Методика расчета гвс для частного дома

Система водоснабжения — это совокупность трубопроводов и устройств, которые обеспечивают бесперебойную подачу воды к различным санитарно-техническим приборам и другим устройствам, для работы которых она требуется. В свою очередь расчет водоснабжения — это комплекс мероприятий, в результате которого изначально определяется максимальный секундный, часовой и суточный расход воды. Причем, рассчитывается не только общий расход жидкости, но и расход холодной и горячей воды в отдельности. Остальные же параметры, описанные в СНиП 2.04.01-85* "Внутренний водопровод и канализация зданий" [1], а также диаметр трубопровода, находятся уже в зависимости от показателей расхода воды. Например, одним из таких параметров является диаметр условного прохода счетчика.

В настоящей статье представлен пример расчета водоснабжения на внутренний водопровод для частного 2-х этажного дома. В результате данного расчета найдены общий секундный расход воды и диаметры трубопроводов для сантехприборов, расположенных в ванной комнате, в туалете и на кухне. Также здесь определено минимальное сечение для входной трубы в дом. То есть имеется в виду труба, которая берет свое начало у источника водоснабжения и заканчивается в месте разветвления ее по потребителям.

Что касается других параметров, приведенных в упомянутом нормативном документе, то практика показывает, что их рассчитывать для частного дома не обязательно.

Пример расчета водоснабжения

Исходные данные

Количество проживающих людей в доме — 4 человека.

В доме имеются следующие санитарно-технические приборы.

Ванная комната:

Ванная со смесителем — 1 шт.

Сан. узел:

Унитаз со смывным бачком — 1 шт.

Кухня:

Умывальник со смесителем — 1 шт.

Расчет

Формула максимального секундного расхода воды:

Где: q₀ tot — общий расход жидкости, одного потребляемого прибора, определяемый согласно п. 3.2 [1]. Принимаем по прил. 2 [1] для ванной комнаты — 0,25 л/с, сан. узла — 0,1 л/с, кухни — 0,12 л/с.

α — коэффициент, определяемый согласно прил. 4 [1] в зависимости от вероятности Р и количества сантехприборов N.

Определение вероятности действия санитарно-технических приборов:

P = (U·q_hr,u tot ) / (q₀ tot ·N·3600) = (4·10,5) / (0,25·3·3600) = 0,0155 ,

Где: U = 4 чел. — количество водопотребителей.

q_hr,u tot = 10,5 л — общая норма расхода воды в литрах, потребителем в час наибольшего водопотребления. Принимаем согласно прил. 3 [1] для жилого дома квартирного типа с водопроводом, канализацией и ваннами с газовыми водонагревателями.

N = 3 шт. — количество сантехприборов.

Определение расхода воды для ванной комнаты:

α = 0,2035 — принимаем по табл. 2 прил. 4 [1] в зависимости от NP = 1·0,0155 = 0,0155.

q _с = 5·0,25 ·0,2035 = 0,254 л/с.

Определение расхода воды для сан. узла:

α = 0,2035 — ровно столько же, что и в предыдущем случае, так как количество приборов одинаково.

q _с = 5·0,1 ·0,2035 = 0,102 л/с.

Определение расхода воды для кухни:

α = 0,2035 — как и в предыдущем случае.

q _с = 5·0,12 ·0,2035 = 0,122 л/с.

Определение общего расхода воды на частный дом:

α = 0,267 — так как NP = 3·0,0155 = 0,0465.

q _с = 5·0,25 ·0,267 = 0,334 л/с.

Формула определения диаметра водопровода на расчетном участке:

Где: d — внутренний диаметр трубопровода на рассчитываемом участке, м.

V — скорость потока воды, м/с. Принимаем равной 2,5 м/с согласно п. 7.6 [1], в котором сказано, что скорость жидкости во внутреннем водопроводе не может превышать 3 м/с.

q_c — расход жидкости на участке, м 3 /с.

Определение внутреннего сечения трубы для ванной комнаты:

d = √((4·0, 000254) /(3,14·2,5)) = 0,0114 м = 11,4 мм.

Определение внутреннего сечения трубы для сан. узла :

d = √((4·0, 000102) /(3,14·2,5)) = 0,0072 м = 7,2 мм.

Определение внутреннего сечения трубы для кухни:

d = √((4·0, 000122) /(3,14·2,5)) = 0,0079 м = 7,9 мм.

Определение внутреннего сечения входной трубы в дом:

d = √((4·0, 000334) /(3,14·2,5)) = 0,0131 м = 13,1 мм.

Вывод: для снабжения водой ванну со смесителем требуется труба с внутренним диаметром не менее 11,4 мм, унитаза в сан. узле — 7,2 мм, умывальника на кухне — 7,9 мм. Что касается входного диаметра водопровода в дом (для снабжения 3-х приборов), то он должен составлять не менее 13,1 мм.

Тема данной статьи — расчет водопроводных сетей в частном доме. Потому, что обычная схема водоснабжения маленького коттеджа не отличается высокой сложностью, нам не нужно будет лезть в дебри сложных формул; но некоторое количество теории читателю вынужденно нужно будет усвоить.

Особенности разводки коттеджа

Чем, фактически, система водоснабжения в частном доме несложнее, нежели в многоквартирном строении (очевидно, кроме общего числа сантехнических устройств)?

Принципиальных отличия два:

• На тёплой воде, в большинстве случаев, нет необходимости снабжать постоянную циркуляцию через стояки и полотенцесушители.

При наличии циркуляционных врезок расчет водопроводной сети тёплой воды заметно усложняется: трубам необходимо пропустить через себя не только разбираемую жильцами воду, но и непрерывно оборачивающиеся веса воды.

В нашем же случае расстояние от сантехприборов до бойлера, колонки либо врезки в автостраду достаточно мало, дабы не уделять внимания скорости подачи ГВС к крану.

Принципиально важно: Тем, кто не сталкивался с циркуляционными схемами ГВС — в современных многоквартирных зданиях стояки тёплого водоснабжения соединяются попарно. За счет отличия давлений на врезках, создаваемой подпорной шайбой, через стояки непрерывно циркулирует вода. Тем самым обеспечивается стремительная подача ГВС к смесителям и круглогодичный нагрев полотенцесушителей в ванных .

Что считаем

1. Оценить расход воды при пиковом потреблении.
2. Выполнить расчет сечения водопроводной трубы, талантливой обеспечить данный расход при приемлемой скорости потока.

Справка: большая скорость потока воды, при которой он не порождает гидравлических шумов, образовывает около 1,5 м/с.

1. Вычислить напор на концевом сантехническом приборе. Если он будет неприемлемо низким, стоит поразмыслить или об повышении диаметра трубопровода, или об установке промежуточной подкачки.

Задачи сформулированы. Приступим.

Расход

Его возможно примерно оценить по нормам расхода для отдельных сантехнических устройств. Данные при жажде несложно отыскать в одном из приложений к СНиП 2.04.01-85; для удобства читателя мы приведем выдержку из него.

Тип прибора	Расход холодной воды, л/с	Суммарный расход тёплой и холодной воды, л/с
Кран для полива	0,3	0,3
Унитаз с краном	1,4	1,4
Унитаз с бачком	0,10	0,10
Душевая кабинка	0,08	0,12
Ванна	0,17	0,25
Мойка	0,08	0,12
Умывальник	0,08	0,12

В многоквартирных зданиях при расчете расхода употребляется коэффициент возможности одновременного применения устройств. Нам достаточно расход воды через устройства, каковые смогут употребляться в один момент. Скажем, мойка, душевая унитаз и кабинка дадут неспециализированный расход, равный 0,12 + 0,12 + 0,10 = 0,34 л/с.

Сечение

Расчет сечения трубы водопровода возможно выполнен двумя методами:

1. Подбором по таблице значений.
2. Расчетом по большой допустимой скорости потока.

Подбор по таблице

Фактически, таблица не требует каких-либо комментариев.

Условный проход трубы, мм	Расход, л/с
10	0,12
15	0,36
20	0,72
25	1,44
32	2,4
40	3,6
50	6

Скажем, для расхода в 0,34 л/с достаточно трубы ДУ15.

Обратите внимание: ДУ (условный проход) приблизительно равен внутреннему диаметру водогазопроводной трубы. У полимерных труб, маркирующихся внешним диаметром, внутренний отличается от него приблизительно на ход: скажем, 40-миллиметровая полипропиленовая труба имеет внутренний диаметр около 32 мм.

Расчет по скорости потока

Расчет диаметра водопровода по расходу воды через него возможно выполнен с применением двух несложных формул:

1. Формулы расчета площади сечения по его радиусу.
2. Формулы расчета расхода через известное сечение при известной скорости потока.

Первая формула имеет форму S = ? r ^2. В ней:

• S — искомая площадь сечения.
• ? — число "пи" (приблизительно 3,1415).
• r — радиус сечения (добрая половина ДУ либо внутреннего диаметра трубы).

Вторая формула выглядит как Q = VS, где:

• Q — расход;
• V — скорость потока;
• S — площадь сечения.

Для удобства вычислений все величины переводятся в СИ — метры, квадратные метры, метры в секунду и кубические метры в секунду.

Давайте своими руками вычислим минимальный ДУ трубы для следующих вводных данных:

• Расход через нее образовывает все те же 0,34 литра в секунду.
• Скорость потока, применяемая в вычислениях — максимально допустимые 1,5 м/с.

1. Расход в величинах СИ будет равным 0,00034 м3/с.
2. Площадь сечения в соответствии с второй формулы должна быть не меньше 0,00034/1,5=0,00027 м2.
3. Квадрат радиуса в соответствии с первой формулы равен 0,00027/3,1415=0,000086.
4. Извлекаем из этого числа квадратный корень. Радиус равен 0,0092 метра.
5. Чтобы получить ДУ либо внутренний диаметр, умножаем радиус на два. Итог — 0,0184 метра, либо 18 миллиметров. Как легко подметить, он близок к взятому первым методом, хоть и не сходится с ним в точности.

Напор

Начнем с нескольких неспециализированных замечаний:

• Обычное давление в магистрали холодного водоснабжения образовывает от 2 до 4 атмосфер (кгс/см2). Оно зависит от расстояния до ближайшей насосной станции либо водонапорной башни, от рельефа местности, состояния магистрали, типа запорной арматуры на магистральном водопроводе и последовательности других факторов.
• Полный минимум напора, который разрешает работать всем современным сантехническим устройствам и применяющей воду бытовой технике — 3 метра. Инструкция к проточным водонагревателям Атмор, например, прямо говорит, что нижний порог срабатывания включающего нагрев датчика давления равен 0,3 кгс/см2.

Справка: при атмосферном давлении 10 метров напора соответствуют 1 кгс/см2 избыточного давления.

На практике на концевом сантехническом приборе лучше иметь минимальный напор в пять метров. Маленький запас компенсирует неучтенные утраты в подводках, запорной арматуре и самом приборе.

Нам необходимо вычислить падение напора в трубопроводе известной протяженности и диаметра. В случае если разность напора, соответствующего давлению в магистрали, и падения напора в водопроводе больше 5 метров — наша система водоснабжения будет функционировать без нареканий. В случае если меньше — необходимо или увеличивать диаметр трубы, или размыкать ее подкачкой (цена которой, к слову, очевидно превысит рост затрат на трубы из-за повышения их диаметра на один ход).

Так как же выполняется расчет напора в водопроводной сети?

Тут действует формула H = iL(1+K), в которой:

• H — сокровенное значение падения напора.
• i — так называемый гидравлический уклон трубопровода.
• L — протяженность трубы.
• K — коэффициент, который определяется функциональностью водопровода.

Несложнее всего выяснить коэффициент К.

• 0,3 для хозяйственно-питьевого назначения.
• 0,2 для промышленного либо пожарно-хозяйственного.
• 0,15 для пожарно-производственного.
• 0,10 для пожарного.

С измерением длины трубопровода либо его участка также особенных сложностей не появляется; а вот понятие гидравлического уклона требует отдельного беседы.

На его значение воздействуют следующие факторы:

1. Шероховатость стенок трубы, которая, со своей стороны, зависит от их возраста и материала. Пластики владеют более ровной поверхностью по сравнению со сталью либо чугуном; помимо этого, металлические трубы со временем зарастают ржавчиной и известковыми отложениями.
2. Диаметр трубы. Тут действует обратная зависимость: чем он меньше, тем большее сопротивление трубопровод оказывает перемещению воды в нем.
3. Скорость потока. С ее повышением сопротивление также возрастает.

Некоторое время назад приходилось дополнительно учитывать гидравлические утраты на запорной арматуре; но современные полнопроходные шаровые вентиля создают приблизительно такое же сопротивление, что и труба, исходя из этого ими возможно смело пренебречь.

Вычислить гидравлический уклон своими силами очень проблематично, но, к счастью, в этом и нет необходимости: все нужные значения возможно отыскать в так называемых таблицах Шевелева.

Дабы читатель представил себе, о чем идет обращение, приведем маленькой фрагмент одной из таблиц для пластиковой трубы диаметром 20 мм.

Расход, л/с	Скорость потока, м/с	1000i
0,25	1,24	160,5
0,30	1,49	221,8
0,35	1,74	291,6
0,40	1,99	369,5

Что такое 1000i в крайнем правом столбике таблицы? Это всего лишь значение гидравлического уклона на 1000 погонных метров. Чтобы получить значение i для нашей формулы, его достаточно поделить на 1000.

Давайте вычислим падение напора в трубе диаметром 20 мм при ее длине, равной 25 метрам, и скорости потока в полтора метра в секунду.

1. Ищем соответствующие параметры в таблице. В соответствии с ее данным, 1000i для обрисованных условий равняется 221,8; i = 221,8/1000=0,2218.

1. Подставляем все значения в формулу. H = 0,2218*25*(1+0,3) = 7,2085 метра. При давлении на входе водопровода в 2,5 атмосферы на выходе оно составит 2,5 — (7,2/10) = 1,78 кгс/см2, что более чем удовлетворительно.

Заключение

Выделим еще раз: приведенные схемы расчетов предельно упрощены и не предназначены для опытных расчетов сложных систем. Но их точность в полной мере приемлема для потребностей обладателей частных домов.

Дополнительную данные, как в большинстве случаев, читателю предложит видео в данной статье. Удач!

Расчет систем горячего водоснабжения заключается в определении диаметров трубопроводов подающего и циркуляционного, подбора водонагревателей (теплообменников), генераторов и аккумуляторов тепла (при необходимости), определении потребного напора на вводе, подборе повысительных и циркуляционных насосов, если они необходимы.

Расчет системы горячего водоснабжения состоит из следующих разделов:

Определяются расчетные расходы воды и тепла и на основании этого мощность и размеры водонагревателей.

Производится расчет подающей (распределительной) сети в режиме водоразбора.

Сеть горячего водоснабжения рассчитывается в режиме циркуляции; определяются возможности использования естественной циркуляции, и при необходимости определяются параметры и производится подбор циркуляционных насосов.

В соответствии с индивидуальным заданием на курсовое и дипломное проектирование может быть произведен расчет баков-аккумуляторов, сети теплоносителя.

2.2.1. Определение расчетных расходов горячей воды и тепла. Подбор водонагревателей

Для определения поверхности нагрева и дальнейшего подбора водонагревателей требуются часовые расходы горячей воды и тепла, для расчета трубопроводов – секундные расходы горячей воды.

В соответствии с п.3 СНиП 2.04.01-85 [1] секундные и часовые расходы горячей воды определяются по тем же формулам, что и для холодного водоснабжения.

Максимальный секундный расход горячей воды на любом расчетном участке сети определяется по формуле:

, л/с, (2.1)

— секундный расход горячей воды одним прибором, который определяется:

отдельным прибором – согласно обязательному приложению 2 [1];

различными приборами, обслуживающими одинаковых потребителей – по приложению 3 [1];

различными приборами, обслуживающими различных водопотребителей, — по формуле:

, (2.2)

— секундный расход горячей воды, л/с, одним водоразборным прибором для каждой группы потребителей: принимается по приложению 3 [1];

N_i – число водоразборных приборов для каждого вида водопотребителей;

— вероятность действия приборов, определенная для каждой группы водопотребителей;

a – коэффициент, определяемый по приложению 4 [1] в зависимости от общего числа приборов N на участке сети и вероятности их действия Р, которая определяется по формулам:

а) при одинаковых водопотребителях в зданиях или сооружении

, (2.3)

где — максимальный часовой расход горячей воды в 1 л одним водопотребителем, принимается по приложению 3 [1];

U – число потребителей горячей воды в здании или сооружении;

N – число приборов, обслуживаемых системой горячего водоснабжения;

б) при отличающихся группах водопотребителей в зданиях различного назначения

, (2.4)

и N_i — величины, относящиеся к каждой группе потребителей горячей воды.

Максимальный часовой расход горячей воды, м 3 /ч, определяется по формуле:

, (2.5)

— часовой расход горячей воды одним прибором, который определяется:

а) при одинаковых потребителях – по приложению 3 [1];

б) при различных потребителях – по формуле

, л/с (2.6)

и — величины, относящиеся к каждому виду потребителей горячей воды;

величина определяется по формуле:

, (2.7)

— коэффициент, определяемый по приложению 4 [1] в зависимости от общего числа приборов N в системе горячего водоснабжения и вероятности их действия P.

Средний часовой расход горячей воды , м 3 /ч, за период (сутки, смена) максимального водопотребления т.ч, определяется по формуле:

, (2.8)

— максимальный суточный расход горячей воды в 1 л одним водопотребителем, принимается по приложению 3 [1];

U – количество потребителей горячей воды.

Количество тепла (тепловой поток) за период (сутки, смена) максимального водопотребления на нужды горячего водоснабжения с учетом теплопотерь определяется по формулам:

а) в течение максимального часа

, кВт (2.9)

б) в течение среднего часа

, кВт (2.10)

и — максимальный и средний часовой расход горячей воды в м 3 /ч, определяемые по формулам (2.5) и (2.8);

t с – расчетная температура холодной воды; при отсутствии данных в здании t принимается равной +5ºС;

Q ht – потери тепла подающими и циркуляционными трубопроводами, кВт, которые определяются расчетом в зависимости от длин участков трубопроводов, наружных диаметров труб, разности температур горячей воды и окружающей трубопровод среды и коэффициента теплопередачи через стенки труб; при этом учитывается КПД теплоизоляции труб. В зависимости от этих величин потери тепла приводятся в различных справочных пособиях.

При расчетах в курсовых проектах потери тепла Q ht подающими и циркуляционными трубами допускается принимать в размере 0,2-0,3 от количества тепла, потребного для приготовления горячей воды [3].

В этом случае формулы (2.9) и (2.10) примут вид:

а) , кВт (2.11)

б) , кВт (2.12)

Меньший процент теплопотерь принимается для систем без циркуляции. В большинстве гражданских зданий используются скоростные секционные водонагреватели с переменной производительностью, т.е. с регулируемым потребителем теплоносителя. Такие водонагреватели не требуют баков-аккумуляторов тепла и рассчитываются на максимальный часовой тепловой поток .

Подбор водонагревателей заключается в определении поверхности нагрева змеевиков по формуле:

, м 3 (2.13)

К – коэффициент теплопередачи водонагревателя, принимается по таблице 11.2 [2]; для скоростных водоводяных водонагревателей с латунными нагревательными трубками величина к может приниматься в пределах 1200-3000 Вт/м кв, ºС, причем меньшая принимается для приборов с меньшим диаметром секций;

µ — коэффициент снижения теплопередачи через теплообменную поверхность из-за отложений на стенках (µ=0,7);

— расчетная разность температур теплоносителя и нагреваемой воды; для противоточных скоростных водонагревателей º определяется по формуле:

, ºС (2.14)

Δt_б и Δt_м – большая и меньшая разность температур теплоносителя и нагреваемой воды по концам водонагревателя.

Параметры теплоносителя в зимний расчетный период, когда работают отопительные сети зданий, принимаются в подающем трубопроводе 110-130 ºС и в обратном -70, параметры нагреваемой воды в этот период t c = 5ºC и t c = 60…70 ºC. В летний период теплосеть работает только для приготовления горячей воды; параметры теплоносителя в этот период в подающем трубопроводе 70…80 ºC и в обратном 30…40 ºC, параметры нагреваемой воды и t c = 10…20 ºC и и t c = 60…70 ºC.

При расчете поверхности нагрева водонагревателя может случиться, что определяющим будет летний период, когда температура теплоносителя ниже.

Для емкостных водонагревателей расчет за разность температур определяется по формуле:

, ºC (2.15)

t_н и t_к – начальная и конечная температура теплоносителя;

t h и t c – температура горячей и холодной воды.

Однако емкостные водонагреватели применяются для производственных зданий. Они занимают много места, в этих случаях могут устанавливать вне помещений.

Коэффициент теплопередачи для таких водонагревателей, согласно таблице 11.2 [2], составляет 348 Вт/м 2 ºC.

Определяется потребное число стандартных секций водонагревателей:

, шт (2.16)

F – расчетная поверхность нагрева водонагревателя, м 2 ;

f – поверхность нагрева одной секции водонагревателя, принимается по приложению 8 [2].

Потери напора в скоростном водонагревателе можно определять по формуле:

, м (2.17)

n – коэффициент, учитывающий зарастание трубок, принимается по опытным данным: при их отсутствии при одной чистке водонагревателя в год n=4;

m – коэффициент гидравлического сопротивления одной секции водонагревателя: при длине секции 4 м m=0,75, при длине секции 2 м m=0,4;

n_в – число секций водонагревателя;

v – скорость движения нагреваемой воды в трубках водонагревателя без учета их зарастания.

, м/с (2.18)

q h – максимальный секундный расход воды через водонагреватель, м/с;

W_общ – общая площадь живого сечения трубок водонагревателя определяется по числу трубок, принимаемому по приложению 8 [2] и диаметру трубок, принимаемому 14 мм.