Geberit Pluvia — эффективная система ливнестока

Системы ливнестока бывают нескольких видов: наружные, внутренние, открытые и т.д. Самотечные системы функционирует за счет уклона труб. При этом поперечное сечение труб заполнено водой частично: в горизонтальных трубах от 1/2 до 2/3 полного сечения, а в вертикальных трубах — только на 1/3 сечения. Давление во всей самотечной системе равно атмосферному. При использовании таких ливнестоков увеличение ливневой нагрузки компенсируют за счет большего числа приемных воронок, устройства дополнительных стояков и увеличения протяженности трубопроводов, в том числе в основании здания, а также увеличением диаметра приемных труб. Все это неизбежно ведет к усложнению монтажа, возрастанию расхода материалов, необходимости более сложных архитектурных решений.

Самотечная система ливнестока состоит из лотков, кровельных воронок и систем трубопроводов. Трубопроводы такой системы могут быть смонтированы как снаружи, так и внутри здания. Подобные самотечные системы сейчас наиболее распространены.

Дождь по латыни — это Pluvia. Именно так более 30 лет назад и была названа сифонная (гравитационно-вакуумная) система ливнестока, созданная инженерами компании Geberit.

В системе Geberit Pluvia, благодаря особой конструкции воронок и точному расчету диаметров труб, в стояке, заполненном водой, при движении столба жидкости под действием силы тяжести возникает разрежение, максимальное значение которого достигается в верхней точке стояка. Разрежение передается по горизонтальному коллектору до точки входа воды — приемной воронки. Скорость прохождения воды по трубам в системе Geberit Pluvia достигает 10-12 м/с, что резко увеличивает производительность каждой приемной воронки.

Система Geberit Pluvia позволяет решить любую техническую задачу по отводу дождевой воды с кровли зданий и сооружений. Архитекторы, консультанты и подрядчики выбирают ее для самых разнообразных строений (60 тыс. выполненных проектов, «обслуживание» более 120 млн м² кровли в мире). Система ливнестока Geberit Pluvia установлена на крыше здания автозавода Ford площадью 160 тыс. м² в Лиссабоне и автозавода «Крайслер» в городе Грац в Австрии, на 47-метровом куполе здания парижского центра Defance, ею оборудован аэропорт в Цюрихе, футбольный стадион в Копенгагене. В нашей стране система Pluvia нашла применение при строительстве торгово-развлекательно комплексов, складских терминалов, спортивных сооружений, промышленных предприятий, аэропортов в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Волгограде, Нижнем Новгороде и Самаре.

Наличие воздуха в трубе — это основное условие стабильной работы самотечных систем канализации. В воронку самотечной системы ливнестока всегда есть доступ воздуха и вокруг нее во время дождя на кровле формируется водоворот. В самотечной системе пропускная способность воронки является ограничителем для пропускной способности самой системы и ограничивает наполнение трубопроводов водой.

Сифонная система ливнестока функционирует на основе другого принципа. Конструкция сифонной кровельной воронки предотвращает поступление воздуха внутрь системы. При расчетной интенсивности осадков трубопроводы полностью заполняется водой. В результате в верхней точке стояка системы формируется отрицательное давление. Этот «вакуум» создает в трубах устойчивый поток воды, скорость движения которой существенно превышает скорость потока в самотечных системах. Вода буквально всасывается внутрь сифонной системы через кровельные воронки, создавая характерный шум.

Поэтому сифонные системы ливнестока является высокоэффективным видом ливнестока, особенно походящими для зданий и других сооружений высотой более 4 м с большими кровлями.

Отличия в принципах действия самотечных и сифонных ливневых систем определяют их конструктивные особенности. Для самотечных систем трубопроводы должны прокладываться уклоном, требуется большое количество стояков и дорогостоящая сеть подземных трубопроводов.

В сифонной системе горизонтальные трубопроводы ливнестока могут быть проложены без уклона. Диаметры труб сифонной системы меньше диаметров самотечной системы. Напорный режим работы сифонных трубопроводов обеспечивают высокую гибкость в их трассировке, и позволяет поместить стояк системы максимально близко к приемным колодцам наружных канализационных сетей. Поэтому для сифонной системы требуется меньший объем земляных работ для подключения к наружным сетям. Напорный режим работы сифонного ливнестока позволяет включить дождевые стоки в системы вторичного использования. Скорости потока в трубах сифонной системы достигают 5-10 м/с, что обеспечивает эффект самоочищения, легко удаляя из трубы все загрязнения.

В системе Geberit Pluvia, благодаря особой конструкции воронок и точному расчету диаметров труб, в стояке, заполненном водой, при движении столба жидкости под действием силы тяжести возникает разрежение, максимальное значение которого достигается в верхней точке стояка

В сифонном водостоке важно предотвратить поступление воздуха внутрь системы. Сифонный эффект возможен при заполнении системы водой от 60 %. При меньшем заполнении труб система работает в пульсирующем режиме.

В традиционных самотечных системах для увеличения пропускной способности водостока необходимо увеличивать диаметр труб. В сифонной системе все наоборот: чтобы ускорить заполнение системы водой используют трубы меньшего сечения — Dу 56 мм (в традиционных системах — 100-150 мм).

Сифонная система Geberit Pluvia состоит из воронок специальной конструкции, трубопроводов, системы крепежа. Воронки сифонной системы обеспечивают эффективный сбор воды с кровли, предотвращая поступление воздуха внутрь системы. Гидравлический расчет сифонной системы ливнестока нацелен на определение диаметров трубопроводов, обеспечивающих наиболее близкое соответствие между имеющимся напором и потерями давления (местными и линейными) на отдельных участках.

Традиционное теоретическое описание сифонных систем ливнестока основано на гидравлических принципах, разработанных для напорных трубопроводов. На этих же принципах основаны расчетные методы, описанные в существующих стандартах и руководствах по проектированию. Однако сифонные системы очень часто работают при скоростях потока значительно меньше расчетных. В таких случаях поток содержит либо большое количество воздуха, смешанного с водой (многофазный поток), либо имеет место простой самотечный режим. Физическое описание каждого из этих режимов имеет отдельную теоретическую модель.

В гидравлике взаимосвязь между гидравлическими параметрами потока — давлением, скоростью и высотой — определяется уравнением Бернулли с учетом изменений кинетической и потенциальной энергией. Потери давления включают в себя линейные потери на трение в трубопроводе и местные потери на фитингах. Уравнение Бернулли позволяет получить приемлемые для инженерных расчетов результаты.

Большинство производителей определяют коэффициенты местных и линейных потерь эмпирическим способом и предоставляют их в своих специальных брошюрах как часть свойств таких элементов. Данную информацию можно найти в справочниках или в различных нормативах.

Дальнейшие расчеты давления проводятся для каждого участка трубопровода.

В результате определяют распределение давления по участкам. Вся система будет сбалансирована сравнением давлений в узлах соединений участков. Каждый участок трубопровода необходимо пересчитывать несколько раз, чтобы получить сбалансированные результаты.

Данная расчетная модель может быть использована в широком диапазоне интенсивности осадков до тех пор, пока воздушно-водяная смесь остается гомогенной. Момент, до которого поток имеет гомогенный характер, называют критическим точкой сифонного потока.

Для снижения риска повреждений, даже в экстремальных погодных условиях, таких как работа в осенний и весенний период, необходим новый подход, который расширил бы применимость существующих методов вычисления и охватывал весь диапазон сифонного потока, включая критический расход, при котором преобладает многофазный поток.

Новое решение Geberit основано на использовании поправочных коэффициентов в рамках уравнения Бернулли для многофазных потоков. Это решение получило название Geberit PSI+. В решении Geberit PSI+ поправочные коэффициенты является результатом изменений свойства жидкости в уравнении Бернулли. Эти коэффициенты определяют зависимость потока от характеристик многофазного течения. Эта функция зависит в том числе от высоты системы, диаметра труб, характеристик фитинга, гидравлической производительности системы. Этот тип поправочной функции нельзя определить только на основе теоретических рассуждений. Необходимы широкие экспериментальные исследование, которые выявляют соответствующие зависимости и диапазоны их применимости. Поправочные функции сифонных систем ливнестока Geberit были определены на основе лабораторных испытаний, охватывающих весь диапазон размеров и режимов работы системы.

Применимость метода Geberit PSI+ была проверена в реальных условиях посредством различных контрольных испытаний в лаборатории, а многие системы кровельного водоотвода уже были разработаны с помощью данного метода, и они были успешно сконструированы во многих зданиях. Метод вычислений Geberit PSI+ представляет результаты, которые ближе к реальным. Таким образом, этот метод позволяет сделать систему Geberit Pluvia безопасней.

Для расчета систем сифонного ливнестока компании Geberit разработала компьютерную программу Geberit ProPlaner.

Программа реализует метод расчета Geberit PSI+. Она позволяет рассчитать диаметры трубопроводов так, чтобы вода со всех участков кровли, даже расположенных на разных уровнях, отводилась одновременно, и не возникало подсоса воздуха через воронки. Программа формирует как изометрические чертежи стояков, так и гидравлический расчет системы с полной спецификацией материалов, необходимых для монтажа.

В системе Pluvia используются трубы и фитинги из высококачественного полиэтилена низкого давления (ПНД). Этот материал обладает большой механической прочностью, химической инертностью и устойчивостью к воздействию неблагоприятных атмосферных факторов. Срок службы изделий из него — не менее 50 лет. Трубы соединяются методом горячей сварки встык (в труднодоступных местах — электросварными муфтами) и монтируются с применением специального крепежа и большого количества анкерных опор без установки температурных компенсаторов. Таким образом, система водостока становится полностью герметичной.

Системы крепежа трубопроводов Geberit Pluvia обеспечивает быстрое и надежное закрепление их на строительных конструкциях. Усилия, вызванные температурными изменениями труб, передаются на анкерные опоры и далее на стальной квадратный профиль (шину), который и компенсирует возникающие механические нагрузки. Достоинства крепежа Geberit Pluvia — это быстрый монтаж, минимальное количество точек крепления к кровле, контроль температурных расширений, жесткая заделка, возможность предварительной сборки отдельных узлов, использование универсального кронштейна для скользящей и анкерной опор.

В системе Pluvia используются трубы и фитинги из высококачественного полиэтилена низкого давления (ПНД). Этот материал обладает большой механической прочностью, химической инертностью и устойчивостью к воздействию атмосферных факторов

Для системы Pluvia компания Geberit разработала воронки с различным расходом для любых географических широт. В Европе и в России применяются модификации с максимальной производительностью 14 и 25 л/с, в тропических регионах — до 100 л/с.

В ответ на растущие потребности рынка в январе 2013 года компания Geberit начала производить новую воронку Pluvia для металлических и чугунных лотков (арт. 359.034.00.1). Наружный диаметр корпуса этой воронки — 18 см, величина максимального расчетного ее расхода — 19 л/с. Диаметр патрубка новой воронки — 75 мм.

Все воронки могут быть оборудованы нагревательным элементом для защиты от замерзания в переходный сезон (весна и осень). Уникальная конструкция воронок Geberit Plivia обеспечивает гибкость возможных проектных решений и ускоряет монтаж.

На систему Geberit Pluvia предоставляется гарантия в 10 лет. Расчетный срок службы составляет 50 лет. Компания-производитель проводит обучение проектировщиков и монтажников, осуществляет консультации и техническую поддержку по проектированию и монтажу системы Geberit Pluvia.