Способы устройства круглогодичного водоснабжения загородного дома

Зимний водопровод и канализация для дачного дома

Очень многие дачники и владельцы деревенских домов в России в холодное время года лишены элементарных и самых главных удобств в доме: возможности пользования водопроводом и канализацией. Причина для этого очень простая – когда температура воздуха опускается ниже 0°C — вода замерзает.[1] Вот и приходится по старинке черпать воду ведром из колодца, набирать на общественной колонке, а для раздумий о бренности бытия бегать в отдельный домик  на участке с экологически опасной выгребной ямой или, в лучшем случае, использовать торфяной компостирующий туалет или мобильный  биотуалет.

Между тем, сделать локальный водопровод и канализацию пригодными для круглогодичного использования в холодном климате вполне реально. В этой статье мы рассмотрим основные аспекты создания системы круглогодичного водоснабжения и профилактики замерзания воды в трубах уже существующего водопровода и канализации.

Источник водоснабжения и водозабор для эксплуатации в холодном климате.

Вода может подаваться в дом из различных источников: накопительного бака для привозной воды, водоема, колодца, скважины или водопроводной сети.  Основная задача устройства водозабора состоит в предупреждении замерзания воды, как в самом источнике, так и в наружном водопроводе для подачи воды в дом.

Защита наружного водопровода от замерзания

Способы защиты от замерзания воды в подводящем трубопроводе универсальны для любых источников водоснабжения. Трубопровод может защищаться  от замерзания воды с помощью различных комбинаций применения теплоизоляции, защиты слоем грунта  и геотеплом, использованием греющих элементов (электрические греющие кабели и ленты), внутрипросветных компенсаторов расширения, с помощью постоянного тока воды по петле, либо с изливом, дренированием трубопровода (только при периодическом использовании).  

На практике чаще всего используют следующие способы прокладки трубопроводов от источника водоснабжения к дому:

1. Утепленные слоем теплоизоляционного материала и снабженные кабельным подогревом трубы прокладываются по поверхности. Это способ используется на каменистых грунтах и на вечной мерзлоте.
2. Утепленные слоем теплоизоляционного материала и снабженные кабельным подогревом трубы прокладываются в грунте выше глубины промерзания. Такой вариант применяется на тяжелых грунтах и при высоком уровне грунтовых вод.
3. Неутепленные трубы прокладываются в грунте ниже глубины промерзания. Этот способ применим при возможности выкопать глубокие траншеи при отсутствии высокостоящих грунтовых вод.
4. Утепленные или неутепленные трубы прокладываются в утепленном или неутепленном подземном канале.
5. Утепленные или неутепленные трубы прокладываются в утепленном поверхностном коробе.
6. Утепленные или неутепленные трубы с постоянным изливом воды в канализацию или дренаж. Способ часто применяется для общественных водоразборных колонок.
7. Утепленные или неутепленные трубы с постоянным движением воды по петле с помощью трубок Пито или циркуляционного насоса. Способ применяется для  дополнительной защиты трубопроводов от замерзания, когда невозможно заглубление водопровода в грунт, например на скальном грунте или в условиях вечной мерзлоты.

Иллюстрация №1 Способы прокладки наружных трубопроводов в холодных климатических условиях.

Традиционным способом защиты трубопроводов от замерзания является заглубление труб в грунт ниже глубины сезонного промерзания грунтов. Глубина зимнего промерзания грунтов зависит от географического региона и зимних температур воздуха, теплоизоляционных свойств грунта (его плотности, теплопроводности), наличия грунтовых вод на глубинах прокладки  трубопровода, характера растительного покрова и рыхлости почвенного слоя, наличия на поверхности грунта опавших листьев, толщины снежного покрова.

Таблица №1  Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов (м)

Заглубление труб ниже глубин промерзания является надежным способом защиты трубопроводов от замерзания. Однако заглубление трубопровода может быть невозможно или экономически нецелесообразно на каменистых и тяжелых грунтах, в условиях вечной мерзлоты.  В этих случаях трубы приходится прокладывать либо в неглубоких траншеях, либо по поверхности, а защищать от замерзания с помощью теплоизоляции, обогрева  и постоянного движения воды, так как в зоне промерзания грунтов температура опускается обычно до – 20 °C, однако в тяжелых климатических условиях может достигать и – 40 °C.

Современная промышленность выпускает специальные трубы, предназначенные для прокладки в условиях холодного климата. Водопроводная труба изготавливается из полиэтилена низкого давления либо из сшитого полиэтилена. Такие трубы обладают эластичностью и лучше противостоят повреждениям при расширении воды при замерзании. По водопроводным трубам прокладывается саморегулирующийся греющий электрический кабель и термосенсор и труба заключается в слой теплоизоляции из пенополиуретана. Снаружи труба защищается полимерной или металлической гофротрубой.

При небольшой глубине заложения наружного водопровода его можно дополнительно защитить подземным утепление грунта поверх пролегания трассы. Для того чтобы утепление было действительно эффективным, толщина утеплителя (рекомендуется ЭППС) должна быть не менее 10-15 см, а листы утеплителя должны простираться минимум на 1,2 м в каждую строну от пролегающего трубопровода.

Для дополнительной защиты от промерзания водопроводные трубы могут помещаться в бетонные, металлические, полимерные или деревянные утепленные короба с наполнением теплоизолирующим материалом (опилками, пенопластовой крошкой) или без него.

Для подогрева трубопроводов используют саморегулирующиеся греющие кабели, которые могут располагаться как снаружи трубы под слоем теплоизоляции, так и внутри просвета трубы. Такие кабели можно использовать для подогрева и канализационных труб при их неглубоком заложении и, даже, для подогрева септика. Нагревательные ленты располагаются на поверхности  труб под слоем теплоизоляции. Особенностью использования греющих элементов является то, что они должны работать постоянно с момента похолодания – как средство профилактики замерзания. Разморозить замерзшие трубы с помощью систем электрического подогрева невозможно. 

Дополнительным средством профилактики замерзания труб является использование труб бОльшего диаметра, чем требуется, так как при охлаждении вязкость воды увеличивается и растет сопротивление движению воды.  

Новым современным дополнительным средством защиты трубопроводов от повреждения при замерзании служит эластичный сжимаемый силиконовый шнур типа Ice-Loc, помещаемый внутрь просвета трубы. При аварийном замерзании воды сжатие шнура компенсирует расширение среды и предупреждает разрыв стенок труб.

Иллюстрация №2 Профилактика повреждения труб при замерзании с помощью сжимаемого силиконового шнура в просвете трубы

В условиях сурового арктического климата, при поверхностной прокладке утепленных и подогреваемых водопроводов в качестве дополнительной меры профилактики замерзания воды применяется пассивное или активируемое движение воды в подводящей части водопровода. При подключении системы водоснабжения к магистральному водопроводу с постоянным движением воды активация движения воды в подводящем водопроводе осуществляется с помощью замкнутой петли из водопроводных труб. Движение воды в петле активируется  за счет разницы гидростатического давления воды, возникающего в Г-образных трубках Пито, установленных по и против движения воды в водопроводе, как показано на схеме ниже:

Иллюстрация №3 Система подключения водоснабжения дома к магистральному водопроводу с помощью трубок Пито для создания петли пассивной циркуляции воды

Петля пассивного потока воды замыкается байпасом (шунтом), до отсекающего клапана и счетчика расхода воды. При создании петли циркуляции воды в условиях водоснабжения из источника с неподвижной водой (колодец, скважина, водоем) вместо трубок Пито используется циркуляционный насос.

Особенности конструкции водозаборов из различных источников в холодных климатических условиях.

Иллюстрация №4 Варианты источников зимнего водоснабжения загородного дома  

Скважины и колодцы являются наиболее распространенными источниками водоснабжения в сельской местности России. Для эксплуатации в холодных климатических условиях оголовок скважины помещается в заглубленный гидроизолированный и утепленный железобетонный, стальной или пластиковый кессон, как показано на иллюстрации ниже.

Иллюстрация №5 Зимний водопровод из колодца и скважины  

В кессоне может при необходимости располагаться нагревательный элемент, особенно если в кессоне установлен гидроаккумулятор. Крышка кессона должна быть хорошо утеплена. Дополнительное горизонтальное утепление грунта вокруг кессона не только предохранит кессон от промерзания, но и снизит силы пучения, воздействующие на кессон, что послужит для профилактики его смещения или выдавливания. Водопровод в дом прокладывается с обратным уклоном, чтобы обеспечить его хорошее дренирование при сливе воды. 

Утепление колодца производится по тем же принципам. Утепляется надстройка над колодцем, стенки надземного и первого подземного кольца и грунт вокруг колодца. Кроме снижения возможности промерзания колодца, снижение сил морозного пучения предохранит колодезные кольца от смещения и от подтеканий верховодки. Эффективным способом профилактики замерзания воды в колодце при высоком уровне ее стояния является использование аэрации. В колодец устанавливается компрессор для аэрации прудов, предназначенный для постоянной работы или включаемый по таймеру. Постоянный поток воздушных пузырьков значительно снижает возможность замерзания воды. Также аэрация воды является одним из эффективных способов улучшения качества воды, за счет окисления органических примесей, недоокисленных соединений металлов и угнетения активности анаэробных серобактерий, продукты жизнедеятельности которых придают воде характерный затхлый запах.

Водоснабжение на привозной воде предусматривает установку накопительного бака для воды. Для эксплуатации в зимних условиях бак для воды может быть установлен в доме, либо заглублен в грунт и дополнительно утеплен по периметру и по поверхности. Дополнительное горизонтальное утепление грунта сделает теплоизоляцию бака наиболее эффективной. Накопительный бак для воды может быть использован и как промежуточная емкость, для сбора воды из источника с небольшим дебетом (например, колодца).

Наиболее сложным является устройство зимнего водоснабжения из открытых водоемов. При водоснабжении из рек, особенно из мелких, с сезонными перепадами уровня воды, со стремительным течением, пожалуй, единственно эффективным является устройство водозабора через инфильтрационную галерею, которая устраивается на заглублении вдоль или поперек русла реки перфорированных бетонных или пластиковых труб, либо, в примитивном варианте - из гранулированного минерального наполнителя в геотекстиле. Вода фильтруется из русла реки в инфильтрационную галерею и собирается в приемный колодец (коллектор) откуда подается в дом как из обычного колодца.  

Для подачи воды из стоячих водоемов, либо из подпруженных рек с постоянным уровнем воды и несильным течением может использоваться забор воды насосной станцией на берегу, находящейся в отапливаемой постройке. При периодическом или временном  использовании водозабора (например, при наполнении накопительного бака в доме) вода может поступать через наружный трубопровод, проложенный на опорах по льду с уклоном к водозабору для дренирования после каждого использования. Для предупреждения замерзания воды в зоне забора воды и погруженной части трубы используется компрессор с аэратором.

Иллюстрация №6 Зимние варианты водозабора на открытых водоемах

Для организации постоянного водозабора в непроточных водоемах предпочтительнее использовать подводный забор воды в виде притопленного с помощью якорей и поплавков ниже уровня образования льда погружного насоса, либо водозаборника береговой насосной станции. При возможности водозаборник может быть установлен на постоянном основании на дне водоема.  Береговая часть водопровода должна быть проложена с помощью утепленной и подогреваемой трубы.

Особенности внутридомового водопровода для эксплуатации в холодном климате.

Схема и конструктивные особенности внутридомового водопровода в первую очередь определяется режимом эксплуатации дома. Если в дом будет круглогодично использоваться для проживания, а температура в нем  будет опускаться ниже +17°C, то потребуется минимальные коррективы стандартных схем водоснабжения, таких как используются в городских условиях.  Если же дом будет эксплуатироваться периодически, а отопление будет иметь переменный режим с падениями температур до +3 +5°C, то внутридомовой водопровод будет необходимо дополнительно защитить от возможного промерзания в случае климатических экстремумов или аварийного отключения энергоснабжения во время отсутствия людей. Водопровод в домах, которые будут постоянно или периодически будут оставаться в холодное время года  без отопления необходимо спроектировать так, чтобы обеспечить быстрый и удобный слив воды из всех трубопроводов и систем дома, защитить санитарно-техническое оборудование.

Ввод воды в дом. Во всех случаях рекомендуется подачу воды в дом осуществлять через хорошо утепленный одним из перечисленных выше методов трубопроводом из полимерных эластичных труб большого диаметра (1 дюйм), имеющим резервный подогрев с помощью электрического кабеля. Рекомендуется прокладывать сразу две трубы, чтобы при любой нештатной ситуации можно было использовать вторую трубу, а не прокладывать заново новую. Двойная труба понадобится и для организации петли постоянного движения воды.  Лучше всего использовать для ввода воды в дом утепленные ПНД трубы в пенополиуретановой теплоизоляции и защите гофрированной трубой со штатным греющим кабелем. При прохождении трубы ввода через неутепленные участки подполья (если таковые имеются) лучше дополнительно защищать трубу утепленным коробом.

Выбор труб для прокладки внутридомового водопровода. В домах для постоянного проживания со стабильным круглогодичным отоплением практически нет ограничений на материал для водопровода, так как вероятность замораживания труб очень низкая. Однако если принимать во внимание возможные аварии и нешатные ситуации, лучше использовать полипропиленовые трубы оригинального западного производства. Такие трубы, в отличие от труб российского, китайского, турецкого и восточноевропейского производства, производятся из более качественного  полимера, обладающего большей эластичностью и прочностью. При кратковременном замораживании воды в таких трубах их разрушения может и не произойти, в отличие от труб из более жесткого и дешевого полимера, которые разрушаются в большинстве случаев замерзания в них воды.

Эластичные высококачественные трубы – безусловный выбор для домов с переменным режимом отопления и периодическим проживанием, где вероятность аварий на водопроводе гораздо выше.

А вот для домов, которые длительное время остаются без отопления можно использовать недорогие полипропиленовые трубы, так как в любом случае при выезде из дома придется сливать воду из всей системы.

В домах с риском замерзания воды в трубах можно использовать силиконовый шнур Ice-Loc для компенсации расширения воды при замерзании.

Принимая во внимание возможность аварий и промерзания трубопровода и запорной арматуры в домах, периодически остающихся в холодное время года без присутствия людей, потребуется доработать запорные шаровые клапаны, широко используемые в настоящее время. Скрытая опасность замерзания шаровых клапанов состоит в том, что в закрытом положении шар захватывает часть воды, которая при замерзании легко разрывает клапан. Чтобы избежать этого неприятного момента можно в одной из стенок шара клапана просверлить отверстие для дренажа остаточной порции воды, как показано на схеме ниже. Клапан будет выполнять свои запорные функции за счет второй стенки шара.

Иллюстрация №7 Доработка шарового крана для эксплуатации в холодном климате

Схема прокладки внутридомового водопровода также зависит от режима эксплуатации дома. Принципиальное отличие схем для домов с постоянной, переменной или периодической эксплуатацией состоит в обеспечении удобства и быстроты дренирования водопроводной системы дома. Для дома с постоянным режимом отопления, когда вероятность слива воды из всей системы минимальна, можно рассмотреть традиционную  схема прокладки водопровода в доме с нижними петлями, прокладкой труб у пола или в подполье. При редкой необходимости слить всю систему достаточно будет предусмотреть  возможность слива воды через подводящую трубу (при водоснабжении не из магистрального водопровода) и возможность подключения компрессора для продувки отдельных веток с нижними петлями трубопроводов для слива воды. При отсутствии специальных клапанов для подключения компрессора, продувку водопровода можно осуществлять через открытые краны в умывальниках и раковинах.

 В домах, где предусматривается частый слив воды из системы при отъезде, схема водопровода должна быть оптимизирована для быстрого и удобного дренирования.   В частности разводку водопровода можно выполнить верхними петлями, облегчающими слив воды. Верхняя схема разводки воды также позволяет быстрее прогреть трубы при протапливании дома. В неизбежных нижних петлях в нижних точках устанавливается клапаны для слива воды.

Для удобного слива воды из накопительного водонагревателя на отводящей трубе горячей воды устанавливается клапан для подсоса воздуха. Слив воды можно производить через подводящую линию холодной воды и открытые краны в смесителях, либо через установленный перед предохранительным клапаном штуцер с клапаном для подсоединения шланга и слива воды. 

Профилактика замораживания воды во внутридомовом водопроводе.  

Основная профилактика замораживания состоит в поддержании положительной температуры в доме и в местах прохождения трубопроводов. Все трубопроводы при прохождении через неотапливаемые участки должны быть утеплены и снабжены подогреваемыми кабелями.

Одним из способов предупреждения замерзания воды в очень холодную погоду или при наличии участков водопровода, которые невозможно обогреть другими способами, можно применить систему замкнутой циркуляции  теплой воды. Такая система может быть гравитационной, использующая горячую воду из накопительного водонагревателя или теплоаккумулятора, или принудительной, использующей циркуляционный насос или специальную циркуляционно-нагревательную установку типа ReadyTemp, которая устанавливается в дальней точке водопровода, шунтируя линии горячей и холодной воды, перекачивая и подогревая воду. Устройство потребляет всего 40 Вт электрической мощности и может работать от источника бесперебойного питания при отключении электроэнергии в доме.

Иллюстрация №8.  Система внутридомовой циркуляции воды для предупреждения замерзания воды в холодное время года в необогреваемых  участках водопровода.

В присутствии в доме людей в сильные морозы можно просто приоткрыть краны горячей и холодной воды и пустить воду тонкой  струйкой. Открытые краны уменьшат давление передаваемое водой уже при начавшемся образовании льда и снизят степень повреждения водопровода.  Также рекомендуется открыть дверцы шкафов под мойками и раковинами, чтобы обеспечить циркуляцию теплого воздуха вокруг труб. В воду в унитазе стоит положить кусок пенопласта или мягкого дерева, которые демпфируют расширение воды в сливе и предотвратят разрушение унитаза. Из бачка воду следует слить.

Способы разморозки замерзших труб.

Если трубы все-таки замерзли, то для наружной разморозки можно использовать парогенератор, либо подавать в трубы горячую воду под давлением из аппарата для мойки типа Karcher. Квалифицированные сварщики при соблюдении всех мер безопасности могут использовать наложение электродов сварочного аппарата на замерзшие участки металлических труб при минимальной силе тока.

Такие способы как обогрев труб пламенем горелки, строительным феном, включение греющих кабелей, заливка в трубы горячей воды обычно неэффективны.

Особенности конструкции локальной канализации для холодного климата.

Чтобы локальная канализация исправно работала в холодное время года, вода  в канализационных трубах и в полях фильтрации не должна замерзать, а в септике должна поддерживаться температура, подходящая для жизнедеятельности населяющих его бактерий. Проблемы зимой достаточно редко возникают в постоянно эксплуатируемом доме, грунт под которым прогрет или не успел промерзнуть, а стоки в канализацию поступают регулярно, при условии достаточной теплоизоляции канализационных труб и септика.   В норме септик кроме геотепла обеспечен и дополнительным теплом, производимым во время биологического распада органических веществ в сточных водах. Однако ситуация может ухудшится при длительных перерывах в эксплуатации канализации и при недостаточном ее утеплении. В этом случае микрофлора септика угнетается, а количество вырабатываемого тепла снижается. Также проблем могут возникнуть при поверхностном заложении канализационных труб.

В качестве мер профилактики замерзания канализационных труб и септика рекомендуется выполнить профилактическое утепление грунта над канализационными трубами и септиком. При поверхностном заложении труб (например, при септиках поверхностной конструкции) их необходимо убрать в утепленные короба. Канализационные трубы можно оснастить системой кабельного подогрева, при которой кабель  помещается во внутренний просвет трубы и выпускается в септик. Такой подогрев послужит профилактикой замерзания сточных вод при редкой и незначительной эксплуатации и поможет сохранить биологическую активность микрофлоре септика. В аэротенках содержимое защищено от замерзания за счет активной аэрации и движения среды.

Для дополнительной защиты септика, полей фильтрации и канализационных труб в зимнее время не стоит убирать снег над ними. Наоборот, рекомендуется выставить щиты для снегозадержания. Также можно заранее утеплить поверхность над септиком мешками с листьями, опилками, травой, укрыть сеном.

Иллюстрация №12.  Зимняя канализация.

Краткие выводы.

1. Эксплуатация загородного дома в холодном климате требует особого внимания к предупреждению замерзания воды в водопроводной и канализационной системе.
2. При строительстве дома в холодном климате рекомендуется заранее определить режим его эксплуатации и, в соответствии с ним, спланировать систему водоснабжения дома.
3.  Современные технологии позволяют найти адекватное техническое решение для обеспечения круглогодичного водоснабжения дома даже в самых суровых климатических условиях и предупредить значительные потери вследствие замерзания воды в водопроводе при аварийных и нештатных ситуациях.