Предлагаемые на рынке гидравлические затворы имеют различные перепады между ветвями, принимающими и отводящими канализационные стоки, примерно в диапазоне 40–100 мм. При использовании в качестве сифонов гофрированных труб указанный диапазон может существенно изменяться, начиная от минимального значения, равного внутреннему диаметру гофрированной трубы. К сожалению, полная ясность в закономерностях функционирования гидравлических затворов внутренней канализации широкому кругу научно-технической общественности до сих пор еще никем не представлена [1].Гидравлический затвор, представляющий собой U-образную трубку, заполненную канализационными стоками (рис. 1), предназначен для предотвращения поступления канализационных газов из наружной сети канализации в санузлы (общественные туалеты) и далее в другие помещения [2].Одна ветвь гидравлического затвора, расположенная со стороны сантехприбора, постоянно находится под атмосферным. давлением ра, а вторая, присоединенная к стояку, — под давлением р в стояке. Высота гидравлических затворов ha — высота столба воды в одной из его ветвей, препятствующая прониканию канализационных газов со стороны канализационного стояка. В тех случаях, когда давление в канализационном стояке становится ниже атмосферного на величину h < hз, происходит понижение уровня воды в гидравлическом затворе (в той его ветви, которая находится под атмосферным давлением) на такую же величину h. При этом из второй ветви гидравлического затвора в канализационный стояк выплескивается определенный объем воды. Если же давление в канализационном стояке становится ниже атмосферного на величину, несколько превышающую высоту гидравлического затвора, уровень воды в правой его ветви понижается на такую же величину. При этом из ветви, сообщающейся с атмосферой, происходит проскок воздушного пузыря, который выплескивает в стояк воду, заполняющую левую ветвь гидравлического затвора. Второй, третий и последующие воздушные пузыри, которые следуют за первым с интервалами в несколько секунд, способствуют полному опорожнению гидравлического затвора. Явление безвозвратного уноса в стояк жидкости, заполняющей гидравлический затвор, называется срывом гидравлического затвора. В результате срыва гидравлического затвора канализационным газам открывается беспрепятственный доступ в помещения. Известно, что канализационные газы в больших концентрациях токсичны, взрывоопасны и потому опасны. Экспериментально установлено (к.т.н. А.Я. Добромыслов), что срыв гидравлического затвора высотой 60 мм происходит, когда разрежение в канализационном стояке составляет 65 кгс/м2 (65 мм водн. ст. — 637 Па), срыв гидравлического затвора высотой 80 мм — при разрежении в стояке, равном 90 кгс/м2 (90 мм водн. ст.), а при меньших значениях разрежений гидравлический затвор не может быть сорван в принципе. Однако с этим нельзя согласиться в полной мере. Наши наблюдения показывают, что имеются случаи, когда срыв гидравлических затворов может происходить и при меньших разрежениях, чем указано. Это объясняется тем, что при длительном неиспользовании каких-либо санитарно-технических приборов из сифонов, установленных на них, испаряются канализационные стоки, что пропорционально понижает способность каждого сифона к выполнению функций гидрозатвора. При полном испарении канализационных стоков из сифона открывается свободный доступ канализационных газов в санузел. Такое положение недопустимо. Здесь требуется проведение специальных мероприятий. Например, в общественных туалетах часто над одним из групповых умывальников или писсуаров на длительное время вывешивается табличка «в ремонте». Этого недостаточно — надо заклеивать их выпуски скотчем. Унитазы в таких случаях следует отсоединять от канализации и устанавливать вместо них заглушки. Для канализационных трапов имеются специальные устройства [3].Также замечены случаи, когда срыва гидравлических затворов не происходит при указанных выше разрежениях в канализационном стояке. Это объясняется тем, что на дне сифона практически всегда находится осадок, который перекрывает поперечное сечение гидрозатвора на площади, зависящей от высоты этого осадка. При полном перекрытии поперечного сечения сифона осадком (случай засорения канализации) срыв гидравлического затвора невозможен, вероятность поступления канализационных газов в санузел исключается. На данном этапе исследованности вопроса указанные случаи не являются расчетными. Рассчитывать и конструировать внутренние системы канализации следует так, чтобы максимально обеспечить устойчивость гидравлических затворов у санитарно-технических приборов. В методиках [4, 5], позволяющих обеспечивать устойчивость гидравлических затворов санитарно-технических приборов в процессе эксплуатации внутренней канализации жилых и общественных зданий, предлагается определять разрежения, которые могут возникнуть в канализационном стояке, и под них подбирать гидравлические затворы. Чем больше высота гидравлического затвора, тем большее разрежение допускается в канализационном стояке. При расчете внутренних канализационных систем следует правильно определять расходы транспортируемых стоков, далее адекватно принимать соответствующие конструктивные решения узлов сопряжения канализационных стояков с поэтажными отводными трубопроводами из соответствующих труб (полимерных или чугунных) и гидравлических затворов, а затем точнее оценивать возможное образование разрежений в канализационных стояках. Качественно функционирующий канализационный стояк следует рассматривать не только в качестве основного элемента внутренней канализационной системы, но и важнейшей составной части сопряженной с ним наружной канализации. Функцией канализационного стояка является, с одной стороны, транспортирование канализационных стоков от санитарно-технических приборов в наружную канализационную сеть, а с другой — вентилирование (пропускать и выпускать воздух) подземных канализационных трубопроводов и смотровых канализационных колодцев. Канализационные стояки как жилых, так и общественных зданий, как малоэтажных, так и многоэтажных, а также и высоток состоят из этаже-стояков [6]. Они различаются между собой способом подключения поэтажных отводных канализационных трубопроводов — двухстороннее (рис. 2а) либо одностороннее (рис. 2б).Одни из них, помимо отрезков канализационных труб, имеют в своем составе ревизию (для прочистки в случае образования засоров в стояках) и тройник (для подключения поэтажного отводного трубопровода с одной стороны) либо крестовину (для подключения поэтажных отводных трубопроводов с двух сторон). При этом могут быть использованы фасонные соединительные детали (тройники либо крестовины) с различными углами ? (45°, 60° и 90°) входа ответвляющей части. Вполне закономерно, что под действием горизонтальной (в отводных трубопроводах и выпусках) и вертикальной (в стояках) составляющих силы тяжести от санитарно-технических приборов канализационные стоки транспортируются по поэтажным отводным трубопроводам, имеющим уклон, вертикальным канализационным стоякам в наружную канализационную сеть через выпуски, также имеющим уклон. Воздухообмен в наружных трубопроводах и канализационных смотровых колодцах происходит под действием гравитационных сил — давления воздуха, который из наружной канализационной сети выходит в атмосферу по канализационным стоякам через имеющиеся на них вытяжки (при небольших расходах канализационных стоков). Это с одной стороны. Канализационный стояк, имеющий вытяжную часть, называется вентилируемым. С другой стороны, воздух, который поступает в стояк (при значительных расходах канализационных стоков) из атмосферы через вытяжку, увлекается канализационными стоками в наружную канализационную сеть по канализационному стояку. Способность канализационных стоков при своем движении увлекать воздух называется эжектирующей способностью. С увеличением высоты канализационных стояков, а также при понижении температуры наружного воздуха (при прочих равных условиях) воздухообмен возрастает. Если через вытяжную часть в канализационный стояк поступает воздух в количестве, соответствующем величине эжектирующей способности канализационных стоков, то в канализационном стояке не возникает дефицита воздуха, и давление в нем равно атмосферному давлению. При стержневом характере опускного движения водовоздушной смеси в вертикальной трубе канализационные стоки омывают внутреннюю поверхность трубы, а внутри потока канализационных стоков в виде стержня движется воздух. Следствием возникновения разрежений в канализационном стояке является срыв гидравлических затворов у санитарнотехнических приборов.Согласно современным представлениям, при истечении из поэтажного отвода в канализационный стояк стоки перекрывают его сечение (образуется замкнутый водовоздушный поршень) на уровне присоединения отвода к канализационному стояку. На небольшом расстоянии от места входа в канализационный стояк течение водовоздушной смеси стабилизируется: вода движется по внутренней поверхности канализационного стояка, а внутри потока канализационных стоков течет воздух. Величина эжектирующей способности зависит от показателей воздуха и канализационных стоков, а также от условий их входа в канализационный стояк. Здесь вполне правомерно, по нашему мнению, будет допустить то, что за условия входа канализационных стоков в канализационный стояк можно принимать не только угол сопряжения поэтажных отводных трубопроводов с канализационными стояками, но и подключение к ним поэтажных отводных трубопроводов: двухстороннее либо одностороннее (рис. 2). Такое наше допущение на данном этапе разработанности вопроса позволяет распространить многие закономерности [7], которые установлены для канализационных стояков с односторонним подключением поэтажных отводных трубопроводов, на двухстороннее их подключение. В этой связи представляется, что механизм движения канализационных стоков и воздуха в канализационном стояке, независимо от подключения отводных поэтажных трубопроводов, примерно одинаков. Канализационные стоки в сечении канализационного стояка на уровне присоединения отвода остаются «сжатыми» до тех пор, пока не прекратится их поступление из поэтажного отводного трубопровода. На некотором расстоянии от места входа происходит беспорядочное движение канализационных стоков вниз по стояку. Затем канализационные стоки попадают на стенки канализационного стояка, и их движение постепенно стабилизируется. По мере движения по канализационному стояку (рис. 3) канализационные стоки прилипают к внутренним стенкам канализационного стояка, что приводит к образованию тонкого слоя, в котором скорость течения канализационных стоков очень быстро приближается к нулевому значению. Изменением условий поступления канализационных стоков в канализационный стояк — уменьшением диаметра и угла присоединения к нему поэтажных отводных трубопроводов — может быть достигнуто увеличение площади сечения воздуха в сечении стояка со «сжатыми» канализационными стоками. А с ростом расхода канализационных стоков увеличивается величина разрежения, т.к. при увеличении расхода площадь живого сечения воздуха в сечении канализационного стояка со «сжатыми» канализационными стоками уменьшается, и вследствие этого возрастает их эжектирующая способность. Величина разрежений в канализационном стояке также связана с количеством воздуха, поступающего из атмосферы через его вытяжную часть (вытяжку). Если через вытяжку в канализационный стояк поступает меньшее количество воздуха, то это приводит к образованию дефицита воздуха и возникновению разрежения в канализационном стояке. При этом увеличение диаметра вытяжки по сравнению с диаметром канализационного стояка малоэффективно, т.к. расход воздуха лимитируется, в основном, диаметром стояка. Величина разрежений достигает максимума в конце начального участка. Дальнейшее увеличение высоты канализационного стояка не оказывает влияния на величину разрежения; а уменьшение высоты канализационного стояка способствует повышению его пропускной способности. В том случае, когда вытяжка по какой-либо причине выходит из строя (например, вследствие обмерзания или попадания посторонних предметов), канализационный стояк становится невентилируемым. При этом пропускная способность канализационного стояка резко уменьшается. В результате захвата воздуха канализационными стоками, движущимися в канализационном стояке, образуется двухфазная (вода + воздух) смесь. Наличие в канализационных стоках третьей фазы (фекалии, бумага и т.п.) незначительно повышает разрежение в канализационном стояке. Несоответствие между величиной эжектирующей способности и количеством воздуха, поступающим в канализационный стояк из атмосферы, приводит к образованию дефицита воздуха ниже сжатого сечения канализационного стояка (т.е. ниже водовоздушного поршня). Очевидно, что чем больше это несоответствие, тем больше величина разрежения в канализационном стояке. Величина эжектирующей способности канализационных стоков является функцией скорости ее движения, которая достигает максимального значения на длине падения 6–15 м. Эжектирующая способность стабилизируется на указанном расстоянии от точки входа в канализационный стояк. При этом его эжектирующая способность максимальна и постоянна. Эжектирующая способность канализационного стояка уменьшается с уменьшением его высоты. При истечении из поэтажного отводного трубопровода канализационные стоки перекрывают сечение канализационного стояка (с односторонним поступлением стоков), ударяются о его противоположную стенку с образованием вихря, а затем начинает двигаться вниз. Есть полная уверенность в том, что аналогичная картина будет наблюдаться и при двухстороннем поступлением стоков в канализационный стояк. Отличием будет являться то, что канализационные стоки, поступающие в канализационный стояк из встречных поэтажных отводных трубопроводов, будут соударяться между собой, а не с его стенкой. При опускном движении канализационных стоков по канализационному стояку воздух движется сверху вниз. До поступления канализационных стоков в канализационный стояк воздух движется в другом (противоположном) направлении. Уменьшение количества канализационных стоков приводит к увеличению доли сечения стояка, занятой воздухом. Это приводит к пленочному движению канализационных стоков и интенсивному выходу воздуха из канализационной системы в атмосферу. При транспортировании больших расходов канализационных стоков происходит интенсивное поступление воздуха из атмосферы в канализационный стояк. Однако, даже при расходах канализационных стоков, значительно превышающих критические, стержневой характер движения не переходит в снарядный, которому присуще наличие газовых пузырей («снарядов»), имеющих иногда длину в несколько десятков внутренних диаметров канализационных стояков. Газовые пузыри-снаряды занимают все сечение канализационного стояка, являясь газовыми пробками, которые снизу и сверху отделяются одна от другой тонким слоем стоков. При этом резко возрастает эжектирующая способность, что приводит к возникновению в стояке разрежений большой величины. Однако значительный вакуум в канализационных стояках в принципе не может быть достигнут, благодаря тому, что они являются незамкнутыми, и при срыве хотя бы одного гидравлического затвора мгновенно произойдет сброс образовывавшегося в канализационном стояке вакуума. По этой же причине в канализационных стояках не может возникнуть напорный режим. Высота канализационных стояков (от места входа в них стоков), когда эжектирующая способность продолжает нарастать, составляет 90Dст, где Dст — внутренних диаметров. Увеличение рабочей высоты канализационного стояка более 90Dст не влечет за собой интенсивности поступления в него воздуха. При проведении расчетов вначале следует осуществить приближенный подбор диаметров стояков по табл. 1.Далее следует произвести корректировку пропускной способности канализационных стояков с учетом конкретных значений их высоты и высоты гидрозатвора умножение и на x раз при (Dст — внутренний диаметр стояка) при Lст < 90Dст, а x = 1,1 при высоте гидрозатворов 70 мм и x = 0,9 при высоте гидрозатворов 50 (для других высот затворов приведенные значения могут экстраполироваться как в большую, так и в меньшую сторону). И только потом произвести полную увязку путем расчета с использованием одной какой-либо из известных методик, например, [4] либо [5], в т.ч. и зарубежных. Допустимая величина разрежений в вентилируемых и невентилируемых канализационных стояках из любых труб не должна превышать 0,9hз, где hз [мм] — высота наименьшего из гидравлических затворов у сантехприборов. С учетом рассмотренных закономерностей предлагается при определении величины разрежений в вентилируемом канализационном стояке [мм водн. ст.] учитывать вид присоединения (двухстороннее — крестовиной либо с одной стороны — тройником) отводных поэтажных трубопроводов: где qsст — расчетный расход стоков для канализационного стояка [л/с] определяется согласно [4] по формуле:qsст = qв + qпр, (2)где qв — расчетный расход воды на участке, л/с; qпр — максимальный секундный расход [л/с] канализационных стоков от прибора с максимальным водоотведением (для жилых зданий — 1,6 л/с от смывного бачка унитаза); Kп — коэффициент, учитывающий способ присоединения поэтажных отводных трубопроводов к стояку, для тройников Kпо = 1, для крестовины Kпо = 1,1 (требуется опытная проверка и последующая корректировка); ? — угол присоединения расчетного отвода к канализационному стояку, град; Dст — внутренний диаметр канализационного стояка, м; dотв — внутренний диаметр расчетного поэтажного отвода, м; Lст — рабочая высота канализационного стояка, м.Рабочая высота канализационного стояка — это его часть, по которой могут транспортироваться канализационные стоки, расстояние от точки присоединения наиболее высоко расположенного сантехприбора (или группы приборов) до гиба (точки перехода стояка в канализационный выпуск). При 90Dст > Lст следует принимать 90Dст = Lст, при этом: При ? = 90° и Dст = dотв: Невентилируемый канализационный стояк должен заканчиваться прочисткой (ревизией), устраиваемой в направленном вверх раструбе тройника (крестовины), с помощью которого к стояку присоединяются наиболее высоко расположенные в здании сантехприборы (рис. 4).Величина разрежения в невентилируемом канализационном стояке ?p = = 0,31Vсм4,3 мм водн. ст., где Vсм — средняя скорость движения водовоздушной смеси [м/с] в стояке: Qв — эжектирующая способность, [м3/с]: где qsст — то же, что в формуле (1); ? — угол присоединения диктующего поэтажного отвода к канализационному стояку, град.; ? — площадь живого сечения канализационного стояка, м:? = 0,25?D2ст. В приближенных расчетах внутренней канализации с невентилируемыми канализационными стояками значения (с точностью до 15 %) разрежения ?p и эжектирующей способности Qв можно принимать по номограммам (рис. 5 и 6).В заключение отметим, что рассмотренные в статье закономерности функционирования гидравлических затворов внутренней канализации должны помочь проектировщикам осуществлять правильный их подбор с учетом особенностей канализационных систем зданий, а эксплуатационникам — находить правильные решения по недопущению срывов гидравлических затворов и появлению запахов в санузлах и туалетах. ? 1. Внутренний водопровод и канализация зданий // Интернетпортал «Загородная.ру», www.zya.ru/article/article_3359.asp. 2. Добромыслов А.Я. Расчет и конструирование систем канализации. — М.: Стройиздат, 1978. 3. Запахозапирающее устройство Primus // Интернетсайт www.hlrus.com. 4. СП 40102–2000. Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования. 5. Стандарт организации «СантехНИИ-проект», СТО 024947335.201–2006. — М., 2006. 6. Отставнов А.А., Устюгов В.А. К выбору труб для канализационных стояков // «С.О.К.», №6/2009. 7. Ромейко В.С., Отставнов А.А., Устюгов В.А. и др. Справочные материалы. Пластмассовые трубы. Ч. 1. Трубы и детали трубопроводов. Проектирование трубопроводов. — М.: ВАЛАНГ, 1997.