O tema deste artigo é o cálculo das redes de abastecimento de água em uma residência privada. Visto que um esquema típico de abastecimento de água em uma pequena cabana não é muito complexo, não precisamos entrar na selva de fórmulas complexas; entretanto, o leitor terá que assimilar uma certa quantidade de teoria.
Fragmento do sistema de abastecimento de água de uma residência particular. Como qualquer outro sistema de engenharia, este precisa de cálculos preliminares.
Características da fiação da casa de campo
Qual é, de fato, o sistema de abastecimento de água em uma casa particular mais fácil do que em um prédio de apartamentos (claro, além do número total de encanamentos)?
Existem duas diferenças fundamentais:
- Com água quente, via de regra, não há necessidade de fornecer circulação constante por risers e toalheiros aquecidos.
Na presença de insertos de circulação, o cálculo da rede de abastecimento de água quente torna-se visivelmente mais complicado: as tubulações precisam passar por si mesmas não só a água desmontada pelos moradores, mas também as massas de água em circulação contínua.
No nosso caso, a distância dos acessórios de encanamento à caldeira, coluna ou ligação à linha é pequena o suficiente para ignorar a taxa de abastecimento de água quente à torneira.
Importante: Para quem não conhece esquemas de circulação de água quente sanitária - em prédios modernos, os elevadores de água quente são conectados aos pares. Devido à diferença de pressão nas conexões criadas pela arruela de retenção, a água é continuamente circulada através dos risers. Isso garante um abastecimento rápido de água quente para os misturadores e aquecimento durante todo o ano dos toalheiros aquecidos nos banheiros.
O toalheiro aquecido é aquecido por circulação contínua através dos risers de água quente.
- O sistema de abastecimento de água de uma casa particular é dividido em um esquema sem saída, o que implica uma carga constante em certas seções da fiação. Para efeito de comparação, o cálculo da rede do anel de abastecimento de água (permitindo que cada seção do sistema de abastecimento de água seja alimentada por duas ou mais fontes) deve ser realizado separadamente para cada um dos esquemas de conexão possíveis.
Cálculo com base na potência nominal da caldeira
Como são calculadas as caldeiras para abastecimento de água quente com caldeiras de aquecimento indireto de volume significativo e alto consumo de água do sistema de AQS?
A potência calculada é igual à soma de dois termos:
- As necessidades de aquecimento da casa sem levar em conta o fator de segurança;
- Potência nominal da caldeira. Em média, é igual a 15 quilowatts por 100 litros de volume.
Gorenje indireto GV 100 (17400 watts)
Nuance: 20% é subtraído do resultado da adição, uma vez que o trocador de calor da caldeira não fornecerá aquecimento e fornecimento de água quente com aquecimento 24 horas por dia.
Assim, quando o notório Gorenje GV 100 for instalado em nossa casa em Sevastopol, a capacidade da caldeira para abastecimento de água e aquecimento será de 10 (demanda de calor de aquecimento +17,4 demanda de calor da caldeira)) * 0,8 = 22. O valor é arredondado para o valor do quilowatt mais próximo.
É possível instalar caldeira com capacidade superior à calculada no circuito AQS com caldeira de aquecimento indireto?
É possível, mas não lucrativo por dois motivos:
- O preço da própria caldeira aumenta rapidamente à medida que aumenta a potência nominal;
Acompanhando o desempenho da caldeira, o número na etiqueta de preço também cresce
- As caldeiras clássicas de combustível sólido, quando operam com uma transferência de calor abaixo da nominal, reduzem a eficiência devido à combustão incompleta do combustível. A redução da geração de calor é obtida neles da maneira mais simples - limitando o suprimento de ar com um amortecedor.
Mudança na eficiência de uma caldeira de combustível sólido com mudança na transferência de calor
O que nós pensamos
Nós temos que:
- Estime o consumo de água no pico de consumo.
- Calcule a seção transversal da tubulação de água que pode fornecer essa taxa de fluxo a uma taxa de fluxo aceitável.
Nota: a vazão máxima de água na qual não gera ruído hidráulico é de cerca de 1,5 m / s.
- Calcule a cabeça no acessório final. Se for inaceitavelmente baixo, vale a pena considerar o aumento do diâmetro da tubulação ou a instalação de uma bomba intermediária.
A baixa pressão no mixer final dificilmente agradará o proprietário.
As tarefas são formuladas. Vamos começar.
Consumo
Ele pode ser estimado aproximadamente pelas taxas de consumo para instalações hidráulicas individuais. Os dados, se desejado, podem ser facilmente encontrados em um dos anexos do SNiP 2.04.01-85; para comodidade do leitor, apresentamos um trecho dele.
| Tipo de dispositivo | Consumo de água fria, l / s | Consumo total de água quente e fria, l / s |
| Água da torneira | 0,3 | 0,3 |
| Vaso sanitário com torneira | 1,4 | 1,4 |
| Sanita com cisterna | 0,10 | 0,10 |
| Cabine de duche | 0,08 | 0,12 |
| Banho | 0,17 | 0,25 |
| Lavando | 0,08 | 0,12 |
| Lavatório | 0,08 | 0,12 |
Em edifícios de apartamentos, no cálculo do consumo, é utilizado o coeficiente de probabilidade do uso simultâneo de dispositivos. Basta somarmos o consumo de água por meio de aparelhos que podem ser usados ao mesmo tempo. Digamos que uma pia, um chuveiro e um vaso sanitário forneçam um fluxo total de 0,12 + 0,12 + 0,10 = 0,34 l / s.
Soma-se o consumo de água por meio de dispositivos capazes de operar simultaneamente.
Corte transversal
O cálculo da seção transversal de um tubo de abastecimento de água pode ser realizado de duas maneiras:
- Seleção de acordo com a tabela de valores.
- Calculado de acordo com a vazão máxima permitida.
Seleção por mesa
Na verdade, a tabela não requer nenhum comentário.
| Furo nominal do tubo, mm | Consumo, l / s |
| 10 | 0,12 |
| 15 | 0,36 |
| 20 | 0,72 |
| 25 | 1,44 |
| 32 | 2,4 |
| 40 | 3,6 |
| 50 | 6 |
Por exemplo, para uma taxa de fluxo de 0,34 l / s, um tubo DU15 é suficiente.
Observe: DN (diâmetro nominal) é aproximadamente igual ao diâmetro interno da tubulação de água e gás. Para tubos de polímero marcados com um diâmetro externo, o interno difere em cerca de uma etapa: digamos, um tubo de polipropileno de 40 mm tem um diâmetro interno de cerca de 32 mm.
O furo nominal é aproximadamente igual ao diâmetro interno.
Cálculo da taxa de fluxo
O cálculo do diâmetro do sistema de abastecimento de água pela vazão de água através dele pode ser realizado usando duas fórmulas simples:
- Fórmulas para calcular a área de uma seção ao longo de seu raio.
- Fórmulas para calcular a taxa de fluxo através de uma seção conhecida em uma taxa de fluxo conhecida.
A primeira fórmula é S = π r ^ 2. Iniciar:
- S é a área da seção transversal necessária.
- π é pi (aproximadamente 3,1415).
- r é o raio da seção (metade do DN ou o diâmetro interno do tubo).
A segunda fórmula é semelhante a Q = VS, onde:
- Q - consumo;
- V é a taxa de fluxo;
- S é a área da seção transversal.
Para a conveniência dos cálculos, todos os valores são convertidos para SI - metros, metros quadrados, metros por segundo e metros cúbicos por segundo.
Unidades SI.
Vamos calcular com nossas próprias mãos o DU mínimo do tubo para os seguintes dados de entrada:
- O fluxo através dele é igual a 0,34 litros por segundo.
- A velocidade de fluxo usada nos cálculos é o máximo permitido de 1,5 m / s.
Vamos começar.
- A taxa de fluxo em valores SI será igual a 0,00034 m3 / s.
- A área seccional de acordo com a segunda fórmula deve ser de pelo menos 0,00034 / 1,5 = 0,00027 m2.
- O quadrado do raio de acordo com a primeira fórmula é 0,00027 / 3,1415 = 0,000086.
- Tire a raiz quadrada desse número. O raio é 0,0092 metros.
- Para obter DN ou diâmetro interno, multiplique o raio por dois. O resultado é 0,0184 metros, ou 18 milímetros. Como você pode ver facilmente, é próximo ao obtido pelo primeiro método, embora não coincida exatamente com ele.
Cálculo por volume com fatores de correção
Como calcular a capacidade da caldeira para abastecimento de água quente e aquecimento, levando em consideração todos os fatores descritos acima?
- O valor base da produção de calor é de 40 watts por metro cúbico do volume interno aquecido;
- O coeficiente regional é considerado igual a:
| Temperatura média em janeiro, ° С | Coeficiente |
| 0 e superior | 0,7 |
| -5 — 0 | 0,9 |
| -10 | 1,1 |
| -20 | 1,3 |
| -25 | 1,5 |
| -35 | 1,8 |
| -40 e abaixo | 2 |
Temperatura média de janeiro para diferentes regiões da Federação Russa
- O coeficiente de isolamento é selecionado a partir da seguinte faixa de valores:
| Foto | Descrição do isolamento e coeficiente do edifício |
| Falta de isolamento, paredes de metal ou blindagem - 3-4 |
| Assentamento de paredes em alvenaria, envidraçamento de camada única de janelas - 2-3 |
| Alvenaria de parede em dois tijolos e janelas com vidros duplos de câmara simples - 1-2 |
| Fachada isolada, janelas com vidros duplos - 0,6-0,9 |
- A reserva de energia para perdas de calor não contabilizadas e para aquecimento de água quente é calculada de acordo com o esquema anterior.
Vamos repetir nosso cálculo da caldeira para fornecimento de água quente e aquecimento com uma série de entradas adicionais:
- A altura do teto da casa é de 3 metros;
- A casa está localizada em Sevastopol (a temperatura média em janeiro é de +3 graus);
Na foto - janeiro em Sevastopol
- Está equipado com janelas de plástico de uma câmara e paredes de pedra sem isolamento adicional com 40 cm de espessura.
Então:
- O volume aquecido é 100 * 3 = 300 m3;
- O valor base da energia térmica para aquecimento é 300 * 40 = 12 kW;
- O clima de Sebastopol nos dá um coeficiente regional de 0,7. 12 * 0,7 = 8,4 kW;
- O coeficiente de isolamento é considerado igual a 1,2. 1,2 * 8,4 = 10,08;
- Levando em consideração o fator de segurança e a reserva de energia para o funcionamento do aquecedor de vazão, obtemos os mesmos 14 kW.
Valeu a pena complicar os cálculos se o resultado não foi alterado?
Certamente. Se colocarmos mentalmente nossa casa na cidade de Oymyakon, região de Yakutsk (temperatura média de janeiro -46,4 graus), a demanda por calor e, consequentemente, a capacidade de aquecimento calculada da caldeira aumentará em 2 / 0,7 (a proporção dos coeficientes regionais ) = 2,85 vezes. O isolamento da fachada e a instalação de vidros duplos economizadores de energia nas janelas irão reduzi-lo ao meio.
Oymyakon é a cidade mais fria do país
Pressão
Vamos começar com algumas notas gerais:
- A pressão típica na linha de abastecimento de água fria é de 2 a 4 atmosferas (kgf / cm2)... Depende da distância da estação de bombagem ou torre de água mais próxima, do terreno, do estado da rede, do tipo de válvulas da rede de abastecimento de água e de vários outros fatores.
- A pressão mínima absoluta que permite que todos os equipamentos modernos de encanamento e eletrodomésticos que usam água funcionem é de 3 metros... A instrução para aquecedores instantâneos Atmor, por exemplo, diz diretamente que o limite inferior de resposta do sensor de pressão que inclui aquecimento é de 0,3 kgf / cm2.
O sensor de pressão do dispositivo é acionado a uma pressão de 3 metros.
Referência: à pressão atmosférica, 10 metros de altura manométrica correspondem a 1 kgf / cm2 de sobrepressão.
Na prática, em uma fixação final, é melhor ter uma altura manométrica mínima de cinco metros. Uma pequena margem compensa perdas não contabilizadas em conexões, válvulas de corte e no próprio dispositivo.
Precisamos calcular a queda de carga em um duto de comprimento e diâmetro conhecidos. Se a diferença de pressão correspondente à pressão na linha principal e a queda de pressão no sistema de abastecimento de água for superior a 5 metros, nosso sistema de abastecimento de água funcionará perfeitamente. Se for menor, você precisa aumentar o diâmetro do tubo ou abri-lo por meio de bombeamento (cujo preço, aliás, claramente excederá o crescimento dos custos dos tubos devido a um aumento em seu diâmetro em um degrau )
Então, como é feito o cálculo da pressão na rede de abastecimento de água?
Aqui, a fórmula H = iL (1 + K) é válida, na qual:
- H é o valor desejado da queda de pressão.
- i é a chamada inclinação hidráulica da tubulação.
- L é o comprimento do tubo.
- K é um coeficiente determinado pela funcionalidade do sistema de abastecimento de água.
A maneira mais fácil é determinar o K.
É igual a:
- 0,3 para uso doméstico e para uso doméstico.
- 0,2 para industrial ou de combate a incêndio.
- 0,15 para fogo e produção.
- 0,10 para um bombeiro.
Na foto há um sistema de abastecimento de água para incêndio.
Não há dificuldades particulares com a medição do comprimento do oleoduto ou de sua seção; mas o conceito de polarização hidráulica requer uma discussão separada.
Seu valor é influenciado pelos seguintes fatores:
- A rugosidade das paredes do tubo, que, por sua vez, depende do seu material e idade. Os plásticos têm uma superfície mais lisa do que o aço ou ferro fundido; além disso, os tubos de aço ficam cobertos de depósitos de calcário e ferrugem com o tempo.
- Diâmetro do tubo. A relação inversa opera aqui: quanto menor, mais resistência a tubulação tem ao movimento da água nela.
- Quociente de vazão. Com o seu aumento, a resistência também aumenta.
Há algum tempo, era necessário levar em consideração adicionalmente as perdas hidráulicas nas válvulas; no entanto, as válvulas de esfera de passagem total modernas criam aproximadamente a mesma resistência que um tubo e, portanto, podem ser ignoradas com segurança.
Uma válvula de esfera aberta quase não tem resistência ao fluxo de água.
O cálculo da inclinação hidráulica por conta própria é muito problemático, mas, felizmente, não é necessário: todos os valores necessários podem ser encontrados nas chamadas tabelas de Shevelev.
Para dar ao leitor uma ideia do que está em jogo, apresentamos um pequeno fragmento de uma das mesas para um cachimbo de plástico com 20 mm de diâmetro.
| Consumo, l / s | Velocidade do fluxo, m / s | 1000i |
| 0,25 | 1,24 | 160,5 |
| 0,30 | 1,49 | 221,8 |
| 0,35 | 1,74 | 291,6 |
| 0,40 | 1,99 | 369,5 |
O que é 1000i na coluna da extrema direita da tabela? Este é apenas o valor da inclinação hidráulica por 1000 metros lineares. Para obter o valor de i para nossa fórmula, é suficiente dividi-lo por 1000.
Vamos calcular a queda de pressão em um tubo com diâmetro de 20 mm com comprimento igual a 25 metros e vazão de um metro e meio por segundo.
- Estamos procurando os parâmetros correspondentes na tabela. De acordo com seus dados, 1000i para as condições descritas é 221,8; i = 221,8 / 1000 = 0,2218.
As tabelas de Shevelev foram reimpressas várias vezes desde a primeira publicação.
- Substitua todos os valores na fórmula. H = 0,2218 * 25 * (1 + 0,3) = 7,2085 metros. Com uma pressão na entrada do sistema de abastecimento de água de 2,5 atmosferas na saída, será 2,5 - (7,2 / 10) = 1,78 kgf / cm2, o que é mais do que satisfatório.
Cálculo de área simples
O cálculo aproximado mais simples da potência de uma caldeira de abastecimento de água pode ser realizado com base na necessidade de uma casa em energia térmica de 100 watts por metro quadrado. Para uma casa com área de 100 m2, portanto, são necessários 10 kW.
100 watts de calor são consumidos por quadrado de área aquecida
Além disso, um fator de segurança de 1,2 é introduzido, o que compensa as perdas de calor não contabilizadas e ajuda a manter uma temperatura confortável na sala durante geadas extremas. Que ajustes o abastecimento de água quente da caldeira faz a este esquema?
Pode ser fornecido de duas maneiras:
- Aquecedor de água com armazenamento (caldeira de aquecimento indireto)... Neste caso, um fator adicional de 1,1 é introduzido: a caldeira remove uma quantidade relativamente pequena de calor do sistema de aquecimento;
Esquema de abastecimento de água para caldeira a combustível sólido, com caldeira de aquecimento indireto
- Aquecedor instantâneo de uma caldeira de circuito duplo... Um fator de 1,2 é usado aqui. Levando em consideração o fator de segurança, o desempenho térmico da caldeira deve exceder a demanda de calor estimada da casa em 40 por cento. Em nosso exemplo com uma casa de campo de 100 metros, quando o aquecimento e o abastecimento de água quente estão conectados, a caldeira deve produzir 14 kW.
Diagrama de conexão do sistema de aquecimento e abastecimento de água para uma caldeira de circuito duplo
Nota: neste último caso, uma pequena reserva de energia para as necessidades de abastecimento de água quente está associada ao funcionamento de curto prazo do aquecedor de fluxo. A água quente raramente é consumida mais de meia hora por dia, e o sistema de aquecimento tem uma certa inércia, portanto os parâmetros do refrigerante não vão além dos valores padrão.
Cálculo simples de uma caldeira com abastecimento de água quente pela área da casa
Este esquema de cálculo é simples, mas tem várias desvantagens sérias:
- Ele leva em consideração a área da sala aquecida, não seu volume.Enquanto isso, a necessidade de calor em casas com pé-direito de 2,5 e 4 metros será muito diferente;
Uma sala com teto alto precisa de mais calor
- Ela ignora as diferenças entre as zonas climáticas. Como você sabe, a perda de calor de um edifício é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre o interior e a rua e variará muito na Crimeia e Yakutia;
- Não leva em consideração a qualidade do isolamento da construção. Para alvenaria e uma fachada isolada com um casaco de pele de plástico de espuma, a perda de calor será significativamente diferente.
O isolamento da fachada pode reduzir significativamente a perda de calor
