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 przejść 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 nie zwraca uwagi na 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.
Inne parametry
Powyższe kryteria wyboru kotła są głównymi, ale istnieją inne cechy, które mogą wpływać na wybór konkretnego modelu, takie jak jakość wykonania i materiał, a także koszt wyposażenia. Uważa się, że najtrwalsze zbiorniki są wykonane ze stali nierdzewnej. Ważną zaletą jest obecność wyjmowanego wymiennika ciepła, dzięki czemu można go samodzielnie odkamienić. Należy unikać kupowania urządzeń wykorzystujących gumę piankową jako izolację, ponieważ materiał ten jest bardzo krótkotrwały. Ponadto cena kotła zależy bezpośrednio od producenta i kraju, w którym urządzenie zostało zmontowane.
System ciepłej wody sprawia, że Twój dom jest wygodny i przytulny. Jest to łatwe do osiągnięcia dzięki wysokiej jakości podgrzewaczowi wody. Wybór modeli jest obecnie świetny i po obliczeniu niezbędnych parametrów każdy może wybrać sprzęt o dobrej relacji ceny do jakości.
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 on 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 korzystania z urządzeń. Wystarczy, że po prostu zsumujemy zużycie wody przez urządzenia, które mogą być używane jednocześnie. 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.
Jaki podgrzewacz wody wybrać?
Schemat kotła.
W zależności od przydzielonego Ci zadania obliczenia odpowiedniego dla Ciebie kotła można wykonać na dwa sposoby. W pierwszym przypadku brana jest pod uwagę ilość zmagazynowanej wody oraz obliczana jest pojemność wymiennika ciepła i pobór mocy. W drugim przypadku obliczana jest objętość podgrzewacza wody do magazynowania ciepła wytwarzanego w określonym czasie przez źródło o określonej mocy.
Należy rozumieć, że bez względu na zastosowaną technikę pojemność akumulacyjną wody zawsze charakteryzuje się jej pojemnością cieplną. Ta wartość jest stała i wynosi 4,187 kJ.kg / ° C. Oznacza to, że np. Do podgrzania 1 kg wody o 1 ° C należy dostarczyć ilość ciepła równą 4,187 kJ. A to wymaga 1163 kWh.
Kocioł elektryczny.
Na przykład, jeśli masz podgrzewacz wody o pojemności 1000 litrów i potrzebujesz podgrzać wodę do 50 ° C, to zapotrzebowanie na energię cieplną jest obliczane w następujący sposób: 1000 × 50 = 58 kWh.
Moc wymiennika ciepła zależy od różnicy temperatur pomiędzy podgrzaną i podgrzaną wodą oraz od współczynnika przenikania ciepła. Dla każdego wymiennika ciepła współczynnik przenikania ciepła będzie indywidualny. Dlatego nie może istnieć uniwersalna formuła obliczania podgrzewacza wody. Najłatwiejszym sposobem wyboru wymiennika ciepła są schematy, które producenci wskazują w specyfikacjach technicznych swoich podgrzewaczy wody.
Pamiętając tę prostą prawdę, możesz przystąpić do rozważenia indywidualnych cech.
Standardowe urządzenie do kotła elektrycznego
Schemat zasobnika kotła.
W naszym kraju ogólnie przyjmuje się, że podgrzewacz wody i kocioł to różne urządzenia. Ale w rzeczywistości cała różnica polega na tym, że kocioł ma zasobnik do ogrzewania i przechowywania ciepłej wody. Dlatego w literaturze technicznej nazywane są „akumulatorowymi podgrzewaczami wody”. Kotły różnią się również źródłem ciepła. Obecnie istnieją bezpośrednie i pośrednie systemy ogrzewania. Jeśli urządzenie samodzielnie wytwarza ciepło za pomocą grzejnika termoelektrycznego lub palnika gazowego, to jest to bezpośredni system grzewczy. Ogrzewanie pośrednie następuje dzięki czynnikowi grzewczemu dostarczanemu z kotła grzewczego do określonej temperatury. Najczęściej używane są akumulacyjne podgrzewacze wody, ich schemat można zobaczyć na rysunku 1.
Tabela obliczeniowa dla pojemnościowego podgrzewacza wody.
Przed podjęciem decyzji o zakupie konkretnego podgrzewacza wody należy obliczyć wszystkie parametry i wziąć pod uwagę cechy domu i warunki przyszłego użytkowania. Pamiętaj, aby ocenić następujące parametry:
- stan instalacji elektrycznej;
- możliwe obciążenie instalacji elektrycznej;
- dostępność możliwości podłączenia do komunikacji gazowej;
- możliwość serwisowania wszystkich urządzeń obsługujących dom (w tym pomp wodnych, jeśli występują).
Instalacja buforowego podgrzewacza wody (kotła).
Ponadto należy wziąć pod uwagę liczbę osób, które będą korzystać z podgrzewacza wody i z grubsza zaplanować, ile ciepłej wody będą zużywać każdego dnia. Następnie możesz zacząć wybierać konkretny model.
Aby wybrać odpowiedni dla siebie podgrzewacz wody, należy najpierw zdecydować o jego głównych cechach, a mianowicie:
- najbardziej odpowiednie źródło energii;
- wymagana ilość podgrzanej wody;
- zużycie chłodziwa;
- czas nagrzewania.
Zgodnie z tymi parametrami obliczany jest podgrzewacz wody.
Źródło energii do ogrzewania wody
Obieg grzewczy kotła.
Gaz i energia elektryczna są wykorzystywane jako główne źródła energii do podgrzewaczy wody. Istnieją również bardziej egzotyczne źródła, takie jak panele słoneczne, ale nie są one zbyt powszechne w naszym kraju. Dlatego, aby przeprowadzić dokładne obliczenia, konieczne jest porównanie zalet i wad gazu i energii elektrycznej.
- Elektryczne podgrzewacze wody dostępne są w mocach od 1 do 6 kW. Moc kotła gazowego zaczyna się od 4 kW.
- Z reguły zasobnikowe podgrzewacze wody gazowej mają większy zbiornik ciepłej wody (do 150 litrów), podczas gdy elektryczne rzadko przekraczają 100 litrów.
- Koszt gazu w Rosji jest znacznie tańszy niż prąd.
Schemat ciśnieniowego podgrzewacza wody.
Wydaje się, że wybór jest oczywisty i nie ma potrzeby wykonywania skomplikowanych obliczeń. Uzyskanie 100-150 litrów ciepłej wody za pomocą gazowego podgrzewacza wody zajmie o połowę mniej czasu niż przy użyciu systemu zasilanego energią elektryczną. Ale urządzenia elektryczne nie wymagają dodatkowego wyposażenia linii energetycznej - wystarczy im proste gniazdko. Nie jest wymagane zapraszanie specjalistów do zainstalowania takiego kotła. Natomiast gazowy podgrzewacz wody musi być podłączony do gazociągu, który nie jest dostępny w każdym domku letniskowym. Ponadto do bezpiecznej instalacji gazowego podgrzewacza wody wymagany jest komin.
Niemożliwe jest porównanie cen kotłów z różnymi źródłami zasilania. Koszt instalacji elektrycznych zależy przede wszystkim od mocy elementu grzejnego i objętości zbiornika. Cena nagrzewnic wodnych opalanych gazem kształtuje się w zależności od rodzaju komory spalania. Są wewnętrzne i zewnętrzne. Instalacja sprzętu z wewnętrzną komorą wymaga minimalnego wysiłku i czasu. Ale takie urządzenia kosztują około dwa razy więcej niż kotły z zewnętrzną komorą.
Należy wziąć pod uwagę jeszcze jeden warunek. Kotły gazowe są w stanie znacznie ogrzać powietrze. W warunkach letnich domków i małych pomieszczeń taka funkcja może stać się prawdziwym problemem, jeśli umieścisz podgrzewacz wody na przykład w kuchni.
Dlatego niemożliwe jest podanie jednoznacznych zaleceń dotyczących wyboru kotła z określonym źródłem energii.
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 - powierzchnia przekroju.
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 minimalną DN rury dla następujących danych wejściowych:
- Natężenie przepływu przez to wszystko jest takie samo 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 poprzecznego 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.
Pobór energii
Po podjęciu decyzji o konieczności zakupu i obliczeniu objętości pośredniego kotła grzewczego, należy obliczyć, ile ciepłej wody potrzeba do normalnego życia. Wyobraźmy sobie czteroosobową rodzinę i przeprowadźmy średnią dzienną analizę przez tydzień oraz badanie szczytowe (poranek dnia roboczego) zużycia ciepłej wody.
- Analiza tygodniowa
- Do umycia naczyń potrzeba około 5 litrów ciepłej wody na minutę. Uwzględniany jest czas płukania, czyli około 5 minut. Myję talerze dwa razy dziennie, dostajemy dziennie 50 litrów ciepłej wody na naczynia kuchenne. Mnożymy przez 7 dni w sumie 350 litrów tygodniowo.
- Każda osoba bierze kąpiel 2-3 razy w tygodniu, wydając około 170 litrów. 4 * 2,5 = 10 * 170 = 1700 litrów w 7 dni.
- Prysznic jeszcze 4-5 razy przez 10 minut przy przepływie około 12 l / min. 4,5 * 10 * 12 = 540 na członka rodziny, odpowiednio, dla wszystkich 2160 litrów na tydzień.
- Mała higiena (mycie rąk, butów, sprzątanie domu) - około 10 litrów na osobę dziennie wyniesie 280 litrów na okres badania.
Razem - 350 + 1700 + 2160 + 280 = 4490 litrów tygodniowo. Dodajmy gości, którzy przyszli i na wszelki wypadek otrzymamy przybliżoną liczbę około 5000 litrów na tydzień. Ale kocioł liczy w godzinach, trzeba przełożyć na jego jednostki. 5000/7/24 = 30 litrów ciepłej wody na godzinę to średnie zużycie 4-osobowej rodziny.
Na podstawie naszych danych dotyczących stosunku temperatury do mocy otrzymujemy wymagany średni pobór mocy - 30 * 0,0375 = 1,125 kW / h.
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 i szeregu innych czynników.
- Absolutne minimalne ciśnienie, które pozwala wszystkim nowoczesnym urządzeniom wodno-kanalizacyjnym i AGD wykorzystującym wodę do pracy, wynosi 3 metry... Na przykład instrukcja dla 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 z powodu zwiększenia 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 osadza się kamień 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 ma takiej potrzeby: 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 natężeniu przepływu 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 wynoszącym 2,5 atmosfery na wylocie wyniesie 2,5 - (7,2 / 10) = 1,78 kgf / cm2, co jest więcej niż zadowalające.
Podłączenie pośredniego kotła grzewczego z recyrkulacją
Orurowanie dla różnych typów kotłów grzewczych pośrednich z recyrkulacją wykonuje się zgodnie z rysunkiem. Przy wyborze komponentów ważne jest, aby wziąć pod uwagę cechy domowego systemu grzewczego.
Do podłączenia obwodu wodnego do kotła można zastosować 3 następujące systemy instalacyjne:
- Montaż zaworów trójdrogowych.
- Instalacja podwójnej pompy obiegowej.
- Regulacja za pomocą strzałek hydraulicznych.
Zastosowanie układów recyrkulacji cieczy w znaczący sposób zwiększa wydajność instalacji grzewczych oraz poprzez zwiększenie sprawności przy ogrzewaniu cieczy i pomieszczeń z kotłów.
Podczas instalowania układów uzwojenia pośredniego z zaworami trójdrogowymi należy pamiętać, że ta metoda jest przeznaczona dla zbiorników o zwiększonej wyporności. Podczas opracowywania takiego systemu oblicza się, w jaki sposób zostanie przeprowadzona instalacja dwuprzewodowego rodzaju ogrzewania.
Podłączenie kotła do wyposażenia kotła
Monitorowanie informacji o temperaturze wody jest bardzo ważne.W sytuacji, gdy woda w zbiornikach kotłów ma zadaną temperaturę grzania znacznie wyższą niż w obwodach grzewczych samych instalacji grzewczych może to prowadzić do nieprawidłowej pracy wszystkich urządzeń.
Zapobiegnie to przechodzeniu do ogrzewania obiegów grzewczych. Istnieją również opcje instalacji pośrednich kotłów grzewczych z dwoma obiegami. Wybór wymaganej opcji będzie również zależał od wody w systemie zaopatrzenia w wodę. W sytuacji, gdy ciecz w głównym kanale ma wysoki stopień sztywności, lepiej jest zastosować instalację systemów z zaworami trójdrogowymi, ponieważ systemy dwuprzewodowe mogą szybko się zepsuć z powodu zatorów.
