Проектирование систем холодного и горячего водоснабжения

1. Трубопроводы холодного и горячего водоснабжения

Трубопроводы горячего и холодного водоснабжения AQUAPEX предназначены устройства для современных систем водопровода, которые отличаются высокими эстетическими свойствами (трубы водоснабжения прокладываются скрыто), минимальным количеством стояков (в жилых домах, как правило, устраивают один или два стояка на каждую секцию или лестничную клетку), а также возможностью установки счетчиков на вводах в квартиры.

В данном разделе представлены основные формулы для расчета потерь давления, скорости течения, а также основные зависимости и данные для определения расчетного течения воды в трубопроводе согласно польскому стандарту PN-92/B-01706.

2. Потери давления в трубопроводах

Существует два основных вида потерь давления: потери на трение по длине трубопровода и потери на местные сопротивления.

Потери на трение по длине возникают в результате трения частичек жидкости о стенки трубопровода. Наибольшее влияние на величину этих потерь оказывает коэффициент относительной шероховатости трубопровода и скорость течения жидкости. Чем меньше коэффициент относительной шероховатости, т.е. чем более гладкой является труба, тем потери давления будут меньше. Для трубы AQUAPEX коэффициент относительной шероховатости k=0,007.

 

 

λ – коэффициент линейного сопротивления, определяемый на основании относительной шероховатости «k» и соответствующих графиков или формул,

l – длина трубопровода [м],

d – плотность жидкости [кг/м3],

w – скорость течения [м/с],

d – внутренний диаметр трубы [м].

На практике линейное сопротивление определяется на основании соответствующих номограмм или при помощи компьютерных программ.

Местные потери возникают в результате изменения направления течения жидкости, а также в результате протекания жидкости через дросселирующие элементы, например: дроссельные шайбы, клапаны, диффузоры, фильтры, водомеры и т.п.

ξ – коэффициент местного сопротивления, определяемый при помощи таблиц,

ρ – плотность жидкости [кг/м3],

w – скорость течения [м/с].

Замечания, касающиеся расчета перепадов давления:

Перепад давления для фасонных деталей эквивалентны потерям давления по длине 0,5 м трубопровода.

Повсеместно принятым является принцип измерения трубопроводов таким образом, чтобы величина перепада давления находилась в диапазоне 1-10 кПа/ м.

Скорость течения жидкости в трубопроводах можно выразить как соотношение потока объемом V[м3/с] к полю поверхности поперечного сечения трубопровода A[м2].

Зная внутренний диаметр трубы d, это соотношение можно представить в виде:

Согласно PN_92/B_01706 рекомендуемые скорости течения воды в трубопроводах составляют:

в подключениях от стояков до пунктов разбора в стояках 1,5 м/с

в распределительных водопроводах 1,0 м/с

в ветвях 1,0 м/с

В трубах AQUAPEX скорости течения могут быть выше и составлять до 2,5 м/с в стояках, а также до 1,8 м/с в ветвях.

Скорость течения питьевой воды непосредственно влияет на:

степень эрозии трубы (не имеет места в трубах AQUAPEX)

уровень шума

гидравлические удары

величину перепада давления воды в системах

Для труб AQUAPEX высокие скорости течения не являются проблемой, поскольку отсутствует проблема эрозии и шума. Тесты показали, что гидравлические удары в трубах AQUAPEX составляют 1/3 значений, получаемых в стальных трубопроводах.

3. Система местного распределения

Систему водоснабжения AQUAPEX  допускается монтировать тремя способами, которые отличаются друг от друга вариантами подключения санитарных приборов:

тройниковая лучевая компоновка

коллекторная компоновка

ТРОЙНИКОВАЯ ЛУЧЕВАЯ КОМПОНОВКА

Тройниковая лучевая компоновка наиболее часто встречается и применяется как в жилищном, так и в промышленном строительстве. Прокладка осуществляется в полу с использованием редукционных тройников и трубопроводов различного сечения.

Рис. 2. Коллекторная компоновка системы водоснабжения

Особенности тройниковой компоновки:

небольшая протяжённость трубопроводов (по сравнению с коллекторной и последовательной компоновкой);

легкость монтажа во время ремонтов и реконструкции старых трубопроводов – при демонтаже старых трубопроводов новые трубы устанавливаются на их место;

большие перепады давления и колебания температур;

труднодоступные присоединения в стенах и полах;

большее количество точек соединения;

более сложные проектные работы — необходимо выполнять расчёты для изменяющихся диаметров.

КОЛЛЕКТОРНАЯ КОМПОНОВКА

Коллекторная система является такой системой, в которой все приборы потребления воды запитаны одним распределителем холодной воды и одним распределителем горячей воды.

Рис. 2. Коллекторная компоновка системы водоснабжения

Такая система может полностью выполняться из водопроводной трубы 16×2,2 мм, что позволяет использовать для выполнения разводки фасонные элементы с одинаковым диаметром подсоединения.

Коллекторная компоновка отличается меньшим количеством точек присоединения, поскольку подключения труб для водоснабжения выполняются только при распределителях и в местах разбора воды. За счет уменьшения числа присоединений значительно повышается надежность водопроводной системы.

Облегчается подвод воды к точкам водоразбора, что позволяет сократить трудоемкость и продолжительность монтажных работ.

При наличии нескольких водоразборных точек уменьшаются колебания температуры и перепады давления.

Коллекторная компоновка позволяет размещать в коллекторных шкафах запорные клапаны и водомеры, а также использовать значительно большее количество труб 16×2,2 мм по сравнению с другими системами.

Расчет трубопровода циркуляции горячей воды

Проектированию циркуляционных трубопроводов следует уделять особое внимание, поскольку при их отсутствии трубопроводы для подачи горячей воды не в состоянии правильно функционировать. При неправильном подборе диаметра циркуляционного трубопровода в точках водоразбора будет периодически отсутствовать горячая вода и возникнет необходимость спускать воду до получения необходимой температуры, что приведет к потерям энергии и воды.

Существует много методов расчета и подбора циркуляционных трубопроводов, имеющих различный уровень сложности. С целью проведения расчетов для жилого строительства, представлен менее точный, но абсолютно достаточный метод. Расход воды в циркуляционных трубопроводах зависит от потери тепла в распределяющих трубопроводах. Рассчитывается по формуле:

где:

Qc – потери тепла в распределительных установке [кВт], можно определить по графику теплоизлучения при известной разнице температур и диаметре трубопровода tp – допустимый перепад температуры горячей хозяйственной воды от источника тепла до наиболее удалённой водоразборной точки [K]; tp = 5-10 K

cw – удельная теплоемкость воды [кДж/кг·K]

Для упрощения расчетов циркуляционных трубопроводов мощность течения воды в этих трубах можно принять в размере 30% расчетного максимального распределения горячей воды, определенного для суммы точек водоразбора, имеющих место на расчетном отрезке циркуляционного обращения:

где:

Gs – расход воды в циркуляционном трубопроводе [кг/ч]

Gmax.c.w.u. – максимальный расчетный расход воды в трубопроводе горячей хозяйственной воды [кг/ч]

В практике принимается, что циркуляционный трубопровод на 2 диаметра меньше, чем питающий. Для ограничения потерь тепла и ненужного нагнетания отопительной воды в установку, на циркуляционном трубопроводе монтируется термостатический клапан. Этот клапан закрывается, когда вода в циркуляционной трубе достигает заданную температуру.

Клапан позволяет управлять расходом воды в зависимости от ее температуры, и предназначен для гидравлического уравновешивания системы. Благодаря применению таких клапанов установка не требует трудоемкого подбора и пересчета циркуляционных трубопроводов.

4. Теплоизоляция трубопроводов

Теплоизоляцию трубопроводов выполняют для снижения потерь тепла (трубы для водоснабжения, горячего и холодного, трубы для отопления), а также предотвращения нагрева трубопроводов (климатизационные и холодильные системы) и выпадения конденсата на трубопроводах холодильных, климатических систем или холодного водоснабжения.

Для выполнения расчетов теплопотерь и подбора толщины изоляции следует воспользоваться стандартом PN_85/B_02421. В этом стандарте указаны все основные формулы для расчетов и критерии подбора толщины изоляции. Величина теплопотерь после изоляции не должна превышать величину, указанную в таблице.

 

DN трубопровода (мм) Максимальная расчетная температура агента (°С)
110 90 70 50
20 26 20 16 10
25 29 23 18 11
32 30 26 20 13
40 32 28 22 14
50 36 31 24 15
65 40 34 26 16
80 42 36 29 17
100 47 39 33 19

 

Таблица 1. Максимальные допустимые значения единичных потерь тепла q [Вт/м] согласно PN_85/B_02421

Для расчета толщины изоляции можно воспользоваться программами расчетов, предоставляемыми производителями изоляции.

Для предварительного подбора толщины изоляции и определения стоимости материала можно воспользоваться стандартом DIN 1988, в котором указана толщина изоляции в зависимости от места прокладки трубопроводов.

Толщина изоляционного слоя для трубопроводов холодной воды, выполненных из PEX, защищающего от нагревания и расширения, указана для изоляционного материала с коэффициентом теплопроводности равным 0,04 [Вт/мК].

 

Место прокладки трубопровода Толщина изоляции, (мм)
Лежащая свободно труба в не отапливаемом помещении 4
Лежащая свободно труба в отапливаемом помещении 9
Труба, проходящая в канале, не имеющем теплопровода 4
Труба, проходящая в канале рядом с трубопроводами с горячей воды 13
Труба, проходящая в штробе, трубопроводный стояк 4
Труба, проходящая в бетонном полу 4

Также читайте материал: теплый пол киев купить

Таблица 2. Толщина изоляции на трубах РЕХ для холодной воды

Для обеспечения соответствующей тепловой защиты труб из сшитого полиэтилена в системах горячего водоснабжения, толщину изоляции следует подбирать согласно представленной ниже таблице. Данные приведены для изолирующего материала с коэффициентом теплопроводности 0,037 [Вт/мK], толщина подобрана таким образом, чтобы не превысить максимального значения.

 

Диаметр трубы х толщ. стенки (мм) 16х2,2 20х2,8 25х3,5 32х4,4 40х5,5 50х6,9 63х8,7 75х6,9 90х8,2 110х10,0
Для tcz=50°C i tot=5°C 13 13 13 20 20 25 25 30 30 30
Для tcz=50°C i tot=20°C 6 9 9 9 13 13 20 25 25 30
Для tcz=905°C i tot=5°C 13 20 20 20 20 25 30 30 35 40

tcz — температура агента, tot — температура окружающей среды

Таблица 3. Толщина изоляции на трубах РЕХ для горячей воды

Значения толщины изоляции определены для трубы AQUAPEX, с коэффициентом теплопроводности 0,35 Вт/мK.

  • arco