Расчет напора перед санитарно-техническими приборами

Calculation of Head Before Sanitary-Plumbing Fixtures. Designer’s aid

I. V. Goryunov, Head of SMART WATER Project, Elita Group of Companies

Keywords: water supply system, water flowrate, water head, pressure

This article presents a method allowing to determine the minimum and maximum water head before sanitary-plumbing fixtures that ensures matching of the actual and design water flowrate, i.e. such head, where the actual flowrate of an equivalent fixture will be equal to design flowrate of an equivalent fixture.

В данной статье изложена методика, позволяющая определить минимальный и максимальный напор перед санитарно-техническими приборами, при котором обеспечивается соответствие фактического и расчетного расхода воды, т.е. такой напор, при котором фактический расход эквивалентного прибора будет равен проектному расходу эквивалентного прибора.

Расчет напора перед санитарно-техническими приборами

И. В. Горюнов, руководитель проекта «УМНАЯ ВОДА», Группа компаний «Элита», i.goryunov@smartwater.su

Введение

В условиях разнообразия систем водоснабжения холодной и горячей воды проектировщики сталкиваются с определенными трудностями при расчетах по причине отсутствия в нормативной документации точных диапазонов для некоторых величин [1].

Так, например, для определения напора насосной установки согласно п. 7.3.2 СП 30.13330.2016 [2] необходимо знать величину минимального напора перед санитарно-техническим прибором, которую следует принимать по паспорту прибора. Часто эти данные отсутствуют в паспортах производителей. В то же время ГОСТ 19681-2016 [3] предписывает, что определенный тип водоразборной арматуры должен обеспечивать определенный расход воды.

В п. 5.3.1.6 [2] устанавливается величина максимального давления перед санитарно-техническим прибором – 0,45 МПа. При проектировании эта величина должна быть скорректирована (в меньшую сторону). Для этого необходимо произвести расчет системы водопровода с учетом набора различных санитарно-технических приборов и с учетом значения проектного расхода эквивалентного санитарно-технического прибора (п. 5.2.2.1 [2]).

В данной статье изложена методика, позволяющая определить минимальный и максимальный напор перед санитарно-техническими приборами, при котором обеспечивается соответствие фактического и расчетного расхода воды, т.е. такой напор, при котором фактический расход эквивалентного прибора будет равен проектному расходу эквивалентного прибора (эта величина используется для вычисления расчетного расхода воды согласно п. 5.2.2.2 [2]).

Проиллюстрируем методику на примере системы водопровода холодной воды жилого здания: в 15-этажном доме имеется восемь последовательно расположенных стояков; высота этажа – 3 м; в каждой квартире имеется: умывальник, мойка и ванна (все со смесителями); потери напора в сети водопровода – 10 м.

Минимальный напор

Из табл. А.1 [2] имеем секундные расходы холодной воды для санитарно-технических приборов (табл. 1).

Из табл. 1 [3] имеем расход воды, который должна обеспечивать водоразборная арматура при минимальном давлении 0,05 МПа (табл. 2).

Чтобы обеспечить требуемые расходы по [2], необходимо увеличить напор относительно [3]. Перерасчет напора производим для диктующих санитарно-технических приборов самой удаленной квартиры (15-й этаж, стояк В1-8).

Перерасчет напоров производим по формуле подобия

Результаты расчета сведены в сравнительную табл. 3. В колонке «по СП 30» табл. 3 показаны необходимые напоры и расходы, но так как все приборы в квартире запитаны от одного источника (квартирного ввода водопровода), дальнейшие расчеты выполняем по максимальному напору – 11,3 м. Фактические расходы при этом напоре у умывальника и мойки увеличатся (см. табл. 3, колонку «фактический»).

Перерасчет расходов производим по формуле подобия

Таким образом, на эквивалентном приборе квартиры (15-й этаж, стояк В1-8) требуется напор 11,3 м, чтобы обеспечить расход 0,13 л/с. Проводим гидравлический расчет, используя программу «УМНАЯ ВОДА» [4], и определяем напоры и расходы во всех квартирах. Напоры и, следовательно, расходы будут больше (табл. 4). Так, например, для 1-го стояка на 1-м этаже напор составит 62,5 м, расход – 0,31 л/с.

Фактический расход эквивалентного прибора здания составит 0,224 л/с. Этот расход вычисляется как среднее арифметическое расходов всех санитарно-технических приборов в здании в диапазоне от 0,13 л/с при напоре 11,3 м (15-й этаж, стояк В1-8) до 0,31 л/с при напоре 62,2 м (1-й этаж, стояк В1-1).

Термины, использованные в статье

Эквивалентный санитарно-технический прибор. Условный санитарно-технический прибор, характеристика которого является усредненной для определенного количества различных санитарно-технических приборов (в квартире, здании и т. п.). Проектный расход эквивалентного санитарно-технического прибора. Расход эквивалентного санитарно-технического прибора, принятый при проектировании для вычисления расчетных расходов воды. Фактический расход эквивалентного санитарно-технического прибора. Расход эквивалентного санитарно-технического прибора, вычисленный на основании фактических расходов каждого прибора с учетом фактического напора воды перед приборами.

Максимальный напор

Согласно табл. А.2. [2] величина проектного расхода эквивалентного санитарно-технического прибора в жилом здании устанавливается в размере 0,2 л/с. Чтобы соблюсти эту норму, необходимо снизить величины расходов для некоторых санитарно-технических приборов. Другими словами, необходимо снизить максимальный напор на входе в квартиры, расположенные на нижних этажах, при помощи установки регуляторов давления.

При ограничении максимального напора до 45 м согласно [2] мы получим следующие напоры и расходы в каждой квартире (табл. 5).

При данном ограничении фактический расход эквивалентного прибора здания составит 0,221 л/с. Этот расход вычисляется как среднее арифметическое расходов всех санитарно-технических приборов в здании в диапазоне от 0,13 л/с при напоре 11,3 м (15-й этаж, стояк В1-8) до 0,26 л/с при напоре 45 м (1-й этаж, стояк В1-1).

Ограничение максимального напора до 45 м не удовлетворяет требованиям [2] (табл. А.2), так как дает завышенный фактический расход эквивалентного прибора 0,221 л/с, что не соответствует проектному расходу эквивалентного прибора 0,2 л/с.

Далее проводим последовательное пошаговое ограничение значения максимального напора в сторону уменьшения, рассчитывая для каждого значения напора расход эквивалентного прибора. Цель данных расчетов – получить максимально близкие значения фактического и проектного расхода эквивалентного прибора.

Для данного примера методом последовательных приближений получен максимальный напор 31 м (табл. 6).

В результате фактический расход эквивалентного прибора здания составит 0,201 л/с. Это – расход для диапазона от 0,13 л/с при напоре 11,3 м (15-й этаж, стояк В1-8) до 0,22 л/с при напоре 31 м (1-й этаж, стояк В1-1).

Приведем данные по погрешностям (табл. 7). Как видно из табл. 7, при напоре 31 м значения фактического и проектного расхода эквивалентного прибора практически совпадают (погрешность 0,5 %), в то время как при ограничении напора, согласно п. 5.3.1.6 [2] (45 м), погрешность значительно больше.

Рекомендации. Минимальный напор перед санитарно-техническими приборами принимать не менее 11 м. Максимальный напор перед санитарно-техническими приборами определяется расчетом.

Вывод

Предложенная методика позволяет определить минимальный и максимальный напоры перед санитарно-техническими приборами и свести к минимуму погрешности при определении расчетных расходов воды. То есть на этапе проектирования применение методики позволяет получить значения величин, которые будут соответствовать эксплуатационным показателям.

Варианты гидравлического расчета водопроводных сетей

Гидравлический расчет водопровода – совокупность вычислений, производимых на этапе проектирования здания (многоэтажного дома, коттеджа). Роль данного вида работ очень важна – неправильно спроектированная система водоснабжения не будет нормально функционировать. Выражаться это может в слабом напоре воды на верхних этажах высоток и в частых прорывах подвальных коммуникаций из-за высокого давления ввода.

Цели выполнения гидравлического расчета водопроводных сетей

Основными целями гидравлического расчета системы водоснабжения здания являются:

• вычисление максимального расхода воды на отдельных участках системы водоснабжения;
• определение скорости перемещения воды в трубах;
• расчет внутреннего диаметра труб для монтажа различных участков водопроводной сети;
• вычисление потери напора воды при подаче ее из магистрального трубопровода на определенную высоту;
• определение мощности насосного оборудования и целесообразности его использования с учетом произведенных расчетов.

Выполняются расчеты на основании данных и методик СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

Варианты гидравлического расчета водопроводных сетей

В зависимости от целей различают два вида гидравлического расчета водопроводных сетей — проектный и поверочный (наладочный).

Проектный

Данный вид гидравлического расчета производится при проектировании системы водоснабжения здания. С его помощью определяют вид трубопроводов для различных участков сети, скорость потока в них.

Кроме вычислений данный вид расчета включает в себя схематическое расположение элементов внутреннего водопровода — узла ввода, подвальных коммуникаций, стояков, узлов водоразбора.

Поверочный

Основными целями данного вида гидравлического расчета является определение распределения потоков в системе водоснабжения, вычисление напора источников при заранее вычисленных внутренних диаметрах труб и отборах воды в узловых точках.

Результатами поверочного расчета являются:

• водопотребление и потери напора на всех участках системы водоснабжения;
• объем подачи воды от источника (магистрального водопровода, водонапорной башни или контррезервуара);
• пьезометрические напоры в различных точках водоразбора.

Все полученные в результате данного расчета значения используют для проектирования расположения точек водоразбора – сантехнических приборов – внутри проектируемого здания.

Точный и достаточно быстрый наладочный расчет водопроводных сетей различной конфигурации (от простой тупикового водопровода до более сложной кольцевой системы) можно производить при помощи программ: «ГидроМодель», «Умная Вода», «WaterSupply», «Гидравлический расчет трубопровода».

Порядок проведения гидравлического расчета

Гидравлический расчет системы водоснабжения включает в себя следующие этапы:

• Определение количества точек водоразбора – для этого по типовому плану здания определяют количество умывальников, ванн, унитазов в здании.
• Составление схематического изображения (аксонометрической схемы) внутренней водопроводной сети – вручную или при помощи специального программного обеспечения составляется схема расположения стояков водоснабжения и подключаемых к ним сантехнических приборов. При этом для удобства дальнейшей работы каждый горячий и холодный водоснабжающий трубопровод отмечают различными цветами (красным и синим соответственно).
• Разбиение водопроводной сети на отдельные расчетные горизонтальные и вертикальные участки, состоящие из трубопроводов и водоразборных узлов. Границами каждого участка является запорная арматура и сантехнические приборы.
• Вычисление вероятности одновременного включения всех водоразборных узлов расчетного участка(P) – расчет значения данной величины производится по следующей формуле:

P=Q макс.вод ×U/Qприб.×N×3600;

где Q макс.вод –расход воды в часы с максимальным водопотреблением, л/ч на 1 жителя;

U – количество жителей, которых обеспечивают водой коммуникации и водоразборные узлы расчетного участка, чел;

Qприб. – нормативный расход через узел водоразбора в среднем составляющий 0,18 л/с;

N – количество входящих в расчетный участок узлов водоразбора (сантехнических приборов), шт;

3600 — коэффициент используемый для перевода литров в час в литры в секунду.

• Определение максимального секундного расхода воды трубопроводом и водозаборными узлами расчетного участка по формуле:

Q макс.расх.вод= 5× Q в.приб×a; л/с

где Q в.приб – суммарный нормативный расход через узлы водоразбора участка;

a – величина безразмерная. Ее значение находят по специальным таблицам в СНиП 2.04.01-85.

• Подбор оптимального внутреннего диаметра трубопровода — подбирается с учетом рекомендаций по использованию и экономической целесообразности применения в данных условиях.
• Расчет скорости воды — вычисляют по специальным методическим пособиям, исходя из внутреннего диаметра выбранного трубопровода.
• Вычисление потерь напора (Нl) по формуле:

где L – длина расчетного участка, м;

i – удельные потери напора при трении воды о внутренние стенки трубопровода, измеряется данная величина в миллиметрах водяного столба/метр трубопровода;

Kl – поправочный коэффициент, при проектировании жилых многоквартирных домов и коттеджей его значение равно 0,3.

• Для зданий имеющих 2 и более этажей гидравлический расчет требуемого напора(Hтр) водопроводного ввода в месте его подключения к наружному магистральному трубопроводу производится по следующей формуле:

где n – количество этажей;

4 -напор необходимый для поднятия воды для каждого этажа, расположенного выше первого, м.

• Фактический требуемый напор в точке ввода (Нф) находят, суммируя расчетный напор ввода (Hтр) с потерями напора на расчетных участках (Нl):

Нф= Hтр+ Нl расч.уч.1+ Нl расч.уч.2+ Нl расч.уч.3+ Нl расч.уч.4+ Нl расч.уч.n

Результаты такого расчета записывают в сводную таблицу.

Напор в 10 метров водного столба равен давлению в водопроводной магистрали равном 1 атмосфере (1 Bar).

Пример расчета холодного водоснабжения

Здание – 2-х этажный дом с цокольным этажом, одним вертикальным стояком высотой от подвала до верха -6 м, 5 точками водоразбора (кухонной мойкой, смесителем ванны и умывальника, унитаза,– на первом этаже; унитазом и смесителем душевой кабины — на втором этаже). В доме живет семья из 6 человек.

• Проектируемая внутренняя система водоснабжения разбивается на 2 расчетных участка – первого и второго этажа. Длина коммуникаций первого участка равна 5 м, вертикального стояка и горизонтальных коммуникаций второго участка – 5,5 м.
• Используя табличные данные СНиП, рассчитывается вероятность одновременного включения всех водоразборных узлов для первого и второго расчетных участков:

• Максимальный расход данных участков с учетом найденных по таблицам соответствующих значений коэффициента a будет равен:

Q макс.расх.вод1= 5× Q в.приб×a = 5×0,18×0,265=0,24л/с;

Qмакс.расх.вод2= 5×Qв.приб×a =5×0,18×0,241=0,22 л/с

• С учетом полученных значений расхода воды внутренний водопровод проектируют из простой полипропиленовой трубы диаметром 25мм (горизонтальные отводы от стояка) и 32 мм (вертикальный стояк).
• На основании значений длины первого и второго расчетного участка, величины коэффициента i и Kl (для таких условий они равны 0,083 и 0,3 соответственно) потеря напора на первом и втором расчетном участке будет равна:

Нl уч.1= L1×i×(1+Kl) = 5×0,083×1,3=0,54 м.вод. столба;

Нl уч.2= L1×i×(1+Kl) = 5,5×0,083×1,3=0,59 м.вод. столба.

Суммарная потеря напора на двух расчетных участках будет равна 1,14 водного столба или 0,114 атмосферы.

• Требуемый напор в точке ввода для такого здания будет равен:

Hтр=10+(2-1)×4=14 метров водяного столба или 1,4 атмосферы

• Фактический требуемый напор в точке ввода для данного коттеджа будет равен:

Нф= Hтр+ Нl расч.уч.1+ Нl расч.уч.2=14+1,14=15,14 метров водного столба или 1,5 атмосферы

Благодаря произведенному расчету, хозяин дома на этапе проектирования с учетом давления магистрального водопроводного трубопровода своего населенного пункта может планировать определенную схему внутренней водопроводной сети.