Расчет диаметра трубопроводов горячего водоснабжения
В этой статье я расскажу вам о том, как профессионально посчитать диаметр трубы. Будут указаны полезные формулы. Вы узнаете какой диаметр трубы вам нужен для водопроводных труб. Также очень важно не путать, расчет подбора диаметра трубы для водоснабжения, от расчета для отопления. Так как для отопления бывает достаточно низкого потока движения воды. Формула расчета диаметра труб кардинально отличаются, так как для водоснабжения необходимы большие скорости потока воды.
О том, как рассчитать диаметр трубы для отопления описано тут: Расчет диаметра трубы для отопления
Что касается таблиц для расчета диаметра трубы, то об этом будет рассказано в других статьях. Скажу лишь то, что данная статья вам поможет найти диаметр труб без таблиц, по специальным формулам. А таблицы придуманы просто, упростить процесс вычисления. К тому же в этой статье Вы поймете, из чего складывается весь результат необходимого диаметра.
Чтобы получить расчет диаметра трубы для водоснабжения, необходимо иметь готовые цифры:
| — Расход потребления воды. — И потери напора от точки А до точки Б, пути трубопровода до точки потребления. |
Что касается расхода потребления воды , то тут примерно есть приблизительно готовый цифровой стандарт. Возьмем к примеру смеситель в ванной. Я опытным путем проверил, что для комфортного потока воды на выходе примерно равно: 0,25 литров в секунду. Эту величину и возьмем для стандарта по подбору диаметра для водного потока.
Есть еще одна не маловажная цифра. В квартирах это обычно стандарт. У нас в стояках для водоснабжения примерно стоит давление напора: Около 1,0 до 6,0 Атмосфер. В среднем это 1,5-3,0 атмосфер. Это зависит от этажности многоквартирного дома. В многоэтажных домах свыше 20 этажей, стояки могут быть разделены по этажности, чтобы не перегружать нижние этажи.
А теперь давайте приступим к алгоритму расчета необходимого диаметра трубы для водоснабжения. В этом алгоритме есть неприятная особенность, это то, что нужно делать расчет циклично подставляя в формулу диаметр и проверяя результат. Так как в формуле потерь напора существует квадратичная особенность и в зависимости от диаметра трубы резко изменяется результат потерь напора. Я думаю, больше трех циклов нам не придется делать. Также еще зависит от материала трубопровода. И так приступим!
| |
Вот некоторые формулы, которые помогут найти скорость потока:
| S-Площадь сечения м 2 π-3,14-константа — отношение длины окружности к ее диаметру. r-Радиус окружности, равный половине диаметра Q-расход воды м 3 /с D-Внутренний диаметр трубы |
0,25л/с=0,00025м 3 /с
V=(4*Q)/(π*D 2 )=(4*0,00025)/π*0,012 2 =2,212 м/с
Далее находим число Рейнольдса по формуле:
ν=1,16*10 -6 =0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.
Δэ=0,005мм=0,000005м. Взято из таблици, для металлопластиковой трубы.
Далее сверяемся по таблице где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.
У меня подпадает в первую область и я принимаю для расчета формулу Блазиуса.
λ=0,3164/Re 0,25 =0,3164/22882 0,25 =0,0257
Далее используем формулу для нахождения потерь напора:
| h-потеря напора сдесь она измеряется в метрах. λ-коеффициент гидравлического трения. L-длина трубопровода измеряется в метрах. D-внутренний диаметр трубы, то есть диаметр потока жидкости. Должен быть вставлен в формулу в метрах. V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда]. g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с 2 |
h=λ*(L*V 2 )/(D*2*g)=0,0257*(10*2,212 2 )/(0,012*2*9,81)=5,341 м.
И так: На входе у нас 2 атмосферы, что равно 20 метрам напора.
Если полученый результат 5,341 метров меньше входного напора, то результат нас удовлетворяет и диаметр трубы с внутренни диаметром 12мм подходит!
Если нет то необходимо увеличивать диаметр трубы.
Но имейти ввиду, если в расчет брать трубу, которая из подвала идет по стоякам к вам на пятый этаж, то результат возможно будет не удовлетворительным. А если у вас саседи будут отбирать поток воды, то и соответственно входной напор может уменьшится. Так что имейти ввиду про запас в два три раза уже хорошо. В нашем случае запас в четыре раза больше.
Давайте попробуем так ради эксперимента. У нас в трубе 10 метров в пути, имеются четыре угольника (колена). Это гидравлические сопротивления и они называются местными гидравлическими сопротивлениями. Для колена в 90 градусов имеется формула расчета:
| h-потеря напора сдесь она измеряется в метрах. ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда]. g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2 |
h=ζ*(V 2 )/2*9,81=0,249 м.
Так как у нас 4 угольника, то полученый результат умножаем на 4 и получаем 0,996 м. Почти еще один метр.
Стальная (железная) труба проложена длиной 376 метров с внутренним диаметром 100 мм, по длине трубы имеются 21 отводов (угловых поворотов 90°С). Труба проложена с перепадом 17м. То есть труба относительно горизонта идет вверх на высоту 17 метров. Характеристики насоса: Максимальный напор 50 метров (0,5МПа), максимальный расход 90м 3 /ч. Температура воды 16°С. Найти максимально возможный расход в конце трубы.
| D=100 мм = 0,1м L=376м Геометрическая высота=17м Отводов 21 шт Напор насоса= 0,5 МПа (50 метров водного столба) Максимальный расход=90м 3 /ч Температура воды 16°С. Труба стальная железная |
Найти максимальный расход = ?
Для решения необходимо знать график насосов: Зависимость расхода от напора.
В нашем случае будет такой график:
Смотрите, прерывистой линией по горизонту обозначил 17 метров и на пересечение по кривой получаю максимально возможный расход: Qmax.
По графику я могу смело утверждать, что на перепаде высоты, мы теряем примерно: 14 м 3 /час. (90-Qmax=14 м 3 /ч).
Ступенчатый расчет получается потому, что в формуле существует квадратичная особенность потерь напора в динамике (движение).
Поэтому решаем задачу ступенчато.
Поскольку мы имеем интервал расходов от 0 до 76 м 3 /час, то мне хочется проверить потерю напора при расходе равным: 45 м 3 /ч.
Находим скорость движения воды
Q=45 м 3 /ч = 0,0125 м 3 /сек.
V = (4•0,0125)/(3,14•0,1•0,1)=1,59 м/с
Находим число рейнольдса
ν=1,16•10 -6 =0,00000116. Взято из таблици. Для воды при температуре 16°С.
Δэ=0,1мм=0,0001м. Взято из таблицы, для стальной (железной) трубы.
Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.
У меня попадает на вторую область при условии
10•D/Δэ 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/137069) 0,25 =0,0216
Далее завершаем формулой:
h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0216•(376•1,59•1,59)/(0,1•2•9,81)=10,46 м.
Как видите, потеря составляет 10 метров. Далее определяем Q1, смотри график:
Теперь делаем оригинальный расчет при расходе равный 64м 3 /час
Q=64 м 3 /ч = 0,018 м 3 /сек.
V = (4•0,018)/(3,14•0,1•0,1)=2,29 м/с
λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/197414) 0,25 =0,021
h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,021•(376•2,29 •2,29)/(0,1•2•9,81)=21,1 м.
Отмечаем на графике:
Qmax находится на пересечении кривой между Q1 и Q2 (Ровно середина кривой).
Ответ: Максимальный расход равен 54 м 3 /ч. Но это мы решили без сопротивления на поворотах.
Для проверки проверим:
Q=54 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.
V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с
λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213
h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.
Итог: Мы попали на Нпот=14,89=15м.
А теперь посчитаем сопротивление на поворотах:
Формула по нахождению напора на местном гидравлическом сопротивление:
| h-потеря напора здесь она измеряется в метрах. ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. V-скорость потока жидкости. Измеряется [Метр/секунда]. g-ускорение свободного падения равен 9,81 м/с2 |
ζ-Это коэффициент сопротивления. Для колена он равен примерно одному, если диаметр меньше 30мм. Для больших диаметров он уменьшается. Это связано с тем, что влияние скорости движения воды по отношению к повороту уменьшается.
Смотрел в разных книгах по местным сопротивлениям для поворота трубы и отводов. И приходил часто к расчетам, что один сильный резкий поворот равен коэффициенту единице. Резким поворотом считается, если радиус поворота по значению не превышает диаметр. Если радиус превышает диаметр в 2-3 раза, то значение коэффициента значительно уменьшается.
Скорость 1,91 м/с
h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м.
Это значение умножаем на количество отводов и получаем 0,18•21=3,78 м.
Ответ: при скорости движения 1,91 м/с, получаем потерю напора 3,78 метров.
Давайте теперь решим целиком задачку с отводами.
При расходе 45 м 3 /час получили потерю напора по длине: 10,46 м. Смотри выше.
При этой скорости (2,29 м/с) находим сопротивление на поворотах:
h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•2,29 2 )/(2•9,81)=0,27 м. умножаем на 21 = 5,67 м.
Складываем потери напора: 10,46+5,67=16,13м.
Отмечаем на графике:
Решаем тоже самое только для расхода в 55 м 3 /ч
Q=55 м 3 /ч = 0,015 м 3 /сек.
V = (4•0,015)/(3,14•0,1•0,1)=1,91 м/с
λ=0,11( Δэ/D + 68/Re ) 0.25 =0,11•( 0,0001/0,1 + 68/164655) 0,25 =0,0213
h=λ•(L•V 2 )/(D•2•g)= 0,0213•(376•1,91•1,91)/(0,1•2•9,81)=14,89 м.
h=ζ•(V 2 )/2•9,81=(1•1,91 2 )/( 2•9,81)=0,18 м. умножаем на 21 = 3,78 м.
Складываем потери: 14,89+3,78=18,67 м
Рисуем на графике:
Ответ: Максимальный расход=52 м 3 /час. Без отводов Qmax=54 м 3 /час.
Чтобы в ручную не считать всю математику я приготовил специальную программу:
Примеры расчета систем горячего водоснабжения
Пример 1. Рассчитать систему горячего водоснабжения пятиэтажного двухсекционного жилого дома. Сеть запроектирована на основании плана здания, приведенного в прил. 1, 2. Расчетная схема сети представлена на рис. 2.1 (аналогично схеме сети холодного водоснабжения).
В качестве теплоносителя используется перегретая вода из теплосети с параметрами tн = 120 °С и tк = 70 °С.
Данные по холодному водоснабжению принимаются из примера 1, приведенного в п. 1.7.
Система горячего водоснабжения принята централизованной с приготовлением горячей воды в скоростном водонагревателе с переменной производительностью с использованием теплоносителя из теплосети.
Схема сети горячего водоснабжения принята тупиковая с нижней разводкой магистралей (как и сеть холодного водопровода).
Поскольку потребление горячей воды неравномерно, то сеть принята с циркуляцией в магистрали и стояках.
Определяются расчетные расходы горячей воды и тепла. Расходы горячей воды на участках сети определяются по формуле (2.1). Поскольку система обслуживает одинаковых потребителей, то величина P h находится по формуле (2.3).
Здесь величина 
и 
приняты по прил. 3 [ 1 ].
Величина 
определяется по формуле (2.7)
Величина 
, принята по прил. 3 [ 1 ].
Максимальный часовой расход горячей воды определяется по формуле (2.5)
, м 3 /ч
Величина 
определена по табл.2 прил. 4 [ 1 ].
Средний часовой расход горячей воды определяется по формуле (2.8)
, м 3 /ч
Максимальный часовой расход тепла определяется по формуле (2.11)
кВт
Рис. 2.1. Расчетная схема сети горячего водоснабжения
Пример расчета сети горячего водоснабжения в режиме водоразбора.
| Расчет-ный участок | Длина уч-ка, м | Число прибо-ров, N | Вероят-ность действия приборов, Р t | N*P | α | Расход одного прибора, q t 0 л/с | Расчет-ный расход, q t л/с | Диаметр, d мм | Cкорость, V м/с | Удельная потеря напора, мм/пм | Потеря напора на участке, мм | Примечания |
| 1-2 | 1,50 | 0,016 | 0,016 | 0,205 | 0,09 | 0,09 | 0,78 | |||||
| 2-3 | 0,55 | 0,016 | 0,032 | 0,241 | 0,2 | 0,24 | 2,08 | |||||
| 3-4 | 0,80 | 0,016 | 0,048 | 0,270 | 0,2 | 0,27 | 2,35 | |||||
| 4-5 | 3,30 | 0,016 | 0,048 | 0,270 | 0,2 | 0,27 | 1,13 | |||||
| 5-6 | 2,80 | 0,016 | 0,096 | 0,338 | 0,2 | 0,34 | 1,42 | |||||
| 6-7 | 2,80 | 0,016 | 0,144 | 0,393 | 0,2 | 0,39 | 1,63 | |||||
| 7-8 | 2,80 | 0,016 | 0,192 | 0,441 | 0,2 | 0,44 | 1,84 | |||||
| 8-9 | 4,00 | 0,016 | 0,240 | 0,485 | 0,2 | 0,49 | 1,17 | |||||
| 9-10 | 10,00 | 0,016 | 0,800 | 0,948 | 0,2 | 0,95 | 1,2 | |||||
| 10-вод | 13,00 | 0,016 | 1,920 | 1,402 | 0,2 | 1,40 | 1,34 | |||||
| вод-сч | 7,00 | 0,013 | 2,106 | 1,479 | 0,3 | 2,22 | 2,1 | |||||
| ввод | 10,00 | 0,013 | 2,106 | 1,479 | 0,3 | 2,22 | 1,05 | |||||
| 11-12 | 3,30 | 0,016 | 0,096 | 0,338 | 0,2 | 0,34 | 0,91 | |||||
| 12-13 | 2,80 | 0,016 | 0,192 | 0,441 | 0,2 | 0,44 | 1,19 | |||||
| 13-14 | 2,80 | 0,016 | 0,288 | 0,524 | 0,2 | 0,52 | 1,44 | |||||
| 14-15 | 2,80 | 0,016 | 0,384 | 0,598 | 0,2 | 0,60 | 1,65 | |||||
| 15-9 | 4,00 | 0,016 | 0,480 | 0,665 | 0,2 | 0,67 | 1,84 |
Поверхность нагрева нагревательных трубок водонагревателя определяется по формуле (2.13). Расчетная разность температур определяется по формуле (2.14). Примем параметры теплоносителя tн = 120 °С, tк = 70 °С, параметры нагреваемой воды t h =60 С и t c =5 С.
°С
м 2
По прил. 8 [ 2 ] принимаем скоростной водонагреватель N 11 ВТИ – МосЭнерго с поверхностью нагрева одной секции 5.89 м. Потребное число секций определится по формуле (2.16)
cекции
Длина секции 2000 мм, наружный диаметр корпуса 219 мм, число трубок 64.
Расчет системы горячего водоснабжения в режиме водоразбора производится в табличной форме (табл. 2.3).
Потери напора на участках сети горячего водоснабжения определялись по формуле (2.19). Величина Kl принималась 0.2 — для распределительных трубопроводов и 0.1 — для водоразборных стояков без полотенцесушителей. (Принято присоединение полотенцесушителей к сети отопления.)
Общие потери напора на линии 1-ввод составляют 21125 мм или 21.1 м. Поскольку стояк Ст ТЗ-2 имеет вдвое большую гидравлическую нагрузку, чем стояк Ст ТЗ-1, то для него принят диаметр 25 мм и произведен расчет скоростей и потерь напора на этом стояке. Поскольку потери напора на участках 4 – 8 оказались больше, чем на участках 11 – 15, то стояк Ст ТЗ-1 принят за расчетный.
Требуемый напор на вводе в здание для работы системы горячего водоснабжения определяется по формуле (2.20)
Здесь потери напора в водонагревателе определены по формуле (2.17)
м
Расчет системы горячего водоснабжения в режиме циркуляции производится в табличной форме ( табл. 2.4 ). Расчетная схема сети представлена на рис. 2.1.
Расчет сети горячего водоснабжения в режиме циркуляции
| Расчетные уч-ки | Длина уч-ка | Циркуля-ционный расход, л/с | Диаметр, мм | Скорость, м/с | Потери напора, мм | Примеча-ния |
| на 1 пог. м. | на уч-ке | |||||
| вод-4 | 13,00 | 0,28 | 0,27 | 6,24 | ||
| 4-3 | 10,00 | 0,19 | 0,24 | 4,30 | ||
| 3-2 | 4,00 | 0,10 | 0,24 | 10,00 | ||
| 2-1 | 11,20 | 0,10 | 0,42 | 45,98 | ||
| 1-2″ | 11,20 | 0,10 | 0,42 | 45,98 | ||
| 2″-3″ | 4,00 | 0,10 | 0,42 | 45,98 | ||
| 3″-4″ | 10,00 | 0,19 | 0,45 | 36,13 | ||
| 4″-ввод | 13,00 | 0,28 | 0,35 | 13,88 | ||
| Итого: 1340 |
Циркуляционный расход на участках принимался по формуле (2.23), Диаметры циркуляционных труб в стояках принимались такими же, как и диаметры распределительных; в магистралях они принимались на размер меньше.
Общие потери напора на трение и местные сопротивления в сети составили 1340 мм. Здесь необходимо учесть потери напора в водонагревателе при пропуске циркуляционного расхода, которые определяются по формуле (2.17)
м = 7,9 мм = 8 мм
Таким образом, потери напора в расчетном циркуляционном кольце составят
мм
Определяется возможность естественной циркуляции. Естественный циркуляционный напор определяется для системы с нижней разводкой по формуле (2.25)
=
= 13.2 (986.92 — 985.73) + 2(985.73 — 983.24) = 20.69 мм
Потери напора в циркуляционном кольце (1348 мм) значительно превышают естественный циркуляционный напор (20.69 мм), поэтому проектируется насосная циркуляция.
Производительность циркуляционного насоса определяется по формуле (2.26)
л/с
Требуемый напор насоса определяется по формуле (2.27)
м
По прил. XIII [ 3 ] принимаем насос К50-32-125 (К8/18б) с номинальной производительностью 2.5 л/с и напором 11,4 м. Эти величины превышают расчетные, поэтому можно заменить двигатель с числом оборотов 2860 об/мин на 1480 об/мин. Из формулы (7.1) [ 3 ] определим, что
л/с; 
м.
При этом мощность на валу насоса станет
кВт
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕЙ СИСТЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ
Система водоотведения включает комплекс инженерных устройств внутри здания для приема сточных вод и их отведения за пределы здания в уличную водоотводящую сеть. Она состоит из следующих основных элементов:
-приемников сточных вод — санитарных приборов;
-гидравлических затворов (сифонов);
-стояков с вытяжными трубами;
Особое место занимает дворовая водоотводящая сеть, которая служит для отведения сточных вод от зданий в уличные коллекторы.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
