Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения

Введение.

В городах и на промышленных предприятиях расходуют большое количество воды. Ее используют на хозяйственно-питьевые и производственные нужды, а также для пожаротушения. Обеспечение населения водой питьевого качества повышает уровень благоустройства городов, улучшает их санитарное состояние и предохраняет людей от эпидемических заболеваний, распространяющихся через воду.

Для обеспечения городов и промпредприятий водой строят системы водоснабжения — комплекс инженерных сооружений, а также мероприятий, обеспечивающих получение воды из природных источников, ее очистку, транспортирование и подачу потребителям. Система водоснабжения города или промпредприятия состоит из следующих основных элементов:

Водоприемных сооружений,

насосных станций, подающих воду к очистным сооружениям (насосные станции I подъема) или потребителям (насосные станции II подъема ),

очистных сооружений,

башен и резервуаров, накапливающих запасы воды или регулирующих напоры и расходы,

водопроводов и сети водопроводов, предназначенных для транспортирования воды от сооружения к сооружению или к потребителям.

Водопроводная вода в процессе использования в хозяйственных, производственных и других целях загрязняется и изменяет свои свойства. Такую воду называют сточной.

Сточные воды, образующиеся в городах и на ряде промпредприятий, содержат органи-ческие загрязнения, которые способны загнивать, и могут служить средой для развития различ-ных микроорганизмов, в том числе патогенных (болезнетворных). Сточные воды предприятий содержат вредные минеральные примеси, химические соединения или токсические вещества.

Для создания благоприятных санитарных условий на территориях городов и промпред-приятий сточные воды следует удалять за их пределы, а для исключения загрязнения водоемов сточные воды нужно очищать и обеззараживать. Для этого используют системы канализа-ции. Канализация представляет собой комплекс инженерных сооружений и мероприятий, предназначенных следующих целей:

приема сточных вод в местах образования и транспортирования их к очистным сооружениям,

очистки и обеззараживания сточных вод,

утилизации полезных веществ, содержащихся в сточных водах и их осадке,

выпуска очищеных вод в водоем.

Существуют 2 вида канализации: 1) Выводная и 2) Сплавная.

1.Расчет и проектирование внутреннего водопровода.

1.1.Трассировка сети.

Ввод водопровода в здание включает в себя узел присоединения водопровода к подземной магистрали трубопровод, проложенный от подземной магистрали до здания и водомерный узел на вводе. Отведение от магистрали производится или при помощи тройника, устанавливаемого заранее, или при отсутствии тройника – высверливанием в трубах отверстия с помощью специальных муфт – седелок.

Глубина заложения ввода должна быть не менее глубины промерзания, трубы ввода прокладываются с уклоном 0,002 – 0,005 в сторону подземной магистрали.

При параллельном вводе в здание водопровода, труб теплоснабжения, газопровода, канализации и электрических кабелей необходимо выдерживать в плане определенные расстояния между этими коммуникациями.

В местах пересечения водопроводного ввода с другими водопроводами расстояние между ними по вертикали должно быть – не менее 0,15 м., при пересечении с трубами канализации – не менее 0,4 м., причем во всех случаях ввод должен быть выше труб канализации.

Чтобы возможная осадка стр. конструкций здания не повредила ввода водопровода, между фундаментом здания и трубой оставляется зазор 10 см., заделанной мятой глиной.

Водомерный узел состоит из запорного вентиля (или задвижки), водомера, контрольного крана и запорного вентиля. Запорные вентили до и после водомера необходимы для того, чтобы водомер можно было снять для ремонта или отключить подачу воды во внутреннюю сеть. Контрольный кран нужен для проверки водомера или для спуска воды из внутренней сети.

Горизонтальным трубам придается уклон – 0,002 – 0,005 в сторону от водоразборных точек.

1.2. Определение расчетных расходов воды.

Расход на каждом участке водопроводной сети определяется по формуле:

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения , л/с

где Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения секундный расход воды водоразборным прибором (арматурой)

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения — определяется по приложению II СНИП 2.04.01-85.

Для мойки со смесителем — 0,12 л/с

Для умывальника со смесителем — 0,12 л/с

Для ванны — 0,25 л/с

Для унитаза — 0,1 л/с

На участках сети, которые обслуживают несколько приборов, в формулу подставляется величина расхода прибора с максимальным водоразбором.

a — коэффициент, зависящий произведения общего числа приборов N на вероятность их одновременного действия P , и определяется по приложению IV СНИП.

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения , где N — число одинаковых потребителей в здании.

Максимальный часовой расход воды в часы наибольшего водопотребления определяется по приложению III СНИП , Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения— общий расход воды.

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения расход холодной воды.

U=216 человек — общее количество жителей в здании,

N=288 штук — общее число приборов в здании.

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения.

Определение расчетных расходов воды и гидравлический расчет сети производится в табличной форме.

1.3. Гидравлический расчет внутреннего водопровода.

Гидравлический расчет внутреннего водопровода заключается в определении диаметров труб на пропуск расчетных расходов воды с соблюдением допустимых скоростей и потерь напоров.

Допустимые скорости:

Скорости в подводках к приборам и стоякам принимаются в пределах 0,9…1,5 м/с .

Скорости в магистралях принимаются в пределах 1,5…2,0 м/с

Гидравлический расчет внутреннего водопровода производится с использованием таблиц Шевелева Ф.А.

После выполнения гидравлического расчета и определения потерь напора на каждом участке, определяется сумма внутреннего водопровода, которая должна находиться в пределах 5…6 м. водного столба.

1.4. Подбор водомера.

Для учета количества воды, потребляемой зданием, после ввода устанавливается водомерный узел, оборудованный счетчиком воды и запорной арматурой. Водомерный узел устраивается на высоте 20 см от пола подвала.

Водомеры могут быть трех конструкций:

Крыльчатые водомеры.

Принимаются для измерения малых или средних расходов воды и устанавливаются только на горизонтальных участках сети (ось вращения перпендикулярна направлению движения воды).

Турбинные водомеры.

Принимаются при больших расходах воды. Могут устанавливаться как на горизонтальных, так и на вертикальных участках сети (ось вращения параллельна направлению движения воды).

Комбинированные водомеры.

Включают в себя и крыльчатые и турбинные счетчики. Устанавливают в зданиях с резким колебанием расходов.

Подбор водомера производится по среднечасовому расходу воды, потребляемому зданием, который сравнивается с величиной эксплуатационного расхода счетчика, после чего выбирается калибр и диаметр условного прохода счетчика.

Среднечасовой расход воды в здании определяется по формуле:

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения,

где Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения — норма водопотребления холодной воды, принимаемая в пределах 180 л/ч в сутки.

T=24 часа — продолжительность водопотребления.

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения

Выбираем водомер крыльчатый ГОСТ 6019-83. Диаметр условного прохода Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения, гидравлическое сопротивление Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения.

Производится проверка водомера на потери. Потери напора не должны превышать 2,5 м, определяются по формуле:

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения,

где q — расход воды на вводе в здание, л/с.

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения

Так как потери напора не превышают 2,5 м, то водомер выбран правильно.

1.5. Подбор повысительной установки.

Потребный напор — это напор в сети внутреннего водопровода, при котором обеспечивается излив необходимого расчетного расхода воды в диктующей точке здания.

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения в метрах,

где Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения — геодезическая высота подъема воды до диктующей точки, которая равна разнице отметки у диктующей точки и отметки перед водомерным узлом Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения — потери напора на вводе, которые равны разнице отметки трубопровода у стены здания и отметки трубопровода в городском колодце.

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения — суммарные потери по длине трубопровода

Гидравлический расчет системы холодного водоснабжения

Особенности разводки коттеджа

Чем, собственно, система водоснабжения в частном доме проще, нежели в многоквартирном строении (разумеется, помимо общего количества сантехнических приборов)?

Принципиальных отличия два:

  • На горячей воде, как правило, нет необходимости обеспечивать постоянную циркуляцию через стояки и полотенцесушители.

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

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

Важно: Тем, кто не сталкивался с циркуляционными схемами ГВС — в современных многоквартирных домах стояки горячего водоснабжения соединяются попарно. За счет разницы давлений на врезках, создаваемой подпорной шайбой, через стояки непрерывно циркулирует вода. Тем самым обеспечивается быстрая подача ГВС к смесителям и круглогодичный нагрев полотенцесушителей в ванных комнатах.

  • Водопровод в частном доме разводится по тупиковой схеме, что подразумевает постоянную нагрузку на отдельные участки разводки. Для сравнения — расчет водопроводной кольцевой сети (позволяющей запитать каждый участок водопровода из двух и более источников) должен выполняться отдельно для каждой из возможных схем подключения.

Что считаем

Нам предстоит:

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

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

  1. Вычислить напор на концевом сантехническом приборе. Если он будет неприемлемо низким, стоит подумать либо об увеличении диаметра трубопровода, либо об установке промежуточной подкачки.

Задачи сформулированы. Приступим.

Расход

Его можно приблизительно оценить по нормам расхода для отдельных сантехнических приборов. Данные при желании несложно найти 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 горячей 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 домах при расчете расхода используется коэффициент вероятности одновременного использования приборов. Нам достаточно просто просуммировать расход воды через приборы, которые могут использоваться одновременно. Скажем, мойка, душевая кабинка и унитаз дадут общий расход, равный 0,12 + 0,12 + 0,10 = 0,34 л/с.

Сечение

Расчет сечения трубы водопровода может быть выполнен двумя способами:

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

Подбор по таблице

Собственно, 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) примерно равен внутреннему диаметру водогазопроводной трубы. У полимерных труб, маркирующихся внешним диаметром, внутренний отличается от него примерно на шаг: скажем, 40-миллиметровая полипропиленовая труба имеет внутренний диаметр около 32 мм.

Расчет по скорости потока

Расчет диаметра водопровода по расходу воды через него может быть выполнен с использованием двух простых формул:

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

Первая формула имеет вид S = π r ^2. В ней:

  • S — искомая площадь сечения.
  • π — число «пи» (примерно 3,1415).
  • r — радиус сечения (половина ДУ или 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 рассчитаем минимальный ДУ трубы для следующих вводных данных:

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

Приступим.

  1. Расход в величинах СИ будет равным 0,00034 м3/с.
  2. Площадь сечения согласно второй формулы должна быть не менее 0,00034/1,5=0,00027 м2.
  3. Квадрат радиуса согласно 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 или внутренний диаметр, умножаем радиус на два. Результат — 0,0184 метра, или 18 миллиметров. Как легко заметить, он близок к полученному первым способом, хоть и не совпадает с ним в точности.

Напор

Начнем с нескольких общих замечаний:

  • Типичное давление в магистрали холодного водоснабжения составляет от 2 до 4 атмосфер (кгс/см2). Оно зависит от расстояния до ближайшей насосной станции или водонапорной башни, от рельефа местности, состояния магистрали, типа запорной арматуры на магистральном водопроводе и ряда прочих факторов.
  • Абсолютный минимум напора, который позволяет работать всем современным сантехническим приборам и использующей воду бытовой технике — 3 метра. Инструкция к проточным водонагревателям Атмор, к примеру, 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. Небольшой запас компенсирует неучтенные потери в подводках, запорной арматуре и самом приборе.

Нам нужно вычислить падение напора в трубопроводе известной протяженности и диаметра. Если разность напора, соответствующего давлению в магистрали, и падения напора в водопроводе больше 5 метров — наша система водоснабжения будет функционировать без нареканий. Если меньше — нужно либо увеличивать диаметр трубы, либо размыкать ее подкачкой (цена которой, к слову,  явно превысит рост затрат на трубы из-за увеличения их диаметра на один шаг).

Так как же выполняется расчет напора в водопроводной сети?

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

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

Проще всего определить коэффициент К.

Он равен:

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

С измерением длины трубопровода или его участка тоже особых сложностей не возникает; а вот понятие гидравлического уклона требует отдельного разговора.

На его значение влияют следующие факторы:

  1. Шероховатость стенок трубы, которая, в свою очередь, зависит от их материала и возраста. Пластики обладают более гладкой поверхностью по сравнению со сталью или чугуном; кроме того, стальные трубы со временем зарастают известковыми отложениями и ржавчиной.
  2. Диаметр трубы. Здесь действует обратная зависимость: чем он меньше, тем большее сопротивление трубопровод оказывает движению воды в нем.
  3. Скорость потока. С ее увеличением сопротивление тоже увеличивается.

Некоторое время назад приходилось дополнительно учитывать гидравлические потери на запорной арматуре; однако современные полнопроходные шаровые вентиля создают примерно такое же сопротивление, что и труба, поэтому ими можно смело пренебречь.

Вычислить гидравлический уклон своими силами весьма проблематично, но, к счастью, в этом и нет необходимости: все необходимые значения можно найти в так называемых таблицах Шевелева.

Чтобы читатель представил себе, о чем идет речь, приведем небольшой 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 разделить 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. Согласно ее данным, 1000i для описанных условий равно 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

Подчеркнем еще раз: приведенные схемы расчетов предельно упрощены и не предназначены для профессиональных расчетов сложных систем. Однако их точность вполне приемлема для нужд владельцев частных домов.

Дополнительную информацию, как обычно, читателю предложит видео в этой статье. Успехов!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.