Важко уявити собі цивілізоване життя без наявності систем опалення та водопостачання. Це можуть бути як центральні, так і автономні системи, призначені для забезпечення конкретного споруди або комплексу. І в першому і в другому випадку принципи їх влаштування практично нічим не відрізняються, оскільки підпорядковані одним і тим же законам фізики. Для повноцінного уявлення характеру функціонування конкретної системи, необхідного для усунення можливих проблем або визначення ключових параметрів при проектуванні слід розрізняти поняття напору і тиску.
поняття тиску
З точки зору фізики під тиском розуміється величина, яка характеризує вплив сили, прикладеної перпендикулярно поверхні, на одиницю площі даної поверхні. У міжнародній системі одиниць дана величина вимірюється в паскалях, але на практиці для її характеристики частіше використовують таку величину як атмосфера. Дана одиниця характеризує вплив 1 кілограма на 1 квадратний сантиметр поверхні, що дорівнює 101325 паскалів.
Застосовується до водопостачання тиск є ключовим параметром, що характеризує ефективність водопроводу. Практично всі пристрої, підключені до системи, що не будуть нормально працювати без забезпечення стабільності зазначеного показника. При цьому, негативно на пристроях відбивається як недостатнє, так і надмірне його значення.
Нормальним і достатнім вважається тиск в трубопроводі в діапазоні від 2,5 до 3,5 атмосфери, але ідеальне значення має становити 4 атмосфери. Більш того, це значення є мінімальним необхідним для деяких пристроїв, наприклад, джакузі.
поняття напору
Крім тиску в області гідравліки і гідродинаміки використовується поняття натиск, яке також визначається як тиск рідини, але виражається лінійним значенням висоти стовпа рідини над певним розрахунковим рівнем. Одиницею вимірювання зазначеної величини в міжнародній системі одиниць є метр. У фізиці розрізняють 4 види напору: статичний (вільне володіння), геометричний, динамічний (швидкісний) і втрачений.
При виконанні розрахунків, необхідних при проектуванні водопроводу, враховується саме вільний напір, який показує найменшу висоту точки забору води над рівнем землі. На цю висоту необхідно забезпечити підйом води, долаючи опір самого трубопроводу. У будівництві норматив вільного напору є 10 метрів для першого поверху будівлі. У разі багатоповерхових конструкцій для кожного поверху, починаючи з другого, до показника 1 поверху додається 4 метри.
При цьому проект водопроводу обов'язково повинен враховувати необхідність забезпечення 2 крайніх режимів функціонування:
- Забезпечення необхідного значення в умовах максимального споживання води.
- Забезпечення обмеженого напору в умовах цілковитої відсутності споживання.
Досягнення зазначених умов безпосередньо впливає на вибір насосного обладнання, матеріалу і діаметра трубопроводу.
Подібність понять напору і тиску
Виходячи з визначень напору і тиску, дані величини є взаємопов'язаними. Зокрема, останнє є результатом твори напору (висоти стовпа рідини), щільності конкретної рідини і величини прискорення вільного падіння.
Наочно схожість зазначених параметрів демонструє застаріла на сьогоднішній день система водопостачання, при якій тиск в трубопроводах досягалося шляхом установки водонапірних веж. У верхній частині веж розміщувалися ємності, які наповнювалися водою в період низького споживання і допомагали насосу забезпечити необхідні параметри в періоди пікового витрати.
Принципово аналогічним чином автономні системи функціонують і в даний час. Головне зробити правильний розрахунок продуктивності насоса, щоб з одного боку не переплачувати зайві гроші за надмірну потужність, а з іншого - забезпечити нормативні параметри розглянутих показників в трубопроводі.Відмінності між напором і тиском
На побутовому рівні розглядаються показники часто ототожнюють, розуміючи під напором наочне уявлення про тиск у вигляді лінійного значення висоти. І це не позбавлено логіки, оскільки навіть в самому визначенні напору міститься фраза "... натиск - це тиск рідини ...". Разом з тим, вузькі фахівці, зокрема виробники насосного обладнання, розрізняють зазначені поняття.
Так, тиск - це показник, який повинен бути забезпечений в трубопроводі для нормального функціонування системи водопостачання. Але в розрахунках необхідних параметрів насосного обладнання оперувати смисловим значенням зазначеного параметра досить проблематично. Тому, використовується параметр напору.
При підборі параметрів насоса враховується статичний напір, його падіння на трубопроводі, а також кількість споживачів води з системи.
Статичний напір в даному випадку розраховується як висота, на яку необхідно підняти воду зі свердловини у вертикальному напрямку і, при необхідності, проштовхнути в горизонтальній площині до споживачів. 1 метр вертикального підйому прирівнюється до 10 метрам горизонтального переміщення. Отриману величину необхідно відкоригувати на величину втрат через тертя об внутрішню поверхню труб і вигинів труб. Ці показники визначаються за спеціальними таблицями залежно від матеріалу і діаметра труби.
За отриманими в результаті розрахунків даними підбираються параметри насоса з урахуванням запасу продуктивності в розмірі 20-30%. Виконати такий розрахунок, грунтуючись виключно на показнику тиску, практично неможливо. А після того, як проведені обчислення напору насоса, який буде здатний створити необхідний тиск на виході, здійснюється вибір матеріалу і діаметра труб, призначених для монтажу всієї системи водопостачання.
