Tematem tego artykułu jest obliczenie sieci wodociągowych w prywatnym domu. Ponieważ typowy system zaopatrzenia w wodę w małym domku nie jest zbyt skomplikowany, nie musimy wchodzić w dżunglę skomplikowanych formuł; jednak czytelnik będzie musiał przyswoić sobie pewną część teorii.
Fragment sieci wodociągowej prywatnego domu. Jak każdy inny system inżynieryjny, ten wymaga wstępnych obliczeń.
Cechy okablowania domku
Czym właściwie jest instalacja wodociągowa w prywatnym domu niż w budynku mieszkalnym (oczywiście oprócz całkowitej liczby urządzeń hydraulicznych)?
Istnieją dwie zasadnicze różnice:
- W przypadku gorącej wody z reguły nie ma potrzeby zapewnienia ciągłej cyrkulacji przez piony i podgrzewane wieszaki na ręczniki.
W obecności wkładek cyrkulacyjnych obliczenie sieci ciepłej wody staje się zauważalnie bardziej skomplikowane: rury muszą przechodzić przez siebie nie tylko wodę zdemontowaną przez mieszkańców, ale także stale krążące masy wody.
W naszym przypadku odległość od armatury do kotła, kolumny lub przyłącza do linii jest na tyle mała, że zignoruje szybkość dostarczania ciepłej wody do kranu.
Ważne: dla tych, którzy nie zetknęli się z schematami cyrkulacji CWU - w nowoczesnych budynkach mieszkalnych piony doprowadzające ciepłą wodę są połączone parami. Ze względu na różnicę ciśnień w połączeniach utworzonych przez podkładkę oporową woda jest w sposób ciągły cyrkulowana przez piony. Zapewnia to szybki dopływ ciepłej wody do baterii oraz całoroczne ogrzewanie podgrzewanych wieszaków na ręczniki w łazienkach.
Podgrzewany wieszak na ręczniki jest ogrzewany przez ciągłą cyrkulację przez rury z gorącą wodą.
- System zaopatrzenia w wodę w prywatnym domu jest podzielony zgodnie ze schematem ślepej uliczki, co oznacza stałe obciążenie niektórych odcinków okablowania. Dla porównania obliczenie sieci wodociągowej (pozwalającej na zasilanie każdego odcinka sieci wodociągowej z dwóch lub więcej źródeł) należy przeprowadzić osobno dla każdego z możliwych schematów połączeń.
Obliczenie na podstawie mocy znamionowej kotła
W jaki sposób obliczane są kotły do zaopatrzenia w ciepłą wodę z pośrednimi kotłami grzewczymi o znacznej objętości i wysokim zużyciu wody z systemu CWU?
Obliczona moc jest równa sumie dwóch składników:
- Potrzeby domu na ciepło bez uwzględnienia współczynnika bezpieczeństwa;
- Moc znamionowa kotła. Średnio wynosi 15 kilowatów na 100 litrów objętości.
Pośredni Gorenje GV 100 (17400 watów)
Nuance: 20% jest odejmowane od wyniku dodawania, ponieważ wymiennik ciepła kotła nie zapewni ogrzewania i dostarczania ciepłej wody przez całą dobę.
Tak więc, gdy słynny Gorenje GV 100 zostanie zainstalowany w naszym domu w Sewastopolu, moc kotła do zaopatrzenia w wodę i ogrzewania wyniesie 10 (zapotrzebowanie na ciepło grzewcze + 17,4 zapotrzebowanie na ciepło kotła)) * 0,8 = 22. Liczbę podaje się w zaokrągleniu do najbliższej wartości w kilowatach.
Czy można zainstalować kocioł o mocy większej niż obliczona w obiegu CWU z kotłem grzewczym pośrednim?
Jest to możliwe, ale nieopłacalne z dwóch powodów:
- Cena samego kotła szybko rośnie wraz ze wzrostem mocy znamionowej;
Wraz z osiągami kotła rośnie również liczba na metce cenowej
- Klasyczne kotły na paliwo stałe, pracując z przenoszeniem ciepła poniżej nominalnego, zmniejszają sprawność z powodu niepełnego spalania paliwa. Ograniczenie wytwarzania ciepła osiąga się w nich w najprostszy sposób - poprzez ograniczenie dopływu powietrza przepustnicą.
Zmiana sprawności kotła na paliwo stałe wraz ze zmianą wymiany ciepła
Co o tym myślimy
Musimy:
- Oszacuj zużycie wody w szczycie zużycia.
- Obliczyć przekrój poprzeczny rury wodnej, który może zapewnić takie natężenie przepływu przy dopuszczalnym natężeniu przepływu.
Uwaga: maksymalne natężenie przepływu wody, przy której nie generuje hałasu hydraulicznego, wynosi około 1,5 m / s.
- Oblicz głowę na końcowym mocowaniu. Jeśli jest niedopuszczalnie niski, warto rozważyć zwiększenie średnicy rurociągu lub zainstalowanie pompy pośredniej.
Niskie ciśnienie na końcowym mikserze raczej nie zadowoli właściciela.
Zadania są sformułowane. Zacznijmy.
Konsumpcja
Można to z grubsza oszacować na podstawie wskaźników zużycia dla poszczególnych urządzeń hydraulicznych. W razie potrzeby dane można łatwo znaleźć w jednym z załączników do SNiP 2.04.01-85; dla wygody czytelnika przedstawiamy jego fragment.
| Rodzaj urządzenia | Zużycie zimnej wody, l / s | Całkowite zużycie ciepłej i zimnej wody, l / s |
| Kran do podlewania | 0,3 | 0,3 |
| Miska ustępowa z kranem | 1,4 | 1,4 |
| Toaleta ze spłuczką | 0,10 | 0,10 |
| Kabina prysznicowa | 0,08 | 0,12 |
| Kąpiel | 0,17 | 0,25 |
| Mycie | 0,08 | 0,12 |
| Umywalka | 0,08 | 0,12 |
W budynkach mieszkalnych przy obliczaniu zużycia stosuje się współczynnik prawdopodobieństwa jednoczesnego użytkowania urządzeń. Wystarczy, że po prostu zsumujemy zużycie wody przez urządzenia, które mogą być używane w tym samym czasie. Powiedzmy, że zlew, kabina prysznicowa i miska ustępowa dają całkowity przepływ 0,12 + 0,12 + 0,10 = 0,34 l / s.
Sumuje się zużycie wody przez urządzenia zdolne do jednoczesnej pracy.
Przekrój
Obliczenie przekroju rury doprowadzającej wodę można wykonać na dwa sposoby:
- Dobór zgodnie z tabelą wartości.
- Obliczone zgodnie z maksymalnym dopuszczalnym natężeniem przepływu.
Wybór według tabeli
Właściwie tabela nie wymaga żadnych komentarzy.
| Nominalny otwór rury, mm | Zużycie, l / s |
| 10 | 0,12 |
| 15 | 0,36 |
| 20 | 0,72 |
| 25 | 1,44 |
| 32 | 2,4 |
| 40 | 3,6 |
| 50 | 6 |
Na przykład dla natężenia przepływu 0,34 l / s wystarczy rura DU15.
Uwaga: DN (otwór nominalny) jest w przybliżeniu równy wewnętrznej średnicy rury wodociągowej i gazowej. W przypadku rur polimerowych oznaczonych średnicą zewnętrzną, wewnętrzna różni się od niej mniej więcej krokiem: powiedzmy, rura polipropylenowa 40 mm ma średnicę wewnętrzną około 32 mm.
Nominalna średnica otworu jest w przybliżeniu równa średnicy wewnętrznej.
Obliczanie natężenia przepływu
Obliczenie średnicy systemu zaopatrzenia w wodę na podstawie natężenia przepływu wody przez niego można wykonać za pomocą dwóch prostych wzorów:
- Wzory do obliczania powierzchni przekroju wzdłuż jego promienia.
- Wzory do obliczania natężenia przepływu przez znaną sekcję przy znanym natężeniu przepływu.
Pierwsza formuła to S = π r ^ 2. W tym:
- S to wymagane pole przekroju poprzecznego.
- π to pi (około 3,1415).
- r to promień przekroju (połowa DN lub wewnętrzna średnica rury).
Druga formuła wygląda następująco: Q = VS, gdzie:
- Q - konsumpcja;
- V to natężenie przepływu;
- S to pole przekroju poprzecznego.
Dla ułatwienia obliczeń wszystkie wartości są przeliczane na SI - metry, metry kwadratowe, metry na sekundę i metry sześcienne na sekundę.
Jednostki SI.
Obliczmy własnymi rękami minimalne DU rury dla następujących danych wejściowych:
- Przepływ przez nią jest taki sam, 0,34 litra na sekundę.
- Prędkość przepływu zastosowana w obliczeniach to maksymalna dopuszczalna prędkość 1,5 m / s.
Zacznijmy.
- Natężenie przepływu w wartościach SI będzie równe 0,00034 m3 / s.
- Pole przekroju według drugiego wzoru musi wynosić co najmniej 0,00034 / 1,5 = 0,00027 m2.
- Kwadrat promienia według pierwszego wzoru to 0,00027 / 3,1415 = 0,000086.
- Weź pierwiastek kwadratowy z tej liczby. Promień wynosi 0,0092 metra.
- Aby uzyskać DN lub średnicę wewnętrzną, pomnóż promień przez dwa. Wynik to 0,0184 metra lub 18 milimetrów. Jak łatwo zauważyć, jest zbliżony do uzyskanego pierwszą metodą, choć nie do końca się z nią pokrywa.
Obliczanie objętości ze współczynnikami korygującymi
Jak obliczyć moc kotła do dostarczania ciepłej wody i ogrzewania, biorąc pod uwagę wszystkie opisane powyżej czynniki?
- Podstawowa wartość mocy cieplnej wynosi 40 watów na metr sześcienny wewnętrznej ogrzewanej objętości;
- Współczynnik regionalny przyjmuje się jako równy:
| Średnia temperatura stycznia, ° С | Współczynnik |
| 0 i nowszy | 0,7 |
| -5 — 0 | 0,9 |
| -10 | 1,1 |
| -20 | 1,3 |
| -25 | 1,5 |
| -35 | 1,8 |
| -40 i poniżej | 2 |
Średnia temperatura stycznia dla różnych regionów Federacji Rosyjskiej
- Współczynnik izolacji jest wybierany z następującego zakresu wartości:
| Obrazek | Opis izolacji budynku i współczynnika |
| Brak izolacji, ścian metalowych lub osłonowych - 3-4 |
| Murowanie ścian, jednowarstwowe szklenie okien - 2-3 |
| Mur murowany z dwóch cegieł i jednokomorowych okien z podwójnymi szybami - 1-2 |
| Izolowana fasada, okna z podwójnymi szybami - 0,6-0,9 |
- Rezerwę mocy na nieuwzględnione straty ciepła i na podgrzanie ciepłej wody oblicza się według poprzedniego schematu.
Powtórzmy nasze obliczenia kotła do dostarczania ciepłej wody i ogrzewania z wieloma dodatkowymi danymi wejściowymi:
- Wysokość sufitów w domu wynosi 3 metry;
- Dom znajduje się w Sewastopolu (średnia temperatura stycznia wynosi +3 stopnie);
Na zdjęciu - styczeń w Sewastopolu
- Wyposażony jest w jednokomorowe okna plastikowe oraz kamienne ściany bez dodatkowej izolacji o grubości 40 cm.
Więc:
- Ogrzewana objętość wynosi 100 * 3 = 300 m3;
- Podstawowa wartość mocy cieplnej do ogrzewania wynosi 300 * 40 = 12 kW;
- Klimat Sewastopola daje nam współczynnik regionalny 0,7. 12 * 0,7 = 8,4 kW;
- Przyjmuje się, że współczynnik izolacji wynosi 1,2. 1,2 * 8,4 = 10,08;
- Biorąc pod uwagę współczynnik bezpieczeństwa i rezerwę mocy dla pracy podgrzewacza przepływowego, otrzymujemy te same 14 kW.
Czy warto było komplikować obliczenia, jeśli wynik pozostaje niezmieniony?
Na pewno. Jeśli mentalnie umieścimy nasz dom w mieście Oymyakon, obwód Jakucka (średnia temperatura stycznia -46,4 stopni), zapotrzebowanie na ciepło i odpowiednio obliczona moc grzewcza kotła wzrośnie o 2 / 0,7 (stosunek współczynników regionalnych ) = 2,85 razy. Ocieplenie elewacji i montaż energooszczędnych okien z podwójnymi szybami w oknach pozwoli ją przeciąć o połowę.
Oymyakon to najzimniejsze miasto w kraju
Nacisk
Zacznijmy od kilku ogólnych uwag:
- Typowe ciśnienie w przewodzie doprowadzającym zimną wodę wynosi od 2 do 4 atmosfer (kgf / cm2)... Zależy to od odległości do najbliższej pompowni lub wieży ciśnień, ukształtowania terenu, stanu sieci wodociągowej, rodzaju zaworów na głównym zaopatrzeniu w wodę oraz szeregu innych czynników.
- Absolutne minimalne ciśnienie, które pozwala wszystkim nowoczesnym urządzeniom wodociągowym i AGD wykorzystującym wodę do pracy, wynosi 3 metry... Na przykład instrukcja dotycząca przepływowych podgrzewaczy wody Atmor bezpośrednio mówi, że dolny próg reakcji czujnika ciśnienia, który obejmuje ogrzewanie, wynosi 0,3 kgf / cm2.
Czujnik ciśnienia urządzenia jest wyzwalany przy ciśnieniu 3 metrów.
Odniesienie: przy ciśnieniu atmosferycznym 10 metrów wysokości odpowiada nadciśnieniu 1 kgf / cm2.
W praktyce na końcowym urządzeniu lepiej jest mieć wysokość co najmniej pięciu metrów. Niewielki margines rekompensuje nieuwzględnione straty na połączeniach, zaworach odcinających i samym urządzeniu.
Musimy obliczyć spadek głowy w rurociągu o znanej długości i średnicy. Jeżeli różnica ciśnień odpowiadająca ciśnieniu na linii głównej i spadkowi ciśnienia w sieci wodociągowej jest większa niż 5 metrów, nasz wodociąg będzie działał bez zarzutu. Jeśli jest mniej, musisz albo zwiększyć średnicę rury, albo otworzyć ją przez pompowanie (której cena, nawiasem mówiąc, wyraźnie przekroczy wzrost kosztów rur ze względu na wzrost ich średnicy o jeden stopień ).
Jak więc przeprowadza się obliczanie ciśnienia w sieci wodociągowej?
Tutaj obowiązuje wzór H = iL (1 + K), w którym:
- H to pożądana wartość spadku ciśnienia.
- i jest tak zwanym spadkiem hydraulicznym rurociągu.
- L to długość rury.
- K jest współczynnikiem określanym przez funkcjonalność systemu zaopatrzenia w wodę.
Najłatwiej jest wyznaczyć K.
Równa się:
- 0,3 do celów domowych i do picia.
- 0,2 dla przemysłu lub gaszenia pożarów.
- 0,15 do ognia i produkcji.
- 0,10 dla strażaka.
Na zdjęciu system zaopatrzenia w wodę przeciwpożarową.
Nie ma szczególnych trudności z pomiarem długości rurociągu lub jego odcinka; ale koncepcja odchylenia hydraulicznego wymaga osobnego omówienia.
Na jego wartość wpływają następujące czynniki:
- Chropowatość ścianek rur, która z kolei zależy od ich materiału i wieku. Tworzywa sztuczne mają gładszą powierzchnię niż stal czy żeliwo; ponadto na stalowych rurach z czasem osadzają się osady kamienia i rdza.
- Średnica rury. Działa tu odwrotna zależność: im jest mniejsza, tym większy opór ma rurociąg na ruch wody w nim.
- Przepływ. Wraz ze wzrostem zwiększa się również opór.
Jakiś czas temu konieczne było dodatkowe uwzględnienie strat hydraulicznych na zaworach; Jednak nowoczesne zawory kulowe z pełnym przelotem stawiają mniej więcej taki sam opór jak rura i dlatego można je bezpiecznie pominąć.
Otwarty zawór kulowy nie ma prawie żadnego oporu dla przepływu wody.
Samodzielne obliczenie spadku hydraulicznego jest bardzo problematyczne, ale na szczęście nie jest to konieczne: wszystkie niezbędne wartości można znaleźć w tak zwanych tabelach Sheveleva.
Aby dać czytelnikowi wyobrażenie o co toczy się gra, przedstawiamy mały fragment jednego ze stolików na plastikową rurkę o średnicy 20 mm.
| Zużycie, l / s | Prędkość przepływu, m / s | 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 |
Jaka jest wartość 1000i w skrajnej prawej kolumnie tabeli? To tylko wartość spadku hydraulicznego na 1000 metrów bieżących. Aby otrzymać wartość i dla naszej formuły, wystarczy podzielić ją przez 1000.
Obliczmy spadek ciśnienia w rurze o średnicy 20 mm o długości 25 metrów i przepływie półtora metra na sekundę.
- Szukamy odpowiednich parametrów w tabeli. Według jej danych 1000i dla opisanych warunków wynosi 221,8; i = 221,8 / 1000 = 0,2218.
Tabele Sheveleva były wielokrotnie przedrukowywane od czasu pierwszej publikacji.
- Zastąp wszystkie wartości w formule. H = 0,2218 * 25 * (1 + 0,3) = 7,2085 metra. Przy ciśnieniu na wlocie do systemu zaopatrzenia w wodę 2,5 atmosfery na wylocie wyniesie 2,5 - (7,2 / 10) = 1,78 kgf / cm2, co jest więcej niż zadowalające.
Proste obliczanie powierzchni
Najprostsze przybliżone obliczenie mocy kotła wodociągowego można wykonać na podstawie zapotrzebowania na dom o energii cieplnej 100 watów na metr kwadratowy. W przypadku domu o powierzchni 100 m2 potrzebne jest zatem 10 kW.
Na kwadrat ogrzewanej powierzchni pobierane jest 100 watów ciepła
Dodatkowo wprowadzono współczynnik bezpieczeństwa 1,2, który kompensuje nieuwzględnione straty ciepła i pomaga w utrzymaniu komfortowej temperatury w pomieszczeniu podczas ekstremalnych mrozów. Jakie regulacje wprowadza gorąca woda z kotła do tego schematu?
Można to zrobić na dwa sposoby:
- Zbiornikowy podgrzewacz wody (pośredni kocioł grzewczy)... W tym przypadku wprowadza się dodatkowy współczynnik 1,1: kocioł usuwa stosunkowo niewielką ilość ciepła z systemu grzewczego;
Schemat zaopatrzenia w wodę dla kotła na paliwo stałe z pośrednim kotłem grzewczym
- Grzałka przepływowa kotła dwuprzewodowego... Stosowany jest tutaj współczynnik 1,2. Biorąc pod uwagę współczynnik bezpieczeństwa, wydajność cieplna kotła powinna przekraczać szacunkowe zapotrzebowanie na ciepło domu o 40 procent. W naszym przykładzie ze 100-metrowym domkiem, po podłączeniu ogrzewania i ciepłej wody, kocioł powinien wytwarzać 14 kW.
Schemat podłączenia instalacji grzewczej i wodociągowej dla kotła dwuprzewodowego
Uwaga: w tym drugim przypadku niewielka rezerwa mocy na potrzeby zaopatrzenia w ciepłą wodę wiąże się z krótkotrwałą pracą podgrzewacza przepływowego. Ciepła woda rzadko jest zużywana dłużej niż pół godziny dziennie, a system grzewczy ma pewną bezwładność, więc parametry chłodziwa nie wykraczają poza standardowe wartości.
Proste obliczenie kotła z zaopatrzeniem w ciepłą wodę według obszaru domu
Ten schemat obliczeń jest prosty, ale ma kilka poważnych wad:
- Uwzględnia powierzchnię ogrzewanego pomieszczenia, a nie jego objętość.Tymczasem zapotrzebowanie na ciepło w domkach o wysokości sufitu 2,5 i 4 metry będzie bardzo różne;
Pomieszczenie z wysokim sufitem potrzebuje więcej ciepła
- Ignoruje różnice między strefami klimatycznymi. Jak wiadomo, straty ciepła w budynku są wprost proporcjonalne do różnicy temperatur między wnętrzem a ulicą i będą się znacznie różnić na Krymie i w Jakucji;
- Nie uwzględnia jakości izolacji budynku. W przypadku murów i elewacji izolowanych futrem z tworzywa piankowego straty ciepła będą się znacznie różnić.
Izolacja elewacji pozwala znacznie ograniczyć straty ciepła
