ЛЕКЦИЯ №3 1. СИСТЕМЫ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА

ЛЕКЦИЯ №3
1. СИСТЕМЫ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ
ВЕНТИЛЯЦИИ И ОТОПЛЕНИЯ
3. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА И ПОМЕТА
4. НАВОЗОУБОРОЧНЫЕ СРЕДСТВА
5. СИСТЕМЫ МЕХАНИЗИРОВАННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ.
6. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПТЛ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И АВТОПОЕНИЯ
1. СИСТЕМЫ СОЗДАНИЯ МИКРОКЛИМАТА
Зоотехнические требования к содержанию животных и птицы сводятся в
основном к поддержанию внутри помещения нормируемых параметров
микроклимата, к которым относятся температура, относительная влажность,
подвижность воздуха, концентрация газов (углекислого, аммиака, сероводорода) и
пыли.
Параметры микроклимата различны для холодного (отапливаемого), переходного и
теплого (летнего) периодов года. Устанавливают их на основе технико-экономического
обоснования, которое исходит из того, что затраты на улучшение микроклимата
окупаются повышением производительности труда, увеличением продуктивности
животных, повышением сохранности оборудования и другими факторами. Установленные
таким образом параметры называют оптимальными.
Создание оптимального микроклимата предусматривает комплекс мероприятий, в
который входят использование эффективных систем отопления и вентиляции,
рациональная планировка объемов здания, применение строительных конструкций с
соответствующими теплотехническими свойствами и прогрессивных технологий
кормления, поения и удаления навоза. В этом комплексе мероприятий по созданию
заданного микроклимата большое значение имеют отопление и вентиляция. Если в
регионах расчетная температура воздуха позволяет поддерживать заданные условия в
помещении за счет биологической теплоты, выделяемой животными, и этой теплоты
достаточно для подогрева необходимого количества свежего наружного воздуха, то
следует стремиться к обеспечению требуемого микроклимата средствами естественного
воздухообмена. Отопление применяют в тех случаях, когда тепловыделений от животных
недостаточно для компенсации теплопотерь через ограждающие конструкции, а также для
нагрева приточного и инфильтрующегося воздуха для испарения влаги со смоченной и
открытой водной поверхности, а дальнейшее утепление экономически нецелесообразно по
сравнению с подачей искусственной теплоты. Это относится к районам с низкими
наружными температурами, где животноводческие помещения рекомендуется
оборудовать системами искусственного обогрева и механической вентиляцией (с
искусственным побуждением тяги).
В животноводческих помещениях, как правило, применяют воздушное отопление,
совмещенное с приточной вентиляцией. Это, прежде всего, относится к помещениям
большого объема — коровникам с привязным содержанием животных и свинарникам с
откормочным поголовьем. Совмещение систем воздушного отопления и приточной
вентиляции обеспечивает уменьшение приведенных затрат.
В родильных отделениях помещений для крупного рогатого скота в качестве
основной может быть также рекомендована система воздушного отопления. В этих
помещениях целесообразно предусматривать дополнительную систему водяного
отопления с отопительными приборами, температура поверхности которых может быть до
100 оС, и электрообогрев полов с целью повышения температуры поверхности пола и
температуры воздуха припольной зоны.
Помещения для содержания и выращивания молодняка характеризуются
значительными колебаниями тепло- и влаговыделений (по мере роста молодняка). В связи
с этим в таких помещениях рекомендуется использовать комбинированные системы
отопления, состоящие из систем воздушного и водяного (парового) отопления. В этих же
помещениях наряду с воздушным отоплением часто дополнительно используют
локальные источники теплоты в виде ламп или газовых горелок инфракрасного
излучения. Системы локального обогрева предназначены для создания более высокой
температуры, необходимой по зоотехническим соображениям в местах пребывания
молодняка.
В свинарниках-маточниках также используют совмещенную систему воздушного
отопления и приточной вентиляции. Кроме того, в этих помещениях дополнительно
устраивают системы локального обогрева или электроподогрев пола в местах
расположения поросят.
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ
ВЕНТИЛЯЦИИ И ОТОПЛЕНИЯ
Расчет воздухообмена помещений. Установлено, что во все времена года в
животноводческих помещениях действуют различные вредные факторы, к которым
можно отнести большие или недостаточные количества теплоты, влаги и углекислого
газа. В зависимости от наружных условий (в основном от температуры наружного
воздуха) тот или иной фактор может быть преобладающим. Так, для типовых
животноводческих и птицеводческих помещений в регионах с наружной температурой от
- 10 до - 20 оС наибольшее отрицательное воздействие оказывает влага, с температурой
ниже - 20 оС — углекислый газ, с температурой - 10 оС и выше теплота.
Поэтому воздухообмен в животноводческих помещениях в холодный
(отапливаемый) период года рассчитывают, исходя из условий удаления избытков
углекислого газа и выделяющихся водяных паров, а в переходный и теплый (летний)
периоды года – избытков теплоты и влаговыделений.
Исходные данные для расчета воздухообмена, в частности предельно допустимые
концентрации вредных веществ в помещениях, оптимальные параметры внутреннего
воздуха, тепло-, влаго- и газовыделения животных и птиц принимают по справочнонормативным документам.
Воздухообмен, м3/ч, необходимый для поддержания допустимой концентрации
углекислого газа, определяют по формулам:
для животноводческих помещений:
Vco 
2
nж С ж
С1  С 2
для птицеводческих помещений:
Vco 
2
nпт М птСпт
С1  С2
где nж и nпт — число животных или птицы, голов; Сж — количество углекислого газа,
выделяемое одним животным, л/ч; М — масса одной птицы, кг; Спт — количество
углекислого газа, выделяемое птицей, л/ч на 1 кг массы; С1 — предельно допустимая
концентрация углекислого газа в помещении, л/м3; С2 — концентрация углекислого газа в
атмосферном воздухе, равная
0,3 л/м3.
Воздухообмен, м3/ч, обеспечивающий допустимое содержание в воздухе водяных
паров:
VW 
W
 (d в  d н )
где W - общее количество влаги, выделяемое в помещении (учитывается количество
влаги, выделяемое животными при дыхании, а также суммарное влаговыделение с
открытой и смоченной поверхностей в помещении), г/ч; ρ— плотность воздуха, равная 1,2
кг/м3; dв и dн — влагосодержание соответственно внутреннего и наружного воздуха,
определяемое по HD-диаграмме, г/кг сухого воздуха.
Влаговыделения в животноводческих помещениях:
W  Wж  Wисп
в птицеводческих помещениях:
W  Wпт  Wисп  Wпом
где Wж и Wпт,— количество водяных паров, выделяемых животными и птицей; Wисп количество испаряющейся с поверхности влаги, равный сумме расходов W сп (со
свободной поверхности) и Wмп (co смоченной (мокрой) поверхности); Wпом — количество
влаги, испаряющейся с поверхности помета.
Для
характеристики
воздухообмена
пользуются
понятием
кратности
воздухообмена, которая указывает на число смен воздуха в помещении в течение часа:
n
Vв
Vc
где Vв – расход вентиляционного воздуха, м3/ч;
Vc – строительный объем помещения, м3.
Для холодного периода года в животноводческих помещениях n = 3…5, в птичниках
n=10…15.
Расчет отопления. В зимнее время, когда количество теплоты, выделяемое
животными, недостаточно для поддержания температуры в помещениях, последние
следует оборудовать системами отопления. Для выбора оборудования систем отопления
необходимо учитывать количество теплоты, необходимое для отопления помещения,
которое определяют по формуле:
Qот  Qв  Qогр  Qсп  Qж ,
где Qв – количество теплоты, уносимое потоком воздуха при вентиляции, кДж/ч; Qогр количество теплоты, теряемое через ограждения, кДж/ч; Qсп - случайные потери теплоты
(10…15 %)
(Qв+ Qогр), уносимое через открываемые двери, щели и др., кДж/ч; Qж – количество
теплоты, выделяемое животными, кДж/ч.
Qв  V (t в  t н )С ,
где V – расчетный воздухообмен, м /ч; tв,tн – температура воздуха внутри и снаружи
помещения, оС; С – теплоемкость воздуха, кДж/кг оС (С=1).
3
Qогр   КF (tв  t н ),
где К – коэффициент теплопередачи, кДж/м2 оС; F – площадь поверхности ограждения, м2.
i к
Qж   qi nж ,
i 1
где qi – количество свободной теплоты, выделяемой одним животным, кДж/ч.
Расчет освещения. При проектировании и реконструкции помещений необходимо
производить расчет естественного и искусственного освещения. Расчет естественного
освещения сводится к определению площади световых проемов, а искусственного – к
определению количества ламп накаливания
n
S
л
,
где S – площадь освещаемого помещения, м2; ω – удельная мощность на освещение, Вт/м2
; ωл – мощность одной лампы, Вт.
3. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА И ПОМЕТА
Затраты на погрузочно-разгрузочные и транспортные работы составляют около 40
% всех затрат труда на фермах; из них примерно половина приходится на удаление
навоза. В животноводстве применяются две технологии сбора, удаления и обработки
навоза в зависимости от способа содержания животных (с применением подстилки или
без нее). Различие между ними легко проследить по представленной на рис. 1 схеме, на
которой отмечены все основные последовательно выполняемые операции. Применяют
такие технологические приемы удаления и переработки навоза, которые обеспечивают
получение органических удобрений с различными свойствами. Соответствующие
операции осуществляются на специальных сооружениях открытого или закрытого типа,
расположенных как на территории ферм, так и на полях.
В общем случае технологический процесс уборки навоза из животноводческих
помещений, перемещения его к местам переработки и хранения с последующим
внесением в почву в качестве органического удобрения можно разделить на следующие
операции: доставка и распределение подстилки; уборка помещений; транспортировка
к местам разгрузки и временного хранения; переработка навоза с целью
приготовления высокоэффективного органического удобрения; погрузка и транспортировка навоза в поле и внесение его в почву.
Рисунок 1 – Схема технологического процесса уборки, удаления, хранения и утилизации
навоза
Технология удаления и переработки навоза с учетом его влажности и консистенции
разрабатывается для следующих его разновидностей (рис. 2): 1) для подстилочного навоза
влажностью 75…90 % (а); 2) для бесподстилочного навоза влажностью 88…95 % (б); 3)
для жидкого навоза влажностью 93…98 % (в); 4) для животноводческих стоков
влажностью 97…99 % (г); 5) для подстилочного навоза и помета или смесей их, осадков
и ила с влагопоглотителями влажностью до 75 % (д).
Рисунок 2 - Основные схемы переработки навоза различной влажности:
а-75…90 %; б-88…95 %; в-93…98 %; г-97…99 %; д-93…99%; 1-животноводческое
помещение; 2-система удаления и транспортирования на воза; 3-отделитель механических
включений ОМВ-200; 4-приемный резервуар-усреднитель с насосной станцией; 5карантинные хранилища; 6-фильтрующая машина; 7-отстойник; 8-система биологической
очистки или стабилизации жидкой фракции; 9-установка для обезвоживания твердой
фракции; 10-илоуплотнитель;
11-установка для обезвоживания осадков и ила; 12установка для доочистки и обеззараживания воды; 13-полевое или прифермское
хранилище; 14-разбрасыватель жидкого навоза;
15-трубопроводный транспорт;
16-погрузчик твердого или жидкого навоза; 17-автосамосвал; 18-окараванивающая
машина
4. НАВОЗОУБОРОЧНЫЕ СРЕДСТВА
4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ НАВОЗОУБОРОЧНЫХ СРЕДСТВ
Разработанная классификация, которую иллюстрирует рис. 3, включает
механическую и гидравлическую системы средств механизации для сбора и удаления
навоза. В свою очередь механическая система содержит мобильные и стационарные средства, применяемые для сбора, удаления и обработки как твердого, так и жидкого навоза.
По назначению навозоуборочные средства делят на средства очистки помещений;
средства накопления и удаления навоза; средства транспортировки его и обработки с
целью последующей утилизации. Помимо тех, которые предназначены для выполнения
ежедневных операций по очистке и удалению навоза, имеются средства и для
периодического удаления слежавшегося навоза из коровников при содержании коров на
глубокой несменяемой подстилке, а также для очистки от навоза выгульных дворов,
удаления глубокой несменяемой подстилки и помета из птичников.
Рисунок 3 – Классификация навозоуборочных средств
Выбор способа и средств механизации уборки навоза из помещений для крупного
рогатого скота определяется технологией содержания животных, планировкой
помещений, объемно-планировочным решением фермы или комплекса и обеспеченностью подстилочными материалами. При наличии подстилки целесообразно применять
подстилочный метод содержания животных, так как он способствует созданию для
животных более благоприятных санитарно-гигиенических условий и способствует
получению высококачественных удобрений, а также облегчает их обработку и
рациональное использование. Для механизации внесения подстилки в стойла и боксы
используются мобильные кормораздатчики, а при содержании животных на глубокой
подстилке — тракторные навозоразбрасыватели. Применение для этих целей прицепных
тракторных машин требует достаточной ширины сквозных навозных проходов.
Разбрасывание подстилки кормораздатчиками с кормовых проходов приводит к
попаданию подстилочных материалов в кормушки и поилки.
Уборку навоза из помещений для беспривязного содержания скота на глубокой
подстилке производят бульдозером. Он также является эффективным средством уборки
навоза при ограниченном использовании подстилки, а в некоторых случаях — и при
бесподстилочном содержании животных. Бульдозерная лопата должна соответствовать
форме канала.
При подстилочном содержании животных навоз выталкивают бульдозером
непосредственно в навозохранилище или на примыкающие к животноводческим
помещениям компостоприготовительные площадки. При бесподстилочном содержании
навоз через люки в концах навозных проходов внутри помещения сбрасывается в
навозосборники или в поперечный коллектор.
При использовании бульдозера пол проходов должен быть монолитным из бетона
не ниже марки 200 и толщиной не менее 180 мм с уклоном 0,5 % в направлении
транспортирования навоза.
4.2. МОБИЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ УБОРКИ НАВОЗА
К мобильным средствам уборки навоза относятся скребок-бульдозер (бульдозерная
навеска) БН-1 и бульдозер-скребок навесной БСН-1,5.
Мобильные средства сбора подстилочного навоза применяются как при привязном,
так и беспривязном содержании. Навозные проезды должны иметь ширину 2,2…2,7 м.
Для того чтобы избежать охлаждения помещений, делают въездные ворота вагонного
типа и создают защитные воздушные завесы с забором воздуха из средней части
помещения.
4.3. СТАЦИОНАРНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ УБОРКИ И УДАЛЕНИЯ НАВОЗА
К стационарным навозоуборочным средствам относятся скребковые транспортеры
кругового движения ТСН-3,0Б, ТСН-160; скреперные установки возвратнопоступательного движения УС-15 и УС-Ф-170; скреперные тросо-штанговые установки
ТС-1. Стационарные навозоуборочные транспортеры типа ТСН и скреперные установки
УС-15 могут применяться при привязном или беспривязном способе содержания как при
подстилочном, так и при бесподстилочном содержании животных, Цепные
навозоуборочные транспортеры ТСН-160 и ТСН-3,0Б применяются только при привязном
содержании животных. При использовании скреперных установок в случае привязного
бесподстилочного содержания коров в целях сокращения затрат труда на очистку стойл и
проходов от навоза длина стойл должна быть сокращена.
Транспортировку навоза вдоль поперечных каналов осуществляют транспортерами
ТСН-2,0Б, а также установками УСН-8 и УС-10.
Цепочно-скребковые транспортеры кругового движения. Скребковые
навозоуборочные транспортеры типа ТСН предназначен для уборки навоза из
животноводческих помещений и погрузки его в транспортные средства. Он состоит из
горизонтального и наклонного транспортеров, каждый из которых имеет свой привод, и
шкафа управления. Горизонтальный транспортер, включающий цепь со скребками,
поворотные устройства и приводную станцию, размещается в открытом лотке.
Наклонный транспортер имеет такую же, как и у горизонтального, цепь со
скребками, металлический желоб с опорной стойкой, поворотное устройство и привод.
Транспортер устанавливается под углом к горизонту не более 30°, благодаря чему
обеспечивается подача навоза на высоту 2680 мм от нулевой отметки пола коровника.
Скорость движения цепи наклонного транспортера значительно выше,
горизонтального, что необходимо для обеспечения выгрузки жидкого навоза.
чем
Рисунок 4 - Конструктивно-технологические схемы навозоуборочных скребковых
транспортеров: а — ТСН-160 (кругового движения); б — УН-3 (возвратнопоступательного движения); в — установка УСН-8 поперечная с ковшовым скрепером
(возвратно-поступательного движения); 1— продольный транспортер; 2 — наклонный
транспортер; 3 — натяжное устройство;
4 — скрепер поперечного транспортера
УН-3
Скребковые транспортеры с возвратно-поступательным движением. Такие
транспортеры используются на фермах крупного рогатого скота при стойловом
содержании животных, а также на свинофермах. В зависимости от вида тягового органа
транспортеры с возвратно-поступательным движением делятся на два типа: штанговые и
тросовые; по расположению оси подвески скребков — на две группы:
1)
с
вертикально расположенной осью, когда скребки разворачиваются в горизонтальной
плоскости параллельно дну желоба; 2) с горизонтально расположенной осью, когда
скребки разворачиваются в продольно-вертикальной плоскости.
Скреперные навозоуборочные установки. На рис. 6 показан общий вид
скреперной установки УС-15, выпускаемой в трех исполнениях: для выгрузки навоза в
одном конце, в обоих концах или посередине животноводческого помещения. Разгрузка
производится в поперечный канал, оборудованный скреперной установкой УС-10 или
другими средствами.
Установка УС-15 предназначена для уборки навоза при беспривязно-боксовом
содержании животных и состоит из привода 1, поворотных устройств 2, цепи 4 и двух
рабочих органов, включающих ползуны 3 и скребки 5, 6.
Рисунок 5 - Транспортеры возвратно-поступательного движения:
а — штангово-скребковый УН-3; б — дельта-скрепер установки УС-15; 1 — ползун; 2 —
натяжной винт; 3, 5 — скребки; 4 — шарнирное устройство; в — ковш-скрепер типа
«короб» установки УСН-8 (или ТС-1)
Рисунок 6 - Скреперная установка УС-15:
1-привод; 2-поворотное устройство; 3-ползун; 4-цепь; 5,6-скребки
Удаление навоза от животноводческих помещений. Для работы
навозоуборочных средств внутри помещений необходимо наличие промежуточных
емкостей-накопителей различных конструкций и вместимости, которые обычно находятся
в торцовой части помещения и реже посередине его длинной стороны, в специальном
тамбуре-пристройке. Очистка помещений производится всегда в одно и то же время,
определенное распорядком дня фермы.
Различные варианты технологических схем удаления навоза от животноводческих
помещений представлены на рис. 7.
Рисунок 7 - Варианты технологических схем удаления навоза от животноводческих
помещений
В схемах, приведенных на рис. 7, а, б, в, навоз наклонным скребковым
транспортером грузится прямо в транспортное средство или сбрасывается на площадку
(рис. 7 б), с которой затем удаляется бульдозером. Как видно из этих схем, для них
характерно отсутствие промежуточных емкостей, что исключает возможность поточной
организации работ. На схеме, изображенной на рис. 7, г, имеется промежуточная емкость,
в качестве которой используется ковш скипового подъемника вместимостью 2,5 или 4 м 3.
Наличие скиповых подъемников ОН-2,5 или ОН-4 позволяет навозоуборочным
транспортерам работать в помещениях независимо от графика работы транспортных
средств. Из промежуточных утепленных емкостей-накопителей вместимостью до
суточного выхода
последний выгружается в транспортные средства планчатым
транспортером (рис. 7 д) или ковшовым навозопогрузчиком НПК-30 (рис. 7 е). Выемка
жидкого навоза производится с помощью вакуумированных цистерн (рис. 7 ж, з),
пневмотранспортной установки УПН-15 (рис. 7 и) или шнекового навесного насоса НШ50 (рис. 7 к).
5. СИСТЕМЫ МЕХАНИЗИРОВАННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ.
Системой водоснабжения называется совокупность объединенных в поточные
линии машин, оборудования и инженерных сооружений, предназначенных для
добывания, перекачки, улучшения качества, хранения и подачи воды от водоисточников к
местам ее потребления.
Различают групповые и локальные системы водоснабжения. Первые
предназначены для централизованного водоснабжения нескольких крупных объектов,
связанных общностью территории (город, район и т. п.), а вторые — для обслуживания
одного индивидуального объекта водоснабжения (хозяйство, животноводческий комплекс
и т. п.). Локальная система имеет свой автономный источник воды, насосную станцию и
водопроводную сеть.
Водоисточники. Водоисточники делятся на поверхностные и подземные. В свою
очередь поверхностные водоисточники могут быть естественными - реки, ручьи и озера и
искусственными - водохранилища, пруды и каналы. Подземные воды подразделяются на
грунтовые со свободной поверхностью (безнапорные) и межпластовые, залегающие
между двумя водонепроницаемыми слоями (напорные, артезианские).
Подземные воды более чистые, чем поверхностные, и имеют относительно
постоянную температуру. В сельском хозяйстве до 90 % используемой воды получают из
подземных источников. Выбор последних — важный вопрос при организации
водоснабжения рекомендуется придерживаться следующих положений:
1.
Источник должен иметь воду хорошего качества и в количестве,
достаточном для полного удовлетворения потребителей.
2. Источник должен быть расположен по возможности ближе к объекту
водоснабжения и в условиях, отвечающих санитарным требованиям (по заключению
Госсанинспекции).
3. При выборе источника водоснабжения в первую очередь следует
ориентироваться на использование межпластовых (напорных)
подземных
вод,
надежно защищенных от внешних загрязнений.
4.
При отсутствии или невозможности использовать подземные воды
(большая глубина залегания и т. п.) другие источники водоснабжения следует выбирать в
такой последовательности: родники, грунтовые воды, реки с незарегулированным
стоком, водохранилища, озера.
Водозаборные сооружения. Забор воды из поверхностных источников
осуществляется специальными водозаборными сооружениями — береговыми (рис. 1 а)
или русловыми
(рис. 1 б); их располагают по течению реки обязательно выше
населенных пунктов и производственных предприятий, сточные воды которых могут быть
причиной загрязнения.
Для забора воды из подземных источников используют шахтные или трубчатые колодцы (буровые скважины).
Шахтные колодцы (рис. 2 а) устраивают для забора грунтовых вод из водоносных
слоев, залегающих на глубине 30…40 м. Каждый из них состоит из водоприемной части 5
с донным фильтром 6 из гравия, шахты 4 и возвышающегося над поверхностью земли на
0,5…0,8 м оголовка 2. Последний плотно закрывается водонепроницаемой крышкой для
предохранения от попадания в колодец атмосферных осадков и посторонних предметов.
Вокруг оголовка устраивают глиняный замок 3 шириной и глубиной не менее 1 м для
защиты от загрязнений, вносимых с атмосферными осадками. Шахту делают квадратного
сечения (со стороной 1…3 м) или круглого (диаметром 1…3 м) из железобетонных колец,
кирпича или рубленой из дерева. На дне колодца устраивают песчано-гравийный фильтр,
состоящий из 2…3 слоев фильтрующего материала толщиной не менее 100 мм, а в
оголовке устанавливают вентиляционную трубу 1 сечением 0,8 х 0,8 м и высотой до 1 м.
Шахтный колодец работает следующим образом. Когда вода из него не отбирается,
ее уровень находится на той же глубине, что и уровень подземных (грунтовых) вод,
который называют статическим. При отборе воды уровень ее в колодце понижается и в
зависимости от расхода и поступления свежей воды из водоносного слоя устанавливается
на некоторой глубине. Такой уровень называется динамическим, а количество воды,
даваемое источником в единицу времени,— дебитом источника (л/с, м3/ч). В
производственных условиях дебит колодца определяют способом откачки.
Рисунок 1 – Водозаборные
сооружения:
а
—
водозаборное
сооружение берегового типа:
1-водоприемник;
2-самотечная
труба; 3-задвижка; 4-береговой
колодец;
б-русловый водозабор:
1 - водоприемник; 2-самотечная
труба; 3 - береговой колодец;
4-насосная станция
Трубчатые колодцы. Для забора воды из глубоко залегающих водоносных пластов
(до 150 м и более) устраивают трубчатый колодец, схема которого приведена на рис. 2 б.
Он представляет собой глубокую буровую скважину диаметром 350 мм и более. Стенки
закрепляют обсадными стальными трубами, предохраняющими ее от обвала и
проникновения воды из вышележащих пластов с непригодной для питья водой.
Рисунок 2 - Схемы колодцев:
а-шахтный: 1-вентиляционная труба; 2-оголовок; 3-глиняный замок; 4-шахта; 5водоприемная часть; 6-донный фильтр; б-трубчатый: 1-кондуктор; 2-обсадная труба; 3сальник; 4-над-фильтровая труба; 5-фильтрующая часть; 6-отстойник фильтра
Колодец этого типа состоит из водоприемной части, ствола и оголовка.
Заглубляемая в водоносный пласт водоприемная часть включает надфильтровую трубу 4,
фильтрующую часть 5 и отстойник 6. Труба 4 соединяет фильтр с нижней обсадной
трубой 2. Место соединения уплотняется сальником 3. В устойчивых каменных породах
фильтр в водоприемной части иногда не устраивают, и вода из водоносного слоя
поступает непосредственно в нижнюю обсадную трубу. В зависимости от местных
условий и типа применяемого оборудования устье скважины располагают в надземном
помещении или в заглубленной бетонированной камере. Верхняя часть обсадных труб
скважины должна выступать над полом помещения не менее чем на 0,5 м. Каждая скважина должна быть оборудована уровнемером для наблюдения за динамическим уровнем
воды, трубопроводом для отвода воды при прокачке, водомером для измерения дебита
скважины и краном отбора проб воды для анализа.
В зависимости от расположения водоисточника относительно потребителей воды
применяют напорные или самотечные системы водоснабжения. При напорной системе
уровень воды в источнике расположен ниже уровня объекта водоснабжения, и воду
приходится подавать к потребителям насосами, создавая некоторый напор. В самотечной
системе водоисточник расположен выше уровня потребителей, к которым она поступает
самотеком. В зависимости от типа водонапорного оборудования системы бывают
башенными — с водонапорной башней и безбашенными — с пневматической
водоподъемной (пневмогидравлической) установкой. В водоснабжении животноводческих ферм и комплексов получили распространение локальные и реже
централизованные (от одного водоприемника) системы водоснабжения с подземными
водоисточниками и резервными противопожарными резервуарами, оборудованными
мотопомпами или автонасосами.
Рисунок 3 - Схема водоснабжения из поверхностного источника: 1-источник; 2самотечная труба; 3-водозаборное сооружение; 4-насосная станция первого подъема; 5очистное сооружение; 6-резервуар чистой воды; 7-насосная станция второго подъема; 8водонапорная башня;
9-водопроводная сеть; 10-объект водоснабжения
В зависимости от конкретных условий (рельеф местности, мощность
водоисточника, надежность электроснабжения) применяемое оборудование системы
водоснабжения объединяется в различные поточные технологические линии.
В отличие от системы с забором воды из поверхностного источника в системе
водоснабжения из подземного источника при помощи буровых скважин не требует
очистки, вследствие чего схема не содержит очистных сооружений, резервуара чистой
воды и насосной станции второго подъема. В результате вся система оказывается более
простой и надежной.
Для подачи воды от водоисточника к потребителям служит водопровод. Он состоит
из двух частей: подводящего участка от водоисточника до водонапорной башни или
другого напорно-регулирующего сооружения и разводящей сети от водонапорной башни
до мест водоразбора. Различают внешнюю (наружную) сеть, прокладываемую вне зданий,
и внутреннюю (разводящую) сеть сооружений. Водопроводные сети могут быть тупиковыми или кольцевыми (рис. 4). Тупиковой называется такая сеть, в которой от
главной магистрали отходят в разные стороны не связанные между собой ветви. В них
вода движется только в одном направлении. Недостатком тупиковых сетей является то,
что в случае аварии или ремонта приходится отключать всех потребителей,
расположенных за местом повреждения по направлению движения воды.
В кольцевой сети вода к любому потребителю может поступать с двух сторон, так
как трубопровод в этом случае представляет собой замкнутый контур, что позволяет
отключать поврежденные участки сети, не прекращая подачу воды другим потребителям.
При сооружении водопровода отдают предпочтение кольцевым сетям, так как в них
создается более равномерный напор по всей длине, а также уменьшается опасность
гидравлических ударов и замерзания воды в трубах. На практике применяются и
комбинированные сети, в которых к основному замкнутому контуру присоединяются
отдельные тупиковые ветви.
Рисунок 4 – Схемы водопроводных сетей: а-тупиковая; б-кольцевая; вкомбинированная
6. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПТЛ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И АВТОПОЕНИЯ
При проектировании схемы водоснабжения следует руководствоваться
строительными нормами и правилами «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения»
(СНиП – 2.04.02-84).
Исходными данными для проектирования водонапорной сети служат: план
водоснабжения объекта с указанием высотных отметок поверхности земли у источника и
объектов водоснабжения; схема расположения водоисточника, его дебит, отметки
статического и дина-мического горизонтов; сведения о перспективном числе и составе
водопотребителей; нормы водопотребления; нормы свободных напоров.
Потребность в воде. При определении потребности в воде необходимо знать
среднесуточные расходы воды (м3) всеми водопотребителями, которые находят по
формуле:
i k
Qñóò .ñð.   qi ni ,
i 1
где i – количество групп потребителей; qi - суточная норма расхода воды одним
потребителем, м3; ni - число потребителей, имеющих одинаковую норму расхода.
Нормы расхода определяются по нормативным документам. В жарких и сухих
районах нормы допускается увеличивать на 25 %. В нормы потребления включены расходы на мойку помещения, клеток, молочной посуды, приготовление кормов, охлаждение
молока. На удаление навоза предусматривают дополнительный расход воды в размере от
4 до 10 дм3 на одно животное. Для животноводческих и птицеводческих ферм
специальный бытовой водопровод не проектируют. Па ферму подается питьевая вода из
общей водопроводной сети.
Qñóò . ìàêñ .  Qñóò .ñð. ñóò ,
где
 ñóò - коэффициент суточной неравномерности водопотребления (  ñóò =1,3).
Часовые колебания расхода воды учитываются коэффициентом часовой
неравномерности  ÷  2,5 . Максимальный часовой расход (м3/ч):
Q÷. ìàêñ . 
 ÷Qñóò . ìàêñ .
24
Максимальный секундный расход (м /с):
3
Qñ. ìàêñ . 
Q÷. ìàêñ .
3600
По максимальному секундному расходу воды определяется необходимая мощность
на привод насоса.
Большие колебания водопотребления в течение суток создают значительные
трудности при эксплуатации систем водоснабжения. Для снижения влияния расхода воды
на режим работы насосной установки необходимо предусматривать регулирующий объем
водопотребления. Для определения его объема строится интегральный график
водопотребления, на который накладывается линия работы насоса (рис.5). По графику
определяется такое положение линии работы насоса, при котором сумма Wп + Wo , будет
минимальной. Тогда регулирующий объем водопотребления (м3):
W ðåã 
Qñóò . ìàêñ . (Wï  Wo )
100
часы суток
Рисунок 5 – Определение регулирующего объема бака:
1-интегральная кривая водопотребления; 2-линия работы насоса
Объем водонапорной башни (м3):
Wá  Wðåã  0,06tQïîæ ,
Wá  Wðåã  3,6TQïîæ ,
(а)
(б)
где t-время включения в работу пожарного насоса, мин (при ручном включении t = 10
мин, при автоматическом t = 5 мин); Т – расчетное время тушения пожара, ч (Т = 3 ч);
Qпож – расход воды на тушение пожара, дм3/с (Qпож = 10 дм3/с).
По формуле (а) ведется расчет, если вода на тушение пожара берется не из бака
башни, по формуле (б) если из бака. В случае если вода на тушение пожара берется из
бака башни, необходим ее большой объем, что приводит к большим капитальным
вложениям. Поэтому необходимый напор в сети во время пожара создавать специальным
пожарным насосом, а башню во время тушения пожара следует отключать, при этом
подача пожарных насосов должна соответствовать пожарному плюс 50 % максимального
хозяйственного расходов.