El tema d’aquest article és el càlcul de les xarxes de subministrament d’aigua en una casa particular. Com que un esquema típic de subministrament d’aigua per a cases petites no és molt complex, no hem d’entrar a la jungla de fórmules complexes; no obstant això, el lector haurà d'assimilar una certa quantitat de teoria.
Fragment del sistema de subministrament d’aigua d’una casa particular. Com qualsevol altre sistema d'enginyeria, aquest necessita càlculs preliminars.
Característiques del cablejat de la casa
De fet, què és el sistema de subministrament d’aigua en una casa particular més fàcil que en un edifici d’apartaments (és clar, a més del nombre total d’aparells de fontaneria)?
Hi ha dues diferències fonamentals:
- Amb aigua calenta, com a regla general, no cal proporcionar una circulació constant a través dels ascensors i els tovalloles escalfats.
En presència d’insercions de circulació, el càlcul de la xarxa de subministrament d’aigua calenta es fa notablement més complicat: les canonades han de passar a través d’elles no només l’aigua desmuntada pels residents, sinó també les masses d’aigua que circulen contínuament.
En el nostre cas, la distància des dels accessoris de fontaneria a la caldera, la columna o la connexió a la línia és prou petita per ignorar la velocitat de subministrament d’aigua calenta a l’aixeta.
Important: per a aquells que no s’han trobat amb sistemes de circulació d’ACS: en edificis d’apartaments moderns, els subministradors d’aigua calenta estan connectats per parells. A causa de la diferència de pressió en els lligams creats per la rentadora de retenció, l'aigua circula contínuament pels elevadors. Això garanteix un subministrament ràpid d’aigua calenta a les batedores i un escalfament durant tot l’any dels tovalloletes escalfats als banys.
El tovalloler escalfat s’escalfa mitjançant una circulació contínua a través dels elevadors d’aigua calenta.
- El sistema d’abastiment d’aigua d’una casa particular es divideix segons un esquema sense sortida, que implica una càrrega constant en determinades seccions del cablejat. Per a la comparació, el càlcul de la xarxa d’anells de subministrament d’aigua (que permet alimentar cada secció del sistema de subministrament d’aigua des de dues o més fonts) s’ha de realitzar per separat per a cadascun dels possibles esquemes de connexió.
Altres paràmetres
Els criteris anteriors per triar una caldera són els principals, però hi ha altres característiques que poden afectar l’elecció d’un model concret, com ara la fabricació i el material, així com el cost de l’equip. Es considera que els dipòsits més duradors són d’acer inoxidable. Un avantatge important és la presència d’un intercanviador de calor extraïble perquè pugueu descalcificar-lo vosaltres mateixos. Heu d’evitar comprar dispositius que utilitzen goma espuma com a aïllant, ja que aquest material té una vida molt curta. A més, el preu d’una caldera depèn directament del fabricant i del país on es va muntar l’equip.
El sistema d’aigua calenta fa que la vostra llar sigui còmoda i acollidora. Això és fàcil d’aconseguir amb un escalfador d’aigua de qualitat. Actualment, l’elecció dels models és fantàstica i, després de calcular els paràmetres necessaris, tothom pot triar equips amb una bona relació qualitat-preu.
Què pensem?
Hem de:
- Estimar el consum d’aigua al màxim consum.
- Calculeu la secció transversal de la canonada d’aigua que pot proporcionar aquest cabal a un cabal acceptable.
Nota: el cabal màxim d’aigua al qual no genera soroll hidràulic és d’uns 1,5 m / s.
- Calculeu el cap a la fixació final. Si és inacceptablement baix, val la pena considerar augmentar el diàmetre de la canonada o instal·lar una bomba intermèdia.
És poc probable que la baixa pressió del mesclador final agradi al propietari.
Les tasques estan formulades. Comencem.
Consum
Es pot estimar aproximadament mitjançant les taxes de consum de les instal·lacions de fontaneria individuals. Si es desitja, les dades es poden trobar fàcilment en un dels annexos a SNiP 2.04.01-85; per comoditat del lector, en presentem un fragment.
| Tipus de dispositiu | Consum d’aigua freda, l / s | Consum total d’aigua freda i calenta, l / s |
| Aixeta de reg | 0,3 | 0,3 |
| Lavabo amb aixeta | 1,4 | 1,4 |
| Lavabo amb cisterna | 0,10 | 0,10 |
| Cabina de dutxa | 0,08 | 0,12 |
| Bany | 0,17 | 0,25 |
| Rentat | 0,08 | 0,12 |
| Pica | 0,08 | 0,12 |
Als edificis d’apartaments, a l’hora de calcular el consum, s’utilitza el coeficient de probabilitat de l’ús simultani de dispositius. N'hi ha prou amb resumir simplement el consum d'aigua a través de dispositius que es poden utilitzar al mateix temps. Diguem que una pica, una dutxa i un lavabo donaran un cabal total de 0,12 + 0,12 + 0,10 = 0,34 l / s.
Es resumeix el consum d’aigua mitjançant dispositius capaços de funcionar simultàniament.
Quin escalfador d'aigua triar?
Esquema de la caldera.
En funció de la tasca que t’hagi assignat, el càlcul de la caldera més adequat es pot fer de dues maneres. En el primer cas, es té en compte el volum d’aigua emmagatzemat i es calcula la capacitat de l’intercanviador de calor i la font d’alimentació. En el segon, el volum d'un escalfador d'aigua es calcula per emmagatzemar la calor generada durant un temps determinat per una font d'una potència determinada.
S’ha d’entendre que, independentment de la tècnica que utilitzeu, la capacitat acumulativa de l’aigua es caracteritza sempre per la seva capacitat tèrmica. Aquest valor és constant i és igual a 4.187 kJ.kg / ° C. Això vol dir que, per exemple, per escalfar 1 kg d’aigua a 1 ° C, cal proporcionar una quantitat de calor igual a 4.187 kJ. I això requereix 1.163 kWh.
Dispositiu de caldera elèctrica.
Per exemple, si teniu un escalfador d’aigua amb un volum de 1000 litres i necessiteu escalfar l’aigua fins a 50 ° C, el requeriment d’energia tèrmica es calcula de la següent manera: 1000 × 50 = 58 kWh.
La potència de l'intercanviador de calor depèn de la diferència de temperatura entre l'aigua escalfada i l'escalfada, així com del coeficient de transmissió de calor. Per a cada intercanviador de calor específic, el coeficient de transmissió de calor serà individual. Per tant, no pot existir una fórmula universal per calcular un escalfador d’aigua. I la forma més senzilla d’escollir un intercanviador de calor són els diagrames que els fabricants indiquen a les especificacions tècniques dels seus escalfadors d’aigua.
Després d’haver recordat aquesta simple veritat, podeu procedir a la consideració de les característiques individuals.
Dispositiu de caldera elèctrica estàndard
Esquema del dipòsit d'emmagatzematge de la caldera
Al nostre país, generalment s’accepta que un escalfador d’aigua i una caldera són dispositius diferents. Però, de fet, tota la diferència és que la caldera té un dipòsit d’emmagatzematge per escalfar i emmagatzemar aigua calenta. És per això que en la literatura tècnica s’anomenen “escalfadors d’aigua d’emmagatzematge”. A més, les calderes difereixen en la font de calor. Ara hi ha sistemes de calefacció directa i indirecta. Si el dispositiu genera calor per si mateix mitjançant un escalfador termoelèctric o un cremador de gas, es tracta d’un sistema de calefacció directe. L'escalfament indirecte es produeix a causa de l'agent de calefacció subministrat des de la caldera a una temperatura determinada. Molt sovint s’utilitzen escalfadors d’aigua d’emmagatzematge; podeu veure el seu diagrama a la imatge 1.
Taula de càlcul d'un escalfador d'aigua d'emmagatzematge.
Abans de decidir la compra d’un escalfador d’aigua específic, cal calcular tots els paràmetres i tenir en compte les característiques de la vostra llar i les condicions d’ús futur. Assegureu-vos d'avaluar els paràmetres següents:
- estat del cablejat elèctric;
- possible càrrega al cablejat elèctric;
- disponibilitat de la capacitat de connectar-se a comunicacions de gas;
- funcionalitat de tots els equips que serveixen la casa (incloses les bombes d’aigua, si n’hi ha).
Instal·lació d'un escalfador d'aigua d'emmagatzematge (caldera).
A més, cal tenir en compte el nombre de persones que utilitzaran l'escalfador d'aigua i planificar aproximadament la quantitat d'aigua calenta que consumiran cada dia. Després d'això, podeu començar a triar un model específic.
Per triar un escalfador d’aigua adequat per a vosaltres, primer heu de decidir les seves característiques principals, a saber:
- la font d’energia més adequada;
- volum requerit d’aigua escalfada;
- consum de refrigerant;
- temps d’escalfament.
Segons aquests paràmetres, es calcula l'escalfador d'aigua.
Font d'energia per escalfar aigua
Circuit de calefacció de la caldera.
El gas i l’electricitat s’utilitzen com a principals fonts d’energia per als escalfadors d’aigua. També hi ha fonts més exòtiques com els panells solars, però no són molt habituals al nostre país. Per tant, per realitzar un càlcul precís, és necessari comparar els avantatges i desavantatges del gas i l’electricitat.
- Els escalfadors d’aigua elèctrics estan disponibles en potències d’1 a 6 kW. La potència d’una caldera de gas comença a partir de 4 kW.
- Com a regla general, els escalfadors d’aigua de gas d’emmagatzematge tenen un dipòsit d’aigua calenta més gran (fins a 150 litres), mentre que els elèctrics poques vegades superen els 100 litres.
- El cost del gas a Rússia és molt més barat que l’electricitat.
Esquema d'un dispositiu d'escalfament d'aigua a pressió.
Sembla que l’elecció és òbvia i no cal fer càlculs complexos. Es necessitarà aproximadament la meitat del temps per obtenir 100-150 litres d’aigua calenta amb un escalfador d’aigua de gas que amb un sistema alimentat amb electricitat. Però els dispositius elèctrics no requereixen equips addicionals per a la línia elèctrica; és suficient per a una presa de corrent senzilla. No cal convidar especialistes per a la instal·lació d’aquesta caldera. Mentre que un escalfador d'aigua de gas s'ha de connectar a un gasoducte, que no està disponible a totes les cases d'estiu. A més, cal una xemeneia per a la instal·lació segura d’un escalfador d’aigua de gas.
És impossible comparar els preus de les calderes amb fonts d’energia diferents. El cost dels sistemes elèctrics depèn principalment de la potència de l'element calefactor i del volum del tanc. El preu dels escalfadors d’aigua de gas es forma en funció del tipus de cambra de combustió. Són interns i externs. La instal·lació d’equips amb una cambra interna requereix un mínim esforç i temps. Però aquests dispositius costen aproximadament el doble que les calderes amb una cambra externa.
Cal tenir en compte una condició més. Les calderes de gas són capaces d'escalfar significativament l'aire. En les condicions d’una residència d’estiu i d’habitacions petites, aquesta característica pot convertir-se en un problema real si col·loqueu un escalfador d’aigua, per exemple, a la cuina.
Per tant, és impossible donar recomanacions inequívocs per triar una caldera amb una font d’energia específica.
Secció transversal
El càlcul de la secció transversal d'una canonada de subministrament d'aigua es pot realitzar de dues maneres:
- Selecció segons la taula de valors.
- Calculat segons el cabal màxim permès.
Selecció per taula
De fet, la taula no requereix cap comentari.
| Diàmetre nominal de la canonada, mm | Consum, l / s |
| 10 | 0,12 |
| 15 | 0,36 |
| 20 | 0,72 |
| 25 | 1,44 |
| 32 | 2,4 |
| 40 | 3,6 |
| 50 | 6 |
Per exemple, per a un cabal de 0,34 l / s, és suficient una canonada DU15.
Tingueu en compte que el DN (forat nominal) és aproximadament igual al diàmetre interior de la canonada d’aigua i gas. Per a les canonades de polímer marcades amb un diàmetre exterior, l’interior es diferencia d’aquest en aproximadament un pas: per exemple, un tub de polipropilè de 40 mm té un diàmetre interior d’uns 32 mm.
El forat nominal és aproximadament igual al diàmetre interior.
Càlcul del cabal
El càlcul del diàmetre del sistema de subministrament d’aigua en funció del flux d’aigua a través d’ell es pot realitzar mitjançant dues fórmules senzilles:
- Fórmules per calcular l’àrea d’una secció al llarg del seu radi.
- Fórmules per calcular el cabal a través d’una secció coneguda a un cabal conegut.
La primera fórmula és S = π r ^ 2. En ell:
- S és l'àrea de secció transversal requerida.
- π és pi (aproximadament 3,1415).
- r és el radi de secció (la meitat del DN o el diàmetre interior de la canonada).
La segona fórmula sembla Q = VS, on:
- Q - consum;
- V és el cabal;
- S és l'àrea de la secció transversal.
Per comoditat dels càlculs, tots els valors es converteixen en SI - metres, metres quadrats, metres per segon i metres cúbics per segon.
Unitats SI.
Calculem amb les nostres pròpies mans la DU mínima de la canonada per a les dades d’entrada següents:
- El cabal a través d’ella és igual de 0,34 litres per segon.
- La velocitat de flux utilitzada en els càlculs és la màxima permesa 1,5 m / s.
Comencem.
- El cabal en valors del SI serà igual a 0,00034 m3 / s.
- L’àrea seccional segons la segona fórmula ha de ser com a mínim de 0,00034 / 1,5 = 0,00027 m2.
- El quadrat del radi segons la primera fórmula és 0,00027 / 3,1415 = 0,000086.
- Agafeu l'arrel quadrada d'aquest número. El radi és de 0,0092 metres.
- Per obtenir DN o diàmetre interior, multipliqueu el radi per dos. El resultat és de 0,0184 metres, o 18 mil·límetres. Com podeu veure fàcilment, s’acosta a l’obtingut pel primer mètode, tot i que no coincideix exactament amb ell.
Consum energètic
Després d’haver pres la decisió sobre la necessitat de comprar i calcular el volum d’una caldera de calefacció indirecta, cal calcular quanta aigua calenta es necessita per a l’existència normal. Imagineu-vos una família de 4 persones i realitzeu una anàlisi diària mitjana durant una setmana i un estudi màxim (matí de la jornada laboral) del consum d’aigua calenta.
- Anàlisi setmanal
- Per rentar els plats, necessitareu uns 5 litres d’aigua tèbia per minut. Es té en compte el temps d’esbandida, és a dir, uns 5 minuts. Em rento els plats dos cops al dia, obtenim 50 litres d’aigua tèbia utilitzats per a estris de cuina al dia. Multiplicem per 7 dies un total de 350 litres a la setmana.
- Cada persona es fa un bany 2-3 vegades a la setmana, mentre gasta uns 170 litres. 4 * 2,5 = 10 * 170 = 1700 litres en 7 dies.
- Dutxa’t 4-5 vegades més durant 10 minuts a un cabal d’uns 12 l / min. 4,5 * 10 * 12 = 540 per membre de la família, respectivament, per als 2160 litres setmanals.
- Petita higiene (rentar-se les mans, les sabates, netejar la casa): uns 10 litres per persona i dia ascendiran a 280 litres durant el període d’estudi.
Total: 350 + 1700 + 2160 + 280 = 4490 litres per setmana. Afegim els hostes que van entrar i per si de cas aconseguim una xifra aproximada d’uns 5.000 litres per setmana. Però la caldera compta en hores, cal traduir-la en les seves unitats. 5000/7/24 = 30 litres per hora d’aigua tèbia és el consum mitjà d’una família de 4 persones.
Basant-nos en les xifres de la relació temperatura i potència, obtenim el consum mitjà d’energia requerit: 30 * 0,0375 = 1,125 kW / h.
Pressió
Comencem amb algunes notes generals:
- La pressió típica a la línia de subministrament d’aigua freda és de 2 a 4 atmosferes (kgf / cm2)... Depèn de la distància a l'estació de bombament o torre d'aigua més propera, del terreny, de l'estat de la xarxa elèctrica, del tipus de vàlvules del subministrament principal d'aigua i d'altres factors.
- La pressió mínima absoluta que permet treballar tots els aparells de fontaneria i electrodomèstics moderns que utilitzen aigua és de 3 metres... La instrucció per als escalfadors d’aigua instantanis Atmor, per exemple, diu directament que el llindar de resposta inferior del sensor de pressió que inclou calefacció és de 0,3 kgf / cm2.
El sensor de pressió del dispositiu s’activa a una pressió de 3 metres.
Referència: a pressió atmosfèrica, 10 metres de cap corresponen a 1 kgf / cm2 de sobrepressió.
A la pràctica, en un aparell final, és millor tenir un cap mínim de cinc metres. Un petit marge compensa les pèrdues inexplicables de les connexions, les vàlvules d’aturada i el propi dispositiu.
Hem de calcular la caiguda del cap en una canonada de longitud i diàmetre coneguts. Si la diferència de pressió corresponent a la pressió de la línia principal i la caiguda de pressió al sistema de subministrament d’aigua és superior a 5 metres, el nostre sistema de subministrament d’aigua funcionarà perfectament.Si és menor, cal augmentar el diàmetre de la canonada o obrir-la mitjançant un bombament (el preu del qual, per cert, superarà clarament l’increment de costos de les canonades a causa d’un augment del seu diàmetre d’un pas ).
Llavors, com es realitza el càlcul de la pressió a la xarxa de subministrament d’aigua?
Aquí és vàlida la fórmula H = iL (1 + K), en què:
- H és el valor desitjat de la caiguda de pressió.
- i és l’anomenat pendent hidràulic de la canonada.
- L és la longitud de la canonada.
- K és un coeficient que està determinat per la funcionalitat del sistema de subministrament d’aigua.
La forma més senzilla és determinar el K.
És igual a:
- 0,3 per a usos domèstics i d’alcohol.
- 0,2 per a la indústria o la lluita contra incendis.
- 0,15 per al foc i la producció.
- 0,10 per a un bomber.
A la foto hi ha un sistema de subministrament d’aigua contra incendis.
No hi ha dificultats particulars per mesurar la longitud de la canonada o la seva secció; però el concepte de biaix hidràulic requereix una discussió a part.
El seu valor està influït pels següents factors:
- La rugositat de les parets de les canonades, que, al seu torn, depèn del seu material i edat. Els plàstics tenen una superfície més llisa que l’acer o el ferro colat; a més, les canonades d’acer s’envesteixen amb dipòsits de calç i òxid amb el pas del temps.
- Diàmetre de la canonada. La relació inversa funciona aquí: com més petita és, més resistència té la canonada al moviment de l’aigua.
- Velocitat de flux. Amb el seu augment, la resistència també augmenta.
Fa un temps, era necessari tenir en compte addicionalment les pèrdues hidràuliques de les vàlvules; no obstant això, les vàlvules de bola de forat complet modernes creen aproximadament la mateixa resistència que una canonada i, per tant, poden ignorar-se amb seguretat.
Una vàlvula de bola oberta gairebé no té resistència al flux d’aigua.
Calcular el pendent hidràulic pel vostre compte és molt problemàtic, però, per sort, no és necessari: tots els valors necessaris es poden trobar a les anomenades taules de Shevelev.
Per fer al lector una idea del que està en joc, presentem un petit fragment d’una de les taules per a una canonada de plàstic de 20 mm de diàmetre.
| Consum, l / s | Velocitat de cabal, 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 |
Què és el 1000i a la columna extrema dreta de la taula? Aquest és només el valor del pendent hidràulic per cada 1000 metres lineals. Per obtenir el valor d’i per a la nostra fórmula, n’hi ha prou amb dividir-lo per 1000.
Calculem la caiguda de pressió en una canonada amb un diàmetre de 20 mm amb una longitud igual a 25 metres i un cabal d’un metre i mig per segon.
- Cerquem els paràmetres corresponents a la taula. Segons les seves dades, 1000i per a les condicions descrites és de 221,8; i = 221,8 / 1000 = 0,2218.
Les taules de Shevelev s'han reimprès moltes vegades des de la primera publicació.
- Substituïu tots els valors a la fórmula. H = 0,2218 * 25 * (1 + 0,3) = 7,2085 metres. Amb una pressió a l’entrada del sistema de subministrament d’aigua de 2,5 atmosferes a la sortida, serà de 2,5 - (7,2 / 10) = 1,78 kgf / cm2, cosa que és més que satisfactòria.
Connexió d’una caldera de calefacció indirecta amb recirculació
La canonada de diversos tipus de calderes de calefacció indirecta amb recirculació es realitza d’acord amb el dibuix. A l’hora d’escollir components, és important tenir en compte les característiques d’un sistema de calefacció de la llar.
Per canalitzar el circuit d’aigua a la caldera, es poden utilitzar els 3 sistemes d’instal·lació següents:
- Instal·lació de vàlvules de tres vies.
- Instal·lació d’una bomba de doble circulació.
- Regulació mitjançant fletxes hidràuliques.
L’ús de sistemes de recirculació de líquids augmenta significativament el rendiment dels sistemes de calefacció i augmenta l’eficiència en escalfar el líquid i les habitacions de les calderes.
Quan s’instal·len sistemes de bobinatge indirecte amb vàlvules de tres vies, s’ha de tenir en compte que aquest mètode està pensat per a tancs amb major desplaçament. Quan es desenvolupa aquest sistema, es calcula com es durà a terme la instal·lació d’un tipus de calefacció de dos circuits.
Connexió de la caldera a l’equip de la caldera
El control de la informació sobre la temperatura de l’aigua és molt important.En una situació en què l’aigua dels dipòsits de les calderes té una temperatura de calefacció establerta molt superior a la dels circuits de calefacció dels propis sistemes de calefacció, això pot provocar un funcionament incorrecte de tots els equips.
D’aquesta manera s’evitarà passar a escalfar els circuits de calefacció. També hi ha opcions per instal·lar calderes de calefacció indirectes mitjançant dos circuits. La selecció de l'opció necessària també dependrà de l'aigua del sistema de subministrament d'aigua. En una situació en què el líquid del canal principal té un alt grau de rigidesa, és millor utilitzar la instal·lació de sistemes amb vàlvules de tres vies, ja que els sistemes de dos circuits es poden trencar ràpidament a causa de bloquejos.
