Проектирование и расчет систем противопожарного водоснабжения: Актуальные нормативы, гидравлические методики и инновационные решения (Курсовая работа)

В современной урбанизированной среде, где плотность застройки растет, а промышленные объекты становятся все более сложными, обеспечение пожарной безопасности выступает одним из ключевых приоритетов. Сердцем любой эффективной системы защиты от огня является надежное и бесперебойное противопожарное водоснабжение. Однако его проектирование — это не просто прокладка труб; это сложнейший инженерный процесс, требующий глубоких знаний гидравлики, строгого соблюдения множества нормативных требований и умения интегрировать современные технологические решения. Ошибка на любом этапе может обернуться катастрофическими последствиями, превратив небольшой инцидент в масштабное бедствие, поэтому детальная проработка всех аспектов критически важна.

Цель данной курсовой работы — не только освоить теоретические основы, но и приобрести практические навыки в проектировании и расчете систем противопожарного водоснабжения для различных типов объектов: от населенного пункта до зданий общественного назначения и промышленных предприятий. Мы рассмотрим актуальную нормативно-правовую базу, детально изучим методики гидравлических расчетов, определим принципы подбора насосного оборудования и водонапорных башен, а также заглянем в будущее, анализируя инновационные решения, способные повысить надежность и эффективность этих жизненно важных систем. Структура работы последовательно проведет нас от нормативных основ к конкретным расчетам и передовым технологиям, формируя комплексное понимание предмета.

Нормативно-правовая база проектирования систем противопожарного водоснабжения

Мир противопожарной безопасности строится на строгих правилах и предписаниях, ибо любая неопределенность здесь чревата фатальными ошибками. Проектирование систем противопожарного водоснабжения — это область, где каждое решение должно быть подкреплено актуальной нормативной документацией. На текущую дату, 22 октября 2025 года, существует ряд ключевых документов, которые формируют основу для разработки подобных инженерных систем в Российской Федерации.

Федеральное законодательство и основные понятия

Центральное место в системе нормативно-правового регулирования занимает Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Этот закон является краеугольным камнем, определяющим общие требования к пожарной безопасности, включая вопросы водоснабжения. В частности, Статья 62 этого регламента четко определяет возможные источники противопожарного водоснабжения, среди которых централизованные и нецентрализованные системы, природные водные объекты (реки, озера) и искусственные пожарные резервуары. Важной особенностью, закрепленной в Статье 68, является возможность объединения противопожарного водопровода с хозяйственно-питьевым или производственным водопроводом в поселениях и городских округах. Это позволяет оптимизировать затраты и повысить эффективность использования водных ресурсов, но при этом требует тщательного учета максимальных расчетных расходов и обеспечения непрерывности подачи воды, что исключает любые компромиссы в вопросах безопасности.

Наружное противопожарное водоснабжение

Требования к наружному противопожарному водоснабжению наиболее полно изложены в СП 8.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Наружное противопожарное водоснабжение. Требования пожарной безопасности», действующем с 1 марта 2024 года с учетом Изменения № 1. Этот свод правил охватывает широкий спектр объектов: здания, сооружения, территории организаций, производственные объекты и целые населенные пункты. Он устанавливает ключевые параметры, такие как требуемый расход воды, минимальный свободный напор, количество и расположение пожарных гидрантов, а также нормативы по запасу воды.

Важно отметить, что данный СП имеет свои границы применимости. Он не распространяется на предприятия, работающие со взрывчатыми веществами, а также на автоматические установки пожаротушения и внутренние противопожарные водопроводы, которые регулируются другими сводами правил (СП 10.13130, СП 485.1311500 и СП 486.1311500).

Особое внимание в нормативной базе уделено случаям, когда устройство наружного противопожарного водоснабжения может не предусматриваться. Эти исключения, закрепленные как в Федеральном законе № 123-ФЗ, так и в СП 8.13130.2020, призваны оптимизировать затраты на строительство при сохранении адекватного уровня безопасности. Так, наружное противопожарное водоснабжение не требуется для:

• Населенных пунктов с числом жителей до 50 человек.
• Отдельно стоящих зданий и сооружений классов функциональной пожарной опасности Ф1.2 (гостиницы, общежития), Ф1.3 (многоквартирные жилые дома), Ф1.4 (одноквартирные жилые дома), Ф2.3 (театры, клубы), Ф2.4 (музеи, библиотеки), Ф3 (предприятия торговли, общественного питания, бытового обслуживания, кроме Ф3.4 – поликлиники), расположенных вне населенных пунктов, при условии, что в них одновременно могут находиться до 50 человек и их объем не превышает 1000 м³.
• Отдельно стоящих зданий классов функциональной пожарной опасности Ф5 (производственные и складские здания) по взрывопожарной и пожарной опасности I и II степеней огнестойкости категории Д объемом не более 1000 м³.
• Сезонных универсальных приёмно-заготовительных пунктов сельскохозяйственных продуктов при объеме зданий не более 1000 м³.
• Зданий класса Ф5.2 по функциональной пожарной опасности (склады без стеллажей) площадью не более 50 м².

Таблица 1: Случаи, когда наружное противопожарное водоснабжение не требуется

Критерий	Объект/Ситуация	Нормативный документ
Количество жителей	Населенные пункты до 50 человек	ФЗ №123, СП 8.13130
Тип и объем здания (вне населенных пунктов)	Отдельно стоящие здания классов Ф1.2, Ф1.3, Ф1.4, Ф2.3, Ф2.4, Ф3 (кроме Ф3.4) с одновременным пребыванием до 50 человек и объемом до 1000 м3	ФЗ №123, СП 8.13130
Тип, степень огнестойкости, категория, объем	Отдельно стоящие здания класса Ф5 (производственные) I и II степеней огнестойкости категории Д объемом до 1000 м3	ФЗ №123, СП 8.13130
Назначение и объем здания	Сезонные универсальные приёмно-заготовительные пункты сельхозпродуктов объемом до 1000 м3	СП 8.13130
Тип и площадь здания	Здания класса Ф5.2 (складские без стеллажей) площадью не более 50 м2	СП 8.13130

Внутренний противопожарный водопровод

Внутренние системы противопожарного водоснабжения, призванные обеспечивать тушение пожара в начальной стадии изнутри здания, регулируются СП 10.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Внутренний противопожарный водопровод. Нормы и правила проектирования». Этот свод правил, вступивший в силу 27 января 2021 года, является основным руководством для проектирования как вновь создаваемых, так и реконструируемых систем внутреннего противопожарного водопровода (ВПВ). Он регламентирует количество пожарных кранов, их расположение, требуемый напор и расход воды, а также условия автоматизации и совмещения с другими инженерными системами.

Наружные сети водоснабжения и стандарты

Общие требования к наружным сетям водоснабжения, которые являются фундаментом для противопожарных систем, изложены в СП 31.13330.2021 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». Это актуализированная редакция, действующая на 2025 год, заменившая версию 2012 года и включающая Изменение № 1, внесенное Приказом Минстроя России от 26.12.2024 N 926/пр. Данный СП содержит общие положения по проектированию водопроводных сетей, выбору материалов труб, глубине заложения, расстояниям до других коммуникаций и прочим аспектам, которые косвенно, но существенно влияют на эффективность противопожарного водоснабжения.

Наконец, для конкретного оборудования, такого как пожарные гидранты, применяется ГОСТ Р 53961-2010 «Техника пожарная. Гидранты пожарные подземные. Общие технические требования. Методы испытаний». Этот ГОСТ определяет стандарты для подземных пожарных гидрантов, устанавливаемых на водопроводной сети, регламентируя их конструкцию, материалы, размеры, прочность и методы испытаний, что критически важно для обеспечения их надежной работы в чрезвычайных ситуациях.

Соблюдение всей этой сложной, но логически выстроенной нормативно-правовой базы является обязательным условием для создания безопасных и эффективных систем противопожарного водоснабжения.

Расчетные расходы воды и методика их суммирования для различных объектов

Каждая система водоснабжения, тем более противопожарного, начинается с определения её «аппетита» — требуемых расходов воды. Это ключевой этап, поскольку именно от него зависят диаметры труб, мощность насосов, объемы резервуаров и, в конечном итоге, способность системы эффективно бороться с огнём. Методология определения и суммирования этих расходов строго регламентирована и требует внимательного подхода.

Определение расходов воды на пожаротушение

Расходы воды на пожаротушение складываются из нескольких компонентов, каждый из которых рассчитывается по своей логике и нормативным документам.

Для наружного пожаротушения в поселениях расчетные расходы воды определяются на основании таблиц 7 и 8 приложения к Федеральному закону от 22.07.2008 N 123-ФЗ. Эти таблицы учитывают количество жителей в населенном пункте, а также категорию и степень огнестойкости зданий, что позволяет адекватно оценить потенциальный масштаб пожара и необходимый объем водных ресурсов.

Однако существуют особые условия, требующие корректировки этих базовых значений. Например, для зданий с большой высотой, объемом или массовым пребыванием людей, расход воды на наружное пожаротушение должен быть увеличен не менее чем на 25 процентов. Это логично, поскольку такие объекты представляют повышенную пожарную опасность и требуют более интенсивного тушения.

Особый нюанс содержится в СП 8.13130.2020: если подача воды на наружное пожаротушение предусматривается стационарными установками пожаротушения (например, лафетными стволами), то дополнительно к расходу воды на эти установки следует предусматривать расход воды из пожарных гидрантов в размере 25% от принятого в соответствии с пунктом 5.3 данного свода правил. При этом суммарный расход воды должен быть не менее расхода для здания или сооружения, определенного по таблице 3 или 4 СП 8.13130.2020. Это требование обеспечивает гибкость и возможность оперативного реагирования, даже если основные стационарные системы временно недоступны или их мощности недостаточно.

Ранее существовало требование об увеличении расхода воды на 10 л/с для одно- и двухэтажных производственных объектов, а также одноэтажных складских зданий с несущими металлическими конструкциями и ограждающими конструкциями из металлических профилированных или асбестоцементных листов с утеплителями групп горючести Г2, Г3, Г4. Однако, согласно редакции 2023 года, этот пункт был исключен из СП 8.13130.2020, что важно учитывать при проектировании, так как актуальные нормативы постоянно развиваются.

Для внутреннего пожаротушения (из пожарных кранов) минимальные расходы воды и число струй определяются по таблицам СП 10.13130.2020. Например, Таблица 7.2 СП 10.13130.2020 устанавливает количество одновременно используемых пожарных кранов и минимальный расход для «диктующего» (наиболее удаленного и/или высоко расположенного) пожарного крана в зависимости от назначения, площади или объема пристроенных, встроенных или встроенно-пристроенных частей зданий. Таблица 7.3 СП 10.13130.2020 детализирует расход воды для диктующего пожарного крана в зависимости от требуемой высоты компактной части струи (высоты помещения), диаметра клапана пожарного крана и диаметра выходного отверстия пожарного ствола. Например, для жилых зданий высотой 12-16 этажей требуется 1 струя с расходом 2,5 л/с; для 17-25 этажей – 2 струи по 2,5 л/с. Эти значения обеспечивают необходимую интенсивность подачи воды для эффективного тушения внутри помещений.

Определение хозяйственно-питьевых и производственных расходов

Помимо пожарных нужд, водопроводные системы обслуживают и повседневные потребности. Хозяйственно-питьевые расходы рассчитываются исходя из численности населения или персонала объекта, норм водопотребления на одного человека (устанавливаемых в литрах в сутки или час для различных категорий потребителей – жильцы, работники, посетители) и учитывают коэффициенты неравномерности водопотребления (часовая, суточная, недельная). Эти коэффициенты отражают пиковые нагрузки и позволяют обеспечить достаточный объем воды в периоды максимального потребления.

Производственные расходы определяются технологическим регламентом конкретного предприятия. Они зависят от вида производства, используемого оборудования, объема выпускаемой продукции и удельных норм водопотребления на единицу продукции или технологический процесс. Как и в случае с хозяйственно-питьевыми нуждами, здесь также применяются коэффициенты неравномерности, отражающие специфику производственных циклов.

Суммирование расходов для объединенных систем

При проектировании объединенного хозяйственно-производственно-противопожарного водопровода крайне важно правильно суммировать различные виды расходов, чтобы обеспечить достаточный объем воды для всех нужд, особенно в критические моменты. Общий расчетный расход воды на пожаротушение (Qпож) определяется как сумма:

Qпож = Qн + Qвн + Qуст,

где:

• Qн — расход на наружное пожаротушение;
• Qвн — расход на внутреннее пожаротушение;
• Qуст — расход на установки пожаротушения (например, спринклерные или дренчерные системы).

Принцип суммирования заключается в том, что при возникновении пожара, система должна одновременно обеспечивать подачу воды на пожарные нужды (наружные и внутренние) и, как правило, на максимальные хозяйственно-питьевые и производственные нужды, которые могут возникнуть в этот же момент. Однако, в зависимости от категории водопровода, допускаются определенные исключения и послабления, например, снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые и производственные нужды на период тушения пожара. Это позволяет оптимизировать диаметры труб и мощность насосов, не допуская излишнего завышения параметров.

Расчет объемов воды для резервуаров

Резервуары и водонапорные башни играют ключевую роль в обеспечении стабильного водоснабжения, особенно в пожарных целях, создавая неприкосновенный запас.

Пожарный объем воды в баках водонапорных башен должен быть рассчитан на тушение одного пожара (как снаружи, так и внутри здания) в течение десяти минут при одновременном наибольшем расходе воды на другие нужды. Это позволяет быстро развернуть силы пожаротушения в первые, самые критические минуты развития пожара.

Неприкосновенный запас воды в резервуарах чистой воды определяется как сумма пожарного, хозяйственно-питьевого и производственного расхода, исходя из 3-часовой продолжительности тушения пожара. Этот объем гарантирует, что даже при длительном пожаре и возможных перебоях в основном водоснабжении, воды будет достаточно для эффективной работы пожарных подразделений. При этом, при определении пожарного объема воды в резервуарах, допускается учитывать его пополнение во время тушения пожара, если подача воды в них осуществляется системами водоснабжения I и II категорий надежности, что обеспечивает дополнительную гибкость в проектировании.

Таким образом, тщательный расчет и корректное суммирование всех видов расходов являются фундаментальной основой для разработки по-настоящему надежной и эффективной системы противопожарного водоснабжения.

Гидравлические расчеты наружных и внутренних водопроводных сетей

После того как определены требуемые расходы воды, наступает время для «кровеносной системы» — гидравлического расчета водопроводных сетей. Это этап, на котором теоретические литры в секунду превращаются в конкретные диаметры труб, скорости потока и величины напора, обеспечивающие бесперебойную подачу воды к каждой точке пожаротушения. Методология здесь точна и базируется на законах гидравлики, а ее цель — гарантировать необходимый напор и расход воды даже в самой неблагоприятной («диктующей») точке системы.

Расчетные схемы и исходные данные

Любой гидравлический расчет начинается с построения четкой и детализированной расчетной схемы. Для внутренних водопроводов это включает:

• Планы здания с размещением пожарных кранов: На них указываются места установки пожарных кранов, их нумерация, расстояния между ними и до защищаемых помещений.
• Аксонометрические схемы внутреннего водопровода: Трехмерное изображение трубопроводов, показывающее их располо��ение в пространстве, высоту прокладки, последовательность и диаметры участков, а также точки установки арматуры (клапанов, задвижек) и пожарных кранов.
• Схемы определения радиуса действия пожарного крана: Эти схемы визуализируют зону, которую может охватить пожарная струя от каждого крана, подтверждая полное покрытие защищаемой площади.

Для наружных сетей расчетная схема представляет собой план населенного пункта или промышленной площадки с отображением всей водопроводной сети, точек водозабора (гидрантов), водоисточников (насосных станций, резервуаров), а также указанием диаметров и длин каждого участка.

Исходные данные для расчета включают:

• Расчетные расходы воды на пожаротушение (наружное и внутреннее), хозяйственно-питьевые и производственные нужды.
• Геодезические отметки точек подключения, насосных станций, резервуаров и диктующих точек.
• Характеристики строительных конструкций и планировки зданий.
• Тип и материал трубопроводов (сталь, чугун, полимеры), влияющие на шероховатость.
• Количество и типы фасонных частей и запорной арматуры.

Определение потерь напора

Вода, движущаяся по трубам, преодолевает сопротивление, что приводит к потере энергии — падению напора. Эти потери делятся на два основных типа:

1. Потери напора по длине (линейные потери): Возникают из-за трения воды о стенки трубопровода. Они зависят от длины и диаметра трубы, скорости движения воды, шероховатости материала стенок и вязкости воды. Для их расчета часто используются формулы, такие как формула Шези-Маннинга или Дарси-Вейсбаха.

   Например, для турбулентного режима движения воды (что характерно для противопожарных систем) потери напора по длине (hл) могут быть рассчитаны по формуле Дарси-Вейсбаха:

   hл = λ ⋅ (L / D) ⋅ (v2 / (2 ⋅ g)),

   где:

   • λ — коэффициент гидравлического трения (безразмерный, зависит от режима течения и шероховатости трубы);
   • L — длина участка трубопровода, м;
   • D — внутренний диаметр трубопровода, м;
   • v — средняя скорость движения воды, м/с;
   • g — ускорение свободного падения (9,81 м/с²).

2. Местные потери напора: Возникают в местах изменения направления потока, его скорости или формы сечения (отводы, тройники, клапаны, задвижки, сужения, расширения). Они рассчитываются с помощью коэффициентов местного сопротивления (ζ), которые берутся из справочников для каждого типа арматуры.

   hм = ζ ⋅ (v2 / (2 ⋅ g))

   Суммарные потери напора на участке (ΔH) составят: ΔH = hл + hм.

   При подборе диаметров труб для противопожарного водоснабжения, учитывая значительный расход воды, следует использовать нижние границы экономических скоростей движения воды, что позволяет минимизировать потери напора и избежать излишних затрат на энергопотребление насосов. Общие потери давления в системе обычно составляют от 10% до 20% от общего напора, что является важным ориентиром при проектировании.

Выбор диаметров трубопроводов

Выбор оптимального диаметра труб — это компромисс между гидравлической эффективностью (меньшие потери напора при больших диаметрах) и экономической целесообразностью (меньшие затраты на материалы и монтаж при меньших диаметрах). Ключевым параметром здесь является скорость движения воды.

Согласно нормативным требованиям, скорость движения воды в трубопроводах наружного и внутреннего противопожарных водопроводов допускается принимать от 1,5 до 5 м/с. Для объединенных хозяйственно-противопожарных водопроводов скорость движения воды при пожаротушении не должна превышать 3 м/с. В спринклерных и дренчерных системах, где требуется быстрое и мощное орошение, скорость может достигать 10 м/с. Для малых диаметров труб, используемых, например, для хозяйственно-питьевых нужд, экономически выгодная скорость движения воды составляет 0,7-1 м/с, что значительно ниже пожарных режимов.

Диаметр трубопровода (D) может быть определен из уравнения неразрывности потока:

Q = (π ⋅ D2 / 4) ⋅ v

Отсюда: D = √ (4 ⋅ Q / (π ⋅ v)),

где:

• Q — расход воды, м³/с;
• v — выбранная скорость движения воды, м/с.

После предварительного расчета диаметра, выбирается ближайший стандартный диаметр трубы, и производится проверочный расчет фактической скорости и потерь напора.

Расчет напоров у пожарных кранов и гидрантов

Конечная цель гидравлического расчета — обеспечение требуемого напора в диктующих точках.

Для внутренних систем это означает, что напор у каждого пожарного крана должен быть достаточным для формирования компактной пожарной струи необходимой высоты, которая сможет достичь самой высокой и удаленной точки защищаемого помещения. Требуемая высота компактной струи определяется в соответствии с СП 10.13130.2020 и зависит от высоты помещения и его функционального назначения.

Напор у пожарного крана (HПК) рассчитывается как:

HПК = Hсв + hcтв + hг,

где:

• Hсв — свободный напор у клапана ПК (необходим для формирования струи);
• hcтв — потери напора в пожарном рукаве и стволе;
• hг — геодезическая высота точки расположения ПК относительно уровня земли.

Для наружных гидрантов требуется обеспечение свободного напора, достаточного для работы пожарных автомобилей. Согласно СП 8.13130.2020, свободный напор в сети наружного водопровода (на уровне земли у гидранта) при пожаротушении должен быть не менее 10 м водяного столба при расходе воды до 15 л/с и не менее 20 м водяного столба при расходе воды более 15 л/с.

Пример гидравлического расчета

Рассмотрим упрощенный пошаговый пример гидравлического расчета участка водопроводной сети.

Исходные данные:

• Расход воды на участке (Q): 10 л/с = 0,01 м³/с
• Длина участка (L): 100 м
• Материал трубы: сталь (коэффициент шероховатости для расчета λ принимаем 0,025)
• Местные сопротивления: один отвод 90° (ζ = 0,5), одна задвижка (ζ = 0,2)
• Ускорение свободного падения (g): 9,81 м/с²

Шаг 1: Выбор предварительной скорости движения воды.
Для противопожарного водопровода выберем среднюю скорость v = 2,5 м/с.

Шаг 2: Определение предварительного диаметра трубопровода.
D = √ (4 ⋅ Q / (π ⋅ v)) = √ (4 ⋅ 0,01 / (3,14 ⋅ 2,5)) ≈ √ (0,0127) ≈ 0,113 м = 113 мм.
Принимаем ближайший стандартный внутренний диаметр трубы, например, D = 110 мм (0,11 м).

Шаг 3: Проверочный расчет фактической скорости.
vфакт = 4 ⋅ Q / (π ⋅ D2) = 4 ⋅ 0,01 / (3,14 ⋅ 0,112) ≈ 0,04 / (3,14 ⋅ 0,0121) ≈ 0,04 / 0,0379 ≈ 1,05 м/с.
Эта скорость (1,05 м/с) ниже выбранной, что хорошо с точки зрения потерь, но может быть неоптимально с экономической. Необходимо пересчитать с меньшим диаметром или учитывать, что это объединенный водопровод. Если бы vфакт > 5 м/с, требовалось бы увеличить диаметр. Для данного примера примем vфакт = 1,05 м/с.

Шаг 4: Расчет потерь напора по длине.
hл = λ ⋅ (L / D) ⋅ (vфакт2 / (2 ⋅ g)) = 0,025 ⋅ (100 / 0,11) ⋅ (1,052 / (2 ⋅ 9,81))
hл = 0,025 ⋅ 909,09 ⋅ (1,1025 / 19,62) ≈ 22,727 ⋅ 0,056 ≈ 1,27 м.

Шаг 5: Расчет местных потерь напора.
Суммарный коэффициент местных сопротивлений: ∑ζ = ζотвод + ζзадвижка = 0,5 + 0,2 = 0,7.
hм = ∑ζ ⋅ (vфакт2 / (2 ⋅ g)) = 0,7 ⋅ (1,052 / (2 ⋅ 9,81)) = 0,7 ⋅ 0,056 ≈ 0,039 м.

Шаг 6: Расчет общих потерь напора на участке.
ΔH = hл + hм = 1,27 + 0,039 = 1,309 м.

Такой пошаговый подход позволяет точно оценить гидравлические характеристики каждого участка сети и принять обоснованные решения по выбору оборудования и конфигурации системы.

Расчет и подбор насосного оборудования, проектирование водонапорных башен и резервуаров

Сердцем любой системы водоснабжения, обеспечивающей необходимое давление и непрерывность подачи воды, является насосное оборудование, а ее «легкими» — водонапорные башни и резервуары. Их правильный расчет и подбор критически важны для обеспечения надежности противопожарного водоснабжения.

Принципы работы и классификация насосного оборудования

Насосы — это механические устройства, предназначенные для создания потока жидкости и повышения её давления. В системах противопожарного водоснабжения применяются, как правило, центробежные насосы, отличающиеся надежностью и способностью обеспечивать стабильные параметры потока.

Пожарные насосы классифицируются по создаваемому давлению на:

• Насосы нормального давления: показатели на выходе не более 2 МПа (200 м водяного столба). Это наиболее распространенный тип для подачи воды из гидрантов или внутреннего противопожарного водопровода.
• Насосы высокого давления: обеспечивают давление в диапазоне 2-5 МПа (200-500 м водяного столба). Используются для подачи воды на большие высоты или для специальных систем пожаротушения, требующих более высоких напоров.
• Комбинированные насосы: способны работать как в режиме нормального, так и высокого давления. Предоставляют гибкость в применении, но более сложны в конструкции и эксплуатации.

При подборе насоса важно учитывать его характеристики (подача Q, напор H, КПД), которые должны соответствовать расчетным потребностям системы.

Расчет мощности насосной станции

Расчет мощности насосной станции пожаротушения — это многофакторный процесс, включающий определение требуемого расхода воды и напора.

1. Определение требуемого расхода воды: Зависит от:

   • Площади объекта и его категории пожарной опасности (А, Б, В, Г, Д): Категории определяют интенсивность потенциального пожара и, следовательно, необходимый объем огнетушащих средств. Например, согласно СП 8.13130.2020, для производственных зданий класса Ф5 категории А, Б (I, II степени огнестойкости, объем до 50 тыс. м³) расход воды для наружного пожаротушения составляет 40 л/с, тогда как для категории Г, Д (I, II степени огнестойкости, объем до 100 тыс. м³) — 15 л/с.
   • Типа системы пожаротушения: Разные системы (внутренний противопожарный водопровод, наружные гидранты, спринклерные/дренчерные установки) имеют свои нормативные расходы.

2. Определение требуемого напора: Зависит от:

   • Высоты здания: Чем выше здание, тем больший напор требуется для подачи воды на верхние этажи.
   • Длины трубопроводов: Длинные трубы увеличивают потери напора на трение.
   • Сопротивления в системе: Местные сопротивления (отводы, клапаны, арматура) также уменьшают доступный напор.
   • Требуемого свободного напора в диктующей точке: Минимальное давление, которое должно быть обеспечено у пожарного крана или гидранта.

   Общий требуемый напор насоса (Hнас) можно рассчитать по формуле:

   Hнас = Hсв + ΔHсистемы + Hгеод,

   где:

   • Hсв — требуемый свободный напор в диктующей точке, м;
   • ΔHсистемы — суммарные потери напора в трубопроводах и арматуре от насоса до диктующей точки, м;
   • Hгеод — геодезическая разница отметок между уровнем оси насоса и диктующей точкой, м.

Нормативная продолжительность работы насосных станций также имеет важное значение для расчета объема резервуаров и надежности оборудования:

• Для наружного пожаротушения принимается 3 часа.
• Для зданий I и II степеней огнестойкости с негорючими несущими конструкциями и утеплителем, а также с помещениями категорий Г и Д по пожарной и взрывопожарной опасности, продолжительность тушения составляет 2 часа.
• Для самостоятельного внутреннего противопожарного водопровода продолжительность подачи воды из пожарных кранов должна быть не менее 1 часа.
• Если внутренний противопожарный водопровод совмещен с автоматической установкой пожаротушения (АУП), продолжительность его работы принимается равной продолжительности работы АУП.

Требования к насосным станциям I категории надежности, подающим воду непосредственно в сеть противопожарного и объединенного водопровода:

• Максимально возможное снижение в подаче воды — 30% от расчетного расхода.
• Максимальная длительность снижения — 3 суток.
• Максимальный перерыв в подаче воды (или снижение напора более чем на 30%) — 10 минут.

Для важных объектов (склады с ценными товарами, промышленные предприятия) необходимо предусматривать резервные насосы (обычно один рабочий, один резервный), а также автоматический ввод резерва (АВР). АВР обеспечивает автоматическое включение резервного насоса при выходе из строя основного или падении давления в системе, значительно повышая надежность всей системы.

Проектирование помещений насосных установок

Помещения для насосных установок должны соответствовать строгим требованиям для обеспечения их долговечности и надежной работы:

• Отопление: Температура окружающей среды должна поддерживаться в диапазоне от 5 до 35 °С. Это предотвращает замерзание воды и обеспечивает оптимальные условия работы оборудования.
• Влажность: Относительная влажность не должна превышать 80% при 25 °С, чтобы избежать коррозии и выхода из строя электрооборудования.
• Расположение электрооборудования: Электродвигатели должны располагаться на расстоянии не менее 50 см от пола для защиты от возможного подтопления или скопления влаги.
• Вентиляция, освещение, шумоизоляция: Также должны быть предусмотрены согласно СНиП и СП.

При проектировании насосных установок для внутреннего пожарного водопровода следует руководствоваться СП 10.13130.2020 и СП 485.1311500.2020 (ранее СП 5.13130.2009).

Расчет и проектирование водонапорных башен

Водонапорные башни играют тройную роль в системе водоснабжения:

• Регулирование неравномерности водопотребления: Сглаживают пиковые и минимальные расходы, обеспечивая стабильное давление.
• Хранение неприкосновенного запаса воды: Обеспечивают пожарный объем и запас на другие нужды.
• Создание требуемого напора: За счет гравитации поддерживают давление в сети.

Пожарный объем воды в баках водонапорных башен должен быть рассчитан на 10-минутную продолжительность тушения одного пожара (как внутреннего, так и наружного) при одновременном наибольшем расходе на другие нужды. Это позволяет быстро развернуть пожарные силы.

Высота водонапорной башни (H) определяется исходя из гидравлических требований к диктующей точке сети. Формула для определения высоты башни:

H = ΔH + Hсв + (Hотм.дик - Hотм.баш) ⋅ Kместн.сопр,

где:

• ΔH — потери напора в водопроводной сети при работе в обычном режиме, м;
• Hсв — свободный напор в диктующей точке, м;
• Hотм.дик — отметка земли в диктующей точке, м;
• Hотм.баш — отметка земли в месте установки башни, м;
• Kместн.сопр — коэффициент, учитывающий потери напора на местные сопротивления (например, 1,05).

Эта формула позволяет определить необходимую высоту башни для обеспечения требуемого напора в самых неблагоприятных условиях.

Расчет резервуаров чистой воды

Резервуары чистой воды являются стратегическим элементом системы, особенно для противопожарных нужд.

Неприкосновенный запас воды в резервуарах чистой воды определяется как сумма пожарного, хозяйственно-питьевого и производственного расхода из расчета 3-часовой продолжительности тушения пожара. Этот объем должен быть всегда доступен для пожаротушения, независимо от текущих потребностей в хозяйственно-питьевой или производственной воде. При расчете учитывается возможность пополнения резервуаров во время пожара, если система водоснабжения относится к I или II категории надежности.

Таким образом, комплексный подход к расчету и подбору насосного оборудования, а также проектированию водонапорных башен и резервуаров, является основой для создания устойчивой и эффективной системы противопожарного водоснабжения.

Эффективные схемы противопожарного водоснабжения и инновационные решения

Проектирование систем противопожарного водоснабжения — это не только следование нормативам и проведение расчетов, но и поиск оптимальных схем, а также внедрение инновационных решений, которые повышают надежность, эффективность и экономичность системы. Различные условия застройки и особенности объектов требуют индивидуального подхода к выбору схемы водоснабжения.

Схемы организации противопожарного водоснабжения

Выбор схемы противопожарного водоснабжения зависит от многих факторов, включая численность населения, тип застройки, наличие существующих коммуникаций и категорию объекта по пожарной опасности.

1. Объединенные хозяйственно-питьевые, производственно-противопожарные водопроводы: Это наиболее распространенная и экономически целесообразная схема, особенно для поселений и городских округов, где допускается объединение различных нужд в одной сети. Такой подход позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты, но требует тщательного гидравлического расчета для обеспечения всех потребностей, особенно при пиковых нагрузках, включая пожарные.

2. Использование природных или искусственных водоемов как источников: Для определенных категорий населенных пунктов и зданий допускается использование открытых водоемов или специально созданных пожарных резервуаров. Это актуально для:

   • Населенных пунктов с числом жителей до 5000 человек.
   • Отдельно стоящих общественных зданий объемом до 1000 м³, расположенных в населенных пунктах, не имеющих кольцевого противопожарного водопровода.
   • Зданий и сооружений класса функциональной пожарной опасности Ф5 с производствами категорий В, Г и Д по пожаровзрывоопасности и пожарной опасности при расходе воды на наружное пожаротушение 10 л/с.
   • Отдельно стоящих зданий классов функциональной пожарной опасности Ф1.1 (детские сады), Ф1.2 (гостиницы), Ф2 (зрелищные), Ф3 (предприятия торговли), Ф4 (научные учреждения) объемом до 1000 м³ (либо нескольких зданий того же суммарного объема), расположенных в населенных пунктах, не имеющих кольцевого наружного противопожарного водопровода.
   • Зданий и сооружений класса Ф5 с производствами категорий В, Г и Д при расходе воды на наружное пожаротушение 15 л/с.

   Это требование позволяет не строить дорогостоящие водопроводные сети там, где это нецелесообразно, обеспечивая при этом достаточный объем воды для пожаротушения.

3. Основные варианты устройства противопожарного водопровода:

   • От городских кольцевых сетей: Наиболее простой вариант, когда объект подключается к существующей городской сети, способной обеспечить требуемые расходы и напор.
   • С местными повысительными установками для нужд внутреннего пожаротушения: Используется, когда напор в городской сети недостаточен для внутреннего пожаротушения, и требуется локальное повышение давления.
   • С комплексом водопроводных сооружений (насосная станция и резервуары): Автономная система, применяемая для крупных промышленных предприятий, удаленных объектов или населенных пунктов, где централизованное водоснабжение отсутствует или недостаточно.

   Важно помнить, что в некоторых случаях наружное противопожарное водоснабжение может не предусматриваться вовсе, например, для населенных пунктов с числом жителей до 50 человек или для небольших отдельно стоящих зданий определенного класса функциональной пожарной опасности и объема (до 1000 м³), расположенных вне населенных пунктов. Эти исключения, закрепленные в законодательстве, снижают необоснованные затраты на инфраструктуру при минимальных рисках.

Инновационные технологии в проектировании и эксплуатации

Современные технологии предлагают множество решений для повышения надежности, эффективности и управляемости систем противопожарного водоснабжения.

1. Автоматизированные системы управления и мониторинга: Это краеугольный камень современного противопожарного водоснабжения.

   • Датчики уровня/давления (например, электроконтактные манометры) позволяют в режиме реального времени отслеживать состояние водопровода. При падении давления (например, при открытии пожарного крана) система автоматически инициирует пуск пожарных насосов.
   • Автоматический ввод резерва (АВР): В случае неисправности основного пожарного насоса, АВР мгновенно переключает систему на резервный, обеспечивая непрерывность подачи воды.
   • Интеграция с АУП и диспетчеризацией: Шкафы управления насосными станциями передают сигналы о состоянии системы (включение/отключение насосов, неисправности, сигнал «Пожар») в общую систему пожарной автоматики здания и далее в систему диспетчеризации. Это позволяет оперативно получать информацию и координировать действия.
   • Датчики положения пожарного запорного клапана: Позволяют отслеживать, когда пожарный кран открыт, и инициировать пуск насоса, если он не был запущен автоматически по давлению.

2. ГИС-технологии и BIM-моделирование:

   • Геоинформационные системы (ГИС): Позволяют планировать и оптимизировать расположение источников водоснабжения, пожарных гидрантов и маршрутов подъезда к ним, учитывать рельеф местности и существующую инфраструктуру.
   • BIM-технологии (Building Information Modeling): Программное обеспечение для 3D-моделирования позволяет создавать комплексные цифровые модели зданий и инженерных систем. Это дает возможность визуализировать проект, выявлять коллизии на ранних стадиях, оптимизировать систему (например, минимизировать длину трубопроводов), точно рассчитывать объемы материалов и интегрировать все данные о проекте в единую информационную модель, что значительно упрощает дальнейшую эксплуатацию и обслуживание.

3. Роботизированные установки пожаротушения модульного типа: Эти установки повторно-кратковременного действия обеспечивают точную подачу воды или другого огнетушащего вещества в очаг пожара с заданными параметрами расхода и давления. Они повышают эффективность тушения, уменьшают расход огнетушащего средства и минимизируют риски для человека.

4. Новые материалы трубопроводов: В производстве систем пожаротушения активно используются современные полимерные трубы и фитинги, например, полипропиленовые трубы SLT BLOCKFIRE. Эти материалы разрабатываются на основании методики испытаний неметаллических трубопроводов (ГОСТ Р 58832-2020), максимально приближенной к условиям реального пожара, что подтверждает их надежность и долговечность. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными металлическими, такими как устойчивость к коррозии, меньший вес, простота монтажа и лучшая гидравлика за счет гладкости внутренних стенок.

5. Умные пожарные извещатели с голосовым оповещением: Эти устройства не просто подают звуковой сигнал при обнаружении пожара, но и предоставляют четкие голосовые инструкции по эвакуации, что особенно важно в условиях паники и плохой видимости. Они могут быть интегрированы с системами «умного дома», автоматически отключая электроприборы, открывая двери и уведомляя экстренные службы.

Экологические аспекты и «зеленые» решения

Современные тенденции в проектировании систем пожарной безопасности все больше склоняются к «зеленым» решениям, направленным на минимизацию воздействия на окружающую среду.

• Использование безвредных огнетушащих агентов: Разработка и применение систем, использующих огнетушащие агенты на основе природного газа (например, инертные газы) или переработанной воды, снижает загрязнение окружающей среды химическими веществами, которые могут быть токсичными или способствовать образованию парниковых газов.
• Минимизация отходов воды: Оптимизация систем пожаротушения для максимально эффективного использования воды, например, за счет точечной подачи или использования высокодисперсных струй, позволяет снизить объем воды, необходимой для тушения, и, как следствие, минимизировать стоки и потенциальное загрязнение почвы и водных ресурсов токсичными веществами, образующимися при тушении.
• Интеграция с экологическими стратегиями: Внедрение систем пожароуправления вместо полного подавления всех пожаров (особенно в природных экосистемах), где огонь играет естественную экологическую роль, способствует сохранению биоразнообразия и снижению общего ущерба.

Эти инновационные подходы не только повышают эффективность и надежность систем противопожарного водоснабжения, но и делают их более устойчивыми и отвечающими вызовам современного мира, включая экологическую ответственность.

Заключение

Проектирование и расчет систем противопожарного водоснабжения — это комплексная инженерная задача, требующая глубоких знаний, тщательного анализа и строгого следования актуальным нормативным требованиям. В ходе данной курсовой работы мы убедились, что надежное противопожарное водоснабжение является фундаментом пожарной безопасности любого объекта, будь то населенный пункт, общественное здание или промышленное предприятие.

Мы детально рассмотрели современную нормативно-правовую базу, включающую ключевые федеральные законы и своды правил (СП 8.13130.2020, СП 10.13130.2020, СП 31.13330.2021), а также стандарты (ГОСТ Р 53961-2010), определив их актуальные редакции и области применения. Были изучены методики определения расчетных расходов воды на пожаротушение, хозяйственно-питьевые и производственные нужды, а также принципы их суммирования для объединенных систем. Особое внимание уделено гидравлическим расчетам, включающим построение расчетных схем, определение потерь напора, выбор диаметров трубопроводов и обеспечение требуемого давления в диктующих точках.

Критически важным блоком стал расчет и подбор насосного оборудования, а также проектирование водонапорных башен и резервуаров, где были рассмотрены вопросы определения необходимой мощности, запаса воды и требований к эксплуатационным условиям. Наконец, мы проанализировали эффективные схемы противопожарного водоснабжения и затронули инновационные решения, такие как автоматизированные системы управления, ГИС-технологии, BIM-моделирование, новые материалы и экологичные подходы, которые открывают новые горизонты для повышения надежности и эффективности систем.

Практическая значимость проделанной работы заключается в формировании комплексного понимания всех этапов проектирования, способности применять актуальные нормативы и выполнять необходимые инженерные расчеты. Это позволит будущим специалистам создавать проекты высочайшего инженерно-технического уровня, обеспечивая максимально возможную защиту от огня и минимизируя потенциальный ущерб. Комплексный подход, сочетающий академические знания с передовыми технологиями, является залогом успешной реализации проектов в области пожарной безопасности.

Список использованной литературы

1. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (с изменениями и дополнениями).
2. СП 8.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Наружное противопожарное водоснабжение. Требования пожарной безопасности» (с Изменением № 1 от 01.03.2024).
3. СП 10.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Внутренний противопожарный водопровод. Нормы и правила проектирования» (вступил в силу 27.01.2021).
4. СП 31.13330.2021 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» (с Изменением № 1 от 26.12.2024).
5. СП 485.1311500.2020 «Системы противопожарной защиты. Установки пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования».
6. ГОСТ Р 53961-2010 «Техника пожарная. Гидранты пожарные подземные. Общие технические требования. Методы испытаний».
7. ГОСТ Р 58832-2020 «Трубопроводы неметаллические для систем пожаротушения. Общие технические требования и методы испытаний».
8. Шепелев И.И., Свиридов Е.Г. Водоснабжение и водоотведение. Учебник для вузов. — М.: АСВ, 2018.
9. Орлов Е.М., Губин Р.Ю., Мешман Л.М. Проектирование систем противопожарного водоснабжения: учебное пособие. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2022.
10. СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий.
11. СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения (актуализированная редакция СП 31.13330.2021).
12. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Водоснабжение с основами водоотведения». — М.: МГСУ, 2023.

Приложения (рекомендуемые)

1. Приложение А. Расчетная схема наружного противопожарного водопровода населенного пункта (М 1:5000).
2. Приложение Б. Аксонометрическая схема внутреннего противопожарного водопровода общественного здания.
3. Приложение В. План этажа с размещением пожарных кранов и определением радиуса их действия.
4. Приложение Г. Пьезометрический график для объединенного хозяйственно-противопожарного водопровода.
5. Приложение Д. Таблица исходных данных для гидравлического расчета.
6. Приложение Е. Таблица результатов гидравлического расчета участков сети.
7. Приложение Ж. Спецификация основного и вспомогательного оборудования насосной станции.
8. Приложение З. Чертежи насосной станции и водонапорной башни (схематические).
9. Приложение И. Расчетный баланс водопотребления объекта.

Список использованной литературы

1. Качалов А.А., Воротынцев Ю.П., Власов А.П. Противопожарное водоснабжение. М.: Стройиздат, 1985.
2. Гидравлика и противопожарное водоснабжение / Под ред. Ю.А. Кошмарова. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1985.
3. Баскин Ю.Г., Белявцев А.И. Сборник задач по курсу «Противопожарное водоснабжение».
4. ГОСТ 539-50. Трубы и муфты асбестоцементные напорные. М.: Изд-во стандартов, 1982.
5. Лобачев П.В. Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат, 1990.
6. ГОСТ Р 53961-2010 Техника пожарная. Гидранты пожарные подземные. Общие технические требования. Методы испытаний.
7. СП 10.13130.2020 Системы противопожарной защиты. Внутренний противопожарный водопровод.
8. СП 8.13130.2020 Системы противопожарной защиты. Наружное противопожарное водоснабжение. Требования пожарной безопасности. Редакция от 25.12.2023.
9. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Статья 68. Противопожарное водоснабжение поселений и городских округов.
10. Расчет водонапорной башни. Расчет системы противопожарного водоснабжения объекта. Studbooks.net.
11. Мешман Л.М., Былинкин В.А., Губин Р.Ю., Романова Е.Ю. Внутренний противопожарный водопровод. 2025.
12. «Изменение N 1 к СП 31.13330.2021 «СНиП 2.04.02-84* Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» (утв. и введено в действие Приказом Минстроя России от 26.12.2024 N 926/пр).
13. СП 31.13330.2021 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения СНиП 2.04.02-84* (с Изменением № 1).