El tema de este artículo es el cálculo de las redes de suministro de agua en una casa privada. Dado que un esquema de suministro de agua típico de una pequeña cabaña no es muy complejo, no tenemos que adentrarnos en la jungla de fórmulas complejas; sin embargo, el lector deberá asimilar cierta cantidad de teoría.
Fragmento del sistema de suministro de agua de una casa particular. Como cualquier otro sistema de ingeniería, éste necesita cálculos preliminares.
Características del cableado de la cabaña.
¿Cuál es, de hecho, el sistema de suministro de agua en una casa privada más fácil que en un edificio de apartamentos (por supuesto, además del número total de accesorios de plomería)?
Hay dos diferencias fundamentales:
- Con agua caliente, por regla general, no es necesario proporcionar una circulación constante a través de elevadores y toalleros térmicos.
En presencia de inserciones de circulación, el cálculo de la red de suministro de agua caliente se vuelve notablemente más complicado: las tuberías deben pasar por sí mismas no solo el agua desmontada por los residentes, sino también las masas de agua que circulan continuamente.
En nuestro caso, la distancia desde los accesorios de plomería hasta la caldera, columna o conexión a la línea es lo suficientemente pequeña como para ignorar la tasa de suministro de agua caliente al grifo.
Importante: para aquellos que no se han encontrado con esquemas de circulación de ACS: en los edificios de apartamentos modernos, los elevadores de suministro de agua caliente están conectados en pares. Debido a la diferencia de presión en las conexiones creadas por la arandela de retención, el agua circula continuamente a través de los elevadores. Esto asegura un suministro rápido de agua caliente a los grifos y el calentamiento durante todo el año de los toalleros con calefacción en los baños.
El toallero calefactado se calienta mediante una circulación continua a través de los elevadores de agua caliente.
- El sistema de suministro de agua en una casa privada se divide de acuerdo con un esquema de callejón sin salida, lo que implica una carga constante en ciertas secciones del cableado. A modo de comparación, el cálculo de la red del anillo de suministro de agua (que permite que cada sección del sistema de suministro de agua se alimente desde dos o más fuentes) debe realizarse por separado para cada uno de los posibles esquemas de conexión.
Cálculo basado en la potencia nominal de la caldera.
¿Cómo se calculan las calderas para el suministro de agua caliente con calderas de calentamiento indirecto de volumen significativo y alto consumo de agua del sistema de ACS?
La potencia calculada es igual a la suma de dos términos:
- Las necesidades de calefacción de la casa sin tener en cuenta el factor de seguridad;
- Potencia nominal de la caldera. En promedio, equivale a 15 kilovatios por 100 litros de volumen.
Gorenje GV 100 indirecto (17400 vatios)
Matiz: el 20% se resta del resultado de la suma, ya que el intercambiador de calor de la caldera no proporcionará calefacción y suministro de agua caliente con calor durante todo el día.
Entonces, cuando se instale el notorio Gorenje GV 100 en nuestra casa en Sebastopol, la capacidad de la caldera para el suministro de agua y calefacción será 10 (demanda de calor de calefacción + 17.4 demanda de calor de la caldera)) * 0.8 = 22. La cifra se da redondeada al valor de kilovatios más cercano.
¿Es posible instalar una caldera de potencia superior a la calculada en el circuito de ACS con caldera de calefacción indirecta?
Es posible, pero no rentable por dos razones:
- El precio de la caldera en sí aumenta rápidamente a medida que aumenta la potencia nominal;
Siguiendo el rendimiento de la caldera, el número en la etiqueta de precio también crece.
- Las calderas clásicas de combustible sólido, cuando funcionan con una transferencia de calor por debajo de la nominal, reducen la eficiencia debido a la combustión incompleta del combustible. La reducción de la generación de calor se logra en ellos de la manera más simple: limitando el suministro de aire con un amortiguador.
Cambio en la eficiencia de una caldera de combustible sólido con un cambio en la transferencia de calor
Que pensamos
Tenemos que:
- Estimar el consumo de agua en los picos de consumo.
- Calcule la sección transversal de la tubería de agua que puede proporcionar este caudal a un caudal aceptable.
Nota: el caudal de agua máximo al que no genera ruido hidráulico es de aproximadamente 1,5 m / s.
- Calcule la altura en el accesorio final. Si es inaceptablemente bajo, vale la pena considerar aumentar el diámetro de la tubería o instalar una bomba intermedia.
Es poco probable que la baja presión en el mezclador final complazca al propietario.
Las tareas están formuladas. Empecemos.
Consumo
Se puede estimar aproximadamente por las tasas de consumo de los accesorios de plomería individuales. Los datos, si lo desea, se pueden encontrar fácilmente en uno de los anexos de SNiP 2.04.01-85; para comodidad del lector, presentamos un extracto del mismo.
| Tipo de dispositivo | Consumo de agua fría, l / s | Consumo total de agua fría y caliente, l / s |
| Grifo de riego | 0,3 | 0,3 |
| Inodoro con grifo | 1,4 | 1,4 |
| Inodoro con cisterna | 0,10 | 0,10 |
| Cabina de ducha | 0,08 | 0,12 |
| Baño | 0,17 | 0,25 |
| Lavado | 0,08 | 0,12 |
| Lavabo | 0,08 | 0,12 |
En edificios de apartamentos, al calcular el consumo, se utiliza el coeficiente de probabilidad del uso simultáneo de dispositivos. Nos basta con simplemente resumir el consumo de agua a través de dispositivos que se pueden utilizar al mismo tiempo. Digamos que un lavabo, una ducha y un inodoro darán un caudal total de 0,12 + 0,12 + 0,10 = 0,34 l / s.
Se suma el consumo de agua a través de dispositivos capaces de funcionar simultáneamente.
Sección transversal
El cálculo de la sección transversal de una tubería de agua se puede realizar de dos maneras:
- Selección según tabla de valores.
- Calculado según el caudal máximo permitido.
Selección por tabla
En realidad, la tabla no requiere comentarios.
| Diámetro nominal de la tubería, 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 ejemplo, para un caudal de 0,34 l / s, una tubería DU15 es suficiente.
Tenga en cuenta: DN (diámetro nominal) es aproximadamente igual al diámetro interior de la tubería de agua y gas. Para los tubos de polímero marcados con un diámetro exterior, el interior se diferencia de él en aproximadamente un paso: digamos, un tubo de polipropileno de 40 mm tiene un diámetro interior de aproximadamente 32 mm.
El agujero nominal es aproximadamente igual al diámetro interior.
Cálculo de la tasa de flujo
El cálculo del diámetro del sistema de suministro de agua por el caudal de agua que lo atraviesa se puede realizar utilizando dos fórmulas simples:
- Fórmulas para calcular el área de una sección a lo largo de su radio.
- Fórmulas para calcular el caudal a través de una sección conocida a un caudal conocido.
La primera fórmula es S = π r ^ 2. En eso:
- S es el área de sección transversal requerida.
- π es pi (aproximadamente 3,1415).
- r es el radio de la sección (la mitad del DN o el diámetro interior de la tubería).
La segunda fórmula se parece a Q = VS, donde:
- Q - consumo;
- V es el caudal;
- S es el área de la sección transversal.
Para facilitar los cálculos, todos los valores se convierten a SI: metros, metros cuadrados, metros por segundo y metros cúbicos por segundo.
Unidades SI.
Calculemos con nuestras propias manos el DU mínimo de la tubería para los siguientes datos de entrada:
- El flujo a través de él es igual a 0,34 litros por segundo.
- La velocidad de flujo utilizada en los cálculos es el máximo permitido de 1,5 m / s.
Empecemos.
- El caudal en valores SI será igual a 0,00034 m3 / s.
- El área de sección según la segunda fórmula debe ser de al menos 0,00034 / 1,5 = 0,00027 m2.
- El cuadrado del radio según la primera fórmula es 0,00027 / 3,1415 = 0,000086.
- Saca la raíz cuadrada de este número. El radio es de 0,0092 metros.
- Para obtener DN o diámetro interior, multiplique el radio por dos. El resultado es 0,0184 metros o 18 milímetros. Como se puede ver fácilmente, se acerca al obtenido por el primer método, aunque no coincide exactamente con él.
Cálculo por volumen con factores de corrección.
¿Cómo calcular la capacidad de la caldera para el suministro de agua caliente y calefacción, teniendo en cuenta todos los factores descritos anteriormente?
- El valor base de la salida de calor es de 40 vatios por metro cúbico del volumen interno calentado;
- El coeficiente regional se toma igual a:
| Temperatura promedio de enero, ° С | Coeficiente |
| 0 y superior | 0,7 |
| -5 — 0 | 0,9 |
| -10 | 1,1 |
| -20 | 1,3 |
| -25 | 1,5 |
| -35 | 1,8 |
| -40 y menos | 2 |
Temperatura promedio de enero para diferentes regiones de la Federación de Rusia
- El coeficiente de aislamiento se selecciona del siguiente rango de valores:
| Imagen | Descripción del aislamiento y coeficiente del edificio. |
| Falta de aislamiento, paredes metálicas o blindadas - 3-4 |
| Albañilería de paredes, acristalamiento de una sola capa de ventanas - 2-3 |
| Mampostería de pared en dos ladrillos y ventanas de doble acristalamiento de una cámara - 1-2 |
| Fachada aislada, ventanas de doble acristalamiento - 0.6-0.9 |
- La reserva de energía para pérdidas de calor no contabilizadas y para calentar agua caliente se calcula de acuerdo con el esquema anterior.
Repitamos nuestro cálculo de la caldera para suministro de agua caliente y calefacción con una serie de entradas adicionales:
- La altura de los techos de la casa es de 3 metros;
- La casa está ubicada en Sebastopol (la temperatura promedio de enero es de +3 grados);
En la foto - enero en Sebastopol.
- Está equipado con ventanas de plástico de una cámara y paredes de piedra sin aislamiento adicional de 40 cm de espesor.
Entonces:
- El volumen calentado es 100 * 3 = 300 m3;
- El valor base de la potencia térmica para calefacción es 300 * 40 = 12 kW;
- El clima de Sebastopol nos da un coeficiente regional de 0,7. 12 * 0,7 = 8,4 kW;
- El coeficiente de aislamiento se toma igual a 1,2. 1,2 * 8,4 = 10,08;
- Teniendo en cuenta el factor de seguridad y la reserva de energía para el funcionamiento del calentador de flujo, obtenemos los mismos 14 kW.
¿Valió la pena complicar los cálculos si el resultado no cambia?
Definitivamente. Si colocamos mentalmente nuestra casa en la ciudad de Oymyakon, región de Yakutsk (temperatura promedio de enero -46.4 grados), la demanda de calor y, en consecuencia, la capacidad de calefacción calculada de la caldera aumentará en 2 / 0.7 (la relación de coeficientes regionales ) = 2,85 veces. El aislamiento de la fachada y la instalación de ventanas de doble acristalamiento de ahorro de energía en las ventanas lo cortarán por la mitad.
Oymyakon es la ciudad más fría del país
Presión
Comencemos con algunas notas generales:
- La presión típica en la línea de suministro de agua fría es de 2 a 4 atmósferas (kgf / cm2)... Depende de la distancia a la estación de bombeo o torre de agua más cercana, el terreno, el estado de la red, el tipo de válvulas en el suministro de agua principal y una serie de otros factores.
- La presión mínima absoluta que permite que funcionen todos los artefactos sanitarios y electrodomésticos modernos que utilizan agua es de 3 metros.... La instrucción para los calentadores de agua instantáneos Atmor, por ejemplo, dice directamente que el umbral de respuesta más bajo del sensor de presión que incluye calefacción es 0.3 kgf / cm2.
El sensor de presión del dispositivo se activa a una presión de 3 metros.
Referencia: a presión atmosférica, 10 metros de altura corresponden a una sobrepresión de 1 kgf / cm2.
En la práctica, en un dispositivo de extremo, es mejor tener una altura mínima de cinco metros. Un pequeño margen compensa las pérdidas no contabilizadas en las conexiones, las válvulas de cierre y el propio dispositivo.
Necesitamos calcular la caída de altura en una tubería de longitud y diámetro conocidos. Si la diferencia de presión correspondiente a la presión en la línea principal y la caída de presión en el sistema de suministro de agua es de más de 5 metros, nuestro sistema de suministro de agua funcionará sin problemas. Si es menor, debe aumentar el diámetro de la tubería o abrirla bombeando (cuyo precio, por cierto, superará claramente el aumento en los costos de las tuberías debido a un aumento en su diámetro en un paso). ).
Entonces, ¿cómo se realiza el cálculo de la presión en la red de suministro de agua?
Aquí es válida la fórmula H = iL (1 + K), en la que:
- H es el valor apreciado de la caída de presión.
- i es la denominada pendiente hidráulica de la tubería.
- L es la longitud de la tubería.
- K es un coeficiente que está determinado por la funcionalidad del sistema de suministro de agua.
La forma más sencilla es determinar la K.
Es igual a:
- 0.3 para uso doméstico y para beber.
- 0,2 para uso industrial o extinción de incendios.
- 0,15 para fuego y producción.
- 0.10 para un bombero.
En la foto hay un sistema de suministro de agua contra incendios.
No existen dificultades particulares para medir la longitud de la tubería o su sección; pero el concepto de sesgo hidráulico requiere una discusión separada.
Su valor está influenciado por los siguientes factores:
- La rugosidad de las paredes de la tubería, que, a su vez, depende de su material y edad. Los plásticos tienen una superficie más lisa que el acero o el hierro fundido; Además, las tuberías de acero se llenan de depósitos de cal y se oxidan con el tiempo.
- Diámetro de la tubería. La relación inversa opera aquí: cuanto más pequeña es, más resistencia tiene la tubería al movimiento del agua en ella.
- Tasa de flujo. Con su aumento, la resistencia también aumenta.
Hace algún tiempo, era necesario tener en cuenta adicionalmente las pérdidas hidráulicas en las válvulas; sin embargo, las válvulas de bola de paso total modernas crean aproximadamente la misma resistencia que una tubería y, por lo tanto, pueden ignorarse con seguridad.
Una válvula de bola abierta casi no tiene resistencia al flujo de agua.
Calcular la pendiente hidráulica por su cuenta es muy problemático, pero, afortunadamente, esto no es necesario: todos los valores necesarios se pueden encontrar en las llamadas tablas Shevelev.
Para que el lector se haga una idea de lo que está en juego, presentamos un pequeño fragmento de una de las mesas para un tubo de plástico de 20 mm de diámetro.
| Consumo, l / s | Velocidad de flujo, 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 |
¿Cuál es el 1000i en la columna de la derecha de la tabla? Este es solo el valor de la pendiente hidráulica por 1000 metros lineales. Para obtener el valor de i para nuestra fórmula, es suficiente dividirlo por 1000.
Calculemos la caída de presión en una tubería con un diámetro de 20 mm con su longitud igual a 25 metros y un caudal de metro y medio por segundo.
- Buscamos los parámetros correspondientes en la tabla. Según sus datos, 1000i para las condiciones descritas es 221,8; i = 221,8 / 1000 = 0,2218.
Las tablas de Shevelev se han reimpreso muchas veces desde la primera publicación.
- Sustituye todos los valores en la fórmula. H = 0.2218 * 25 * (1 + 0.3) = 7.2085 metros. Con una presión en la entrada del sistema de suministro de agua de 2.5 atmósferas en la salida, será 2.5 - (7.2 / 10) = 1.78 kgf / cm2, lo cual es más que satisfactorio.
Cálculo de área simple
El cálculo aproximado más simple de la potencia de una caldera de suministro de agua se puede realizar en función de la necesidad de una casa en energía térmica de 100 vatios por metro cuadrado. Para una casa con un área de 100 m2, por lo tanto, se necesitan 10 kW.
Se toman 100 vatios de calor por cuadrado de área calentada
Además, se introduce un factor de seguridad de 1,2, que compensa las pérdidas de calor no contabilizadas y ayuda a mantener una temperatura agradable en la habitación durante las heladas extremas. ¿Qué ajustes hace el suministro de agua caliente de la caldera a este esquema?
Se puede proporcionar de dos formas:
- Calentador de agua de almacenamiento (caldera de calentamiento indirecto)... En este caso, se introduce un factor adicional de 1,1: la caldera elimina una cantidad relativamente pequeña de calor del sistema de calefacción;
Esquema de suministro de agua para una caldera de combustible sólido, con una caldera de calentamiento indirecto.
- Calentador instantáneo de una caldera de doble circuito.... Aquí se utiliza un factor de 1,2. Teniendo en cuenta el factor de seguridad, el rendimiento térmico de la caldera debe exceder la demanda de calor estimada de la casa en un 40 por ciento. En nuestro ejemplo con una cabaña de 100 metros, cuando la calefacción y el suministro de agua caliente están conectados, la caldera debe producir 14 kW.
Esquema de conexión del sistema de calefacción y suministro de agua para una caldera de doble circuito.
Tenga en cuenta: en el último caso, una pequeña reserva de energía para las necesidades de suministro de agua caliente está asociada con el funcionamiento a corto plazo del calentador de flujo. El agua caliente rara vez se consume más de media hora al día y el sistema de calefacción tiene cierta inercia, por lo que los parámetros del refrigerante no van más allá de los valores estándar.
Cálculo simple de una caldera con suministro de agua caliente por el área de la casa.
Este esquema de cálculo es simple, pero tiene varios inconvenientes graves:
- Tiene en cuenta el área de la habitación climatizada, no su volumen.Mientras tanto, la necesidad de calefacción en las cabañas con una altura de techo de 2,5 y 4 metros será muy diferente;
Una habitación con techo alto necesita más calor
- Ella ignora las diferencias entre zonas climáticas. Como saben, la pérdida de calor de un edificio es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre el interior y la calle y variará mucho en Crimea y Yakutia;
- No tiene en cuenta la calidad del aislamiento del edificio. Para mampostería y una fachada aislada con un abrigo de piel de espuma plástica, la pérdida de calor diferirá significativamente.
El aislamiento de la fachada puede reducir significativamente la pérdida de calor.
