Для того щоб правильно змонтувати конструкцію водопроводу, починаючи розробку та планування системи, необхідно розрахувати витрати води через трубу.

Від даних залежать основні параметри домашнього водоводу.

У цій статті читачі матимуть змогу познайомитися з основними методиками, які допоможуть їм самостійно виконати розрахунок своєї водопровідної системи.

Мета розрахунку діаметра трубопроводу за витратою: Визначення діаметра та перерізу трубопроводу на основі даних про витрату та швидкість поздовжнього переміщення води.

Виконати такий розрахунок досить складно. Потрібно врахувати дуже багато нюансів, пов'язаних із технічними та економічними даними. Ці параметри взаємопов'язані між собою. Діаметр трубопроводу залежить від виду рідини, яка по ньому перекачуватиметься.

Якщо збільшити швидкість руху потоку, можна зменшити діаметр труби. Автоматично знизиться матеріаломісткість. Змонтувати таку систему набагато простіше, впаде вартість робіт.

Однак збільшення руху потоку викличе втрати напору, які вимагають створення додаткової енергії для перекачування. Якщо дуже сильно її зменшити, можуть виникнути небажані наслідки.

Коли виконується проектування трубопроводу, найчастіше, відразу визначається величина витрати води. Невідомими залишаються дві величини:

• Діаметр труби;
• Швидкість течії.

Зробити повністю техніко-економічний розрахунок дуже складно. Для цього потрібні відповідні інженерні знання та багато часу. Щоб полегшити таке завдання під час розрахунку потрібного діаметратруби користуються довідковими матеріалами. Вони даються значення найкращої швидкості потоку, отримані дослідним шляхом.

Підсумкова розрахункова формуладля оптимального діаметра трубопроводу виглядає так:

d = √(4Q/Πw)
Q – витрата рідини, що перекачується, м3/с
d – діаметр трубопроводу, м
w – швидкість потоку, м/с

Відповідна швидкість рідини, залежно від виду трубопроводу

Насамперед враховуються мінімальні витратибез яких неможливо перекачувати рідину. Крім того, обов'язково розглядається вартість трубопроводу.

При розрахунку, потрібно завжди пам'ятати про обмеження швидкості середовища, що рухається. У деяких випадках розмір магістрального трубопроводу повинен відповідати вимогам, закладеним у технологічний процес.

На габарити трубопроводу впливають також можливі стрибки тиску.

Коли робляться попередні розрахунки, Зміна тиск у розрахунок не береться. За основу проектування технологічного трубопроводу береться допустима швидкість.

Коли в проектованому трубопроводі існують зміни напрямку руху, поверхня труби починає зазнавати. великий тиск, спрямоване перпендикулярно до руху потоку.

Таке збільшення пов'язане з кількома показниками:

• Швидкість рідини;
• Густина;
• Початковий тиск (натиск).

Причому швидкість завжди знаходиться у зворотній пропорції до діаметра труби. Саме тому для високошвидкісних рідин потрібно правильний вибірконфігурації, грамотний вибір габаритів трубопроводу.

Наприклад, якщо перекачується сірчана кислотазначення швидкості обмежується до величини, яка не стане причиною появи ерозія на стінках трубних колін. В результаті структуру труби ніколи не буде порушено.

Швидкість води у трубопроводі формула

Об'ємна витрата V (60м³/година або 60/3600м³/сек) розраховується як добуток швидкості потоку w на поперечний переріз труби S (а поперечний переріз у свою чергу вважається як S=3.14 d²/4): V = 3.14 w d²/4. Звідси одержуємо w = 4V/(3.14 d²). Не забудьте перевести діаметр із міліметрів у метри, тобто діаметр буде 0.159 м.

Формула витрати води

У загальному випадку методологія вимірювання витрати води в річках і трубопроводах заснована на спрощеній формі рівняння безперервності для стисканих рідин:

Витрата води через трубу таблиця

Залежність витрати тиску

Немає такої залежності витрати рідини від тиску, а є – від перепаду тиску. Формула виводиться просто. Є загальноприйняте рівняння перепаду тиску при перебігу рідини в трубі Δp = (λL/d) ρw²/2, λ - коефіцієнт тертя (шукається в залежності від швидкості та діаметра труби за графіками або відповідними формулами), L - довжина труби, d - її діаметр , ρ -щільність рідини, w - Швидкість. З іншого боку є визначення витрати G = ρwπd²/4. Виражаємо з цієї формули швидкість, підставляємо її в перше рівняння та знаходимо залежність витрати G = π SQRT(Δp d^5/λ/L)/4, SQRT – квадратний корінь.

Коефіцієнт тертя шукається підбором. Спочатку задаєте від ліхтаря деяке значення швидкості рідини та визначаєте число Рейнольдса Re = ρwd/μ, де μ - динамічна в'язкість рідини (не плутайте з кінематичною в'язкістю, це різні речі). За Рейнольдсом шукаєте значення коефіцієнта тертя λ = 64/Re для ламінарного режиму та λ = 1/(1.82 lgRe - 1.64)² для турбулентного (тут lg - десятковий логарифм). І берете те значення, яке вище. Після того, як знайдете витрату рідини та швидкість, треба буде повторити весь розрахунок заново з новим коефіцієнтом тертя. І такий перерахунок повторюєте до тих пір, поки значення, що задається для визначення коефіцієнта тертя, швидкості не збігається до деякої похибки з тим значенням, що ви знайдете з розрахунку.

В кожному сучасному будинкуоднією з основних умов комфорту є водопровід. А з появою нової техніки, яка потребує підключення до водопроводу, його роль у будинку стала вкрай важливою. Багато людей вже не уявляють, як можна обійтися без пральної машини, бойлера, посудомийної машини і т.д. Але будь-який з цих апаратів для правильної роботи потребує певного тиску води, що надходить із водопроводу. І ось людина, яка вирішила встановити новий водогін у себе вдома, згадує про те, як обчислити тиск у трубі, щоб усі сантехнічні пристрої чудово працювали.

Вимоги сучасного водопроводу

Сучасний водопровід повинен відповідати всім параметрам і вимогам. На виході з крана вода повинна литися плавно, без ривків. Отже, в системі не повинно бути перепадів тиску при розборі води. Вода, що йде по трубах, не повинна створювати шуму, мати домішки повітря та інших сторонніх накопичень, які згубно впливають на керамічні крани та іншу сантехніку. Щоб не було цих неприємних казусів, тиск води в трубі не повинен падати нижче за свій мінімум при розборі води.

Порада! Мінімальний тиск водопроводу має становити 1,5 атмосфери. Для того щоб тиску достатньо для роботи посудомийної та пральної машини.

Потрібно враховувати ще одну відповідальну рису водопроводу, пов'язану з витратою води. У будь-якому житловому приміщенні знаходиться не одна точка розбору води. Тому розрахунок водопроводу повинен повністю забезпечувати потребу води всіх сантехнічних пристроївпри одночасному включенні. Даний параметр досягається не тільки тиском, але й об'ємом води, що надходить, яку може пропустити труба певного перерізу. Говорячи нескладною мовою, перед монтажем потрібно виконати деякий гідравлічний розрахунок водопроводу з урахуванням тиску та витрати води.

Перед розрахунком давайте ознайомимося з двома такими поняттями, як витрата і тиск, щоб з'ясувати їх сутність.

Тиск

Як ми знаємо, центральний водопровіду минулому підключали до водонапірної вежі. Ця вежа формує у мережі водопроводу тиск. Одиницею виміру тиску є атмосфера. Причому тиск не залежить від розміру ємності, розташованої нагорі вежі, а лише від висоти.

Порада! Якщо залити воду в трубу десятиметрової висоти, то вона в нижній точці створить тиск - одну атмосферу.

Тиск дорівнює метрам. Одна атмосфера дорівнює 10 м водяного стовпа. Розглянемо приклад з п'ятиповерховим будинком. Висота будинку – 15 м. Отже, висота одного поверху – 3 метри. П'ятнадцятиметрова вежа утворить тиск на першому поверсі 1,5 атмосфери. Обчислимо тиск другого поверху: 15-3=12 метрів водяного стовпа чи 1.2 атмосфери. Зробивши майбутній розрахунок, ми зауважимо, що на 5 поверсі тиску води не буде. Отже, щоб забезпечити водою п'ятий поверх, необхідно побудувати вежу більше 15 метрів. А раптом це, наприклад – 25 поверховий будинок? Ніхто такі вежі не будуватиме. У сучасних водопроводах використовують насоси.

Давайте підрахуємо тиск на виході глибинного насоса. Є глибинний насос, що піднімає воду на 30 метрів водяний стовп. Значить, він формує тиск – 3 атмосфери на своєму виході. Після закінчення занурення насоса в свердловину на 10 метрів, він створить тиск на рівні землі - 2 атмосфери, або 20 метрів водяного стовпа.

Витрата

Розглянемо наступний чинник – витрата води. Він залежить від тиску, і чим він більший, тим швидше вода буде рухатися по трубах. Тобто буде більша витрата. Але річ у тому, що на швидкість води впливає перетин труби, якою вона рухається. І якщо зменшувати переріз труби, то зростатиме опір води. Отже, зменшиться її кількість на виході з труби за той самий часовий відрізок.

На виробництві під час будівництва водопроводів складаються проекти, в яких обчислюється гідравлічний розрахунок водопроводу за рівнянням Бернуллі:

Де h 1-2 – показує втрату натиску на виході, по закінченні подолання опору по всьому ділянці водопроводу.

Розраховуємо домашній водопровід

Але це, як кажуть, складні обчислення. Для домашнього водопроводу використовуємо обчислення нескладніше.

Виходячи з паспортних даних автомобілів, що споживаються воду в будинку, підсумовуємо неспеціалізовану витрату. Додаємо до цієї цифри витрати всіх водорозбірних кранів, що знаходяться в будинку. Один водорозбірний кран пропускає через себе близько 5-6 літрів води за 60 секунд. Підсумовуємо всі цифри та купуємо неспеціалізовану витрату води в будинку. Ось зараз керуючись неспеціалізованою витратою, купуємо трубу з таким перетином, який забезпечить тиском і необхідною кількістю води всі водорозбірні пристрої, що раптово працюють.

У той час, коли домашній водопровід буде підключатися до міської мережі, то будете скористатися тим, що дадуть. Ну, а як у вас вдома свердловина, беріть насос, який повністю забезпечить вашу мережу необхідним тиском, відповідним витратам. При покупці керуйтеся паспортними даними насоса.

Для вибору перерізу труби керуємося цими таблицями:

У цих таблицях надано більш затребувані параметри труби. Для повного ознайомлення в мережі можна знайти більш повні таблиці з розрахунками труб різного діаметра.

Ось, виходячи з цих розрахунків, і при правильному монтажі, ви забезпечите свій водопровід усіма потрібними параметрами. Якщо щось не зрозуміло, краще звернутися до експертів.

Працювати з калькулятором просто – вводь дані та отримуй результат. Але іноді цього недостатньо – точний розрахунок діаметра труби можливий лише за ручного підрахунку за допомогою формул і правильно підібраних коефіцієнтів. Як порахувати діаметр труби щодо витрати води? Як визначити розмір газової магістралі?

Професійні інженери при розрахунку необхідного діаметра труби найчастіше використовують спеціальні програми, здатні за відомими параметрами розрахувати та видати точний результат. Набагато складніше будівельнику-аматору для організації систем водопостачання, опалення, газифікації виконати розрахунок самостійно. Тому найчастіше при зведенні чи реконструкції приватного будинку застосовують розміри труб, що рекомендуються. Але не завжди стандартні поради можуть врахувати всі нюанси індивідуального будівництва, тому потрібно вручну виконати гідравлічний розрахунок, щоб правильно підібрати діаметр труби для опалення, водопостачання.

Розрахунок діаметра труби для водопостачання та опалення

Основним критерієм підбору опалювальної труби є її діаметр. Від цього показника залежить, наскільки ефективним буде обігрів будинку, термін експлуатації системи загалом. При малому діаметрі в магістралях може виникнути підвищений тиск, що спричинить протікання, підвищене навантаження на труби і метал, що призведе до проблем і нескінченних ремонтів. При великому діаметрітепловіддача системи опалення буде прагнути до нуля, а холодна вода просто сочиться з крана.

Пропускна спроможність труби

Діаметр труби безпосередньо впливає на пропускну спроможністьсистеми, тобто в даному випадку має значення кількість води або теплоносія, що проходить через переріз за одиницю часу. Чим більше циклів (переміщень) у системі за певний проміжок часу, тим ефективніше відбувається обігрів. Для труб водопостачання діаметр впливає на вихідний тиск води – підходящий розмір лише підтримуватиме натиск, а збільшений – знижувати.

По діаметру підбирають схему водопроводу та опалення, кількість радіаторів та їх секційність визначають оптимальну довжину магістралей.

Оскільки пропускна здатність труби є основним чинником під час виборів, слід визначитися, що, своєю чергою, впливає прохідність води у магістралі.

Чинники впливу на прохідність магістралі:

1. Тиск води чи теплоносія.
2. Внутрішній діаметр (перетин) труби.
3. Загальна довжина системи.
4. Матеріал трубопроводу.
5. Товщина стін труби.

На старій системі прохідність труби посилюється вапняними, муловими відкладеннями, наслідками корозії (на металеві вироби). Все це разом знижує з часом кількість води, що проходить через перетин, тобто старі магістралі працюють гірше, ніж нові.

Примітно, що цей показник у полімерних труб не змінюється - пластик набагато менше, ніж метал, що дозволяє шлаку накопичуватися на стінках. Тому пропускна спроможність труб ПВХзалишається такою самою, як і в день їх монтажу.

Розрахунок діаметра труби з витрат води

Визначаємо правильно витрати води

Щоб визначити діаметр труби за витратою рідини, знадобляться значення справжнього споживання води з урахуванням всіх сантехнічних приладів: ванни, кухонного змішувача, пральна машина, унітаз. Розраховується кожна окрема ділянка водопроводу за формулою:

qc = 5× q0 × α, л/с

де qc - значення води, що споживається кожним приладом;

q0 - нормована величина, яка визначається за СНіП. Приймаємо для ванни - 0,25, для змішувача кухонного 0,12, для унітазу -0,1;

а – коефіцієнт, що враховує можливість одночасної роботи сантехнічних приладів у приміщенні. Залежить від значення ймовірності та кількості споживачів.

На ділянках магістралі, де поєднуються потоки води для кухні та ванни, для унітазу та ванни тощо, у формулу додається значення ймовірності. Тобто можливості одночасної роботи кухонного змішувача, крана у ванній кімнаті, унітазу та інших приладів.

Імовірність визначається за формулою:

Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,

де N - Число споживачів води (приладів);

qhr µ - максимальна годинна витрата води, яку можна прийняти за СНиП. Вибираємо для холодної води qhr µ =5,6 л/с, загальна витрата 15,6 л/с;

u – кількість осіб, які використовують сантехніку.

Приклад розрахунку витрати води:

У двоповерховому будинкує 1 ванна, 1 кухня з встановленими пральною та посудомийною машиною, душова кабіна, 1 унітаз. У будинку мешкає сім'я з 5 осіб. Алгоритм розрахунку:

1. Розраховуємо ймовірність Р = 5,6×5/0,25×3600×6=0,00518.
2. Тоді витрата води для ванни складе qc = 5×0,25×0,00518=0,006475 л/с.
3. Для кухні qc = 5×0,12×0,00518=0,0031 л/с.
4. Для туалету qc = 5×0,1×0,00518=0,00259 л/с.

Розраховуємо діаметр труби

Існує пряма залежність діаметра від об'єму рідини, що перетікає, яка виражається формулою:

де Q - Витрата води, м3 / с;

d – діаметр трубопроводу, м;

w – швидкість потоку, м/с.

Перетворивши формулу, можна виділити значення діаметра трубопроводу, який відповідатиме споживаному об'єму води:

Юлія Петриченко, експерт

d = √(4Q/πw), м

Швидкість потоку води можна прийняти за таблицею 2. Існує складніший метод розрахунку швидкості потоку – з урахуванням втрат та коефіцієнта гідравлічного тертя. Це досить об'ємний розрахунок, але в результаті дозволяє отримати точне значення, на відміну табличного методу.

Приклад: Розрахуємо діаметр труби для ванної, кухні та туалету, виходячи з отриманих значень витрати води. Вибираємо з таблиці 2 значення швидкості потоку води у напірному водопроводі – 3 м/с.

Нерідко трапляється так, що тиск води на точках водорозбору у квартирі – явно недостатній. Це призводить до незручностей при користуванні сантехнічними приладами, до «зависання» або повної зупинки побутової техніки, підключеної до водопроводу, до некоректної роботи сучасних пристроїв (душових кабінок, джакузі, біде тощо), що потребують певного тиску води. Звичайно, така ситуація вимагає вжиття заходів адміністративного характеру (які допомагають, на жаль, не завжди), або встановлення спеціальних підвищуючих насосів або насосних станцій.

Щоб пред'явити претензії чи спланувати встановлення додаткового обладнання, бажано заздалегідь знати, який тиск переважно тримається у водопроводі, тобто наскільки воно відрізняється від нормативного. Якщо є манометр, то зняти свідчення — труднощів не складе. Але що робити, якщо такого приладу немає? Не біда, існує простий та точний експериментальний спосібпід який і складений розташований нижче калькулятор розрахунку тиску води у водопроводі.

Опис проведення вимірів та розрахунків – у текстовій частині нижче калькулятора.

Навіщо потрібні такі розрахунки

При складанні плану будівництва великого котеджу, що має кілька ванних кімнат, приватного готелю, організації пожежної системи, дуже важливо мати більш-менш точну інформацію про транспортуючі можливості наявної труби, беручи до уваги її діаметр і тиск у системі. Вся справа в коливаннях натиску під час піку споживання води: такі явища досить серйозно впливають на якість послуг.

Крім того, якщо водопровід не оснащений водолічильниками, то при оплаті за послуги комунальних служб до уваги береться т.зв. "Прохідність труби". У такому разі цілком логічно випливає питання про тарифи, що застосовуються при цьому.

При цьому важливо розуміти, що другий варіант не стосується приватних приміщень (квартир та котеджів), де за відсутності лічильників при нарахуванні оплати враховують санітарні норми: зазвичай це до 360 л/добу на одну особу.

Від чого залежить прохідність труби

Від чого залежить витрата води в трубі круглого перерізу? Складається враження, що пошук відповіді не повинен викликати складнощів: чим більший переріз має труба, тим більший обсяг води вона зможе пропустити за певний час. При цьому згадується також тиск, адже чим вищий водяний стовп, тим з більшою швидкістю вода продавлюватиметься всередині комунікації. Однак практика показує, що це далеко не всі фактори, що впливають на витрати води.

Крім них, в облік доводиться брати такі моменти:

1. Довжина труби. При збільшенні її протяжності вода сильніше треться об її стінки, що призводить до уповільнення потоку. Дійсно, на самому початку системи вода зазнає впливу виключно тиском, проте важливо і те, як швидко у наступних порцій з'явиться можливість увійти всередину комунікації. Гальмування всередині труби часто досягає великих значень.
2. Витрата води залежить від діаметрав набагато складнішою мірою, ніж це здається на перший погляд. Коли розмір діаметра труби невеликий, стінки опираються водному потоку значно більше, ніж у більш товстих системах. Як результат при зменшенні діаметра труби знижується її вигода в плані співвідношення швидкості водного потоку до показника внутрішньої площі на ділянці фіксованої довжини. Якщо сказати по-простому, товстий водопровід набагато швидше транспортує воду, ніж тонкий.
3. Матеріал виготовлення. Ще один важливий момент, що безпосередньо впливає на швидкість руху води по трубі. Наприклад, гладкий пропілен сприяє ковзанню води в набагато більшій мірі, ніж шорсткі сталеві стіни.
4. Тривалість служби. Згодом на сталевих водопроводах утворюється іржа. Крім цього для сталі, як і для чавуну, характерно поступово накопичувати вапняні відкладення. Опірність водному потоку труби з відкладеннями набагато вища, ніж нових сталевих виробів: ця різниця іноді сягає 200 разів. Крім того, заростання труби призводить до зменшення її діаметра: навіть якщо не брати до уваги тертя, що зросло, прохідність її явно падає. Важливо також зауважити, що вироби із пластику та металопластику подібних проблем не мають: навіть через десятиліття інтенсивної експлуатації рівень їхньої опірності водним потокам залишається на початковому рівні.
5. Наявність поворотів, фітингів, перехідників, вентилівсприяє додатковому гальмування водних потоків.

Всі перелічені вище фактори доводиться враховувати, адже йдеться не про якісь маленькі похибки, а про серйозну різницю в кілька разів. Як висновок можна сказати, що просте визначення діаметра труби щодо витрати води навряд чи можливо.

Нова можливість розрахунків витрати води

Якщо використання води здійснюється за допомогою крана, це значно полегшує завдання. Головне в такому випадку, щоб розміри отвору виливу води були набагато меншими за діаметр водопроводу. У такому випадку застосовна формула розрахунку води по перерізу труби Торрічеллі v 2 = 2gh, де v - швидкість протікання крізь невеликий отвір, g - прискорення вільного падіння, а h - висота стовпа води над краном (отвір, що має перетин s, за одиницю часу пропускає водний обсяг s*v). У цьому важливо пам'ятати, що термін «перетин» застосовується задля позначення діаметра, яке площі. Для розрахунку використовують формулу pi*r^2.

Якщо стовп води має висоту 10 метрів, а отвір – діаметр 0,01 м, витрата води через трубу при тиску в одну атмосферу обчислюється таким чином: v^2=2*9.78*10=195,6. Після вилучення квадратного коренявиходить v = 13,98570698963767. Після заокруглення, щоб отримати більш простий показник швидкості, виходить 14м/с. Перетин отвору, має діаметр 0,01 м, обчислюється так: 3,14159265*0,01^2=0,000314159265 м2. У результаті виходить, що максимальна витрата води через трубу відповідає 0,000314159265 * 14 = 0,00439822971 м3/с (трохи менше, ніж 4,5 літра води/секунду). Як можна побачити, в даному випадку розрахунок води з перерізу труби провести досить просто. Також у вільному доступі є спеціальні таблиці із зазначенням витрат води для найпопулярніших сантехнічних виробів, при мінімальному значенні діаметра водопровідної труби.

Як можна зрозуміти, універсального нескладного способу, щоб обчислити діаметр трубопроводу залежно від витрати води, немає. Однак певні показники собі вивести все-таки можна. Особливо це стосується випадків, якщо система облаштована із пластикових або металопластикових труба споживання води здійснюється кранами з малим перетином виходу. В окремих випадках такий метод розрахунку застосовується на сталевих системах, але йдеться насамперед про нові водопроводи, які не встигли покритися внутрішніми відкладеннями на стінках.