Le sujet de cet article est le calcul des réseaux d'adduction d'eau dans une maison privée. Étant donné qu'un système d'alimentation en eau typique d'un petit chalet n'est pas très complexe, nous n'avons pas à entrer dans la jungle des formules complexes; cependant, le lecteur devra assimiler une certaine quantité de théorie.
Fragment du système d'approvisionnement en eau d'une maison privée. Comme tout autre système d'ingénierie, celui-ci nécessite des calculs préliminaires.
Caractéristiques du câblage du chalet
En fait, quel est le système d'alimentation en eau dans une maison privée plus facile que dans un immeuble à appartements (bien sûr, en plus du nombre total d'appareils de plomberie)?
Il existe deux différences fondamentales:
- Avec de l'eau chaude, en règle générale, il n'est pas nécessaire de fournir une circulation constante à travers les colonnes montantes et les porte-serviettes chauffants.
En présence d'inserts de circulation, le calcul du réseau d'alimentation en eau chaude devient nettement plus compliqué: les tuyaux doivent passer par eux-mêmes non seulement l'eau démontée par les résidents, mais également les masses d'eau en circulation continue.
Dans notre cas, la distance entre les appareils de plomberie et la chaudière, la colonne ou le raccordement à la ligne est suffisamment petite pour ne pas faire attention au débit d'alimentation en eau chaude du robinet.
Important: pour ceux qui n'ont pas rencontré de systèmes de circulation d'ECS - dans les immeubles d'appartements modernes, les colonnes montantes d'alimentation en eau chaude sont connectées par paires. En raison de la différence de pression dans les raccords créés par la rondelle de retenue, l'eau circule en continu à travers les colonnes montantes. Cela garantit un approvisionnement rapide en eau chaude vers les mitigeurs et le chauffage tout au long de l'année des sèche-serviettes dans les salles de bains.
Le sèche-serviettes est chauffé par circulation continue à travers les colonnes montantes d'eau chaude.
- Le système d'alimentation en eau d'une maison privée est divisé selon un schéma sans issue, ce qui implique une charge constante sur certaines sections du câblage. A titre de comparaison, le calcul du réseau annulaire d'alimentation en eau (permettant à chaque section du système d'alimentation en eau d'être alimenté à partir de deux ou plusieurs sources) doit être effectué séparément pour chacun des schémas de raccordement possibles.
Autres paramètres
Les critères ci-dessus pour le choix d'une chaudière sont les principaux, mais il existe d'autres caractéristiques qui peuvent influer sur le choix d'un modèle particulier, telles que la fabrication et les matériaux, ainsi que le coût de l'équipement. Les réservoirs les plus durables sont considérés comme étant en acier inoxydable. Un avantage important est la présence d'un échangeur de chaleur amovible afin que vous puissiez le détartrer vous-même. Vous devez éviter d'acheter des appareils utilisant du caoutchouc mousse comme isolant, car ce matériau est de très courte durée. De plus, le prix d'une chaudière dépend directement du fabricant et du pays où l'équipement a été assemblé.
Le système d'eau chaude rend votre maison confortable et confortable. Ceci est facile à réaliser avec un chauffe-eau de qualité. Le choix des modèles est actuellement excellent et, après avoir calculé les paramètres nécessaires, chacun peut choisir un équipement avec un bon rapport qualité-prix.
Que pensons-nous
Nous devons:
- Estimer la consommation d'eau au pic de consommation.
- Calculez la section transversale de la conduite d'eau qui peut fournir ce débit à un débit acceptable.
Remarque: le débit d'eau maximal auquel il ne génère pas de bruit hydraulique est d'environ 1,5 m / s.
- Calculez la tête au bout du luminaire. S'il est trop bas, il vaut la peine d'envisager d'augmenter le diamètre de la canalisation ou d'installer une pompe intermédiaire.
Il est peu probable que la basse pression sur le mélangeur final plaise au propriétaire.
Les tâches sont formulées. Commençons.
Consommation
Il peut être approximativement estimé par les taux de consommation des appareils de plomberie individuels. Les données, si vous le souhaitez, peuvent être facilement trouvées dans l'une des annexes de SNiP 2.04.01-85; pour la commodité du lecteur, nous en présentons un extrait.
| Type d'appareil | Consommation d'eau froide, l / s | Consommation totale d'eau chaude et froide, l / s |
| Robinet d'arrosage | 0,3 | 0,3 |
| Cuvette de toilette avec un robinet | 1,4 | 1,4 |
| Toilette avec citerne | 0,10 | 0,10 |
| Cabine de douche | 0,08 | 0,12 |
| Une baignoire | 0,17 | 0,25 |
| La lessive | 0,08 | 0,12 |
| Lavabo | 0,08 | 0,12 |
Dans les immeubles à appartements, lors du calcul de la consommation, le coefficient de probabilité de l'utilisation simultanée d'appareils est utilisé. Il nous suffit de résumer simplement la consommation d'eau à travers des appareils utilisables simultanément. Disons qu'un lavabo, une cabine de douche et une cuvette de toilettes donneront un débit total de 0,12 + 0,12 + 0,10 = 0,34 l / s.
La consommation d'eau des appareils capables de fonctionner simultanément est résumée.
Quel chauffe-eau choisir?
Schéma de la chaudière.
En fonction de la tâche qui vous est assignée, le calcul de la chaudière qui vous convient peut se faire de deux manières. Dans le premier cas, le volume d'eau stocké est pris en compte et la capacité de l'échangeur de chaleur et de l'alimentation électrique est calculée. Dans le second, le volume d'un chauffe-eau est calculé pour stocker la chaleur générée pendant un certain temps par une source d'une certaine puissance.
Il faut comprendre que quelle que soit la technique que vous utilisez, la capacité d'accumulation de l'eau est toujours caractérisée par sa capacité thermique. Cette valeur est constante et égale à 4,187 kJ.kg / ° C. Cela signifie que, par exemple, pour chauffer 1 kg d'eau à 1 ° C, vous devez fournir une quantité de chaleur égale à 4,187 kJ. Et cela nécessite 1163 kWh.
Dispositif de chaudière électrique.
Par exemple, si vous avez un chauffe-eau d'un volume de 1000 litres et que vous devez chauffer l'eau jusqu'à 50 ° C, le besoin en énergie thermique est calculé comme suit: 1000 × 50 = 58 kWh.
La puissance de l'échangeur de chaleur dépend de la différence de température entre l'eau chauffée et l'eau chauffée, ainsi que du coefficient de transfert de chaleur. Pour chaque échangeur de chaleur spécifique, le coefficient de transfert de chaleur sera individuel. Par conséquent, une formule universelle pour calculer un chauffe-eau ne peut pas exister. Et le moyen le plus simple de choisir un échangeur de chaleur est les schémas que les fabricants indiquent dans les spécifications techniques de leurs chauffe-eau.
Après vous être souvenu de cette simple vérité, vous pouvez procéder à l'examen des caractéristiques individuelles.
Dispositif de chaudière électrique standard
Schéma du réservoir de stockage de la chaudière.
Dans notre pays, il est généralement admis qu'un chauffe-eau et une chaudière sont des appareils différents. Mais en fait, toute la différence est que la chaudière dispose d'un réservoir de stockage pour le chauffage et le stockage de l'eau chaude. C'est pourquoi, dans la littérature technique, ils sont appelés "chauffe-eau à accumulation". En outre, les chaudières diffèrent par leur source de chaleur. Il existe désormais des systèmes de chauffage directs et indirects. Si l'appareil génère de la chaleur par lui-même à l'aide d'un radiateur thermoélectrique ou d'un brûleur à gaz, il s'agit d'un système de chauffage direct. Un chauffage indirect se produit en raison de l'agent de chauffage fourni par la chaudière de chauffage à une certaine température. Le plus souvent, des chauffe-eau à accumulation sont utilisés, vous pouvez voir leur schéma dans l'image 1.
Tableau de calcul pour un chauffe-eau à accumulation.
Avant de décider de l'achat d'un chauffe-eau spécifique, il est nécessaire de calculer tous les paramètres et de prendre en compte les caractéristiques de votre maison et les conditions d'utilisation future. Veillez à évaluer les paramètres suivants:
- état du câblage électrique;
- charge possible sur le câblage électrique;
- disponibilité de la capacité de se connecter aux communications gazières;
- l'état de fonctionnement de tous les équipements desservant la maison (y compris les pompes à eau, le cas échéant).
Installation d'un chauffe-eau à accumulation (chaudière).
De plus, il est nécessaire de prendre en compte le nombre de personnes qui utiliseront le chauffe-eau et de prévoir approximativement la quantité d'eau chaude qu'elles consommeront chaque jour. Après cela, vous pouvez commencer à choisir un modèle spécifique.
Afin de choisir un chauffe-eau qui vous convient, vous devez d'abord décider de ses principales caractéristiques, à savoir:
- la source d'énergie la plus appropriée;
- volume d'eau chauffée requis;
- consommation de liquide de refroidissement;
- temps de chauffage.
Selon ces paramètres, le chauffe-eau est calculé.
Source d'énergie pour chauffer l'eau
Circuit de chauffage de la chaudière.
Le gaz et l'électricité sont les principales sources d'énergie pour les chauffe-eau. Il existe également des sources plus exotiques comme les panneaux solaires, mais elles ne sont pas très courantes dans notre pays. Par conséquent, pour effectuer un calcul précis, il est nécessaire de comparer les avantages et les inconvénients du gaz et de l'électricité.
- Les chauffe-eau électriques sont disponibles dans des capacités de 1 à 6 kW. La puissance d'une chaudière à gaz commence à partir de 4 kW.
- En règle générale, les chauffe-eau à gaz à accumulation ont un réservoir d'eau chaude plus grand (jusqu'à 150 litres), tandis que les chauffe-eau électriques dépassent rarement 100 litres.
- Le coût du gaz en Russie est beaucoup moins cher que celui de l'électricité.
Schéma d'un appareil de chauffe-eau sous pression.
Il semble que le choix soit évident et qu'il n'y ait pas besoin de faire des calculs complexes. Il faudra environ la moitié du temps pour obtenir de 100 à 150 litres d'eau chaude avec un chauffe-eau à gaz plutôt qu'avec un système alimenté à l'électricité. Mais les appareils électriques ne nécessitent pas d'équipement de ligne électrique supplémentaire - une simple prise leur suffit. Il n'est pas nécessaire d'inviter des spécialistes pour installer une telle chaudière. Alors qu'un chauffe-eau à gaz doit être connecté à un gazoduc, ce qui n'est pas disponible dans tous les chalets d'été. De plus, une cheminée est nécessaire pour l'installation sécuritaire d'un chauffe-eau au gaz.
Il est impossible de comparer les prix des chaudières avec différentes sources d'énergie. Le coût des systèmes électriques dépend principalement de la puissance de l'élément chauffant et du volume du réservoir. Le prix des chauffe-eau au gaz est déterminé en fonction du type de chambre de combustion. Ils sont internes et externes. L'installation d'équipement avec une chambre interne nécessite un minimum d'effort et de temps. Mais ces appareils coûtent environ deux fois plus cher que les chaudières à chambre externe.
Une autre condition doit être prise en compte. Les chaudières à gaz sont capables de chauffer l'air de manière significative. Dans les conditions des chalets d'été et des petites pièces, une telle fonctionnalité peut devenir un réel problème si vous placez un chauffe-eau, par exemple, dans la cuisine.
Par conséquent, il est impossible de donner des recommandations sans ambiguïté pour le choix d'une chaudière avec une source d'énergie spécifique.
La Coupe transversale
Le calcul de la section transversale d'un tuyau d'alimentation en eau peut être effectué de deux manières:
- Sélection selon le tableau des valeurs.
- Calculé en fonction du débit maximal autorisé.
Sélection par table
En fait, le tableau ne nécessite aucun commentaire.
| Alésage nominal du tuyau, mm | Consommation, l / s |
| 10 | 0,12 |
| 15 | 0,36 |
| 20 | 0,72 |
| 25 | 1,44 |
| 32 | 2,4 |
| 40 | 3,6 |
| 50 | 6 |
Par exemple, pour un débit de 0,34 l / s, une conduite DU15 suffit.
Remarque: DN (alésage nominal) est approximativement égal au diamètre intérieur du tuyau d'eau et de gaz. Pour les tuyaux en polymère marqués d'un diamètre extérieur, le tuyau intérieur en diffère d'environ un pas: par exemple, un tuyau en polypropylène de 40 mm a un diamètre intérieur d'environ 32 mm.
L'alésage nominal est approximativement égal au diamètre intérieur.
Calcul du débit
Le calcul du diamètre du système d'alimentation en eau par le débit d'eau à travers celui-ci peut être effectué à l'aide de deux formules simples:
- Formules pour calculer l'aire d'une coupe le long de son rayon.
- Formules pour calculer le débit à travers une section connue à un débit connu.
La première formule est S = π r ^ 2. Dans celui-ci:
- S est la section transversale requise.
- π est pi (environ 3,1415).
- r est le rayon de la section (la moitié du DN ou le diamètre intérieur du tuyau).
La deuxième formule ressemble à Q = VS, où:
- Q - consommation;
- V est le débit;
- S - aire de la section transversale.
Pour faciliter les calculs, toutes les valeurs sont converties en SI - mètres, mètres carrés, mètres par seconde et mètres cubes par seconde.
Les unités SI.
Calculons de nos propres mains le DN minimum du tuyau pour les données d'entrée suivantes:
- Le débit à travers celui-ci est tout de même de 0,34 litre par seconde.
- La vitesse d'écoulement utilisée dans les calculs est le maximum admissible de 1,5 m / s.
Commençons.
- Le débit en valeurs SI sera égal à 0,00034 m3 / s.
- La section transversale selon la deuxième formule doit être d'au moins 0,00034 / 1,5 = 0,00027 m2.
- Le carré du rayon selon la première formule est 0,00027 / 3,1415 = 0,000086.
- Prenez la racine carrée de ce nombre. Le rayon est de 0,0092 mètres.
- Pour obtenir le DN ou le diamètre intérieur, multipliez le rayon par deux. Le résultat est 0,0184 mètres, soit 18 millimètres. Comme vous pouvez facilement le voir, il est proche de celui obtenu par la première méthode, bien qu'il ne coïncide pas exactement avec lui.
Consommation d'énergie
Après avoir décidé de la nécessité d'acheter et de calculer le volume d'une chaudière à chauffage indirect, vous devez calculer la quantité d'eau chaude nécessaire pour une existence normale. Imaginons une famille de 4 personnes et réalisons une analyse quotidienne moyenne pendant une semaine et une étude de pointe (matin de la journée de travail) de la consommation d'eau chaude.
- Analyse hebdomadaire
- Pour laver la vaisselle, vous aurez besoin d'environ 5 litres d'eau tiède par minute. Le temps de rinçage est pris en compte, il est d'environ 5 minutes. Je lave mes assiettes deux fois par jour, nous recevons 50 litres d'eau tiède pour les ustensiles de cuisine par jour. Nous multiplions par 7 jours un total de 350 litres par semaine.
- Chaque personne prend un bain 2 à 3 fois par semaine, tout en dépensant environ 170 litres. 4 * 2,5 = 10 * 170 = 1700 litres en 7 jours.
- Douchez-vous encore 4 à 5 fois pendant 10 minutes à un débit d'environ 12 l / min. 4,5 * 10 * 12 = 540 par membre de la famille, respectivement, pour les 2160 litres par semaine.
- Petite hygiène (se laver les mains, les chaussures, nettoyer la maison) - environ 10 litres par personne et par jour équivaudront à 280 litres pour la période d'étude.
Total - 350 + 1700 + 2160 + 280 = 4490 litres par semaine. Ajoutons les invités qui sont venus et juste au cas où nous obtiendrions un chiffre approximatif d'environ 5000 litres par semaine. Mais la chaudière compte en heures, il faut traduire dans ses unités. 5000/7/24 = 30 litres d'eau chaude par heure, c'est la consommation moyenne d'une famille de 4 personnes.
Sur la base de nos chiffres de rapport température / puissance, nous obtenons la consommation électrique moyenne requise - 30 * 0,0375 = 1,125 kW / h.
Pression
Commençons par quelques notes générales:
- La pression typique dans la conduite d'alimentation en eau froide est de 2 à 4 atmosphères (kgf / cm2)... Cela dépend de la distance de la station de pompage ou du château d'eau le plus proche, du terrain, de l'état du réseau, du type de vannes sur l'alimentation en eau principale et d'un certain nombre d'autres facteurs.
- La pression minimale absolue qui permet à tous les appareils de plomberie et appareils électroménagers modernes utilisant de l'eau de fonctionner est de 3 mètres... L'instruction pour les chauffe-eau instantanés Atmor, par exemple, indique directement que le seuil de réponse inférieur du capteur de pression qui comprend le chauffage est de 0,3 kgf / cm2.
Le capteur de pression de l'appareil est déclenché à une pression de 3 mètres.
Référence: à pression atmosphérique, 10 mètres de hauteur correspondent à une surpression de 1 kgf / cm2.
En pratique, sur un appareil d'extrémité, il est préférable d'avoir une hauteur minimale de cinq mètres. Une petite marge compense les pertes non comptabilisées dans les connexions, les vannes d'arrêt et l'appareil lui-même.
Nous devons calculer la chute de charge dans un pipeline de longueur et de diamètre connus. Si la différence de pression correspondant à la pression dans la conduite principale et la chute de pression dans le système d'alimentation en eau est supérieure à 5 mètres, notre système d'alimentation en eau fonctionnera parfaitement.S'il est inférieur, vous devez soit augmenter le diamètre du tuyau, soit l'ouvrir par pompage (dont le prix, d'ailleurs, dépassera clairement l'augmentation des coûts des tuyaux en raison d'une augmentation de leur diamètre d'un cran. ).
Alors, comment se fait le calcul de la pression dans le réseau d'alimentation en eau?
Ici, la formule H = iL (1 + K) est valide, dans laquelle:
- H est la valeur convoitée de la perte de charge.
- i est la pente dite hydraulique du pipeline.
- L est la longueur du tuyau.
- K est un coefficient déterminé par la fonctionnalité du système d'alimentation en eau.
Le moyen le plus simple est de déterminer le K.
Il est égal à:
- 0,3 à des fins ménagères et pour boire.
- 0,2 pour l'industrie ou la lutte contre l'incendie.
- 0,15 pour le feu et la production.
- 0,10 pour un pompier.
Sur la photo, il y a un système d'alimentation en eau d'incendie.
Il n'y a pas de difficultés particulières à mesurer la longueur du pipeline ou sa section; mais le concept de biais hydraulique nécessite une discussion séparée.
Sa valeur est influencée par les facteurs suivants:
- La rugosité des parois des tuyaux, qui, à son tour, dépend de leur matériau et de leur âge. Les plastiques ont une surface plus lisse que l'acier ou la fonte; de plus, les tuyaux en acier sont envahis par le calcaire et la rouille avec le temps.
- Diamètre du tuyau. La relation inverse opère ici: plus elle est petite, plus le pipeline a de résistance au mouvement de l'eau qu'il contient.
- Débit. Avec son augmentation, la résistance augmente également.
Il y a quelque temps, il était nécessaire de prendre en compte en plus les pertes hydrauliques sur les vannes; cependant, les robinets à tournant sphérique modernes à passage intégral créent à peu près la même résistance qu'un tuyau et peuvent donc être ignorés en toute sécurité.
Une vanne à bille ouverte n'a pratiquement aucune résistance à l'écoulement de l'eau.
Il est très problématique de calculer vous-même la pente hydraulique, mais heureusement, cela n'est pas nécessaire: toutes les valeurs nécessaires se trouvent dans les tableaux dits de Shevelev.
Pour donner au lecteur une idée de ce qui est en jeu, nous présentons un petit fragment d'une des tables pour un tuyau en plastique d'un diamètre de 20 mm.
| Consommation, l / s | Vitesse d'écoulement, 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 |
Qu'est-ce que le 1000i dans la colonne la plus à droite du tableau? Il ne s'agit que de la valeur de la pente hydraulique pour 1000 mètres linéaires. Pour obtenir la valeur de i pour notre formule, il suffit de la diviser par 1000.
Calculons la perte de charge dans un tuyau d'un diamètre de 20 mm avec une longueur de 25 mètres et un débit d'un mètre et demi par seconde.
- Nous recherchons les paramètres correspondants dans le tableau. Selon ses données, 1000i pour les conditions décrites est 221,8; i = 221,8 / 1000 = 0,2218.
Les tableaux de Shevelev ont été réimprimés plusieurs fois depuis la première publication.
- Remplacez toutes les valeurs dans la formule. H = 0,2218 * 25 * (1 + 0,3) = 7,2085 mètres. Avec une pression à l'entrée du système d'alimentation en eau de 2,5 atmosphères à la sortie, elle sera de 2,5 - (7,2 / 10) = 1,78 kgf / cm2, ce qui est plus que satisfaisant.
Raccordement d'une chaudière à chauffage indirect avec recirculation
La tuyauterie pour différents types de chaudières à chauffage indirect avec recirculation est réalisée conformément au dessin. Lors du choix des composants, il est important de prendre en compte les caractéristiques d'un système de chauffage domestique.
Pour raccorder le circuit d'eau à la chaudière, les 3 systèmes d'installation suivants peuvent être utilisés:
- Installation de vannes à trois voies.
- Installation d'une double pompe de circulation.
- Régulation au moyen de flèches hydrauliques.
L'utilisation de systèmes de recirculation de liquide augmente considérablement les performances des systèmes de chauffage et augmente l'efficacité lors du chauffage du liquide et des pièces à partir de chaudières.
Lors de l'installation de systèmes à enroulement indirect avec vannes à trois voies, il convient de garder à l'esprit que cette méthode est destinée aux réservoirs à déplacement accru. Lors du développement d'un tel système, il est calculé comment l'installation d'un type de chauffage à deux circuits sera réalisée.
Raccordement de la chaudière à l'équipement de la chaudière
La surveillance des informations sur la température de l'eau est très importante.Dans une situation où l'eau des réservoirs des chaudières a une température de chauffage réglée beaucoup plus élevée que dans les circuits de chauffage des systèmes de chauffage eux-mêmes, cela peut entraîner un fonctionnement incorrect de tous les équipements.
Cela évitera le passage au chauffage des circuits de chauffage. Il existe également des options pour l'installation de chaudières à chauffage indirect utilisant deux circuits. Le choix de l'option requise dépendra également de l'eau dans le système d'alimentation en eau. Dans une situation où le liquide dans le canal principal présente un degré de rigidité élevé, il est préférable d'utiliser l'installation de systèmes avec des vannes à trois voies, car les systèmes à deux circuits peuvent rapidement tomber en panne en raison de blocages.
