На протяжении всего 2004 г. в нашу организацию поступали заявки на разработку технических предложений по котельным для теплоснабжения жилых и общественных зданий, в которых нагрузки на горячее водоснабжение сильно отличались (в меньшую сторону) от тех, которые запрашивались ранее для идентичных потребителей. Это послужило поводом для анализа методик определения нагрузок на горячее водоснабжение (ГВС), которые приведены в действующих СНиПах, и возможных ошибок, возникающих при их применении на практике.
Е.О. СИБИРКО
В настоящее время порядок определения тепловых нагрузок на ГВС регламентируется нормативным документом СНиП 2.04.01–85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».
Методика определения расчетных расходов горячей воды (максимального секундного, максимального часового и среднего часового) и тепловых потоков (тепловой мощности) в течение часа при среднем и при максимальном водопотреблении в соответствии с разделом 3 СНиП 2.04.01–85* основывается на расчете соответствующих расходов через водоразборные приборы(или группы однотипных приборов с последующим усреднением) и определении вероятности их одновременного использования.
Все служебные таблицы с данными по различным удельным нормам расхода и т.п., приведенные в СНиПе, применяются только для расчета расхода через отдельные приборы и вероятности их действия. Они не применимы для определения расходов исходя из количества потребителей, путем умножения количества потребителей на удельный расход! Именно в этом заключается основная ошибка, допускаемая многими расчетчиками при определении тепловой нагрузки на ГВС.
Изложение методики расчета в 3мразделе СНиП 2.04.01–85* не отличается простотой. Введение многочисленных надстрочных и подстрочных латинских индексов (образованных от соответствующих терминов в английском языке) еще больше затрудняет понимание смысла расчета. Не совсем понятно, зачем это сделано в российском СНиПе, - ведь далеко не все владеют английским и с легкостью ассоциируют индекс «h » (от английского hot - горячий), индекс «c » (от английского cold - холодный) и «tot »(от английского total - итог) с соответствующими русскими понятиями.
Для иллюстрации стандартной ошибки, встречающейся в расчетах потребности тепла и топлива, приведу простой пример. Необходимо определить нагрузку ГВС для 45квартирного жилого дома при числе жителей 114 человек. Температура воды в подающем трубопроводе ГВС - 55°С, температура холодной воды в зимний период -5°С. Для наглядности предположим, что в каждой квартире установлено по две однотипных водоразборных точки (мойка на кухне и умывальник в ванной).
Вариант I расчета - неправильный(мы неоднократно сталкивались с таким способом расчета):
По таблице «Нормы расхода воды потребителями» обязательного Приложения 3 СНиП 2.04.01–85* определяем для«Жилых домов квартирного типа: с ваннами длиной от 1500 до 1700 мм, оборудованных душами» расход горячей воды на одного жителя в час наибольшего водопотребления равен q hhr, u = 10 л/ч.Далее все, казалось бы, совсем просто. Общий расход горячей воды на дом в час наибольшего водопотребления исходя из количества жителей 114 человек: 10 . 114 = 1140 л/ч.
Тогда, расход тепла в час наибольшего водопотребления будет равен:
где U - число жителей в доме; г -плотность воды, 1 кг/л; с - теплоемкость воды, 1 ккал/(кг °С); t h - температура горячей воды, 55°С; t с - температура холодной воды, 5°С.
Котельная, реально построенная на основании данного расчета, явно не справлялась с нагрузкой ГВС в моменты пиковых разборов горячей воды, о чем свидетельствуют многочисленные жалобы жителей этого дома. Где же здесь ошибка? Она заключается в том, что если внимательно прочитать раздел 3 СНиП 2.04.01–85*, то выясняется, что показатель q hhr, u, приведенный в Приложении 3, используется в методике расчета только для определения вероятности действия санитарно-технических приборов, а максимальный часовой расход горячей воды определяется совсем иначе.
Вариант расчета II - в строгом соответствии с методикой СНиПа:
1. Определяем вероятность действия прибора.
,
где q hhr,u = 10 л - согласно Приложению 3 для данного вида водопотребителей; U = 114 человек - число жителей в доме; q h0 = 0,2 л/с - в соответствии с п. 3.2 для жилых и общественных зданий, допускается принимать это значение при отсутствии технических характеристик приборов; N - число санитарно-технических приборов с горячей водой, исходя из принятых нами двух точек водоразбора в каждой квартире:
N = 45 . 2 = 90 приборов.
Таким образом, получаем:
Р = (10 x 114)/(0,2 x 90 x 3600) = 0,017.
2. Теперь определим вероятность использования санитарно-технических приборов (возможность подачи прибором нормированного часового расхода воды) в течение расчетного часа:
,
где P
- вероятность действия прибора, определенная в предыдущем пункте, - P
= 0,017; q
h0 = 0,2 л/с - секундный расход воды, отнесенный к одному прибору (также уже использовался в предыдущем пункте); q
h0,hr - часовой расход воды прибором, в соответствии с п. 3.6 при отсутствии технических характеристик конкретных приборов допускается принимать q
h0,hr = 200 л/ч, тогда:
.
3. Так как P h меньше 0,1, применяем далее табл. 2 Приложения 4, по которой определяем:
при 
.
4. Теперь мы можем определить максимальный часовой расход горячей воды:
.
5. И, наконец, определяем максимальную тепловую нагрузку ГВС (тепловой поток за период максимального водопотребления в течение часа максимального потребления):
,
где Q ht - тепловые потери.
Учтем тепловые потери, приняв их за5% от расчетной нагрузки.
.
Мы получили результат более чем в два раза превышающий результат первого расчета! Как показывает практический опыт, этот результат намного ближе к реальным потребностям в горячей воде для 45квартирного жилого дома.
Можно привести для сравнения результат расчета по старой методике, которая приводится в большинстве справочной литературы.
Вариант III. Расчет по старой методике. Максимально часовой расход тепла на нужды горячего водоснабжения для жилых зданий, гостиниц и больниц общего типа по числу потребителей (в соответствии со СНиП IIГ.8–62) определялся следующим образом:
,
где k ч - коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды, принимаемый, например, по табл. 1.14справочника «Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей» (см. табл. 1);n 1 - расчетное число потребителей; б - норма расхода горячей воды на1 потребителя, принимается по соответствующим таблицам СНиПа IIГ.8–62и для жилых зданий квартирного типа, оборудованных ванными длиной от 1500до 1700 мм, составляет 110–130 л/сутки;65 - температура горячей воды, °С; t х - температура холодной воды, °С, принимаем t х = 5°С.
Таким образом, максимально часовой расход тепла на ГВС будет равен:
.
Легко заметить, что данный результат почти совпадает с результатом, полученным по действующей методике.
Применение нормы расхода горячей воды на одного жителя в час наибольшего водопотребления (например, для«Жилых домов квартирного типа с ваннами длиной от 1500 до 1700 мм» q
hhr == 10 л/ч), приведенного в обязательном Приложении 3 СНиП 2.04.01–85* «Внутренний водопровод и канализация зданий», неправомерно для определения расхода тепла на нужды ГВС путем умножения его на количество жителей и разность температур (энтальпий) горячей и холодной воды. Данный вывод подтверждается как приведенным примером расчета, так и прямым указанием на это в учебной литературе. Например, в учебнике для ВУЗов «Теплоснабжение» под ред. А.А. Ионина (М.: Стройиздат, 1982)на стр. 14 читаем: «…Максимальный часовой расход воды G
ч. max нельзя смешивать с приводимым в нормах расходом воды в час наибольшего водопотребления G
и.ч. Последний как некоторый предел применяется для определения вероятности действия водоразборных приборов и становится равным G
ч. max только при бесконечно большом числе водоразборных приборов». Расчет по старой методике дает гораздо более точный результат при условии применения суточных норм расхода горячей воды по нижней границе диапазонов, приведенных в соответствующих таблицах старого СНиПа, чем «упрощенный» расчет, который выполняют многие расчетчики с использованием действующего СНиП.
Данные из таблицы Приложения 3СНиП 2.04.01–85* необходимо применять именно для расчета вероятности действия водоразборных приборов, как того требует методика, изложенная в разделе 3 данного СНиПа, а затем определять бhr и вычислять расход тепла на нужды ГВС. В соответствии с примечанием в пункте 3.8 СНиП 2.04.01–85*,для вспомогательных зданий промышленных предприятий значение q
hr допускается определять как сумму расходов воды на пользование душем и хозяйственно-питьевые нужды, принимаемых по обязательному Приложению 3 по числу водопотребителей в наиболее многочисленной смене.
Основными параметрами жилых домов является водоснабжение, канализационная система и подача электрической энергии. В независимости от количества жильцов (частный дом или многоэтажный), расчёт основных сетей должен производится согласно некоторым правилам, с применением соответствующих формул. Для создания правильной электрической схемы требуется не так много времени, гораздо тяжелее определиться с водоснабжением. Особенную трудность составляет проектировка и расчёт подачи горячей воды. Чтобы правильно произвести все операции, требуется знать не только техническую сторону вопроса, но и нормативную базу.
Наиболее часто выбирают циркуляционную разновидность сетей. Принцип действия такой системы заключается в постоянной циркуляции жидкости. Единственным недостатком циркуляционной системы горячего водоснабжения является слишком высокая стоимость. Расходы оправдываются лишь в том случае, когда достигается максимальное количество пользователей для жилого дома.
Также, помимо высокой ценовой политики, постоянная циркуляция воды приводит к существенным тепловым потерям, что влечёт за собой дополнительные расходы. При наличии циркуляционной системы, проектировщики стараются максимально сократить протяжённость трубопровода. Такой вариант позволяет создать дополнительную экономию на транспортировке жидкости.
Что такое период ожидания и как производится его расчёт
Период ожидания – это временной промежуток, который проходит со времени открытия крана пользователем и до момента подачи горячей воды. Данное время стараются максимально сократить, для этого систему горячего водоснабжения оптимизируют, вносят коррективы, при плохих показателях – модернизируют.
Для установки периода ожидания, используются общепринятые нормы. Чтобы его правильно рассчитать, следует знать следующее:
- Для уменьшения периода ожидания, следует создать высокое давление воды в системе. Но установка завышенных параметров давления может привести к повреждению трубопровода.
- Для уменьшения периода ожидания, увеличивают пропускную способность прибора, через который пользователь получает жидкость.
- Период ожидания увеличивается прямопропорционально внутреннего диаметра трубопровода, а также при наличии контура на большом расстоянии от потребителя.
Правильная последовательность расчёта периода ожидания:
- Определение количества потребителей. После точной цифры, следует сделать небольшой запас, так как существуют пиковые расходы горячей воды.
- Определение характеристик трубопровода: длина, внутренний диаметр труб, а также материал, из которого они изготовлены.
- Умножение длины трубопровода и его внутреннего диаметра на удельный объём воды, который измеряется в л/с.
- Определение кратчайшего и наиболее удобного пути жидкости. В этот параметр также входят участки контура, расположенные наиболее далеко от водоразборного прибора. Также производится сложение всех объёмов воды.
- Сумму жидкости делят на расход воды, осуществляемый за одну секунду. При получении данного параметра также учитывается общее давление жидкости в системе.
Чтобы добиться максимально точных результатов, следует правильно рассчитать удельный объём трубопровода. Для этого применяется следующая формула:
Cs = 10 (F/100)2 3,14/4, где F – это внутренний диаметр трубопровода.
При определении удельного объёма нельзя использовать значение как внешнего, так и номинального диаметра труб. Это существенно снизит точность вычислений. Существуют таблицы, в которых значение удельного объёма заранее рассчитано для определённых материалов (медь и сталь).
Расчёт потребления горячей воды за сутки
Количество горячей воды, которое необходимо пользователю на сутки, является параметром, рассчитанным заранее. Обычно такие данные берут из таблиц, где они разделяются по типу помещения и его квадратуре. Не следует путать европейские параметры и других стран, они разительно отличаются друг от друга.
В среднем, расход горячей воды на человека за сутки составляет от 25 до 50 литров. Составить и рассчитать количество горячей воды на человека, возможно только после того, как будет известен статус помещения или постройки.
Как произвести расчёт трубопровода
Для длительной эксплуатации системы транспортировки горячей жидкости, следует проводить расчёт трубопровода в условиях пиковых нагрузок. Это позволяет сделать определённый запас, который исключит возникновение неисправностей в системе при резком увеличение давления.
Для расчёта трубопровода, чаще всего, используют готовые диаграммы и таблицы с соответствующими данными. За материал чаще всего берут медь или оцинкованную сталь. Следует знать, что важным параметром расчёта является эквивалентный прибор Fixture Unit. Данный прибор называют условным элементом для определённого типа водоразборных механизмов.
Последовательность расчёта трубопровода:
- Расчёт начинается с определения параметра Fixture Unit, который является обязательным для каждой точки водоразбора.
- Основная сеть транспортировки горячей воды делится на отдельные участки (узлы). В основе принципа лежит проектировка отопительной системы.
- Находят общее количество Fixture Unit, которые будут расположены на различных участках.
- На основе общей суммы Fixture Unit и типа здания, находят расчётный расход на каждом участке системы.
- Расчётный расход, также обозначается как пропускной объём, является важной составляющей при определении диаметра трубопровода. Внутренний диаметр труб определяется с таким условием, что конечные цифры не будут превышать общеустановленные границы.
При расчётах циркуляционной сети можно использовать общее положение, что на каждый элемент Fixture Unit приходится 3 л/с. Отдельным пунктом идёт расчёт рециркуляционного насоса, который имеет определённую пропускную мощность. Для определения данного параметра необходимо знать точное количество водоразборных точек.
Для обеспечения циркуляционной сети дополнительной экономией, на насос устанавливается термостат. Термостат обеспечивает включение устройства при падении температуры транспортируемой жидкости. Когда температура воды на обратном контуре достигает значения меньше номинального на 5 градусов – насос отключается.
Что необходимо иметь для начала расчёта горячего водоснабжения
Невозможно начинать расчёт системы горячего водоснабжения, не имея технической и проектной документации на дом. При этом, размеры дома не важны, для частного участка требуется такой же план, как и для многоэтажного строения.
Расчёт начинается с заверенного архитектурного плана, на котором выбрано правильное расположение строения, а также размещение санитарно-технических приборов. Расположение дома поможет выбрать подвод системы водоснабжения по самому короткому пути.
Необходимо знать количество людей, которое будет проживать в здание. Естественным является тот факт, что точное количество жильцов узнать не получится, поэтому расчёт лучше проводить по максимальным данным. Такие цифры позволят рассчитать правильное время пиковых нагрузок.
Установить место, на котором будет размещено оборудование горячего водоснабжения. Данный участок, в обязательном порядке должен быть указан на схеме.
Пример 1. Рассчитать систему горячего водоснабжения пятиэтажного двухсекционного жилого дома. Сеть запроектирована на основании плана здания, приведенного в прил. 1, 2. Расчетная схема сети представлена на рис. 2.1 (аналогично схеме сети холодного водоснабжения).
В качестве теплоносителя используется перегретая вода из теплосети с параметрами t н = 120 °С и t к = 70 °С.
Данные по холодному водоснабжению принимаются из примера 1, приведенного в п. 1.7.
Система горячего водоснабжения принята централизованной с приготовлением горячей воды в скоростном водонагревателе с переменной производительностью с использованием теплоносителя из теплосети.
Схема сети горячего водоснабжения принята тупиковая с нижней разводкой магистралей (как и сеть холодного водопровода).
Поскольку потребление горячей воды неравномерно, то сеть принята с циркуляцией в магистрали и стояках.
Определяются расчетные расходы горячей воды и тепла. Расходы горячей воды на участках сети определяются по формуле (2.1). Поскольку система обслуживает одинаковых потребителей, то величина P h находится по формуле (2.3).
Здесь величина и приняты по прил. 3 [ 1 ].
Величина определяется по формуле (2.7)
Величина , принята по прил. 3 [ 1 ].
Максимальный часовой расход горячей воды определяется по формуле (2.5)
Величина определена по табл.2 прил. 4 [ 1 ].
Средний часовой расход горячей воды определяется по формуле (2.8)
, м 3 /ч
Максимальный часовой расход тепла определяется по формуле (2.11)
Рис. 2.1. Расчетная схема сети горячего водоснабжения
Таблица 2.3
Пример расчета сети горячего водоснабжения в режиме водоразбора.
| Расчет-ный участок | Длина уч-ка, м | Число прибо-ров, N | Вероят-ность действия приборов, Р t | N*P | α | Расход одного прибора, q t 0 л/с | Расчет-ный расход, q t л/с | Диаметр, d мм | Cкорость, V м/с | Удельная потеря напора, мм/пм | Потеря напора на участке, мм | Примечания |
| 1-2 | 1,50 | 0,016 | 0,016 | 0,205 | 0,09 | 0,09 | 0,78 | |||||
| 2-3 | 0,55 | 0,016 | 0,032 | 0,241 | 0,2 | 0,24 | 2,08 | |||||
| 3-4 | 0,80 | 0,016 | 0,048 | 0,270 | 0,2 | 0,27 | 2,35 | |||||
| 4-5 | 3,30 | 0,016 | 0,048 | 0,270 | 0,2 | 0,27 | 1,13 | |||||
| 5-6 | 2,80 | 0,016 | 0,096 | 0,338 | 0,2 | 0,34 | 1,42 | |||||
| 6-7 | 2,80 | 0,016 | 0,144 | 0,393 | 0,2 | 0,39 | 1,63 | |||||
| 7-8 | 2,80 | 0,016 | 0,192 | 0,441 | 0,2 | 0,44 | 1,84 | |||||
| 8-9 | 4,00 | 0,016 | 0,240 | 0,485 | 0,2 | 0,49 | 1,17 | |||||
| 9-10 | 10,00 | 0,016 | 0,800 | 0,948 | 0,2 | 0,95 | 1,2 | |||||
| 10-вод | 13,00 | 0,016 | 1,920 | 1,402 | 0,2 | 1,40 | 1,34 | |||||
| вод-сч | 7,00 | 0,013 | 2,106 | 1,479 | 0,3 | 2,22 | 2,1 | |||||
| ввод | 10,00 | 0,013 | 2,106 | 1,479 | 0,3 | 2,22 | 1,05 | |||||
| 11-12 | 3,30 | 0,016 | 0,096 | 0,338 | 0,2 | 0,34 | 0,91 | |||||
| 12-13 | 2,80 | 0,016 | 0,192 | 0,441 | 0,2 | 0,44 | 1,19 | |||||
| 13-14 | 2,80 | 0,016 | 0,288 | 0,524 | 0,2 | 0,52 | 1,44 | |||||
| 14-15 | 2,80 | 0,016 | 0,384 | 0,598 | 0,2 | 0,60 | 1,65 | |||||
| 15-9 | 4,00 | 0,016 | 0,480 | 0,665 | 0,2 | 0,67 | 1,84 |
Поверхность нагрева нагревательных трубок водонагревателя определяется по формуле (2.13). Расчетная разность температур определяется по формуле (2.14). Примем параметры теплоносителя t н = 120 °С, t к = 70 °С, параметры нагреваемой воды t h =60 С и t c =5 С.
°С
По прил. 8 [ 2 ] принимаем скоростной водонагреватель N 11 ВТИ – МосЭнерго с поверхностью нагрева одной секции 5.89 м. Потребное число секций определится по формуле (2.16)
cекции
Длина секции 2000 мм, наружный диаметр корпуса 219 мм, число трубок 64.
Расчет системы горячего водоснабжения в режиме водоразбора производится в табличной форме (табл. 2.3).
Потери напора на участках сети горячего водоснабжения определялись по формуле (2.19). Величина K l принималась 0.2 - для распределительных трубопроводов и 0.1 - для водоразборных стояков без полотенцесушителей. (Принято присоединение полотенцесушителей к сети отопления.)
Общие потери напора на линии 1-ввод составляют 21125 мм или 21.1 м. Поскольку стояк Ст ТЗ-2 имеет вдвое большую гидравлическую нагрузку, чем стояк Ст ТЗ-1, то для него принят диаметр 25 мм и произведен расчет скоростей и потерь напора на этом стояке. Поскольку потери напора на участках 4 – 8 оказались больше, чем на участках 11 – 15, то стояк Ст ТЗ-1 принят за расчетный.
Требуемый напор на вводе в здание для работы системы горячего водоснабжения определяется по формуле (2.20)
Здесь потери напора в водонагревателе определены по формуле (2.17)
Расчет системы горячего водоснабжения в режиме циркуляции производится в табличной форме (табл. 2.4). Расчетная схема сети представлена на рис. 2.1.
Таблица 2.4.
Расчет сети горячего водоснабжения в режиме циркуляции
| Расчетные уч-ки | Длина уч-ка | Циркуля-ционный расход, л/с | Диаметр, мм | Скорость, м/с | Потери напора, мм | Примеча-ния | |
| на 1 пог. м. | на уч-ке | ||||||
| вод-4 | 13,00 | 0,28 | 0,27 | 6,24 | |||
| 4-3 | 10,00 | 0,19 | 0,24 | 4,30 | |||
| 3-2 | 4,00 | 0,10 | 0,24 | 10,00 | |||
| 2-1 | 11,20 | 0,10 | 0,42 | 45,98 | |||
| 1-2″ | 11,20 | 0,10 | 0,42 | 45,98 | |||
| 2″-3″ | 4,00 | 0,10 | 0,42 | 45,98 | |||
| 3″-4″ | 10,00 | 0,19 | 0,45 | 36,13 | |||
| 4″-ввод | 13,00 | 0,28 | 0,35 | 13,88 | |||
| Итого: 1340 |
Циркуляционный расход на участках принимался по формуле (2.23), Диаметры циркуляционных труб в стояках принимались такими же, как и диаметры распределительных; в магистралях они принимались на размер меньше.
Общие потери напора на трение и местные сопротивления в сети составили 1340 мм. Здесь необходимо учесть потери напора в водонагревателе при пропуске циркуляционного расхода, которые определяются по формуле (2.17)
М = 7,9 мм = 8 мм
Таким образом, потери напора в расчетном циркуляционном кольце составят
Определяется возможность естественной циркуляции. Естественный циркуляционный напор определяется для системы с нижней разводкой по формуле (2.25)
13.2 (986.92 - 985.73) + 2(985.73 - 983.24) = 20.69 мм
Потери напора в циркуляционном кольце (1348 мм) значительно превышают естественный циркуляционный напор (20.69 мм), поэтому проектируется насосная циркуляция.
Производительность циркуляционного насоса определяется по формуле (2.26)
Требуемый напор насоса определяется по формуле (2.27)
По прил. XIII [ 3 ] принимаем насос К50-32-125 (К8/18б) с номинальной производительностью 2.5 л/с и напором 11,4 м. Эти величины превышают расчетные, поэтому можно заменить двигатель с числом оборотов 2860 об/мин на 1480 об/мин. Из формулы (7.1) [ 3 ] определим, что
л/с; 
м.
При этом мощность на валу насоса станет
кВт
Здесь величины Q 1 , H 1 , N 1 соответствуют числу оборотов n 1 =1480 об/мин
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕЙ СИСТЕМЫ ВОДООТВЕДЕНИЯ
Система водоотведения включает комплекс инженерных устройств внутри здания для приема сточных вод и их отведения за пределы здания в уличную водоотводящую сеть. Она состоит из следующих основных элементов:
Приемников сточных вод - санитарных приборов;
Гидравлических затворов (сифонов);
Отводных линий;
Стояков с вытяжными трубами;
Выпусков.
Особое место занимает дворовая водоотводящая сеть, которая служит для отведения сточных вод от зданий в уличные коллекторы.