Расчёт системы водоснабжения

Рассмотрено как выполнить расчет системы водоснабжения (холодной и горячей), в чем разница и особенности. Рассказано, от чего зависит выбор насоса и фильтра для воды, и что дает результат анализа и расчета.

На сегодняшний день ни один частный дом не может считаться благоустроенным, если в нем нет системы водоснабжения. Можно подключиться к центральному водопроводу или же соорудить автономную систему подачи воды. При организации автономного водопровода нужно провести расчет системы водоснабжения, кроме того, на плечи домовладельца ложатся дополнительные затраты. Но чаще всего это бывает оправдано, так как не всегда есть возможность подключить домовладение к центральному водоснабжению. (См. также: Монтаж систем водоснабжения)

Расчет системы позволяет составить смету затрат на организацию водоснабжения, исходя из усредненного параметра расхода воды. При этом учитывается большой объем сведений (количество умывальников, санузлов, посудомоечных и стиральных машин душевых кабин, и так далее). Расчет водоснабжения осуществляется как для холодной, так для горячей воды.

Рисунок 1: Система водоснабжения

Холодное водоснабжение

Расчет в этом случае учитывает три составляющих:

системы очистки воды и контроля давления.

Обычно источник воды находится под землей. Для ее извлечения можно вырыть колодец либо пробурить скважину. Если выбор пал на рытье колодца, то затраты окажутся ниже, так как его глубина сравнительно небольшая и достигает всего 15 метров. Но вместе с тем качество получаемой воды тоже может оказаться существенно ниже.

Чтобы иметь чистую воду без всяких примесей, лучше пробурить скважину. Правда, стоимость ее будет на порядок выше, и зависеть цена будет еще от того, на какой глубине залегают подземные воды. Расчет системы водоснабжения (внутреннего водопровода) определяет общий расход воды в сети, а также на отдельных ее участках. При этом берется во внимание все оборудование, относящееся к данной системе водоснабжения. (См. также: Договор водоснабжения и водотведения)

Рисунок 2: Схема холодного и горячего водоснабжения

Насосы

Основной элемент системы водозабора – это насос. Существует два типа насосов: поверхностные и погруженные. Поверхностные насосы устанавливают соответственно на поверхности. Для соединения насоса с источником вводы прокладывают трубопровод. При выборе такого насоса следует учитывать, что при работе он издает сильный шум, вследствие чего его рекомендуют располагать на некотором расстоянии от жилых помещений.

Для скважин используют погруженные насосы, которые устанавливают на дно скважины. Высота подъема воды, на которую рассчитаны такие насосы, достигает 200 метров. Единственный минус использования таких насосов в том, что ремонтные работы с ними весьма затруднительны. Поэтому лучше не экономить и выбирать качественное изделие.

Рисунок 3: Виды насосов

Рисунок 4: Виды электрических насосов

Фильтры для воды

Для того чтобы используемая вода была пригодна для приготовления пищи и питья, необходимо установить систему для ее очистки. Для этого существуют фильтры различных типов. Проведя экспертизу воды из используемого источника, можно определить, какой фильтр лучше выбрать. (См. также: Что надо знать о проектировании отопления)

Рисунок 5: Фильтр для воды

Горячее водоснабжение

Расчет горячего водоснабжения зависит от способа извлечения горячей воды. Для этого используют газовые или электронагреватели, колонки, котельные, систему теплосети. Чаще всего в частных домах горячую воду получают из системы отопления.

Важно! Расчет системы горячего водоснабжения должен учитывать возможность установки циркуляционного трубопровода. С его помощью вода будет постоянно проходить через водонагреватель, не остывая даже при отсутствии водоразбора.

Рисунок 6: Схема системы водоснабжения

Суть гидравлического расчета

Гидравлический расчет системы водоснабжения заключается в том, что по специальной методике собираются данные о водопроводных сетях, сооружениях и потреблении абонентами воды, которая затем заносится в ЭВМ. Выборочно делается одновременный замер свободных напоров в ряде узлов сети. На основании собранной информации происходит построение идеальной модели работы сети на ЭВМ. После чего, учитывая данные о свободных напорах, выстраивается эквивалентная модель, то есть модель фактической работы водопроводной сети. (См. также: Технические условия на водоснабжение)

Рисунок 7: Примерная схема гидравлического расчета

Основы гидравлического расчета

Задача гидравлического расчета — определение диаметра подающих трубопроводов и потери напора. Для того чтобы определить потери напора на фрагменте трубопровода расчетным расходом является секундный расход с учетом остаточной циркуляции: qh = qh (1 + k), л/с.

k — коэффициент остаточной циркуляции.

Определение этого коэффициента зависит от соотношения циркуляционного и секундного расходов в системе водоснабжения: k = f(qh/q). Причем k не равняется нулю лишь на начальных участках системы (до 1-го водоразборного стояка). Во всех других случаях k=0. Гидравлический расчет производится до расчета циркуляции. Поэтому проектировщик делает обоснованное предположение о размере соотношения qh/q (для жилых домов обычно qh/q >2,0).

Выполнение гидравлического расчета в каждой отрасли имеет свои отличительные черты. К примеру, набор местных сопротивлений в системах ГВС стандартен, поэтому расчет системы горячего водоснабженияне требуетпоштучно определять потери напора. Это значительно упрощает задачу. (См. также: Водоснабжение предприятия)

Рисунок 8: Диаграмма горячего водоснабжения квартирного дома

Что дает анализ

Благодаря анализу можно определить:

причины некачественной работы водопроводных сетей, которые могут выражаться в низких свободных напорах, наличии сеансового режима, дефиците воды на верхних этажах, повышенной аварийности;

фактическое состояние и пропускную способность водопроводных сетей, ее соответствие расходам воды, подаваемой насосными станциями;

перегруженность и недогрузку участков трубопровода;

участки с повышенным гидравлическим сопротивлением, которое может быть вызвано коррозией трубопровода или неисправной запорной арматурой;

производительность работы различных сооружений (насосных станций, водонапорных башен);

границы зон с переизбытком давления в сети и с недостаточными напорами;

данные о расходах воды на всех участках сети, скорости движения потока воды, свободных напорах во всех узлах, потерях напора, направления потокового распределения.

Гидравлический расчет системы водоснабжения в любой технической специальности имеет в своей основе общие закономерности гидродинамики. Среди них — уравнение Дарси-Вейсбаха (из курса гидравлики). Но каждая отрасль имеет свои особенности гидравлических расчетов.

Важно! В закрытых системах теплоснабжения зачастую нагревается не умягченная водопроводная вода. Поэтому здесь надо учитывать, что стенки трубопровода зарастают солями жесткости. Величину «i» в таком случае определяют по специальной номограмме.

Рисунок 9: Соли на стенках трубопровода

Результаты гидравлического расчета помогают:

выбрать недорогие, но эффективные способы улучшения работы водопроводных сетей;

повысить экономию воды и электроэнергии на насосных станциях;

перейти на бесперебойный режим водоснабжения без значительного капитального строительства.

сделать эксплуатацию водопроводных сетей более эффективной.

Совет! Определить потери напора, происходящие в водоразборных стояках, объединенных в секционные узлы кольцующей перемычкой, можно по расчетным расходам воды, коэффициент 0,7. За расчетный расход на кольцевых участках берется расход, не меньше максимального секундного для каждого из приборов.

Скорость потока воды в системе гидравлического водоснабжения должна быть не более 3 м/с. Но практика показывает, что при скорости более 1,5 м/с, начинается образование шумов в трубопроводах. При разном сопротивлении стояков диаметр каждого из них вычисляется, исходя из расчетного расхода и напора у основания конкретного стояка. При равности сопротивления стояков их диаметры исчисляются по диаметру последнего стояка.

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 водопровода в частном доме: просто о сложном

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!