Вводная лекция - Основы расчета внутренних инженерных систем

 

Прежде чем приступить к рассмотрению программы NanoCAD bim ВК, повторим некоторые моменты, касающиеся выполнения расчетов внутренних инженерных систем водоснабжения и канализации. Все они основаны на своде правил СП 30.13330.2020.

Определение расчетных расходов

Задача гидравлического расчета внутренней водопроводной сети состоит в определении расчетных расходов воды на отдельных участках, подбора диаметров трубопроводов, определения потерь напора и определения требуемого напора в точке подключения к городской водопроводной сети.

Расчет производится в следующей последовательности:

• на аксонометрической схеме намечается расчетное направление и нумеруются расчетные участки;
• определяются расчетные расходы по расчетным участкам;
• определяются диаметры труб и скорость движения воды;
• определяются потери напора на расчетных участках;
• подбираются водомер и определяются потери напора на нем;
• определяется требуемый напор в системе;
• рассчитываются водонапорные баки и насосные установки, если они необходимы.

Гидравлический расчет сети внутреннего водопровода производится по максимальному секундному расходу воды в здании, который принимается также в качестве расчетного при подборе насосов в случае отсутствия регулирующей емкости в системе.

Максимальный секундный расход, л/с, на расчетном участке сети определяется по формуле:

$q^c=5q_0^c\bullet \alpha$,

где $q^c$ - расход воды санитарно-техническим прибором (арматурой) с наибольшим расходом, определяемый по таблице А.1 (СП 30.13330.2020);
a – коэффициент, определяемый по приложению Б (СП 30.13330.2020) в зависимости от общего числа приборов N на расчетном участке сети и вероятности их действия Р.

 

Вероятность действия водоразборных устройств Р при потреблении холодной воды для одинаковых потребителей определяется по формуле:

$P=\frac{q_{hr,u}^c\bullet U}{3600\bullet q_0^c\bullet N}$где $q_{hr,u}^c$ - норма расхода холодной воды одним потребителем в час наибольшего водопотребления; U- общее число потребителей в здании. N - число приборов.

 

Гидравлический расчет сети холодного водоснабжения

Выбор диаметров трубопроводов внутреннего хозяйственно-питьевого водопровода производится по формулам Ф.А. Шевелева (таблицам для гидравлического расчета стальных водопроводных труб или программам), исходя из того, что скорость движения воды в трубах внутренних водопроводных сетей не должна превышать в магистралях и стояках 1,5 м/с.

В расчетах следует принимать скорости от 0,9 до 1,2 м/с, как наиболее экономичные. Диаметры труб внутренних водопроводных сетей должны приниматься с учетом использования гарантированного минимального напора в наружной сети водопровода. При движении воды в трубах часть энергии потока затрачивается на преодоление сил трения по длине водопровода (линейные потери напора) и местные сопротивления.

Для определения потерь напора по длине используются таблицы Ф.А. Шевелева, А.Ф. Шевелева «Таблицы для гидравлического расчета труб». В таблице приводятся значения удельных потерь напора и скорости движения воды в зависимости от расчетного расхода и принимаемого диаметра трубопровода.

Потери напора на участках системы холодного водоснабжения, следует определять с учетом шероховатости материала труб по формуле:

 

$H_{il}=i\bullet l\left(1+k_l\right)$,

 

где 𝑖 – удельные потери напора единицы длины трубопровода 𝑙, м, при температуре воды, равной 10 °С, принимаемые по таблицам для гидравлического расчета водопроводных труб, по расчетным формулам с учетом шероховатости материала труб или по данным предприятия – производителя труб; $k_l$ – коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях, значения которого следует принимать: 0,2 – в сетях объединенных хозяйственно-противопожарных водопроводов жилых и общественных зданий, а также в сетях производственных водопроводов; 0,3 – в сетях хозяйственно-питьевых водопроводов жилых и общественных зданий; 0,15 – в сетях объединенных производственных противопожарных водопроводов; 0,1 – в сетях противопожарных водопроводов. Затем значения $H_{il}$ суммируются.

Общие потери напора в сети внутреннего водопровода ($H_{tot}$) определяются, как сумма линейных потерь напора по длине и местных потерь по формуле:

 

$H_{tot}=H_l+H_M$

 

Подбор счетчика воды

Счетчики воды следует устанавливать на вводах трубопроводов холодного и горячего водопровода в каждое здание и сооружение, в каждую квартиру жилых зданий и на ответвлениях трубопроводов в любые нежилые помещения, встроенные или пристроенные к жилым, производственным или общественным зданиям.

Перед счетчиками (по ходу движения воды) следует предусматривать установку механических или магнитно-механических фильтров.

Учет воды в водопроводных сетях зданий чаще всего производится скоростными крыльчатыми или турбинными счетчиками.

Диаметр условного прохода счетчика воды выбирается исходя из среднечасового расхода за период потребления (сутки, смену), который не должен превышать эксплуатационный, по таблице 12.1 (СП 30.13330.2020), и проверяется согласно указаниям 12.16 (СП 30.13330.2020) или по паспорту водосчетчика.

Среднечасовой расход воды для жилого здания ($q_T^{tot}$) определяется по формуле:

$q_T^{tot}=\frac{q_u^{tot}\bullet U}{1000\bullet 24}$

где $q_u^{tot}$– общая норма расхода воды потребителем в сутки (смену) наибольшего потребления, л; U- общее число потребителей в здании, чел.

 

Потери напора ($H_{вод}$) в счетчиках определяется по формуле:

$H_{вод}=S\bullet q^2$,

где q - расчетный расход воды на вводе в здание, л/с; S - сопротивление счетчика, принимаемое по техническому паспорту, м∙с²/л².

 

 

 

 

 

Определение требуемого напора в сети

Требуемый напор в месте присоединения к городскому водопроводу при наибольшем хозяйственно-питьевом водопотреблении должен обеспечить подачу воды на необходимую высоту и свободный нормативный минимальный напор у диктующей точки с учетом всех потерь напора в сети.

Требуемый напор, для подачи воды потребителю определяется по формуле:

 

$H_{тр}=H_{geom}+\sum H_{il}+H_{пр}+\sum H_{вод}+H_{тепл}+H_l^{ввод}$,

 

где $H_{geom}$- геометрическая высота расположения диктующего санитарно-технического прибора над точкой подключения, м. вод. ст.; $\sum H_{il}$- сумма потерь напора на всех участках трубопровода диктующего направления, м вод. ст.; $H_{пр}$- напор перед диктующим прибором, м вод. ст.; $\sum H_{вод}$- сумма потерь напора в узлах учета потребляемой воды, м вод. ст.; $H_{тепл}$ - потери напора в теплообменнике (водонагревателе), принимают ориентировочно – 0,03 МПа (3 м вод. ст.); $H_l^{ввод}$-потери напора на вводе/вводах водопровода, при пропуске расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды и (или) противопожарного расхода воды, м вод. ст.

 

Геометрическая высота подъема воды определяется по формуле:

$H_{geom}=\left(n-1\right)\bullet h_{эт}+h_{дт}+\left(Z_1-Z_3\right)$,

 

где n - число этажей; $h_{эт}$- высота этажа, м; $h_{дт}$ - высота диктующей точки, м; Z₁,Z₃, - соответственно отметки пола первого этажа и земли, м;

 

Определение расчетных расходов

Величина расчетных расходов горячей воды зависит от потребления горячей воды, использующейся для смешения с холодной водой до требуемой температуры. Расход горячей воды зависит напрямую от ее температуры. В системе горячего водоснабжения производится расчет расхода воды, необходимой для подачи ее потребителю по подающим трубопроводам, и учитывающий расход воды, необходимый для осуществления циркуляции по циркуляционным трубопроводам. Расчет ведется в двух режимах: режим водопотребления (вода идет в основном на нужды водопотребления, дневное время) и режим циркуляции (вода расходуется незначительно, в основном происходит циркуляция в ночное время).

Расчет подающих трубопроводов производится в режиме максимального водопотребления, расчет циркуляционных трубопроводов − в режиме циркуляции.

Расчетные расходы горячей воды в режиме водопотребления определяются аналогично расчетным расходам холодной воды, с соответствующей заменой нормируемых расходов холодной воды на горячую.

Без учета циркуляции максимальный секундный расход воды на расчетном участке $q^h$, л/с, определяется по формуле:

$q^h=5q_0^h\bullet \alpha$,

где $q_0^h$− расход горячей воды, л/с, санитарно-техническим прибором; a− коэффициент, зависящий от произведения вероятности действия приборов Р и количества этих приборов N.

Вероятность действия прибора Р определяется по формуле:

 

$P=\frac{q_{hr,u}^h\bullet U}{3600\bullet q_0^h\bullet N}$,

где $q_{hr,u}^h$− норма расхода горячей воды в час наибольшего водопотребления, л/ч. U − общее число потребителей в здании; N− общее число приборов в здании (без учета унитазов).

Максимальный часовой расход горячей воды, м³/ч, находят по формуле:

 

$q_{hr}^h=\mathrm{0,005}\bullet q_{0,hr}^h\bullet {\alpha }_{hr}$,

 

где $q_{0,hr}^h$− расход горячей воды прибором, л/ч.

Для нахождения α_hr определяется часовая вероятность действия приборов $P_{hr}$ по формуле:

$P_{hr}=\frac{3600\bullet P\bullet q_0^h}{q_{0,hr}^h}$

Среднечасовой расход горячей воды определяется по формуле:

 

$q_T^h=\frac{q_u^h\bullet u}{T\bullet 1000}$

где $q_u^h$− норма расхода горячей воды одним потребителем в сутки наибольшего водопотребления, л/сут; Т− период водопотребления (в жилом здании Т =24 ч).

Максимальный секундный расход горячей воды с учетом циркуляционного расхода корректируется по формуле:

 

$q^{h,cir}=q^h\left(1+K_{cir}\right)$,

где $K_{cir}$− коэффициент, принимаемый для водонагревателей и начальных участков системы до последнего водоразборного стояка или наиболее удаленного прибора;

Подбор диаметров подающих трубопроводов сетей горячего водоснабжения в режиме водоразбора следует выполнять при расчетном максимальном секундном расходе горячейводыс коэффициентом $K_{cir}$, учитывающим остаточный циркуляционный расход в режиме водоразбора. Коэффициент $K_{cir}$ следует принимать: 1.1 - для водонагревателей и участков подающих трубопроводов сетей горячего водоснабжения до последнего водоразборного узла главной расчетной ветви; 1.0 -для остальных участков подающих трубопроводов.

В режиме минимального водоразбора в ночной период величину циркуляционного расхода горячей воды следует принимать равной 30 - 40 % расчетного среднего секундного расхода воды.

Циркуляционный расход, л/с, обеспечивающий восполнение потерь тепла подающими трубопроводами, находят по формуле

$q^{cir}=\beta \sum _1^n\frac{Q_i^{ht}}{∆t^h{c}_p}$

где $Q_i^{ht}$−теплопотери подающими и разводящими трубопроводами, кВт; $∆t^h$ − разность температур в подающих трубопроводах системы от водонагревателя до наиболее удаленной водоразборной точки, ^оС; b− коэффициент разрегулировки циркуляции. b =1, ^h= 10⁰С, c_p – теплоемкость воды, кДж/(кг К).

Расход тепла на приготовление горячей воды с учетом потерь тепла подающим и циркуляционным трубопроводами в течение часа максимального водопотребления определяется по формуле:

 

$Q_{hr}^h=1.16 q_{hr}^h\left(t^h-t^c\right)+Q^{ht}$,

 

где $q_{hr}^h$− средний часовой и максимальный часовой расходы горячей воды, м3 /ч; $t^h$– температура горячей воды в местах водоразбора или на границе балансовой принадлежности, для предварительных расчетов допускается принимать 𝑡^ℎ = 65 °С; $t^c$– температура в системе холодного водоснабжения, при отсутствии данных следует принимать 𝑡 𝑐 = 5 °С.

Гидравлический расчет сети горячего водоснабжения (режим водоотбора)

Задачей гидравлического расчета является определение диаметров подающих и циркуляционных трубопроводов, потерь напора в сети, требуемого напора. На основе этого расчета выясняется необходимость выбора повысительных и циркуляционных насосов.

Гидравлический расчет системы горячего водоснабжения производится на расчетный расход горячей воды с учетом циркуляционного расхода.

Величину требуемого напора, м вод. ст., необходимого для подачи воды потребителю и потери напора на участках системы горячего водоснабжения, следует определять по тем же формулам что и для систем холодного водоснабжения.

Гидравлический расчет сети горячего водоснабжения (режим циркуляции)

В практике проектирования диаметры циркуляционных стояков приближенно принимают равными или несколько меньшими (на 1-2 размера) диаметров подающих стояков. При этом диаметр стояка принимается одинаковым по всей его высоте, а диаметр магистрального трубопровода увеличивается по мере увеличения расхода, с соблюдением той же пропорции в размерах, что и при назначении диаметров циркуляционных стояков. Наименьший диаметр циркуляционного стояка принимается равным 20 мм.

Расчетные расходы циркулирующей воды на участках, принимаются равными сумме циркуляционных расходов, плюс 15% от расчетного хозяйственно-питьевого расхода при максимальном водопотреблении.

По таблицам гидравлического расчета, определяются потери напора по длине и в местных сопротивлениях, аналогично расчету подающих трубопроводов. Потери напора по длине и местные сопротивления в подающих и циркуляционных трубопроводах, суммируются.

 

 

Определение расчетных расходов

Нормы водоотведения (суточные и часовые) при которых безвозвратные потери водопроводной воды незначительны принимаются равными нормам водопотребления на хозяйственно-бытовые и другие нужды. Если нормы водопотребления включают расходы воды, которые не поступают в систему водоотведения, на поливку или другие нужды, то при определении нормы водоотведения эти расходы необходимо вычесть.

 

Гидравлический расчет системы канализации

Гидравлический расчет отводных напорных и безнапорных (самотечных) горизонтальных трубопроводов (выпусков) следует выполнять по таблицам или формулам, с учетом шероховатости материала труб, вязкости жидкости и взаимозависимости средних скоростей течения стоков и гидравлических сопротивлений. Выбор расчетного уклона 𝑖, средней скорости сточной жидкости 𝑉, м/с, и наполнения h/d следует производить таким образом, чтобы было выполнено условие, характеризующее режим самоочищения в безнапорном трубопроводе:

$V=\sqrt{\frac{h}{d}}\ge K$,

Где h – высота наполнения трубопровода сточной жидкостью; К = 0,5 – для трубопроводов из полимерных материалов; К = 0,6 – для трубопроводов из других материалов.

При этом средняя скорость движения стоков должна быть не менее 0,7 м/с, а наполнение трубопроводов – не менее 0,3.

В тех случаях, когда выполнить данное условие не представляется возможным из-за недостаточной величины расхода сточных вод, следует увеличить число стояков, присоединяемых к данному сборному отводному трубопроводу для увеличения величины расхода сточной жидкости, достаточного для обеспечения режимов самоочищения, и, только если такая возможность отсутствует, нерасчетные участки отводных горизонтальных трубопроводов следует прокладывать с уклоном 1/d.