Основы водоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Рассчитать сеть внутреннего водопровода жилого здания, квартиры которого оборудованы умывальниками, мойками, душами и унитазами со смывными бачками (схема водопровода показана на рис. 1).

Здание оборудовано централизованной системой горячего водоснабжения с приготовлением горячей воды в водонагревателе, расположенном в подвале.

Табл. 1. Исходные данные

№ п/п	Характеристика объекта	Параметр характеристики
1	Количество этажность nэт	4
2	Средняя заселенность квартир U чел./кв.	3,4
3	Нормы потребления воды:
	- общая ( холодная и горячая) в сутки наибольшего водопотребления , л/сут.	230
	- общая ( холодная и горячая) в час наибольшего водопотребления , л/ч.	12,5
4	Холодная , л/ч.	4,6
5	Расход воды прибором:
	- общий , л/с.	0,2
	, л/ч.	100
	- холодной , л/с	0,14
6	Высота этажа hэт (от пола до пола), м	3,2
7	Длина участков, м:
	Д-1	2,1
	1-2	0,6
	2-3	1,2
	3-4	0,5
	a-b	4,8
	b-c, d-e	6,0
	c-d, t-f	9,2
	f-g	6,8
	Ввод	21,0
8	Разность отметок пола первого этаже V1 и уровня земли V0 в месте присоединения ввода к уличной водопроводной сети (V1- V0), м	1,2
19	Гарантийный напор в городском водопроводе Нгар, м	28,0

Решение.

Внутренний водопровод состоит из ввода, который соединяется с уличной водопроводной сетью; магистрали, прокладываемой чаше всего в подвале или подполье; распределительных трубопроводов (стояков); подводок к водоразборным устройствам и арматуры (см. рис. 1).

В состав внутреннего водопровода входит и водомерный узел, состоящий из скоростного водомера (водосчетчика), контрольно-спускного крана и арматуры, необходимой для его отключения.

Водомер служит для интегрального учета расхода воды в системах внутреннего водопровода. Применяют скоростные водомеры двух типов -- крыльчатые с диаметром условного прохода до 40 мм и турбинные от 50 до 250 мм.

Водопровод хозяйственно-питьевого назначения рассчитывается на случай максимального хозяйственного водопотребления. Задачей гидравлического расчета внутреннего водопровода является обеспечение нормальной работой всех водоразборных приборов, находящихся в проектируемом задании. Расход воды, вытекающей из водоразборной арматуры при полностью открытом кране, зависит от ее гидравлического сопротивления (вида) и от величины напора перед арматурой. Каждый вид водоразборной арматуры имеет свой нормативный расход. Этот нормативный расход обеспечивается при определенном свободном нормативном напоре перед арматурой. Величина действующего свободного напора Нр перед водоразборной арматурой определяется разностью между гарантийным напором в городской сети Нгар и суммой потерь напора при движении воды до данной водоразборной точки сложенной с геометрической высотой ее подъема Нг.

HР= Hгар - (+Hг).

Другими словами, свободной напор -- это то, что остается от гарантийного напора после всех потерь напора и подъема воды на определенную высоту при ее движении до данной водоразборной точки.

Очевидно, что в наиболее невыгодном положении будет находиться самая удаленная и высоко расположенная от ввода водоразборная точка, до которой сумма потерь напора будет наибольшей. Такая водоразборная точка называется диктующей. На нее и ведется расчет.

Потери напора на каждом участке внутреннего водопровода зависят от расхода воды, протекающей по участку, длины участка и диаметра труб. Основным назначением гидравлического расчета водопроводной сети является выбор наиболее экономичных диаметров трубопроводов и определение требуемого напора для пропуска расчетных расходов воды.

Расчет выполняют в следующем порядке.

Выбранное расчетное направление движения воды (от ввода до диктующей точки) разделяют на расчетные участки. За расчетный участок принимают часть сети с постоянным расходом и диаметром между двумя водоразборными точками. Каждый расчетный участок водопроводной сети обозначают цифрами 1-2,2-3,3-4 и т. д. (см. рис. 1). Нумерацию ведут от выливного отверстия диктующего крана сверху вниз. В заданной системе диктующей точкой будет душевая сетка, для которой нормативный свободный напор будет наибольшим, поэтому первым расчетным участком будет участок Д-1 (см. рис. 1). На аксонометрической схеме целиком показывается только стояк, содержащий диктующую точку, остальные стояки показываются с обрывом. Подводка к водоразборным приборам и их расположение показывается только на последнем этаже диктующего стояка, на остальных этажах ответвление в каждую квартиру обозначается обрывом.

Определяем расходы воды на каждом расчетном участке по формуле:

q =5q0б, (1)

где q0 -- нормативный расход воды прибором,

б -- безразмерный коэффициент, зависящий от количества водоразборных приборов на данном участке и вероятности их действия.

При определении расчетных расходов имели в виду, что на всех участках от диктующего водоразборного устройства до точки ответвления к водонагревателю (точка 12) вода расходуется на нужды холодного водоснабжения. На участке 12-13 и во вводе расход воды общий на холодное и горячее водоснабжение.

Предварительно определяем вероятность действия приборов на участках холодного и общего водопровода. Для участков холодного водопровода вероятность действия приборов:

, ( 2)

где: -- норма расхода холодной воды потребителями в час наибольшего водопотребления;

U -- число водопотребителей:

U=u·nкв·nэт=3,4·8·4=109 чел. (3)

здесь u -- средняя заселенность квартир, чел./кв.;

nкв -- число квартир на этаже, равное числу стояков;

-- нормативный расход холодной воды диктующим водоразборным устройством;

N --- число водоразборных приборов в здании:

N= nпр ·nкв·nэт= 4·8·4= 128 шт. (4)

здесь nпр -- количество водоразборных приборов в одной квартире.

Для общих участков величина определяют по формуле:

(5)

где: -- общая норма расхода воды (холодной и горячей), л, потребителем в час наибольшего водопотребления;

-- общий нормативный расход воды одним прибором, л/с.

По произведению NР определяется величина, а для каждого расчетного участка и соответствующий ей максимальный секундный расход воды qc или qtot.

После определения расходов воды на всех расчетных участках назначаются диаметры труб. Для подбора диаметров труб пользуются таблицами гидравлического расчета труб. В этих таблицах для различных диаметров и расходов приводится скорость протекания воды V.

Диаметры труб внутренних водопроводных сетей надлежит назначать из расчета наибольшего использования гарантийного напора воды в наружной водопроводной сети.

Скорость движения воды в трубопроводах внутренних водопроводных сетей не должна превышать 3 м/с. Наиболее экономичными являются скорости в переделах 0,9-1,2 м/с. Эти скорости и должны служить ориентиром при назначении диаметров труб.

В зависимости от расхода воды и диаметра трубопровода приведены значения гидравлических уклонов i (потерь напора на единицу длины трубопровода) на основании которых определяют потери напора по длине каждого расчетного участка по формуле:

hl=i·l (6)

где: l -- длина расчетного участка.

Весь расчет внутреннего водопровода сводят в расчетную таблицу (табл. 1).

Таблица 1

Номер расчетного участка	Количество водоразборных приборов на данном участке, N, шт.	NP	б	Расчетный расход на участке q, л/с	Диаметр трубопровода d, мм	Длина расчетного участка l, м	Скорость движения воды v, м/с	Гидравлический уклон i, м/м	Потеря напора по длине участка hl, м
В-1	1	0,008	0,200	0,140	15	2,1	0,820	0,1857	0,390
1-2	2	0,016	0,205	0,144	15	0,6	0,844	0,1958	0,117
2-3	3	0,023	0,222	0,155	15	1,2	0,910	0,2244	0,269
3-4	4	0,031	0,239	0,167	15	0,5	0,982	0,2577	0,129
4-5	4	0,031	0,239	0,167	15	3,2	0,982	0,2577	0,825
5-6	8	0,062	0,292	0,204	20	3,2	0,620	0,0735	0,235
6-7	12	0,093	0,334	0,234	20	3,2	0,716	0,0958	0,307
7-8	16	0,124	0,371	0,260	20	4,8	0,812	0,1195	0,574
8-9	32	0,249	0,493	0,345	20	6	1,075	0,2013	1,208
9-10	64	0,497	0,676	0,473	25	9,2	0,885	0,1011	0,930
10-11	96	0,746	0,829	0,580	25	6	1,032	0,1465	0,879
11-12	128	0,995	0,967	0,677	32	9,2	0,710	0,0459	0,422
12-13	128	1,892	1,390	1,390	40	6,8	0,832	0,0508	0,345
13-Ввод	128	1,892	1,390	1,390	40	21	0,832	0,0508	1,067
Сумма потерь напора по длине	?hl=7,697
Ввод	hвв=1,067

После определения расчетных расходов следует выбрать водомер.

Прежде чем выбрать водомер, необходимо посчитать расчетные расходы воды: максимальный суточный, средний часовой и максимальный часовой.

Максимальный суточный расход воды (м3/сут) на нужды холодного и горячего водоснабжения определяют по формуле:

(7)

где: -- общая норма расхода воды потребителем в сутки наибольшего водопотребления, л; U -- число водопотребителей.

м3/сут.

Средний часовой расход воды , м3/ч, за сутки максимального водопотребления:

м3/ч (8)

Максимальный часовой расход воды , м3/ч, на нужды холодного и горячего водоснабжения:

=0,005··бhr (9)

где: -- общий расход воды, л/ч, санитарно-техническим прибором;

бhr -- коэффициент, определяемый в зависимости от значения произведения NPhr (N -- общее число санитарно-технических приборов, обслуживаемых проектируемой системой, Phr-- вероятность их использования).

Вероятность использования санитарно-технических приборов для системы в целом определяют по формуле:

(10)

N·Phr=128·0,1064=13,621 => бhr=5,165.

=0,005·100·5,165=2,583 м3/ч.

Подбираем эксплуатационные параметры скоростных водомеров. Диаметр условного прохода счетчика воды следует выбирать исходя из общего среднечасового расхода воды за сутки максимального водопотребления , который не должен превышать эксплуатационный расход для счетчика данного калибра.

Кроме того, выбранный счетчик следует проверить и по другим параметрам -- общему максимальному часовому расходу и расчетному суточному расходу воды в сутки максимального водопотребления . Эти расходы не должны превышать максимального часового и максимального суточного расходов, указанных для выбранного калибра водомера.

Потери напора в крыльчатых счетчиках холодной воды не должны превышать 2,5 м, турбинных -- 1м. Кроме того, желательно, чтобы потери напора в водомере при пропуске расчетного расхода были не менее 0,3 м для увеличения точности учета минимальных расходов воды.

Принимаем крильчатый счетчик с диаметром условного прохода D=40 мм и гидравлическим сопротивлением S=0,51

Определяем потерю напора в водомере по формуле:

hвод = s·q2=0,51·1,392=0,985<1 - водомер подобран верно. (11)

где: s -- гидравлическое сопротивление счетчика, принимаемое по прил. 4 методических указаний;

q -- расход воды, протекающей через водомер, л/с.

В заключение расчета определяют величину напора, требуемого для подачи нормативного расхода воды к диктующему водоразборному устройству при наибольшем хозяйственно-питьевом водопотреблении с учетом потерь напора на преодоление сопротивлений по пути движения воды.

Hгар =Нг + hвв+ hвод +1,3+Hр (12)

где: Нг -- геометрическая высота подачи воды от точки присоединения ввода к наружной сети до диктующего водоразборного устройства:

Нг = Нэт·( nэт-1)+(V1- V0)+lВ-1=3,2·(4-1)+1,2+2,1=12,9 м. (13)

где: Нэт -- высота этажа;

nэт -- количество этажей;

lВ-1 -- длина первого расчетного участка (высота расположения диктующей расчетной точки над уровнем пола);

hвв -- потеря напора во вводе;

hвод -- потеря напора в водомере;

-- сумма потерь напора по длине расчетных участков;

1,3 -- коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях, которые для сетей хозяйственно-питьевого водопровода жилых и общественных зданий берутся в размере 30% от потерь напора по длине;

Hр -- рабочий нормативный напор у диктующего водоразборного устройства (Hр =3 м).

Hгар =12,9+1,067+0,985+1,3·7,697+3=27,958.

Hгар =27,958 < Hтр =28,00 наиболее простая и экономичная система, действующая под напором в наружном водопроводе, повысительная насосная установка не понадобиться.

2. Определить максимальный расчетный расход холодной воды qс, л/с, в системе хозяйственно-питьевого водопровода промышленного предприятия, в едином блоке, которого имеются:

а) цех с тепловыделениями менее 84 кДж на 1 м3/ч;

б) бытовые помещения с групповыми душевыми;

в) столовая с полным циклом приготовления блюд.

В здании имеется централизованная система горячего водоснабжения. Нормы расхода холодной воды различными потребителями приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Исходные данные

№ п/п	Характеристика	Параметр характеристики
1	Число рабочих в наибольшую смену	250
2	Число административного персонала в смену	60
3	Число душевых сеток в бытовых помещениях	70
4	Среднее количество блюд, приготовленное за 1 час в столовой	170
5	Число санитарных приборов, установленных в здании	88
6	Чисто специальных приборов, установленных в столовой	21

Решение.

В данной задаче подсчет величины расчетного расхода более сложен, что связано с наличием различных потребителей, которые могут быть разделены на три основные группы:

I -- хозяйственно-питьевые нужды работников цеха и административного персонала (учитывается работа санитарных приборов личного пользования, кроме групповых душей);

II -- душевые нужды;

III -- нужды столовой.

Таблица 3

Группа	Водопотребители	Измеритель	Нормы расхода воды, л
			В час наибольшего водопотребления л/ч	Расход воды прибором л/с
I	Административный персонал	1 чел. в смену	2	0,1
I	Работники в цехе (категория «остальные цехи»)	То же	5	0,1
II	Душевые в бытовых помещениях промышленного предприятия	1 душевая сетка в смену	230	0,14
III	Предприятие общественного питания с приготовлением пищи, потребляемой на предприятии	1 условное блюдо	3,3	0,2

Поэтому в формулу для определения расчетного секундного расхода холодной qc =5··б подставляется средневзвешенное значение секундного расхода холодной воды водоразборной арматурой, отнесенного к одному прибору, определяемое по формуле:

, (14)

где: Ni -- количество водоразборных приборов, обслуживающих группу водопотребителей;

-- секундный расход холодной воды, л/с, водоразборной арматурой для каждой группы водопотребителей;

Рi -- вероятность действия санитарно-технических приборов, определяемая (для групп I и III) по формуле:

, (15)

где: -- норма расхода холодной воды в час наибольшего водопотребления потребителем группы і;

Ui -- количество потребителей в группе і (берут из таблицы исходных данных);

б -- коэффициент, определяемый в зависимости от общего числа приборов N и вероятности их действия по прил. 2 методических указаний при >0,1 и N < 200; при других значениях и N коэффициент б;

, (16)

Вначале определим вероятности действия приборов в каждой группе водопотребителей, для II группы потребителей (сетки душевые) принять -- 1, так как все душевые установки могут быть включены одновременно после окончания смены в цехе.

Для I группы потребителей:

=2·60+5·250=1370 л/ч

UI=250+60=310 чел.

= 0,1·60+0,1·250=31 л/с

Для III группы потребителей:

=170·3,3=561 л/ч, = 170·0,2=34 л/с

Cредневзвешенное значение секундного расхода холодной воды водоразборной арматурой, отнесенного к одному прибору:

, л/с

Определяем вероятность действия приборов:

N=88+70+21=179, =0,417=> б=19,977.

Расчетный секундный расход холодной воды:

qc =5·11,134·19,977=1112,12 л/с.

3. Группа однотипных «n-этажных жилых зданий снабжается водой из центрального теплового пункта, присоединенного трубопроводом ввода к уличной водопроводной сети. Холодная вода из уличной сети по вводу поступает в центральный тепловой узел, в котором установлен скоростной водонагреватель. Часть холодной воды проходит через водонагреватель и поступает в горячую систему водоснабжения зданий, другая часть поступает в систему холодного водоснабжения.

В каждой квартире установлено четыре водоразборных прибора (умывальник, мойка, ванна с душевой сеткой и унитаз со смывным бачком).

Определить расчетные расходы воды для теплового пункта (на нужды холодного и горячего водоснабжения), подобрать водомер, устанавливаемый на вводе в тепловой пункт, вычислить средний и максимальный часовые расходы горячей воды группой зданий; произвести необходимый расчет и выбрать марку водонагревателя.

Нормативные секундный и часовой расходы воды водоразборным устройством принять:

общий (холодной и горячей) = 0,3 л/с; = 300 л/ч;

горячей: = 0,2 л/с; = 200 л/ч;

Таблица 4. Исходные данные

№ п/п	Характеристика	Параметр характеристики
1	Чисто однотипных зданий, nзд	4
2	Чисто этажность, nэт	9
3	Число квартир на этаже, nкв	12
4	Средняя заселенность квартир U чел./кв.	4,1
5	Нормы расхода воды в сутки наибольшего водопотребления:
	- общая ( холодная и горячая) , л/сут.	300
	- горячей , л/ сут.	120
6	Нормы расхода воды в час наибольшего водопотребления:
	- общая , л/ч.	15,6
	- горячая, л/ч.	10,0
7	Начальные и конечные температуры теплоносителя °С:
	- начальная	105
	- конечная	75

Решение.

Максимальное суточное потребление воды (м3/сут) теплоузлом на нужды холодного и горячего водоснабжения зданий определяются по формуле , в которой число водопотребителей:

U=u·nкв·nэт·nзд =4,1·12·9·4=1771 чел. (17 )

где: nзд -- количество однотипных зданий.

м3/сут.

Средний часовой расход воды , м3/ч, за сутки максимального водопотребления определяется по формуле:

м3/ч

Максимальный часовой расход -- по формуле:

=0,005··бhr

где: бhr -- коэффициент, определяемый в зависимости от значения произведения NPhr (N -- общее число санитарно-технических приборов, обслуживаемых проектируемой системой, Phr-- вероятность их использования).

N= nпр ·nкв·nэт· nзд. = 4·12·9·4= 1728 шт.

Вероятность использования санитарно-технических приборов для системы в целом определяют по формуле:

N·Phr=1728·0,05329=92,085 => бhr=24,078

=0,005·300·24,078=36,117 м3/ч

Подбираем марку водомера, предварительно определив общий максимальный секундный расход воды группой зданий :

л/с (18)

N·Ptot=1728·0,0148=25,574 => б=8,410

Принимаем турбинный счетчик с диаметром условного прохода D=100 мм и гидравлическим сопротивлением S=0,000765

Определяем потерю напора в водомере по формуле:

hвод = s·q2=0,000765·12,6152=0,122<1 - водомер подобран верно.

Средний часовой расход горячей воды, м3/ч, определяют по формуле:

 м3/ч (19)

где: -- норма расхода горячей воды, л, потребителем в сутки наибольшего водопотребления;

U -- количество потребителей горячей воды;

Т -- количество часов в сутках (Т = 24 ч).

Максимальный часовой расход горячей воды, м3/ч:

(20)

где: -- нормативный расход горячей воды, л/ч, водоразборным устройством;

-- коэффициент, определяемый в зависимости от значения произведения NPhr (N -- общее число санитарно-технических приборов, обслуживаемых системой горячего водоснабжения, Phr-- вероятность их использования).

(21)

где: Рh -- вероятность действия санитарно-технических приборов в системе горячего водоснабжения;

- нормативный расход горячей воды, л/с, санитарно-техническим прибором.



где: -- нормативный расход горячей воды, л, потребителем в час наибольшего водопотребления;

N -- количество водоразборных приборов, обслуживающих систему горячего водоснабжения;

N= nпр ·nкв·nэт· nзд. =3·12·9·4=1296 шт. (22)

где: nпр -- количество водоразборных приборов в одной квартире, использующих горячую воду.

N·Phr=1296·0,06833=88,556 => б=23,391

м3/ч

Перед выбором марки водонагревателя, необходимо определить расчетный расход тепла для приготовления горячей воды в течение часа максимального потребления кВт:

, (23)

где: tc -- температура холодной воды, °С, в сети водопровода (принять равной 5°С); Qht -- потери тепла подающими и циркуляционными трубопроводами системы горячего водоснабжения, кВт.

Потери тепла можно учесть приближенно по формуле:

Qht =·k, (24)

где: -- среднечасовой расход тепла, кВт, на нужды горячего водоснабжения;

k -- коэффициент, учитывающий потери тепла трубопроводами (принять к = 0,35).

кВт (25)

Qht =513,59·0,35=179,76 кВт

кВт

Согласно условию задачи приготовление горячей воды производится в скоростном водонагревателе, установленном в центральном тепловом пункте.

Скоростные водонагреватели собирают из отдельных секций, число которых зависит от требуемой производительности тепла.

Каждая секция нагревателя представляет собой корпус, изготовленный из стальной трубы, внутри которого размещают пучок из нагревательных латунных или стальных трубок диаметром 14-16 мм. По этим трубкам пропускают нагреваемую воду, а вокруг них -- греющую.

В скоростных водонагревателях расходуемая вода протекает с большой скоростью 0,5-2,5 м/с. Благодаря этому они имеют высокие коэффициенты теплопередачи, а следовательно, очень компактны и занимают небольшую площадь.

Расчет проводим в следующем порядке.

Задавшись скоростью движения нагреваемой воды Vн.в. в пределах 0,5-2 м/с, определим требуемую площадь сечения трубок водонагревателя , м2, исходя из максимального часового расхода горячей води , м3/ч.

 (26)

Подбираем водонагреватель марки 10ОСТ34588-68, D=158 мм, =0,0057 м2, =0,0122 м2.

Для выбранной марки водонагревателя вычислить скорости движения нагреваемой Vн.в и греющей Vгв воды, м/с,

м/с, (27)

м/с (28)

где: , -- площадь сечения межтрубного пространства, по которому течет греющая вода, м2;

tн, tк - начальная и конечная температуры теплоносителя;

С -- теплоемкость воды (С = 4,19 кДж/кг * град);

-- плотность воды (= 1000 кг/м3).

По вычисленным значениям Vн.в и Vгв, по прилож. 7 методических указаний, находим величину коэффициента теплопередачи нагревательной поверхности К=1821 Вт/м2 * град.

Необходимую поверхность нагрева водонагревателей в м2 определяют по вычисленному часовому расходу тепла кВт и коэффициенту теплопередачи К, Вт/м2 * град.:

(29)

где: м -- поправочный коэффициент, учитывающий наличие накипи на трубках подогревателя (м = 0,6 -- для стальных трубок, м = 0,75 -- для латунных трубок); -- расчетная разность температур теплоносителя и нагреваемой воды, °С.

Для скоростных водонагревателей определяют по формуле:

, (30)

где: -- большая и меньшая разности температур между теплоносителем и нагреваемой водой на концах водонагревателя.

Чаще всего скоростные водонагреватели работают по противоточной схеме (холодная вода встречает остывший теплоноситель, а нагретая -- горячий).

При этом:

°С

°С

водоснабжение циркуляционный трубопровод теплоноситель

где: -- начальная и конечная температура теплоносителя; -- начальная и конечная температура нагреваемой воды (=5°С, =75°С).

°С

м2

Вычислив величину требуемой поверхности нагрева водонагревателя, определяют требуемое число секций нагревателя nв:

 шт., (31)

где: nв -- требуемое число секций принятого водонагревателя (округляется до целого числа секций в большую сторону);

Sв -- площадь поверхности нагрева одной секции.

Литература

1) Водоснабжение и водоотведение на железнодорожном транспорте: Учеб. / В.С. Дикаревский, В.Г. Иванов и др.; Под ред. В.С. Дикаревского. 2-е изд., перераб. -- М.: Учебно-метод. центр по образованию на ж.д. трансп., 2009. -- 447с.

2) Оборудование водопроводных и канализационных сооружений: Учеб. / Б.А. Москвитин и др. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М.: Бастет, 2011. -- 293с.

3) Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Н.Н. Павловского: Справ, пос. / А.А. Лукиных, Н.А. Лукиных. -- 6-е изд., перераб. и доп. -- М.: Бастет, 2011.

4) Дикаревский В.С. Водоснабжение и водоотведение на железнодорожном транспорте. -- М.: Транспорт, 1999.

Размещено на Allbest.ru