Строительство и ремонт

Расчет водопровода в частном доме: просто о сложном


Расчет водопровода в частном доме: просто о сложном

Тема этой статьи – расчет водопроводных сетей в частном доме. Поскольку типичная схема водоснабжения небольшого коттеджа не отличается высокой сложностью, нам не придется лезть в дебри сложных формул; однако некоторое количество теории читателю вынужденно придется усвоить.

Расчет водопровода в частном доме: просто о сложном

Фрагмент системы водоснабжения частного дома. Как любая другая инженерная система, эта нуждается в предварительных расчетах.

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.

Расчет водопровода в частном доме: просто о сложном

Полотенцесушитель нагревается за счет непрерывной циркуляции через стояки ГВС.

  • 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:

  • Оценить расход воды при пиковом потреблении.
  • 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.

  • Вычислить напор на концевом сантехническом приборе. Если он будет неприемлемо низким, стоит подумать либо об увеличении диаметра трубопровода, либо об установке промежуточной подкачки.
  • Расчет водопровода в частном доме: просто о сложном

    Слабый напор на концевом смесителе едва ли порадует владельца.

    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.

    Расчет водопровода в частном доме: просто о сложном

    Расход воды через приборы, способные работать  одновременно, суммируется.

    Сечение

    Расчет сечения трубы водопровода может быть выполнен двумя способами:

  • Подбором по таблице значений.
  • 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 водопровода в частном доме: просто о сложном

    Условный проход примерно равен внутреннему диаметру.

    Расчет по скорости потока

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

  • Формулы расчета площади сечения по его радиусу.
  • 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.

    Расчет водопровода в частном доме: просто о сложном

    Единицы СИ.

    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.

  • Расход в величинах СИ будет равным 0,00034 м3/с.
  • Площадь сечения согласно второй формулы должна быть не менее 0,00034/1,5=0,00027 м2.
  • Квадрат радиуса согласно первой формулы равен 0,00027/3,1415=0,000086.
  • Извлекаем из этого числа квадратный корень. Радиус равен 0,0092 метра.
  • 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.

    Расчет водопровода в частном доме: просто о сложном

    Датчик давления прибора срабатывает при напоре в 3 метра.

    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.

    Расчет водопровода в частном доме: просто о сложном

    На фото – пожарный водопровод.

    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:

  • 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.
  • Диаметр трубы. Здесь действует обратная зависимость: чем он меньше, тем большее сопротивление трубопровод оказывает движению воды в нем.
  • 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.

    Расчет водопровода в частном доме: просто о сложном

    Открытый шаровый кран почти не оказывает сопротивления току воды.

    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.

  • Ищем соответствующие параметры в таблице. Согласно ее данным, 1000i для описанных условий равно 221,8; i = 221,8/1000=0,2218.
  • Расчет водопровода в частном доме: просто о сложном

    Таблицы Шевелева многократно переиздавались с момента первой публикации.

  • 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!

    Понравилась статья? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен

    Оставить комментарий

    ОБЯЗАТЕЛЬНО приложите ФОТО проблемы — так ответ эксперта будет гораздо точней

    Оставляя комментарий, Вы принимаете пользовательское соглашение

    Ваше имя:
    Ваш e-mail:
    Источник gidroguru.com

    Похожие статьи

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Кнопка «Наверх»
    UnInfo - инфопортал

    Наш сайт использует файлы cookies, чтобы улучшить работу и повысить эффективность сайта. Продолжая работу с сайтом, вы соглашаетесь с использованием нами cookies и политикой конфиденциальности.

    Принять