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" , 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:
q с = 5·q 0 tot ·α, л/с,
Где: q 0 tot - общий расход жидкости, одного потребляемого прибора, определяемый согласно п. 3.2 . Принимаем по прил. 2 для ванной комнаты - 0,25 л/с, сан. узла - 0,1 л/с, кухни - 0,12 л/с.
α - коэффициент, определяемый согласно прил. 4 в зависимости от вероятности Р и количества сантехприборов N.
Определение вероятности действия санитарно-технических приборов:
P = (U·q hr,u tot) / (q 0 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 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 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:
d = √((4·q с)/(π·V)) м,
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 , 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.
На предприятиях, а также в квартирах и домах в целом расходуется большое количество воды. Цифры огромные, но могут ли они о чем-то сказать еще, кроме факта определенного расхода? Да, могут. А именно, расход воды может помочь рассчитать диаметр трубы. Это, казалось бы, не связанные друг с другом параметры, но на деле взаимосвязь очевидна.
Ведь пропускная способность системы водоснабжения зависит от множества факторов. Весомое место в этом списке как раз и занимает диаметр труб, а также давление в системе. Разберемся в этом вопросе глубже.
Факторы, оказывающие влияние на проходимость воды через трубу
Расход воды через трубу круглого сечения, имеющей отверстие, зависит от размеров этого отверстия. Таким образом, чем оно больше, тем больше воды пройдет через трубу за определенный отрезок времени. Однако не стоит забывать и о давлении. Ведь можно привести пример. Метровый столб продавит воды через сантиметровое отверстие гораздо меньше за единицу времени, нежели столб, имеющий высоту несколько десятков метров. Это очевидно. Поэтому расход воды достигнет своего максимума при максимальном внутреннем сечении изделия, а также при максимальном давлении.
Расчет диаметра
Если вам нужно получить определенный расход воды на выходе системы водоснабжения, тогда не обойтись без расчета диаметра трубы. Ведь этот показатель, наряду с остальными, оказывает влияние на показатель пропускной способности.
Безусловно, существуют специальные таблицы, которые есть в Сети и в специализированной литературе, которые позволяют обойти расчеты, ориентируясь на определенные параметры. Однако высокой точности от таких данных ждать не стоит, погрешность все равно будет присутствовать, даже если учесть все факторы. Поэтому лучший выход для получения точных результатов – самостоятельный расчет.
Для этого понадобятся такие данные:
- Расход потребления воды.
- Потери напора от исходной точки до точки потребления.
Расход потребления воды необязательно рассчитывать – есть цифровой стандарт. Можно взять данные по смесителю, которые гласят, что в секунду расходуется около 0,25 литров. Этой цифрой можно воспользоваться для расчетов.
Немаловажный параметр для получения точных данных – потери напора на участке. Как известно, давление напора в стандартных стояках водоснабжения находится в пределах от 1 до 0,6 атмосфер. Средний показатель – 1,5-3 атм. Параметр зависит от количества этажей в доме. Но это не значит, что, чем выше дом, тем выше давление в системе. В очень высоких домах (более 16 этажей) иногда используется разделение системы на этажи, чтобы нормализовать давление.
Что касается потери напора, этот показатель можно вычислить, используя манометры в исходной точке и перед точкой потребления.
Если все же знаний и терпения для самостоятельного расчета недостаточно, тогда можно воспользоваться и табличными данными. И пусть они будут обладать определенными погрешностями, данные будут достаточно точны для определенных условий. И тогда по расходу воды будет очень просто и быстро получить диаметр трубы. А значит, система водоснабжения будет рассчитана верно, что позволит получить такое количество жидкости, которое удовлетворит потребности.
Для того чтобы правильно смонтировать конструкцию водопровода, начиная разработку и планирование системы, необходимо рассчитать расход воды через трубу.
От полученных данных зависят основные параметры домашнего водовода.
В этой статье читатели смогут познакомиться с основными методиками, которые помогут им самостоятельно выполнить расчет своей водопроводной системы.
Цель расчета диаметра трубопровода по расходу: Определение диаметра и сечения трубопровода на основе данных о расходе и скорости продольного перемещения воды.
Выполнить такой расчет достаточно сложно. Нужно учесть очень много нюансов, связанных с техническими и экономическими данными. Эти параметры взаимосвязаны между собой. Диаметр трубопровода зависит от вида жидкости, которая будет по нему перекачиваться.
Если увеличить скорость движения потока можно уменьшить диаметр трубы. Автоматически снизится материалоемкость. Смонтировать такую систему будет намного проще, упадет стоимость работ.
Однако увеличение движения потока вызовет потери напора, которые требуют создание дополнительной энергии, для перекачки. Если очень сильно ее уменьшить, могут появиться нежелательные последствия.
Когда выполняется проектирование трубопровода, в большинстве случаев, сразу задается величина расхода воды. Неизвестными остаются две величины:
- Диаметр трубы;
- Скорость потока.
Сделать полностью технико-экономический расчет очень сложно. Для этого нужны соответствующие инженерные знания и много времени. Чтобы облегчить такую задачу при расчете нужного диаметра трубы, пользуются справочными материалами. В них даются значения наилучшей скорости потока, полученные опытным путем.
Итоговая расчетная формула для оптимального диаметра трубопровода выглядит следующим образом:
d = √(4Q/Πw)
Q – расход перекачиваемой жидкости, м3/с
d – диаметр трубопровода, м
w – скорость потока, м/с
Подходящая скорость жидкости, в зависимости от вида трубопровода
Прежде всего учитываются минимальные затраты, без которых невозможно перекачивать жидкость. Кроме того, обязательно рассматривается стоимость трубопровода.
При расчете, нужно всегда помнить об ограничениях скорости двигающейся среды. В некоторых случаях, размер магистрального трубопровода должен отвечать требованиям, заложенным в технологический процесс.
На габариты трубопровода влияют также возможные скачки давления.
Когда делаются предварительные расчеты, изменение давление в расчет не берется. За основу проектирования технологического трубопровода берется допустимая скорость.
Когда в проектируемом трубопроводе существуют изменения направления движения, поверхность трубы начинает испытывать большое давление, направленное перпендикулярно движению потока.
Такое увеличение связано с несколькими показателями:
- Скорость жидкости;
- Плотность;
- Исходное давление (напор).
Причем скорость всегда находится в обратной пропорции к диаметру трубы. Именно поэтому для высокоскоростных жидкостей требуется правильный выбор конфигурации, грамотный подбор габаритов трубопровода.
К примеру, если перекачивается серная кислота, значение скорости ограничивается до величины, которая не станет причиной появления эрозия на стенках трубных колен. В результате структура трубы никогда не будет нарушена.
Скорость воды в трубопроводе формула
Объёмный расход V (60м³/час или 60/3600м³/сек) рассчитывается как произведение скорости потока w на поперечное сечение трубы S (а поперечное сечение в свою очередь считается как S=3.14 d²/4): V = 3.14 w d²/4. Отсюда получаем w = 4V/(3.14 d²). Не забудьте перевести диаметр из миллиметров в метры, то есть диаметр будет 0.159 м.
Формула расхода воды
В общем случае методология измерения расхода воды в реках и трубопроводах основана на упрощённой форме уравнения непрерывности, для несжимаемых жидкостей:
Расход воды через трубу таблица
Зависимость расхода от давления
Нет такой зависимости расхода жидкости от давления, а есть - от перепада давления. Формула выводится просто. Имеется общепринятое уравнение перепада давления при течении жидкости в трубе Δp = (λL/d) ρw²/2, λ — коэффициент трения (ищется в зависимости от скорости и диаметра трубы по графикам или соответствующим формулам), L — длина трубы, d — ее диаметр, ρ -плотность жидкости, w — скорость. С другой стороны, есть определение расхода G = ρwπd²/4. Выражаем из этой формулы скорость, подставляем ее в первое уравнение и находим зависимость расхода G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4, SQRT - квадратный корень.
Коэффициент трения ищется подбором. Вначале задаете от фонаря некоторое значение скорости жидкости и определяете число Рейнольдса Re=ρwd/μ, где μ — динамическая вязкость жидкости (не путайте с кинематической вязкостью, это разные вещи). По Рейнольдсу ищете значения коэффициента трения λ = 64/Re для ламинарного режима и λ = 1/(1.82 lgRe — 1.64)² для турбулентного (здесь lg - десятичный логарифм). И берете то значение, которое выше. После того, как найдете расход жидкости и скорость, надо будет повторить весь расчет заново с новым коэффициентом трения. И такой перерасчет повторяете до тех пор, пока задаваемое для определения коэффициента трения значение скорости не совпадет до некоторой погрешности с тем значением, что вы найдете из расчета.
В некоторых случаях приходится сталкиваться с необходимостью расчета расхода воды через трубу. Этот показатель говорит о том, сколько воды может пропустить труба, измеряется в м³/с.
- Для организаций, не поставивших счетчик на воду, начисление платы происходит из учета проходимости трубы. Важно знать, насколько точно эти данные просчитаны, за что и по какому тарифу надо платить. Физических лиц это не касается, для них, при отсутствии счетчика, количество прописанных человек умножается на потребление воды 1 человеком по санитарным нормам. Это достаточно большой объем, а с современными тарифами гораздо выгоднее поставить счетчик. Точно также в наше время часто выгоднее самому греть воду колонкой, чем платить коммунальным службам за их горячую воду.
- Огромную роль расчет проходимости трубы играет при проектировании дома, при подведении к дому коммуникаций .
Важно увериться, что каждое ответвление водопровода сможет получить свою долю из основной трубы даже в часы пикового расхода воды. Водопровод создан для комфорта, удобства, облегчения человеку труда.
Если каждый вечер до жителей верхних этажей вода будет практически не доходить, о каком комфорте может идти речь? Как можно пить чай, мыть посуду, купаться? А все пьют чай и купаются, поэтому тот объем воды, который смогла предоставить труба, распределился по нижним этажам. Совсем плохую роль эта проблема может сыграть при пожаротушении. Если пожарники подключатся к центральной трубе, а в ней нет напора.
Иногда расчет расхода воды через трубу может пригодиться, если после ремонта водопровода горе-мастерами, замены части труб, напор сильно упал.
Гидродинамические расчеты непростое дело, обычно осуществляются квалифицированными специалистами. Но, допустим, вы занимаетесь частным строительством, проектируете свой уютный просторный дом.
Как рассчитать расход воды через трубу самому?
Казалось бы, достаточно знать диаметр отверстия трубы, чтобы получить, может, и округленные, но в целом справедливые цифры. Увы, этого очень мало. Другие факторы способны изменять результат вычислений в разы. Что же влияет на максимальный расход воды через трубу?
- Сечение трубы . Очевидный фактор. Отправная точка гидродинамических вычислений.
- Давление в трубе . При увеличении давления через трубу с тем же сечением проходит больше воды.
- Изгибы, повороты, изменение диаметра, разветвления тормозят движение воды по трубе. Разные варианты в разной степени.
- Протяженность трубы . По более длинным трубам будет проходить меньше воды за единицу времени, чем по коротким. Весь секрет в силе трения. Подобно тому, как она задерживает движение привычных для нас объектов (автомобилей, велосипедов, саней и т. д.), сила трения препятствует водяному потоку.
- У трубы с меньшим диаметром оказывается больше площади соприкосновения воды с поверхностью трубы по отношению к объему водяного потока. А от каждой точки соприкосновения появляется сила трения. Так же, как и в более длинных трубах, в более узких трубах скорость движения воды становится меньше.
- Материал труб . Очевидно, что степень шероховатости материала влияет величину силы трения. Современные пластиковые материалы (полипропилен, ПВХ, металлопласт и т. д.) оказываются очень скользкими по сравнению с традиционной сталью и позволяют двигаться воде быстрее.
- Длительность эксплуатации трубы . Известковые отложения, ржавчина сильно ухудшают пропускные возможности водопровода. Это самый каверзный фактор, ведь степень засоренности трубы, ее новый внутренний рельеф и коэффициент трения весьма сложно просчитать с математической точностью. К счастью, расчет расхода воды чаще всего требуется для нового строительства и свежих, не использовавшихся ранее материалов. А с другой стороны, подключаться эта система будет к уже существующим, много лет существующим коммуникациям. И как она сама себя поведет через 10, 20, 50 лет? Новейшие технологии значительно улучшили эту ситуацию. Пластиковые трубы не ржавеют, их поверхность практически не портится со временем.
Расчет расхода воды через кран
Объем вытекаемой жидкости находится путем умножения сечения отверстия трубы S на скорость вытекания V. Сечение это площадь определенной части объемной фигуры, в данном случае, площадь круга. Находится по формуле S = πR2 . R будет радиусом отверстия трубы, не путать с радиусом трубы. π постоянная величина, отношение длины окружности к ее диаметру, приблизительно равняется 3,14.
Скорость вытекания находится по формуле Торричелли: . Где g ускорение свободного падения, на планете Земля равное приблизительно 9,8 м/с. h высота водяного столба, который стоит над отверстием.
Пример
Рассчитаем расход воды через кран с отверстием диаметром 0,01 м и высотой столба 10 м.
Сечение отверстия = πR2 = 3,14 х 0,012 = 3,14 х 0,0001 = 0,000314 м².
Скорость вытекания = √2gh = √2 х 9,8 х 10 = √196 = 14 м/с.
Расход воды = SV =0,000314 х 14 = 0,004396 м³/с.
В переводе на литры получается, что из заданной трубы способно вытекать 4,396 л в секунду.
Расчет потребления воды производится перед строительством трубопроводов и является составной частью гидродинамических вычислений. При сооружении магистральных и промышленных трубопроводов данные расчеты производятся с помощью специальных программ. При строительстве трубопровода бытового назначения своими руками можно провести расчет самостоятельно, но стоит учитывать, что полученный результат не будет максимально точным. Как рассчитать параметр потребления воды, читайте далее.
Факторы, оказывающие влияние на пропускную способность
Основным фактором, по которому производится расчет системы трубопроводов, является пропускная способность. На данный показатель влияет множество различных параметров, наиболее существенными из которых являются:
- давление в существующем трубопроводе (в магистральной сети, если строящийся трубопровод будет подключен к внешнему источнику). Методика расчета с учетом давления носит более сложный, но и более точный характер, так как именно от давления зависит такой показатель, как пропускная способность, то есть способность пропускать определенное количество воды за определенную единицу времени;
- общая длина трубопровода. Чем больше этот параметр, тем большее количество потерь проявляется в ходе его использования и, соответственно, для исключения падения давления требуется применять трубы большего диаметра. Поэтому данный фактор также учитывается специалистами;
- материал, из которого изготовлены трубы. Если для сооружения или иной магистрали используются металлические трубы, то неровная внутренняя поверхность и возможность постепенного засорения отложениями, содержащимися в воде, приведут к снижению пропускной способности и, соответственно, небольшому увеличению диаметра. При использовании пластиковых труб (ПВХ), полипропиленовых труб и так возможность засорения отложениями практически исключена. Более того, внутренняя поверхность пластиковых труб более гладкая;
- сечение труб. По внутреннему сечению трубы можно самостоятельно сделать предварительный расчет.
Есть и иные факторы, которые учитываются специалистами. Но для данной статьи они не имеют существенного значения.
Методика расчета диаметра в зависимости от сечения труб
Если при расчете трубопровода необходимо учитывать все перечисленные факторы, производить вычисления рекомендуется при помощи специальных программ. Если для сооружения системы достаточно предварительных расчетов, то они проводятся в следующей последовательности:
- предварительное определение количества расхода воды всеми членами семьи;
- подсчет оптимального размера диаметра.
Как рассчитать расход воды в доме
Определить самостоятельно количество потребляемой холодной или горячей воды в доме можно несколькими методами:
- по показания прибора учета. Если при вводе трубопровода в дом установлены счетчики, то определить расход воды в сутки на одного человека не составляет проблем. Причем при наблюдении в течение нескольких дней можно получить достаточно точные параметры;
- по установленным нормам, определенными специалистами. Норматив потребления воды на человека установлен для отдельных видов помещений с наличием/отсутствием определенных условий;
- по формуле.
Чтобы определить общее количество расхуемой воды в помещении, необходимо произвести расчет для каждого сантехнического узла (ванны, душевой кабинки, смесителя и так далее) в отдельности. Формула расчета:
Qs = 5 x q0 x Р, где
Qs – показатель, определяющий величину расхода;
q0 — установленная норма;
Р – коэффициент, при помощи которого учитывается возможность использования нескольких видов сантехнических приборов одновременно.
Показатель q0 определяется в зависимости от вида сантехнического оборудования по следующей таблице:
Вероятность Р определяется по следующей формуле:
Р = L x N1 / q0 x 3600 x N2 , где
L — пиковый расход воды за 1 час;
N1 — количество человек, пользующихся сантехническими приборами;
q0 — установленные нормативы для отдельной сантехнической единицы;
N2 — количество установленных приборов сантехники.
Определять расход воды без учета вероятности недопустимо, так как одновременное использование приборов сантехники приводит к увеличению мощности потока.
Произведем расчет воды на конкретном примере. Необходимо определить расход воды по следующим параметрам:
- в доме проживает 5 человек;
- установлены 6 единиц сантехнического оборудования: ванна, унитаз, раковина на кухне, стиральная машина и посудомоечная машина, установленные на кухне, душевая кабина;
- пиковый расход воды за 1 час в соответствии со СНиП устанавливается равным 5,6 л/с.
Определяем размер вероятности:
Р = 5,6 х 4 / 0,25 х 3600 х 6 = 0,00415
Определяем расход волы для ванны, кухни и туалетной комнаты:
Qs (ванны) = 4 х 0,25 х 0,00518 = 0,00415 (л/с)
Qs (кухни) = 4 х 0,12 х 0,00518 = 0,002 (л/с)
Qs (туалета) = 4 х 0,4 х 0,00518 = 0,00664 (л/с)
Расчет оптимального сечения
Для определения сечения используется следующая формула:
Q = (πd²/4)хW , где
Q – полученное расчетным путем количество расходуемой воды;
d – искомый диаметр;
W – скорость движения воды в системе.
Путем простейших математических действий можно вывести, что
d = √(4Q/πW)
Показатель W можно получить из таблицы:
Представленные в таблице показатели применяются для приблизительных расчетов. Для более получения более точных параметров используется сложная математическая формула.
Определим диаметр труб для ванны, кухни и туалета по параметрам, представленным в рассматриваемом примере:
d (для ванной комнаты) = √(4 х 0,00415 / (3,14 х 3)) = 0,042 (м)
d (для кухни) = √(4 х 0,002 / (3,14 х 3)) = 0,03 (м)
d (для туалета) = √(4 х 0,00664 / (3,14 х 3)) = 0,053 (м)
Для определения сечения труб принимается наибольший расчетный показатель. С учетом небольшого запаса в данном примере можно провести проводку водоснабжения трубами с сечением 55 мм.
Как произвести расчет при помощи специальной полупрофессиональной программы, смотрите на видео.