Vnitřní vodovod. Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. Thákurova 7, Praha 6 Navrhování systémů TZB 1

Transkript

1 Vnitřní vodovod Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. katedra TZB fakulta stavební ČVUT v Praze Thákurova 7, Praha 6 Navrhování systémů TZB 1 Obsah přednášky: Hydraulika potrubí Používané jednotky Výpočet vnitřních vodovodů ČSN EN Výpočet vnitřních vodovodů ČSN Navrhování systémů TZB 1

2 Hydraulika potrubí Navrhování systémů TZB 3 Základní veličiny, které charakterizují pohyb kapaliny, jsou : - průřezová rychlost v [m/s] - tlak p [Pa] - průřezová rychlost v [m/s] střední rychlost průtočného průřezu 1 8g v =. gdl = Rl. = C Rl = v Chezyho rovnice λ λ Rychlostní součinitel Chezyho rovnice Cvyjadřuje ztráty třením, určuje se na základě empirických zjištění. 8g 1,51 k White-Colebrookova C = = log + λ λ R e λ 3, 71d rovnice λ součinitel ztrát třením (Reynoldsovo číslo, hustota kapaliny, drsnost vnitřního povrchu) Navrhování systémů TZB 4

3 Proudění skutečné kapaliny v a pa vb pb + + g. ha = + +. ρ ρ g h Navrhování systémů TZB 5 b + Y z Proudění skutečné kapaliny Ztrátová měrná energie při proudění potrubím (plný průřez) Y = Y + Y z z1 z Yz 1 -ztrátová měrná energie třením, způsobená třením kapaliny o stěny a vnitřními ztrátami způsobenými viskózním a turbulentním třením [J/kg] Yz -ztrátová měrná energie místní, způsobená prouděním kapaliny tvarovkami, armaturami, přístroji apod. [J/kg] Ztrátová měrná energie třením Ztrátová měrná energie místními odpory p 1 l v Y = z z1 λ.. ρ = p v d Y = z z ξ. ρ = Navrhování systémů TZB 6 3

4 Výpočet měrné tlakové ztráty třením Navrhování systémů TZB 7 Výpočet tlakové ztráty místními odpory Navrhování systémů TZB 8 4

5 Základní pojmy pro výpočty: - průtočný průřez[m ]: S je plocha průřezu kolmá k proudnici - hydraulický poloměr [m]: S R = o kde S je skutečný průtočný průřez proudící kapaliny [m ] o odpovídající omočený obvod [m] -objemový průtok (průtočné množství) Q [m 3 /s] při ustáleném (stacionárním) pohybu kapaliny je objem kapaliny, protékající za časový interval jakýmkoliv průřezem stálý rovnice kontinuity v1 v. S1 S Q = S1. v1 = S. v = S. v = konst Navrhování systémů TZB 9 Používané jednotky Navrhování systémů TZB 10 5

6 Pa, kpa a Mpa Pascal Atm Atmosféra (Atmosphere) m VS, mm VS Výška vodního sloupce Bar Bar (PSI) Pounds per square inch (libry na čtvereční palec) 1 Atm = 10 m VS 1Mpa = 1000 kpa = 10 6 Pa 1 bar = 0,1 Mpa = 100 kpa (1 PSI = 6, kpa) 1 m vodního sloupce: p=h.ρ.g= ,86=9860 Pa 1 Atm = 0,986 bar = 10 m VS 1 bar = 10,14 m VS (=10/0,986) Pro účely výpočtů v TZB si většinou vystačíme se zaokrouhleným g = 10 m.s -, čímž se vztahy zjednoduší: 1 Bar = 1 Atm = 0,1 MPa = 100 kpa = 10 mvs Navrhování systémů TZB 11 Výpočet vnitřních vodovodů ČSN EN Navrhování systémů TZB 1 6

7 Nová norma ČSN EN pro dimenzování vnitřních vodovodů nevylučuje použití národních norem pro dimenzování potrubí (revidovaná norma ČSN "Výpočet vnitřních vodovodů") Předmět normy zjednodušená metoda pro dimenzování potrubí běžných instalací vnitřního vodovodu není možné dimenzovat potrubí požárního vodovodu a cirkulační potrubí teplé vody v ČR se podle této normy nemohou dimenzovat vodovodní přípojky nejsou podklady pro výpočet tlakových ztrát v potrubí Navrhování systémů TZB 13 Podmínky pro použití normy instalace v budově musí být běžná hydrodynamický přetlak vody na vstupu potrubí do budovy musí být takový, aby tlaková ztráta třením a místními odpory v potrubí vnitřního vodovodu mohla dosáhnout až 150 kpa a před výtokovou armaturou zůstal hydrodynamický přetlak min. 100 kpa (před tl. splachovačem min. 10 kpa) aby byla splněna podmínka b) nesmí být potrubí vnitřního vodovodu extrémně dlouhé Běžná instalace vnitřního vodovodu jmenovité výtoky vody výtokovými armaturami nejsou větší než je uvedeno v normě charakter odběru vody nezpůsobí překročení výpočtového průtoku uvedeného v grafu v příloze B normy ČSN EN není navrhován nepřetržitý odběr vody (delší než 15 min.) Navrhování systémů TZB 14 7

8 Splnění tlakové podmínky se prokáže nerovností: pdis > pminfi + pe + pwm + pap + prf + Σ(l.R+ pf) p dis je dispoziční přetlak na vstupu potrubí do budovy (kpa) p minfl p e minimální požadovaný hydrodynamický přetlak u nejvyšší výtokové armatury tlaková ztráta způsobená rozdílem mezi výškovou úrovní nejvyšší výtokové armatury a vstupu potrubí do budovy (kpa) (kpa) p WM tlakové ztráty vodoměrů (kpa) p Ap Σ (l. R + p F ) tlakové ztráty napojených zařízení, např. průtokových ohřívačů vody součet tlakových ztrát třením a místními odpory (předpokládá se celková hodnota 150 kpa) (kpa) Navrhování systémů TZB 15 Hodnoty výtokových jednotek LU a jmenovitých výtoků QA Výtoková armatura DN Nádržkový splachovač, směšovací baterie u umyvadla, umývátka nebo bidetu Výtokový ventil pro umyvadlo, umývátko, pračku v domácnosti nebo myčku nádobí, směšovací baterie pro dřez, výlevku nebo sprchu Tlakový splachovač pisoárové mísy nebo stání, výtokový ventil u výlevky nebo v kotelně Směšovací baterie u vany, velkokuchyňského dřezu nebo prádelnových necek Jmenovitý výtok Q A (l/s) Hodnota LU 15 0, , 15 0, ,4 4 Výtoková armatura na zahradě nebo v garáži 15 0,5 5 Směšovací baterie u velkokuchyňského dřezu, velkoobjemové vany, sprchy 0 0,8 8 Tlakový splachovač záchodové mísy 0 1,5 15 Navrhování systémů TZB 16 8

9 Druhy budov, jejichž vnitřní vodovod je možné zjednodušeně dimenzovat budovy, ve kterých se předpokládá běžná instalace a potrubí uvnitř budovy není extrémně dlouhé - rodinné domy - bytové domy do 5 NP s jedním schodištěm, ze kterého jsou byty přímo přístupné - administrativní budovy do 5 NP s jedním schodištěm - prodejny, ve kterých se voda používá pouze k osobní hygieně zaměstnanců a úklidu a nepředpokládá se hromadné a nárazové používání zařizovacích předmětů - multifunkční budovy s byty, administrativními prostory a prodejnami, které splňují výše uvedená omezení v ostatních budovách -speciální instalace nebo extrémně dlouhá potrubí, které se dimenzují podle ČSN pokud vodovodní přípojka a potrubí vnitřního vodovodu slouží také pro zásobování požárního vodovodu, musí se potrubí hydraulicky posoudit na průtok při odběru vody a průměry potrubí případně zvětšit cirkulační potrubí se dimenzuje podle ČSN Navrhování systémů TZB 17 Postup dimenzování - podle ČSN EN se skládá ze tří kroků: rozdělení potrubí na úsekyod výtokové armatury k odbočujícímu potrubí nebo od odbočujícího potrubí k další odbočce stanovení součtu výtokových jednotek v jednotlivých úsecích potrubí počínaje od nejvzdálenější výtokové armatury - hodnoty výtokových jednotek: LU =10 * jmenovitý výtok vody - výtokové jednotky zvlášť pro SV a zvlášť pro TV, v místě odbočení potrubí SV k ohřevu se výtokové jednotky TV sčítají s výtokovými jednotkami SV určení průměru potrubí v příslušném úseku podle tabulky Navrhování systémů TZB 18 9

10 Příklad dimenzování potrubí zjednodušenou metodou dle ČSN EN u výtokových armatur jsou uvedeny hodnoty výtokových jednotek LU pro TV a SV u úseků potrubí jsou uvedeny součty výtokových jednotek LU připadající na tyto úseky a průměr potrubí Navrhování systémů TZB 19 Určení průměru potrubí podle výtokových jednotek LU Navrhování systémů TZB 0 10

11 Výpočet vnitřních vodovodů ČSN Navrhování systémů TZB 1 zajištění dodávky požadovaného množství Q A o požadovaném přetlakup minfi do každého odběrného místa stanovení výpočtového průtoku rozdělíme vodovodní systém na úseky, kterými protéká stejné množství vody pro jednotlivé úseky stanovíme výpočtový průtok předběžný návrh světlostí navrhneme jmenovité světlosti pro jednotlivé úseky hydraulické posouzení navrženého potrubí vyčíslíme tlakové ztráty v jednotlivých úsecích zjistíme celkovou tlakovou ztrátu třením a místními odpory po trase od místa napojení přípojky k nejnepříznivěji položeném výtoku provedeme vlastní posouzení tlakových poměrů Navrhování systémů TZB 11

12 Stanovení výpočtového průtoku Q D [l.s -1 ]: A) rodinné domy, bytové domy, administrativní budovy, prodejny a jednotlivé koupelny pro jeden hotelový pokoj Q D = m i= 1 Q Ai n i Q D výpočtový průtok jednotlivých druhů výtokových armatur [l.s -1 ] Q A jmenovitý výtok jednotlivých druhů výtokových armatur [l.s -1 ] n počet výtokových armatur téhož druhu m počet druhů výtokových armatur Navrhování systémů TZB 3 Stanovení výpočtového průtoku Q D [l.s -1 ]: B) ostatní budovy spřevážně rovnoměrným odběrem (např. hotely, zdravotnická zařízení a jesle ) Q D = m i i= 1 f Q Q D výpočtový průtok jednotlivých druhů výtokových armatur [l.s -1 ] Q A jmenovitý výtok jednotlivých druhů výtokových armatur [l.s -1 ] f součinitel výtoku n počet výtokových armatur téhož druhu m počet druhů výtokových armatur Ai n i Navrhování systémů TZB 4 1

13 Požadavky na armatury pro rovnoměrný odběr vody Navrhování systémů TZB 5 Stanovení výpočtového průtoku Q D [l.s -1 ]: C) budovy shromadným a nárazovým odběrem (např. veřejné lázně, hygienická zařízení průmyslových závodů) Q D = m i= 1 ϕ Q i Q D výpočtový průtok jednotlivých druhů výtokových armatur [l.s -1 ] Q A jmenovitý výtok jednotlivých druhů výtokových armatur [l.s -1 ] n počet výtokových armatur téhož druhu ϕ součinitel současnosti odběru vody pro jednotlivé druhy ZP m počet druhů výtokových armatur Ai n i Navrhování systémů TZB 6 13

14 Požadavky na armatury pro nárazový odběr vody Navrhování systémů TZB 7 Předběžný návrh světlosti potrubí: Stanovení světlosti vychází ze vztahu Qv = S.v, světlost potrubí (vnitřní průměr) d = 4Qv π. v Rychlost proudění vody vpotrubí se stanoví sohledem na největší dovolenou rychlost vody vpotrubí a celkovou tlakovou ztrátu ( rozpětí 1,0 až 3,0 m/s podle účelu a materiálu). Výpočtový průtok Q D [l.s -1 ] Druh rozvodu Studená voda, TV Cirkulace gravitační Cirkulace nucená 0, 0,3 0,5 0,8 1,4,0 3, 5,4 7,5 1,0 19,0 7,0 Jmenovitá světlost potrubí DN [mm] až0 5 až až až až Navrhování systémů TZB 8 14

15 Nejnižší doporučené a nejvyšší průtočné rychlosti Navrhování systémů TZB 9 Předběžný návrh světlosti potrubí Navrhování systémů TZB 30 15

16 Hydraulické posouzení pdis > pminfi + pe + pwm + pap + prf p dis dispoziční přetlak na začátku počítaného rozvodu [kpa] p minfl min. pož. přetlak u výtoku [kpa] p e tlaková ztráta rozdílem výšek pe = h. ρ. g / 1000 p WM tlakové ztráty vodoměrů [kpa] [kpa] B preq pv req pr ps p Ap tlakové ztráty zařízení [kpa] p RF tlakové ztráty třením a vlivem místních odporů [kpa] A pdis ps pdis Navrhování systémů TZB 31 Tlakové ztráty přibližně - prf = a. Σ ( lj. Rj ) přesně - prf = Σ ( lj. Rj + pf) pf = Σξ. v. ρ / 000 a - součinitel vlivu místních odporů g - tíhové zrychlení [ms - ] R - ztráty třením délkové [kpa.m -1 ] L - délka posuzovaného úseku [m] h - výškový rozdíl [m] ξ - součinitel místního odporu Navrhování systémů TZB 3 16

17 Druh potrubí Malý rozsáhlý vnitřní vodovod s velkým počtem místních odporů, např. rodinné domy, připojovací a podlažní rozvodné potrubí součinitel místních odporů a Rozsáhlý vnitřní vodovod,0 Ležaté potrubí, stoupací potrubí nebo vodovodní přípojka s malým počtem místních odporů Cirkulační potrubí teplé vody 1,5 3,0 1,8 Navrhování systémů TZB Pro výpočet se nakreslí schéma izometrie svyznačením jednotlivých úseků, kde dochází ke změně průtoku vody. Návrh a výpočet vnitřního vodovodu 3. Hydraulické posouzení - přetlak na přípojce p dis = 0,5 MPa -přetlak u výtoku p minfl = 0,05 MPa - ztráta geodet. převýšením p e = h.ρ.g = 0,18 MPa - ztráta vodoměrů p WM = 0,01 MPa -zbytný přetlak p p = p dis p minfl p e p WM = 0,6 MPa - ztráty tlaku v rozvodech p RF = p RF1 + p RF = 0,1 MPa -posouzení p RF < p p návrh vyhovuje Navrhování systémů TZB 34 17

18 Příklad Navrhování systémů TZB 35 Stanovení nejdelší trasy potrubí Rozdělení na úseky Stanovení průtoků v úsecích Návrh DN Stanovení délky úseků Tlaková ztráta třením Tlaková ztráta místními odpory Celková tlaková ztráta Porovnání s přetlakem Navrhování systémů TZB 36 18

19 Navrhování systémů TZB 37 Výpočtový průtok Q v = Úsek q i 0,1 0, 0,3 0,4 Q v DN délka číslo q i 0,01 0,04 0,09 0,16 úseku počet počet počet počet počet l/s mm m 1 1 0, 15 0,8 0, , , , , , pračka Q pračka + dřez i= 1 pračka + dřez + sprcha D = m Ai n pračka + dřez + sprcha + WC a umyvadlo Q i d = 4Qv π. v Navrhování systémů TZB 38 19

20 DN Ztráty třením míst.odpory Tlakové ztáty Q v DN délka p RF1 p RF p RF =R*L+Z úseku R R*L Z l/s mm m kpa/m kpa - kpa kpa 0, 15 0,8,157 1,716 0,51665, , ,8 4,335 3,3868 1, ,4084 0, ,35 0,998 1,3473 0, , , ,3 1,85 4,405 1,715 5,5165 Z = % z R*l Navrhování systémů TZB 39 Porovnání tlaků a ztrát VÝPOČET VODOVODNÍHO POTRUBÍ výška objektu h = 1 m p p = p dis -p minfl -p e = kpa p dis = Pa p e = 6*g*h = Pa p minfl = Pa p RF = 14 kpa p p = 180 kpa VYHOVUJE či NEVYHOVUJE Celkové ztráty z posledního sloupce tabulky! Navrhování systémů TZB 40 0