Проектирование систем холодного и горячего водоснабжения

Трубопроводы холодного и горячего водоснабжения.

Трубопроводы холодного и горячего водоснабжения «GOLAN-AQUA-PEX» относятся к группе наиболее современных водопроводных систем. Главными чертами, характеризующими систему трубопроводов холодной и горячей воды, являются:

• эстетика системы – трубопроводы полностью спрятаны,
• ограниченное количество водопроводных стояков – в жилищном строительстве – обычно один или два стояка на секцию (лестничную клетку),
• возможность установки счётчиков в квартирных проводках.

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.

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 «GOLAN–AQUA-PEX» коэффициент относительной шероховатости k=0,0005.

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 «GOLAN-AQUA-PEX» 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 «GOLAN-AQUA-PEX»)
• уровень шума
• гидравлические удары
• величину перепада давления воды в системах

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

Система местного распределения.

Водопроводная системa «GOLAN-AQUA-PEX» может быть смонтирована тремя способами, отличающимися между собой решением по подключению санитарных приборов:

• тройниковая лучевая компоновка
• коллекторная компоновка
• тройниковая обводная 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. 1. Тройниковая лучевая 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

Особенности коллекторной компоновки:

• система может быть запроектирована при помощи трубы одного диаметра Ø16x2,2 мм, благодаря чему все фасонные детали, необходимые для выполнения трубопроводной установки, имеют одинаковые диаметры присоединения,
• меньшее количество точек присоединения – подключения имеются только в пунктах разбора и при коллекторах (распределителях). Благодаря уменьшению количества присоединений увеличиваем надежность системы,
• легкий подвод к водоразборным точкам, и что с этим связано, сокращение времени, необходимого для монтажа системы,
• уменьшение перепадов давления и колебаний температуры во времени, когда имеется более, одной водоразборной точки,
• возможность размещения водомеров и запорных клапанов в коллекторных шкафах,
• большее количество труб Ø16x2,2 мм по сравнению с тройниковой системой.

Расчет трубопровода циркуляции горячей воды.

Очень важным вопросом в области санитарных установок является проектирование циркуляционных трубопроводов, поскольку их отсутствие вызывает невозможность правильного функционирования трубопроводов горячей воды. Неправильный подбор диаметров циркуляционных трубопроводов приводит к периодическому отсутствию горячей воды в водоразборных точках, т.е. к потерям воды и энергии, поскольку появляется необходимость спускания воды с необходимой температурой.

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:

Q_c – 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

c_w – 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:

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

G_max.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.

Теплоизоляция трубопроводов.

Теплоизоляция трубопроводов должна выполнять две основные задачи:

Уменьшение теплопотерь, возникающих при прокладкe трубопроводов в помещениях (трубопроводы циркуляции и горячего водоснабжения), а также уменьшение потери холода (трубопроводы в холодильных и климатизационных установках).

Предотвращение выпадения конденсата на трубопроводах с агентом с низкой температурой (трубопроводы холодного водоснабжения, холодильных и климатических установок).

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.

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].

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.

t_cz - температура агента, t_ot - температура окружающей среды

Таблица 3. Толщина изоляции на трубах РЕХ для горячей воды

Значения толщины изоляции определены для трубы «GOLAN–AQUA-PEX», с коэффициентом теплопроводности 0,35 Вт/мK.

График 1. График теплового излучения труб «GOLAN-AQUA-PEX» 1,0 Мпа 90°С