Расчет водоснабжения с примером

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.

Расчет расхода воды

Разделим потребители воды на две категории: одна категория потребляет воду периодически, другая — длительное время.

Первая категория включает в себя точки водораз-бора, потребляющие воду в течение максимум 10 минут, например, умывальники, кухонные мойки, туалеты и т.д. Отличительной чертой этой категории является то, что вода никогда не льется одновременно из всех кранов. Семья, состоящая из двух человек, к примеру, обычно может использовать не более двух кранов одновременно, независимо от того, сколько их имеется в доме.

Более того, стиральные и посудомоечные машины забирают воду периодически, в зависимости от установленной программы. Поэтому очевидно, что выбор насоса с очень высокой производительностью экономически невыгоден с точки зрения стоимости, т. к. он будет использован не на полную мощность.

В таблице на следующей странице представлен нормальный расход воды для различных типов потребителей при периодическом использовании. Нормальный расход — это среднее потребление воды при достаточном давлении насоса, обычно оно составляет 10 метров.

Рис.91 Водоснабжение зданий

Рис.92 Различные области применения воды

Нормальный расчет расхода воды в наиболее часто используемых точках водоразбора

Нормальный расход q_n

Раковина для умывания

Душевые, используемые одновременно (например, на предприятиях)

Раковины для мытья, используемые одновременно (например, на предприятиях)

Питьевые чаны для скота

Краны с питьевой водой в конюшнях

Домашние стиральные и посудомоечные машины

Нормальный расход q_n

Раковина для умывания

Домашние стиральные и посудомоечные машины

Полный нормальный расход составляет:

1,1 л/с (холодная вода) + 1 л/с (горячая вода) = 2,1 л/с, что соответствует 7,56 м 3 /ч.

Рис.93 Диаграмма, показывающая возможный максимальный расход воды

Возможный максимальный расход воды

Такого расхода на практике фактически не бывает, и он рассчитывается как максимальный расход, который теоретически может иметь место.

Точка водоразбора с наибольшим нормальным расходом определяет, какую характеристику (1, 2, 3 или 4) использовать. Если наибольший нормальный расход в доме приходится на ванну (0,3 л/с), то должна быть применена характеристика №3.

По оси Х из точки 2,1 проведите вертикальную линию вверх до пересечения с кривой характеристики №3. Далее из точки пересечения выведите горизонтальную линию до пересечения с вертикальной осью Y

Для данного примера, по диаграмме, нормальным наивысшим расходом будет 0,57 л/с, что соответствует 2,05 м 3 /ч для всех точек водоразбора периодического использования (категория 1).

Продолжительное использование

После подсчета возможного максимального расхода из потребителей, относящихся к категории 1, добавляется нормальный расход потребителей категории 2.

Нормальный расход для точек водоразбора продолжительного использования

Нормальный расход q_n

Тепловые насосные установки для отвода тепла

Полив сада и газона (каждый распылитель)

Наполнение плавательного бассейна

охлаждение молока и испарителей

Если в доме имеется тепловой насос (охладитель) для отвода тепла, с помощью которого происходит охлаждение летом и подогрев зимой, а также краны для поливки сада и газонов, то полное максимальное потребление будет следующим:

Полное максимальное потребление

К категории 2 относятся потребители, которые расходуют воду более 10 минут. Например, краны для полива сада и газонов.

Фактический напор насоса

На работу центробежного насоса при перекачивании воды оказывают влияние несколько факторов:

• Высота всасывания (от поверхности воды до насоса)
• Потери на трение во всасывающем трубопроводе и клапане
• Высота от насоса до наивысшей точки водораз-бора
• Потери на трение в напорном трубопроводе (в зависимости от производительности)
• Необходимое минимальное давление в кранах (в зависимости от фитингов)

Рис.94 Фактический напор насоса

При подсчете фактического напора насоса должна быть использована величина максимального водо-потребления, в данном случае 0,97 л/с (3,49 м 3 /ч).

В этом случае мы рекомендуем насос типа CR с трубным присоединением 11» и 11 обратным клапаном. Потери на трение представлены на следующей странице.

Рис.95 Потери напора во всасывающем и обратном клапанах типа BVF и MVF.

Виды потерь (см. рис. 97, 98 и 99)

Потери в метрах

Потери на трение во всасывающем клапане

Потери на трение в 8 метровой 11» всасывающей трубе составляют 8 х 0,08 м

Потери на трение в 60 метровом 11» напорном трубопроводе:

• Прямые участки труб: 60 х 0,08 м

• 6 колен, 3 клапана 0,05 (6 х 0,05 + 3 х 1,5)

Потери на трение в фитингах верхних кранов (установленные производителем при расходе 0,2 л/с)

Высота всасывания (от уровня воды до насоса)

Высота от насоса до наивысшей точки водоразбора

Необходимое минимальное давление в кране (установленное производителем при расходе 0,2 л/с)

Фактический напор насоса при 3,49 м 3 /ч

Рис.96 Потери давления в горячих оцинкованных стальных трубах с отложениями

Диаграммы потерь на трение

Данная таблица и диаграммы для расчета потерь на трение на прямых участках трубопровода и таких участках, как клапаны, колена и т. д., не обязательно идентичны тем, которые Вы используете в своих расчетах, но принципы их совпадают. Вы можете использовать тот вариант, который считаете наиболее подходящим для себя.

На практике 80% продаваемых насосов устанавливаются взамен старых, отработавших свой срок. При подборе насоса для замены часто остаются неизвестными такие параметры системы, как возраст труб, тип обратного клапана в скважине, тип водопроводных кранов в доме и уровень отложений ржавчины и ила в трубах. Поэтому необходимо предугадать эти факторы для более точного определения коэффициентов трения.

Во-первых, вы должны узнать тип насоса, который был прежде в данной установке. На основе полученной информации, Вы сможете определить тип нового насоса.

Если нет достаточной информации по старому насосу, Вы должны узнать, с какой глубины насос должен качать воду (например, 6,05 м) и какое расстояние от насоса до верхней точки водоразбора (в примере 21,5 м). Затем добавьте 10 метров, соответствующих необходимому давлению в верхней точке водоразбора. После этого определяем общий напор: 6,05 + 21,5 + 10 = 37,55 метров, к этому значению нужно добавить примерно 30%, равных 11,26 метра, запас на потери на трение во всасывающем клапане, трубопроводе, присоединениях и т. д.

Таким образом, фактический напор насоса будет равен: 37,55 + 11,26 = 48,81 метра.

Расчет расхода воды

При расчете системы водоснабжения и канализации дома обязательно нужно знать расход воды в доме. Подбор насоса водоснабжения, шаровых кранов и фитингов, диаметра труб — для каждого из этих элементов потребуется знать количество расходуемой воды.

Приблизительный расчет расхода воды

В рекомендациях по применению бытовых насосов компания GRUNDFOS предлагает принимать следующие необходимые количества воды:

• загородный дом — 2-4 м.куб/час
• частный дом — 4-6 м.куб/час
• полив сада, огорода — 0,5-2 м.куб/час

Конечно, такие числа являются очень приблизительными, хотя и подходят в большинстве случаев.

Точный расчет расхода воды

Более точный расчет можно сделать на основании инструкции по эксплуатации от производителя металлопластиковых труб, кранов шаровых georg fischer, латунных фитингов компании VALTEC. Следует отметить, что расчетный расход воды будет меньше суммарного от всех приборов, поскольку вероятность одновременного их включения очень мала.

Последовательность расчета следующая:

1. По приложению А вычисляем расход воды каждого прибора в секунду (л/сек).
2. Путем сложения находим суммарный расход воды от всех приборов (л/сек).
3. По приложению Б определяем расчетный расход воды (л/сек).

Есть дом в котором установлены: унитаз, умывальник, ванна, кухонная мойка.

1. По приложению А принимаем следующие секундные расходы

Унитаз — 0,1 л/сек;
Умывальник — 0,12 л/сек;
Ванна — 0,25 л/сек;
Кухонная мойка — 0,12 л/сек

2. Суммарный расход воды от всех точек водоразбора составит:
0,1+0,12+0,25+0,12 = 0,59 л/сек

3. По приложению Б суммарному расходу 0,59 л/сек соответствует расчетный расход 0,4 л/сек.
Для удобства дальнейших расчетов (подбор насоса и др.) вычисленное значение лучше перевести в м.куб/час умножив его на 3,6.
0,4 х 3,6 = 1,44 м.куб/час

Если планируется вести полив приусадебного участка при одновременном использовании бытовых сантехнических приборов, то к полученному значению рекомендуется прибавить около 1,5 м.куб/час .

Таким расчетный расход воды в доме с 4 точками водопотребления и поливом составит около 3 м.куб/час.

Примерно такие же значения для среднего дома предлагает и производитель насосов компания GRUNDFOS.

Секундный расход воды санитарными приборами

Коэффициент перевода суммарного расхода в расчетный