Как посчитать расход воды по диаметру трубы и давлению

Необходимость расчета расхода воды по диаметру трубы и давлению

Проектируя большой загородный дом или гестхаус, требуется определить, сколько воды нужно будет его жильцам или постояльцам, и будет ли соответствовать пропускная способность водопровода этим расходам. Если снизится давление при значительном расходовании, это приведет к невозможности пользования санитарно-техническими приборами. При создании пожароопасной ситуации небольшое воспламенение трудно будет потушить. Поэтому расчет потребления воды и проходимости трубопровода в частном доме проводится еще перед началом возведения здания.

Расчетные показатели помогут подобрать трубы нужного сечения с подходящей толщиной стенок и определиться с материалом их изготовления. Также в соответствии с этими значениями подбирается технология установки магистрали.

Проще всего посчитать, сколько расходуется воды в час, день или месяц, если установлен счетчик. Если прибора учета нет, по нормативам один человек способен израсходовать ежесуточно следующий объем холодной воды:

• готовка – 3 л;
• использование стиральной машинки – примерно 4 л;
• туалетные процедуры – 15 л;
• утренний или вечерний душ – 30 л;
• прием ванны – 200 л.

В частном доме с автономным водопроводом горячая вода создается путем нагревания холодной с помощью котлов или газовых колонок, поэтому потребление последней увеличивается. В сутки здесь на нужды одного человека может уйти 330 л воды. В месяц это число составит примерно 10230 л, в час – 13,75 л.

Подобные нормативы приблизительны. В них не учтены такие факторы, как обслуживание домашних животных, замена воды в аквариумах и бассейне, мытье автомобиля и полив посадок. Также нужно учитывать рабочий график жильцов и сезонность. Но средние показатели нужны, чтобы было от чего отталкиваться в расчетах.

Хозяевам частных предприятий также необходимо знать предполагаемые максимумы расхода. При отсутствии водосчетчиков коммунальщики насчитают объемы водопотребления в зависимости от пропускных возможностей труб. Если владельцу помещения эти показатели будут известны, он сможет контролировать подсчеты и не заплатит лишнего.

Расход воды в трубопроводе: факторы

Для того, чтобы самостоятельно выполнить вычисление расхода воды в трубопроводе, необходимо знать те факторы, которые обеспечивают проходимость воды в трубопроводе.

Главные из них — это степень давления в водоводе и диаметр сечения трубы. Но, зная лишь эти величины, не получится с точностью вычислить расход воды, поскольку он зависит также от таких показателей, как:

1. Длина трубы. С этим все понятно: чем больше ее длина, тем выше степень трения воды о ее стенки, поэтому поток жидкости замедляется.
2. Материал стенок труб также немаловажный фактор, от которого зависит скорость потока. Так, гладкие стенки трубы из полипропилена дают наименьшее сопротивление, нежели сталь.
3. Диаметр трубопровода – чем он меньше, тем выше будет сопротивление стенок движению жидкости. Чем уже диаметр, тем более невыгодным является соответствие площади наружной поверхности внутреннему объему.
4. Срок эксплуатации водопровода. Мы знаем, что с годами трубы из стали подвергаются воздействию коррозии, а на чугунных образуются известковые отложения. Сила трения о стенки такой трубы будет существенно выше. К примеру, сопротивление поверхности ржавой трубы выше новой из стали в 200 раз./li>
5. Изменение диаметра на разных участках водовода, повороты, запорные фитинги или арматура значительно снижают скорость водного потока.

Какие величины используются для расчета расхода воды?

В формулах используются следующие величины:

• Q – суммарное (годовое) потребление воды на одного человека.
• N – число жильцов дома.
• Q – суточная величина расхода.
• K — коэффициент неравномерности потребления, равный 1,1-1,3 (СНиП 2.04.02-84).
• D – диаметр трубы.
• V – скорость течения воды.

Пошаговая инструкция, как рассчитать водорасход

Произвести подсчеты можно при помощи таблиц. Но полученные результаты будут неточными. Поэтому лучше проводить расчеты на месте, учитывая скорость потока, материал трубопроводных систем и прочие характеристики трубопровода.

Проще всего рассчитать объем расходуемой H2O по следующей формуле:

q=π*d2 /4*V, где:

• q – расход воды (л/с);
• V – скорость течения (м/с);
• d – диаметр (см).

Использовать эту формулу можно и для поиска других неизвестных. Если известен диаметр и расход воды, можно определить скорость потока. А если известны V и q, можно узнать диаметр.

В большинстве стояков напор водного потока равняется 1,5-2,5 атмосфер. А скорость потока обычно составляет 0,8-1,5 м/с. Может быть установлен дополнительный нагнетатель, который меняет параметры внутри системы. Все данные о нем должны быть указаны в техпаспорте.

Минимальное давление в системе должно составлять 1,5 атмосфер – этого достаточно для работы стиральной машины и посудомойки. Чем оно выше, тем быстрее вода движется по трубам, поэтому водорасход повышается.

Для получения более точных результатов применяется формула Дарси-Вейсбаха, которая учитывает возможные изменения напора воды, что приводит к повышению или снижению давления.

ΔP=λ*L/D*V2 /2q *ϸ, где:

• ΔP – потеря давления на сопротивлении движения потока;
• λ – показатель потерь на трение по всей длине;
• D – сечение трубы;
• V — скорость течения;
• L – длина трубопровода;
• g – константа = 9,8 м/с2;
• ϸ — вязкость потока.

Такую формулу обычно используют для выполнения сложных расчетов гидродинамики. В остальных случаях применяются упрощенные варианты.

Частный случай расчета водорасхода – через отверстие крана. Применяется формула:

q=S*V, где:

• Q – водорасход;
• S – площадь окружности (отверстия крана), определяется по формуле S= π*r2;
• V – скорость течения, если она неизвестна, определить ее можно, исходя из формулы V=2g*h, где g – константа, h – высота водного столба над отверстием крана.

Правила расчета

При выполнении вычислений необходимо учитывать следующие правила:

1. Следить за правильностью величин. Если одно значение исчисляется в м/с, то другое должно измеряться в л/с (не в кг/час). Иначе произведенные расчеты будут неверными.
2. Применять правильные значения констант.
3. Учитывать данные нагнетателя системы, если он используется. Вся информация о его влиянии на параметры системы указывается в техническом паспорте.
4. Промежуточные вычисления рекомендуется проводить с точными величинами, а конечный результат можно округлить (лучше в большую сторону).

Чтобы облегчить расчеты, можно воспользоваться калькуляторами в режиме онлайн, в которые достаточно только ввести все известные данные.

Определение суточных расходов на хозяйственно -бытовые нужды населения

Средний суточный расход воды на хозяйственно -бытовые нужды населения (Qср) определяется:

Qcр сут = qср • N /1000; м3/сут, (2-1)

где:

qср — норма водопотребления на одного человека (табл.2.1), л/чел•сут. ;

N — количество жителей в населенном пункте, чел.

Таблица 2.1. Нормы потребления воды на хозяйственно питьевые нужды одного жителя

Сведения о количестве жителей в населенном пункте (N) можно получить у местных властей. При этом желательно воспользоваться результатами переписи населения. Если такие сведения по каким-либо причинам отсутствуют, то численность населения определяется:

N = F • n ; (2-2)

где:

F — площадь селитебной зоны, га;

n — плотность населения в населенном пункте или районе населенного пункта, для которой рассчитывается система водоснабжения, чел/га.

Вода из водопроводной сети в течение года потребляется неравномерно в связи с изменением режима жизни населения и сезонностью некоторых расходов воды.

Для характеристики неравномерности отбора воды из городской сети вводится понятие коэффициента суточной неравномерности. Он учитывает уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства жилья, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели и т.д.

Коэффициент суточной неравномерности(максимальный) (Ксут.max) определяется как отношение максимального суточного расхода к среднесуточному (за год) и принимается в пределах 1,1 — 1, 3.

Коэффициент суточной неравномерности (минимальный) (Ксут min) определяется как отношение минимального суточного расхода к среднесуточному и принимается в пределах 0,7 — 0,9.

Величина вероятного расчетного расхода воды в сутки максимального (максимальный суточный расход, Qmax сут) и минимального (минимальный суточный расход, Qсут min) определяется по формулам:

Q сут max = К cут max• Qcр сут, м3/сут; (2-3)

Q сут min = К сут max• Qср сут, м3/сут. (2-4)

В течение суток вода населением потребляется также неравномерно. Распределение потребления жителями воды по часам суток определяется коэффициентом часовой неравномерности.

Коэффициент часовой неравномерности (максимальный, К час max ) — отношение максимального часового расхода к среднечасовому (за сутки).

Коэффициент часовой неравномерности (минимальный, Кчас min,) — отношение минимального часового расхода к среднечасовому.

К час min =α min • Вmin. (2-5)

К час max = αmax • Вmax. (2-6)

где: α — коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия: α max = 1.2 — 1.4; α min = 0.4 — 0.6.

β — коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте.

Значение коэффициента β определяется по таблице 2.4 или по формуле:

β = 1 +√N (2-7)

где: N — количество жителей в населенном пункте или районе, тыс. чел.

Расчетные часовые расходы (м3/час) определяются по следующим формулам:

Q час max = К час max •Q ср сут /24. (2-8)

Q час min = К час min •Q ср сут/24. (2-9)

Определение расчетных расходов на полив улиц и зеленых насаждений

Расход воды на полив улиц и зеленых насаждений определяется по формуле:

Qпол = 10 N • q п. уд. • F, м3/сут. (2-10)

где: q п. уд — удельный расход на полив улиц или зеленых насаждений, л/м2;

N — количество поливок за сутки;

F — площадь поливаемых улиц или зеленых насаждений, га.

Таблица  Значение коэффициента β в зависимости от численности населения

Площади улиц и зеленых насаждений определяются непосредственно по плану города или ориентировочно в соответствии с нормами планировки населенных пунктов.

Для полива используется вода из городского водопровода, природных или искусственных водоемов, накопительных емкостей.

Количество воды питьевого качества, забираемое из городского водопровода для полива улиц и зеленых насаждений, определяется в каждом случае конкретно, в зависимости от местных условий и устанавливается органами местной власти. Ориентировочно можно принять, что из городского водопровода забирается 40% от общего объема поливочной воды. И только эта вода учитывается при расчете водораспределительных сетей города.

Из общего объема воды питьевого качества, забираемого из городской водопроводной сети на полив улиц и зеленых насаждений, 20% расходуется на ручной полив, оставшиеся 80% — на механизированный.

Режим полива и объемы питьевой воды, которые разрешается использовать для полива, задается органами местного самоуправления. При отсутствии таких сведений график полива можно задать следующим:

•  механизированная: 60% — с 21 до 4 часов;

15% — с 4 до 7 часов;

25% — с 17 до 21 часов.

• ручной полив: 30% — с 4 до 7 часов;

40% — с 13 до 15 часов;

30% — с 20 до 22 часов.

Зеленые насаждения на территории промышленного предприятия поливаются, как правило, технической водой.

Для этой цели устраиваются специальные поливочные сети.

Расход воды на нужды пожаротушения

Пожаротушение, как вид водопотребления, носит специфический характер, поскольку пожар является случайным событием. Но система водоснабжения должна в любой момент обеспечить требуемый расход как на нужды населения и промышленных предприятий, так и на пожаротушение.

Водопроводные сети населенных пунктов и промышленных предприятий проектируются таким образом, чтобы они могли одновременно снабжать население водой и выполнять функции противопожарного водопровода.

В расчет количества одновременных пожаров в населенном пункте включены пожары и на промышленных предприятиях. При этом в расчетный расход включаются соответствующие расходы на пожаротушение на этих предприятиях.

При определении расходов воды на тушение пожара жилого или общественного здания следует пользоваться данными таблицы

Таблица  Расход воды на тушение одного пожара в зависимости от объема строения

Расходы воды на наружное пожаротушение зданий высотой или объемом, свыше указанных в таблице 2.6, а также общественных зданий объемом свыше 25000 м3 с большим скоплением людей (торговые центры, зрелищные предприятия и т. д.) надлежит принимать и согласовывать в установленном порядке.

Расход воды на наружное пожаротушение одно-двухэтажных производственных зданий и складских помещений высотой от пола до низа горизонтальных несущих стальных конструкций до 18 м, принимаются согласно таблицам 2.7 и 2.8.

Таблица  Расход воды на тушение пожара промышленных зданий шириной до 60 метров в зависимости от объема строений и категории пожарной опасности производства.

Для зданий, оборудованных спринклерными установками, расход воды на питание спринклеров надлежит принимать дополнительно к общему расходу на пожаротушение. Максимальный срок восстановления неприкосновенного противопожарного запаса в емкостях должен быть не более:

• 24 часа — в населенных пунктах и на промышленных предприятиях с производствами отнесенными по пожарной опасности к категориям А, Б, В;
• 36 часов — на промышленных предприятиях с производствами, отнесенными по пожарной опасности к категориям Г, Д;
• 72 часа — в сельских населенных пунктах и сельскохозяйственных предприятиях.

Таблица  Расход воды на тушение пожара промышленных зданий шириной более 60 метров в зависимости от объема строений и категории пожарной опасности производства.

На период пополнения противопожарного запаса воды можно снижать подачу воды на хозяйственно-бытовые нужды населения до 70%, а воду на производство подавать по аварийному графику.

Расходы воды на нужды предприятия

Расходы воды на хозяйственно-бытовые нужды рабочих промышленных предприятий и душ

Вода на бытовые нужды рабочих промышленных предприятий потребляется крайне  неравномерно.

Коэффициент часовой неравномерности для “горячих” цехов -2,5, для “холодных” — 3,0. Общий расход воды за смену определяется:

q х.б. = q о.i • N р.i / 1000, м3/смену, (2-11)

где: q о. I. — расход воды на бытовые нужды рабочего в “холодном” или “горячем” цеху, л/ чел. смену;

Nр. I. — количество рабочих в смену.

Количество одновременно работающих душевых сеток (Nд.с.) определяется по количеству человек, обслуживаемых одной душевой сеткой в зависимости от вида производственных процессов в соответствии с данными таблицы 2.9.

N д.с. = N р. /n о. с., (2-12)

где: Nр. — количество рабочих, принимающих душ;

nо.с. — расчетное количество человек на одну душевую сетку.

Таблица  Расчетное количество человек на одну душевую сетку при различной санитарной характеристике производства

Расход воды на душ определяется по формуле:

Qд.с.=Nд.с. • qд.о./1000 = Nд.с. • 0,375 (м3/час.) (2-13)

Рабочие предыдущей смены принимают душ в первый час последующей.

Расход воды на нужды производства

Вода на производственные нужды может забираться из городского водопровода (питьевая вода), из поверхностных или подземных источников (техническая вода).

Для предприятий, требующих больших количеств воды, устраиваются собственные водопроводы (металлургия, энергетика, химкомбинаты, нефтеперерабатывающие комплексы). При расчете городских водопроводных сетей учитывается расходы воды, которые подаются на промышленное предприятие, только питьевого качества.

Расход воды на нужды производства определяется как произведение норм или удельного водопотребления на объем выпускаемой продукции, количество технологических операций или продолжительность технологического процесса.

Режим потребления воды промышленным предприятием определяется технологией производства и обязательно согласовывается с органами местной власти или водной инспекцией. В случае если имеются ограничения на отбор воды из водопроводной сети в час максимального водопотребления, на территории промплощадки устраивается водопроводный узел, который включает в себя резервуар чистой воды и насосную станцию, а иногда и дезинфицирующие установки.

При больших расходах воды и значительных коэффициентах неравномерности на предприятиях устраиваются аккумулирующие емкости, которые заполняются в часы минимального  водопотребления населенным пунктом. На вводе в промышленное предприятие обязательно устанавливается счетчик расхода воды.

Определение суточного расхода воды населенным пунктом

Расход воды, потребляемой населенным пунктом, включает расходы: хозяйственно-бытовые нужды населения, хозяйственно-бытовые нужды и душ рабочих промышленных предприятий, технологические расходы промышленных предприятий, полив улиц и зеленых насаждений. Учет ведется как по отдельным водопотребителям, так и по водам различного качества (питьевая, техническая, забираемая из источника и т.д.).

Расход воды населенным пунктом определяется как в сутки максимального водопотребления, так и среднесуточный.

Возможный максимальный расход воды

Такого расхода на практике фактически не бывает, и он рассчитывается как максимальный расход, который теоретически может иметь место.

Точка водоразбора с наибольшим нормальным расходом определяет, какую характеристику (1, 2, 3 или 4) использовать. Если наибольший нормальный расход в доме приходится на ванну (0,3 л/с), то должна быть применена характеристика №3.

По оси Х из точки 2,1 проведите вертикальную линию вверх до пересечения с кривой характеристики №3. Далее из точки пересечения выведите горизонтальную линию до пересечения с вертикальной осью Y

Для данного примера, по диаграмме, нормальным наивысшим расходом будет 0,57 л/с, что соответствует 2,05 м3/ч для всех точек водоразбора периодического использования (категория 1).

Продолжительное использование

После подсчета возможного максимального расхода из потребителей, относящихся к категории 1, добавляется нормальный расход потребителей категории 2.

К категории 2 относятся потребители, которые расходуют воду более 10 минут. Например, краны для полива сада и газонов.

Фактический напор насоса

На работу центробежного насоса при перекачивании воды оказывают влияние несколько факторов:

• Высота всасывания (от поверхности воды до насоса)
• Потери на трение во всасывающем трубопроводе и клапане
• Высота от насоса до наивысшей точки водораз-бора
• Потери на трение в напорном трубопроводе (в зависимости от производительности)
• Необходимое минимальное давление в кранах (в зависимости от фитингов)

При подсчете фактического напора насоса должна быть использована величина максимального водо-потребления, в данном случае 0,97 л/с (3,49 м3/ч).

В этом случае мы рекомендуем насос типа CR с трубным присоединением 11» и 11 обратным клапаном. Потери на трение представлены на следующей странице.

Потери напора во всасывающем и обратном клапанах типа BVF и MVF.

Диаграммы потерь на трение

Данная таблица и диаграммы для расчета потерь на трение на прямых участках трубопровода и таких участках, как клапаны, колена и т. д., не обязательно идентичны тем, которые Вы используете в своих расчетах, но принципы их совпадают. Вы можете использовать тот вариант, который считаете наиболее подходящим для себя.

На практике 80% продаваемых насосов устанавливаются взамен старых, отработавших свой срок. При подборе насоса для замены часто остаются неизвестными такие параметры системы, как возраст труб, тип обратного клапана в скважине, тип водопроводных кранов в доме и уровень отложений ржавчины и ила в трубах. Поэтому необходимо предугадать эти факторы для более точного определения коэффициентов трения.

Во-первых, вы должны узнать тип насоса, который был прежде в данной установке. На основе полученной информации, Вы сможете определить тип нового насоса.

Если нет достаточной информации по старому насосу, Вы должны узнать, с какой глубины насос должен качать воду (например, 6,05 м) и какое расстояние от насоса до верхней точки водоразбора (в примере 21,5 м). Затем добавьте 10 метров, соответствующих необходимому давлению в верхней точке водоразбора. После этого определяем общий напор: 6,05 + 21,5 + 10 = 37,55 метров, к этому значению нужно добавить примерно 30%, равных 11,26 метра, запас на потери на трение во всасывающем клапане, трубопроводе, присоединениях и т. д.

Таким образом, фактический напор насоса будет равен: 37,55 + 11,26 = 48,81 метра.