Le sujet de cet article est le calcul des réseaux d'adduction d'eau dans une maison privée. Étant donné qu'un système d'alimentation en eau typique pour un petit chalet n'est pas très complexe, nous n'avons pas à entrer dans la jungle des formules complexes; cependant, le lecteur devra assimiler une certaine quantité de théorie.
Fragment du système d'approvisionnement en eau d'une maison privée. Comme tout autre système d'ingénierie, celui-ci nécessite des calculs préliminaires.
Caractéristiques du câblage du chalet
En fait, quel est le système d'alimentation en eau dans une maison privée plus facile que dans un immeuble à appartements (bien sûr, en plus du nombre total d'appareils de plomberie)?
Il existe deux différences fondamentales:
- Avec de l'eau chaude, en règle générale, il n'est pas nécessaire de fournir une circulation constante à travers les colonnes montantes et les porte-serviettes chauffants.
En présence d'inserts de circulation, le calcul du réseau d'alimentation en eau chaude devient nettement plus compliqué: les canalisations doivent passer par elles-mêmes non seulement l'eau démontée par les résidents, mais également les masses d'eau en circulation continue.
Dans notre cas, la distance entre les appareils de plomberie et la chaudière, la colonne ou le raccordement à la ligne est suffisamment petite pour ignorer le débit d'alimentation en eau chaude du robinet.
Important: pour ceux qui n'ont pas rencontré de systèmes de circulation d'ECS - dans les immeubles d'appartements modernes, les colonnes montantes d'alimentation en eau chaude sont connectées par paires. En raison de la différence de pression dans les raccords créés par la rondelle de retenue, l'eau circule en continu à travers les colonnes montantes. Cela garantit un approvisionnement rapide en eau chaude vers les mitigeurs et le chauffage tout au long de l'année des sèche-serviettes dans les salles de bains.
Le sèche-serviettes est chauffé par circulation continue à travers les colonnes montantes d'eau chaude.
- Le système d'alimentation en eau d'une maison privée est divisé selon un schéma sans issue, ce qui implique une charge constante sur certaines sections du câblage. A titre de comparaison, le calcul du réseau annulaire d'alimentation en eau (permettant à chaque section du système d'alimentation en eau d'être alimenté à partir de deux ou plusieurs sources) doit être effectué séparément pour chacun des schémas de raccordement possibles.
Calcul basé sur la puissance nominale de la chaudière
Comment les chaudières pour l'alimentation en eau chaude sont-elles calculées avec des chaudières à chauffage indirect de volume important et une consommation d'eau élevée du système ECS?
La puissance calculée est égale à la somme de deux termes:
- Les besoins de la maison en chaleur sans tenir compte du facteur de sécurité;
- Puissance nominale de la chaudière. En moyenne, il est égal à 15 kilowatts pour 100 litres de volume.
Indirect Gorenje GV 100 (17400 watts)
Nuance: 20% est soustrait du résultat de l'addition, car l'échangeur de chaleur de la chaudière ne fournira pas le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude avec de la chaleur 24 heures sur 24.
Ainsi, lorsque le célèbre Gorenje GV 100 est installé dans notre maison de Sébastopol, la capacité de la chaudière pour l'approvisionnement en eau et le chauffage sera de 10 (demande de chaleur de chauffage + 17,4 demande de chaleur de la chaudière)) * 0,8 = 22. Le chiffre est arrondi à la valeur kilowatt la plus proche.
Est-il possible d'installer une chaudière avec une puissance supérieure à celle calculée dans le circuit ECS avec une chaudière à chauffage indirect?
C'est possible, mais non rentable pour deux raisons:
- Le prix de la chaudière elle-même augmente rapidement à mesure que la puissance nominale augmente;
Suite aux performances de la chaudière, le nombre sur l'étiquette de prix augmente également
- Les chaudières à combustible solide classiques, lorsqu'elles fonctionnent avec un transfert de chaleur inférieur à la valeur nominale, réduisent le rendement en raison d'une combustion incomplète du combustible. La réduction de la génération de chaleur y est obtenue de la manière la plus simple - en limitant l'alimentation en air avec un registre.
Modification de l'efficacité d'une chaudière à combustible solide avec une modification du transfert de chaleur
Que pensons-nous
Nous devons:
- Estimer la consommation d'eau au pic de consommation.
- Calculez la section transversale de la conduite d'eau qui peut fournir ce débit à un débit acceptable.
Remarque: le débit d'eau maximal auquel il ne génère pas de bruit hydraulique est d'environ 1,5 m / s.
- Calculez la tête au bout du luminaire. S'il est trop bas, il vaut la peine d'envisager d'augmenter le diamètre de la canalisation ou d'installer une pompe intermédiaire.
Il est peu probable que la basse pression sur le mélangeur final plaise au propriétaire.
Les tâches sont formulées. Commençons.
Consommation
Il peut être approximativement estimé par les taux de consommation des appareils de plomberie individuels. Les données, si vous le souhaitez, peuvent être facilement trouvées dans l'une des annexes de SNiP 2.04.01-85; pour la commodité du lecteur, nous en présentons un extrait.
| Type d'appareil | Consommation d'eau froide, l / s | Consommation totale d'eau chaude et froide, l / s |
| Robinet d'arrosage | 0,3 | 0,3 |
| Cuvette de toilette avec un robinet | 1,4 | 1,4 |
| Toilette avec citerne | 0,10 | 0,10 |
| Cabine de douche | 0,08 | 0,12 |
| Bain | 0,17 | 0,25 |
| La lessive | 0,08 | 0,12 |
| Lavabo | 0,08 | 0,12 |
Dans les immeubles à appartements, lors du calcul de la consommation, le coefficient de probabilité de l'utilisation simultanée d'appareils est utilisé. Il nous suffit de résumer simplement la consommation d'eau à travers des appareils utilisables en même temps. Disons qu'un lavabo, une cabine de douche et une cuvette de toilettes donneront un débit total de 0,12 + 0,12 + 0,10 = 0,34 l / s.
La consommation d'eau des appareils capables de fonctionner simultanément est résumée.
La Coupe transversale
Le calcul de la section transversale d'un tuyau d'alimentation en eau peut être effectué de deux manières:
- Sélection selon le tableau des valeurs.
- Calculé en fonction du débit maximal autorisé.
Sélection par table
En fait, le tableau ne nécessite aucun commentaire.
| Alésage nominal du tuyau, mm | Consommation, l / s |
| 10 | 0,12 |
| 15 | 0,36 |
| 20 | 0,72 |
| 25 | 1,44 |
| 32 | 2,4 |
| 40 | 3,6 |
| 50 | 6 |
Par exemple, pour un débit de 0,34 l / s, une conduite DU15 suffit.
Remarque: DN (alésage nominal) est approximativement égal au diamètre intérieur du tuyau d'eau et de gaz. Pour les tuyaux en polymère marqués d'un diamètre extérieur, le tuyau intérieur en diffère d'environ un pas: par exemple, un tuyau en polypropylène de 40 mm a un diamètre intérieur d'environ 32 mm.
L'alésage nominal est approximativement égal au diamètre intérieur.
Calcul du débit
Le calcul du diamètre du système d'alimentation en eau par le débit d'eau à travers celui-ci peut être effectué à l'aide de deux formules simples:
- Formules pour calculer l'aire d'une coupe le long de son rayon.
- Formules pour calculer le débit à travers une section connue à un débit connu.
La première formule est S = π r ^ 2. Dans celui-ci:
- S est la section transversale requise.
- π est pi (environ 3,1415).
- r est le rayon de la section (la moitié du DN ou le diamètre intérieur du tuyau).
La deuxième formule ressemble à Q = VS, où:
- Q - consommation;
- V est le débit;
- S est l'aire de la section transversale.
Pour faciliter les calculs, toutes les valeurs sont converties en SI - mètres, mètres carrés, mètres par seconde et mètres cubes par seconde.
Unités SI.
Calculons de nos propres mains le DU minimum du tuyau pour les données d'entrée suivantes:
- Le débit qui le traverse est tout de même de 0,34 litre par seconde.
- La vitesse d'écoulement utilisée dans les calculs est le maximum admissible de 1,5 m / s.
Commençons.
- Le débit en valeurs SI sera égal à 0,00034 m3 / s.
- La surface de coupe selon la deuxième formule doit être d'au moins 0,00034 / 1,5 = 0,00027 m2.
- Le carré du rayon selon la première formule est 0,00027 / 3,1415 = 0,000086.
- Prenez la racine carrée de ce nombre. Le rayon est de 0,0092 mètres.
- Pour obtenir le DN ou le diamètre intérieur, multipliez le rayon par deux. Le résultat est 0,0184 mètres, soit 18 millimètres. Comme vous pouvez facilement le voir, il est proche de celui obtenu par la première méthode, bien qu'il ne coïncide pas exactement avec lui.
Calcul en volume avec facteurs de correction
Comment calculer la capacité de la chaudière pour l'alimentation en eau chaude et le chauffage, en tenant compte de tous les facteurs décrits ci-dessus?
- La valeur de base de la puissance calorifique est de 40 watts par mètre cube du volume chauffé interne;
- Le coefficient régional est pris égal à:
| Température moyenne en janvier, ° С | Coefficient |
| 0 et plus | 0,7 |
| -5 — 0 | 0,9 |
| -10 | 1,1 |
| -20 | 1,3 |
| -25 | 1,5 |
| -35 | 1,8 |
| -40 et moins | 2 |
Température moyenne en janvier pour différentes régions de la Fédération de Russie
- Le coefficient d'isolation est sélectionné dans la plage de valeurs suivante:
| Photo | Description de l'isolation et du coefficient du bâtiment |
| Manque d'isolation, de murs métalliques ou de blindage - 3-4 |
| Maçonnerie des murs, vitrage monocouche des fenêtres - 2-3 |
| Maçonnerie murale en deux briques et fenêtres à double vitrage à une chambre - 1-2 |
| Façade isolée, fenêtres à double vitrage - 0,6-0,9 |
- La réserve de marche pour les pertes de chaleur non comptabilisées et pour le chauffage de l'eau chaude est calculée selon le schéma précédent.
Répétons notre calcul de la chaudière pour l'alimentation en eau chaude et le chauffage avec un certain nombre d'entrées supplémentaires:
- La hauteur des plafonds de la maison est de 3 mètres;
- La maison est située à Sébastopol (la température moyenne en janvier est de +3 degrés);
Sur la photo - Janvier à Sébastopol
- Il est équipé de fenêtres en plastique à une chambre et de murs en pierre sans isolation supplémentaire de 40 cm d'épaisseur.
Donc:
- Le volume chauffé est de 100 * 3 = 300 m3;
- La valeur de base de la puissance thermique pour le chauffage est de 300 * 40 = 12 kW;
- Le climat de Sébastopol nous donne un coefficient régional de 0,7. 12 * 0,7 = 8,4 kW;
- Le coefficient d'isolation est pris égal à 1,2. 1,2 * 8,4 = 10,08;
- En tenant compte du facteur de sécurité et de la réserve de puissance pour le fonctionnement du chauffe-eau instantané, nous obtenons les mêmes 14 kW.
Cela valait-il la peine de compliquer les calculs si le résultat reste inchangé?
Certainement. Si nous plaçons mentalement notre maison dans la ville d'Oymyakon, région de Yakoutsk (température moyenne de janvier -46,4 degrés), la demande de chaleur et, en conséquence, la capacité de chauffage calculée de la chaudière augmenteront de 2 / 0,7 (le rapport des coefficients régionaux ) = 2,85 fois. L'isolation de la façade et l'installation de fenêtres à double vitrage à économie d'énergie dans les fenêtres la réduiront de moitié.
Oymyakon est la ville la plus froide du pays
Pression
Commençons par quelques notes générales:
- La pression typique dans la conduite d'alimentation en eau froide est de 2 à 4 atmosphères (kgf / cm2)... Cela dépend de la distance à la station de pompage ou du château d'eau le plus proche, du terrain, de l'état du réseau, du type de vannes sur l'alimentation en eau principale et d'un certain nombre d'autres facteurs.
- La pression minimale absolue qui permet à tous les appareils de plomberie et appareils ménagers modernes utilisant de l'eau de fonctionner est de 3 mètres... L'instruction pour les chauffe-eau instantanés Atmor, par exemple, indique directement que le seuil de réponse inférieur du capteur de pression qui comprend le chauffage est de 0,3 kgf / cm2.
Le capteur de pression de l'appareil est déclenché à une pression de 3 mètres.
Référence: à pression atmosphérique, 10 mètres de hauteur correspondent à une surpression de 1 kgf / cm2.
En pratique, sur un appareil d'extrémité, il est préférable d'avoir une hauteur minimale de cinq mètres. Une petite marge compense les pertes non comptabilisées dans les connexions, les vannes d'arrêt et l'appareil lui-même.
Nous devons calculer la chute de charge dans un pipeline de longueur et de diamètre connus. Si la différence de pression correspondant à la pression dans la conduite principale et la chute de pression dans le système d'alimentation en eau est supérieure à 5 mètres, notre système d'alimentation en eau fonctionnera parfaitement. S'il est inférieur, vous devez soit augmenter le diamètre du tuyau, soit l'ouvrir par pompage (dont le prix, d'ailleurs, dépassera clairement la croissance des coûts des tuyaux en raison d'une augmentation de leur diamètre d'un cran. ).
Alors, comment se fait le calcul de la pression dans le réseau d'alimentation en eau?
Ici, la formule H = iL (1 + K) est valide, dans laquelle:
- H est la valeur convoitée de la perte de charge.
- i est la pente dite hydraulique du pipeline.
- L est la longueur du tuyau.
- K est un coefficient déterminé par la fonctionnalité du système d'alimentation en eau.
Le moyen le plus simple est de déterminer le K.
Il est égal à:
- 0,3 à des fins ménagères et pour boire.
- 0,2 pour l'industrie ou la lutte contre l'incendie.
- 0,15 pour le feu et la production.
- 0,10 pour un pompier.
Sur la photo, il y a un système d'alimentation en eau d'incendie.
Il n'y a pas de difficultés particulières à mesurer la longueur du pipeline ou sa section; mais le concept de biais hydraulique nécessite une discussion séparée.
Sa valeur est influencée par les facteurs suivants:
- La rugosité des parois des tuyaux, qui, à son tour, dépend de leur matériau et de leur âge. Les plastiques ont une surface plus lisse que l'acier ou la fonte; De plus, les tuyaux en acier sont envahis par les dépôts de calcaire et la rouille avec le temps.
- Diamètre du tuyau. La relation inverse opère ici: plus elle est petite, plus le pipeline a de résistance au mouvement de l'eau qu'il contient.
- Débit. Avec son augmentation, la résistance augmente également.
Il y a quelque temps, il était nécessaire de prendre en compte en plus les pertes hydrauliques sur les vannes; cependant, les vannes à bille à passage intégral modernes créent à peu près la même résistance qu'un tuyau et peuvent donc être ignorées en toute sécurité.
Une vanne à bille ouverte n'a pratiquement aucune résistance à l'écoulement de l'eau.
Le calcul de la pente hydraulique par vous-même est très problématique, mais, heureusement, ce n'est pas nécessaire: toutes les valeurs nécessaires peuvent être trouvées dans les tableaux dits de Shevelev.
Pour donner au lecteur une idée de ce qui est en jeu, nous présentons un petit fragment d'une des tables pour un tuyau en plastique d'un diamètre de 20 mm.
| Consommation, l / s | Vitesse d'écoulement, 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 |
Qu'est-ce que le 1000i dans la colonne la plus à droite du tableau? Il ne s'agit que de la valeur de la pente hydraulique pour 1000 mètres linéaires. Pour obtenir la valeur de i pour notre formule, il suffit de la diviser par 1000.
Calculons la perte de charge dans un tuyau d'un diamètre de 20 mm avec sa longueur égale à 25 mètres et un débit d'un mètre et demi par seconde.
- Nous recherchons les paramètres correspondants dans le tableau. Selon ses données, 1000i pour les conditions décrites est 221,8; i = 221,8 / 1000 = 0,2218.
Les tableaux de Shevelev ont été réimprimés plusieurs fois depuis la première publication.
- Remplacez toutes les valeurs dans la formule. H = 0,2218 * 25 * (1 + 0,3) = 7,2085 mètres. Avec une pression à l'entrée du système d'alimentation en eau de 2,5 atmosphères à la sortie, elle sera de 2,5 - (7,2 / 10) = 1,78 kgf / cm2, ce qui est plus que satisfaisant.
Calcul de surface simple
Le calcul approximatif le plus simple de la puissance d'une chaudière d'alimentation en eau peut être effectué en fonction du besoin d'une maison en énergie thermique de 100 watts par mètre carré. Pour une maison d'une superficie de 100 m2, il faut donc 10 kW.
100 watts de chaleur sont prélevés par carré de surface chauffée
De plus, un facteur de sécurité de 1,2 est introduit, ce qui compense les pertes de chaleur non comptabilisées et aide à maintenir une température confortable dans la pièce pendant les gelées extrêmes. Quels ajustements l'approvisionnement en eau chaude de la chaudière fait-il à ce schéma?
Il peut être fourni de deux manières:
- Chauffe-eau à accumulation (chaudière à chauffage indirect)... Dans ce cas, un facteur supplémentaire de 1,1 est introduit: la chaudière évacue une quantité relativement faible de chaleur du système de chauffage;
Schéma d'alimentation en eau pour une chaudière à combustible solide, avec une chaudière à chauffage indirect
- Chauffage instantané d'une chaudière à double circuit... Un facteur de 1,2 est utilisé ici. En tenant compte du facteur de sécurité, la performance thermique de la chaudière doit dépasser de 40% la demande de chaleur estimée de la maison. Dans notre exemple avec un chalet de 100 mètres, lorsque le chauffage et l'alimentation en eau chaude sont connectés, la chaudière doit produire 14 kW.
Schéma de raccordement du système de chauffage et d'alimentation en eau d'une chaudière à double circuit
Attention: dans ce dernier cas, une petite réserve de marche pour les besoins d'alimentation en eau chaude est associée au fonctionnement à court terme du chauffe-eau. L'eau chaude est rarement consommée plus d'une demi-heure par jour et le système de chauffage a une certaine inertie, de sorte que les paramètres du liquide de refroidissement ne dépassent pas les valeurs standard.
Calcul simple d'une chaudière avec alimentation en eau chaude par surface de la maison
Ce schéma de calcul est simple, mais présente plusieurs inconvénients sérieux:
- Il prend en compte la surface de la pièce chauffée et non son volume.Pendant ce temps, le besoin de chaleur dans les chalets avec une hauteur sous plafond de 2,5 et 4 mètres sera très différent;
Une pièce avec un plafond haut a besoin de plus de chaleur
- Elle ignore les différences entre les zones climatiques. Comme vous le savez, la perte de chaleur d'un bâtiment est directement proportionnelle à la différence de température entre l'intérieur et la rue et variera considérablement en Crimée et en Yakoutie;
- Il ne prend pas en compte la qualité de l'isolation du bâtiment. Pour la maçonnerie et une façade isolée avec un manteau de fourrure en mousse plastique, la perte de chaleur différera considérablement.
L'isolation de la façade peut réduire considérablement les pertes de chaleur
