Как посчитать расход воды по диаметру трубы и давлению

При прокладке водопроводных сетей в загородном доме или мини-гостинице обязательно учитывают проходимость труб. Она показывает максимальный объем жидкости, проходящей по магистральной сети за конкретный временной интервал. Это позволяет выяснить, сколько влаги будет утекать при открытых кранах, и сравнить полученное значение с предполагаемым водопотреблением жильцами дома. Проще всего проводить расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению, поскольку эти показатели выяснить несложно.

Необходимость расчета расхода воды по диаметру трубы и давлению

Проектируя большой загородный дом или гестхаус, требуется определить, сколько воды нужно будет его жильцам или постояльцам, и будет ли соответствовать пропускная способность водопровода этим расходам. Если снизится давление при значительном расходовании, это приведет к невозможности пользования санитарно-техническими приборами. При создании пожароопасной ситуации небольшое воспламенение трудно будет потушить. Поэтому расчет потребления воды и проходимости трубопровода в частном доме проводится еще перед началом возведения здания.

Расчетные показатели помогут подобрать трубы нужного сечения с подходящей толщиной стенок и определиться с материалом их изготовления. Также в соответствии с этими значениями подбирается технология установки магистрали.

Проще всего посчитать, сколько расходуется воды в час, день или месяц, если установлен счетчик. Если прибора учета нет, по нормативам один человек способен израсходовать ежесуточно следующий объем холодной воды:

• готовка – 3 л,
• использование стиральной машинки – примерно 4 л,
• туалетные процедуры – 15 л,
• утренний или вечерний душ – 30 л,
• прием ванны – 200 л.

В частном доме с автономным водопроводом горячая вода создается путем нагревания холодной с помощью котлов или газовых колонок, поэтому потребление последней увеличивается. В сутки здесь на нужды одного человека может уйти 330 л воды. В месяц это число составит примерно 10230 л, в час – 13,75 л.

Подобные нормативы приблизительны. В них не учтены такие факторы, как обслуживание домашних животных, замена воды в аквариумах и бассейне, мытье автомобиля и полив посадок. Также нужно учитывать рабочий график жильцов и сезонность. Но средние показатели нужны, чтобы было от чего отталкиваться в расчетах.

Хозяевам частных предприятий также необходимо знать предполагаемые максимумы расхода. При отсутствии водосчетчиков коммунальщики насчитают объемы водопотребления в зависимости от пропускных возможностей труб. Если владельцу помещения эти показатели будут известны, он сможет контролировать подсчеты и не заплатит лишнего.

Факторы, влияющие на расчеты

Определение трубной проходимости и, соответственно, максимальное расходование воды, зависит от многих факторов:

• Протяженность водопроводной магистрали. Чем больше длина, тем ниже скоростные возможности водного потока из-за действия силы трения.
• Трубное сечение. Стенки узких трубопроводов дают повышенное сопротивление. Чем меньше внутренний диаметр, тем ниже соотношение скоростного значения водного потока к показателю площади поверхности на определенном участке, а значит, и проходимость будет хуже. В магистралях большого сечения жидкость течет быстрее.
• Наличие поворотных участков. Сложная конфигурация трубопровода замедляет скорость водного потока в нем. То же самое касается фасонных элементов. Любые краны, переходники и муфты тормозят передвижение жидкости.

Немаловажно также учитывать материал трубных отрезков. От этого зависит как проходимость сети, так и продолжительность службы. Металлические водопроводы склонны деформироваться со временем под воздействием ржавчины, накапливать коррозийные и известковые отложения изнутри, что сильно снижает пропускную способность. Последнее характерно не только для стальных, но и для чугунных труб, хотя они меньше подвержены коррозии.

Сопротивляемость водяному потоку засоренной магистрали намного выше, чем нового трубопровода: показатели могут различаться в 200 раз. Особенно быстро засоряются трубы ГВС.

Полимерные магистрали сохраняют практически одинаковую проходимость на протяжении всего срока эксплуатации. Пластик не подвержен коррозии, не боится скоплений плесени и грибка, благодаря этому засоры в трубопроводе крайне редки.

Способы проведения расчетов

Чтобы определять водорасход магистрали, используют три расчетных способа:

• Физический метод. Чтобы определить необходимое значение, применяются формулы. В них используются такие параметры, как трубный диаметр, водяное давление и скорость передвижения содержимого труб в системе.
• Применение таблиц. Достаточно легкий метод, предполагающий подбор нужных показателей в таблице и выяснение на их основе необходимых данных.
• Использование компьютерных программ. Во Всемирной сети таких вариантов довольно много. Выяснить можно пропускную способность и расход воды для трубопроводов, выполненных из различных материалов, просто введя требуемые известные данные.

Чтобы рассчитать расходные показатели перед постройкой загородного дома, проще всего использовать онлайн-калькуляторы. Введя значения давления и диаметра труб, вы получите цифру вероятного расхода. Она не будет идеально точной, зато такой способ не потребует никаких исчислений. Чтобы уточнить данные, сверьте программный расчет с табличными значениями.

Применение таблиц

Исключая калькуляторный подсчет, этот способ – самый простой. Подобных таблиц разработано несколько: можно подобрать ту, которая подходит в зависимости от известных данных. В СНиП 2.04.01-85 предлагается рассчитать расход воды по наружному сечению трубы. Для этого используется таблица максимального расхода воды, проходящей через трубу определенного внешнего диаметра:

Это самая простая таблица расчета, в ней нужно знать только охват трубы. Чтобы уточнить данные, можно ввести дополнительные показатели – толщину стен и внутренний диаметр. Подобные таблицы несложно найти в интернете для трубопроводов из различных материалов.

При исчислении расходных максимумов в водопроводной магистрали учитывают не только диаметральный показатель, но и напор потока.

Еще одна таблица позволяет выявить максимум расхода воды, опираясь на вышеупомянутые значения:

Среднее значение давления варьируется от 1,5 до 4 бар. Применение дополнительных напорных устройств повлияет на потоковую скорость. При расчете расходного максимума при протекании жидкости через трубу учитывается не только число кранов, но и количество других потребителей.

Использование формул

Для расчета водного расхода на основе сечения труб и давления в их стенках используется несколько уравнений. Самая несложная формула: q = π×d²/4 ×V.

• q – расходный показатель жидкости в литрах,
• d – трубный диаметр в сантиметрах,
• V – скорость движения водного потока.

В домашних магистралях, запитываемых от водонапорной башни без подключения насосных устройств, ее значение будет 0,7 – 1,9 м/с. Если подсоединяется любое напорное оборудование, то в технической документации есть данные о коэффициенте создаваемого напора и скоростном показателе перемещаемой жидкости

При расчете возможного расхода жидкости необходимо учитывать и возможный перепад давления. Чтобы рассчитать этот показатель, за основу берется стандартное уравнение Δp = (λL/d) ρw²/2.

• L – длина трубы,
• d – ее диаметр,
• ρ – плотность воды,
• w быстрота водного потока,
• λ – коэффициент трения.

Последний выявляется в зависимости от скорости и сечения магистрали по таблицам.

Далее, зная показатели потенциального расхода и потери напора, можно с помощью таблиц и графиков выявить точное значение расходных показателей жидкости в конкретных трубах, или использовать калькуляторы расчета, что проще. При желании можно даже вычислить водорасход в литрах за одну конкретную процедуру в определенном доме.

Зная показатели максимального расхода воды в определенном трубопроводе, можно составить правильный проект положения магистральной сети с учетом всех подключенных водопотебителей. Также понимание конкретных цифр позволит экономить воду и электроэнергию при подключении напорных устройств. При правильном выборе значений не окажется повода для беспокойства из-за того, что при открытии крана на кухне вода в душевой превратится в тоненькую струйку из-за понижения напора.