowe przepływy wody w budynkach mieszkalnych – wybór metody, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2011.
7. Brix J., Heyd H., Gerlach E., Die Wasserversorgung, Verlag R. Oldenberg, München–Berlin 1943.
8. Zarządzenie Ministra Budownictwa i Przemysłu Materiałów Budowlanych oraz Ministra Gospodarki Komunalnej z dnia 11.02.1971 r. w sprawie wytycznych wyposażenia i wykańczania mieszkań budynków mieszkalnych w uspołecznionym wielorodzinnym budownictwie dla ludności (Dz. Bud. nr 3, poz. 9).
9. Nowakowski E., Wskaźniki i struktura zużycia wody wodociągowej w budynkach mieszkalnych, praca niepublikowana.
10. Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 14 grudnia 1994 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 10/1994, poz. 46, ze zm.).
11. Tuz P.K., Wskaźniki nierównomierności dobowej i chwilowej w budownictwie wielorodzinnym, „Rynek Instalacyjny” nr 5/2007.
12. Gwoździej-Mazur J., Tuz P.K., Zużycie wody wodociągowej w budynkach wielorodzinnych oraz analiza doboru zastosowanych wodomierzy domowych, materiały konferencyjne „Nowe technologie w sieciach i instalacjach wodociągowych i kanalizacyjnych”, Ustroń 2002.
13. Nowakowski E., Technicznie i ekonomicznie uzasadnione układy instalacji wodociągowej wewnętrznej w budynkach mieszkalnych średniowysokich, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 2/1966.
14. Tabernacki J., Sosnowski S., Heidrich Z., Projektowanie instalacji wodociągowych i kanalizacyjnych, Wyd. Arkady, Warszawa 1985.