Obliczeniowe przepływy wody w budynkach mieszkalnych – wybór metody

Przed unieważnieniem normy PN-92/B-01706 [1] do zbioru polskich norm wprowadzono normy europejskie dotyczące wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi [2–4]. W części trzeciej [4] podano uproszczone metody wymiarowania przewodów. Norma ta przewiduje możliwość doboru średnic przewodów dla jednotypowych punktów sanitarnych, jednak w publikacji [5] wykazano, że można z niej wyznaczać średnice przewodów dla wszystkich punktów czerpalnych występujących w lokalach budynków mieszkalnych, jeżeli do metody uproszczonej przyjmie się „uśredniony” punkt poboru wody dla węzła mieszkaniowego. Dla pięciu punktów poboru (wanna, umywalka, zlewozmywak, miska ustępowa i pralka automatyczna) wody ogólnej wynosi on 0,2 dm³/s (równoważnik LU = 2). Założenie to umożliwia wyznaczenie obliczeniowych przepływów wody ogólnej dla określonej liczby równoważników Σ LU z podanego w normie [4] wykresu.

Poniżej porównano metody obliczeniowe przepływów wody określanych z normy radzieckiej SNiP-II-30-76 [6–7] (stosowanej przed wejściem w życie normy PN-92/B-01706), normy PN-92/ B-01706 oraz przepływów ustalonych w publikacji [5] według metody uproszczonej podanej w normie PN-EN 806-3:2006. Przepływy wody wg PN-92/B-01706 Wprowadzona w 1992 r. norma PN-92/B-01706 została opracowana na podstawie normy DIN-1988 [8]. Do wyznaczania obliczeniowych przepływów wody w instalacjach budynków mieszkalnych wyposażonych w wymienione powyżej przybory sanitarne służył wzór:

q = 0,682 (∑ q_n)^0,45 – 0,14

Wprowadzone w 1994 r. Prawem budowlanym [9] „Warunki techniczne” [10] nakazały stosowanie w wielorodzinnych budynkach mieszkalnych wodomierzy mieszkaniowych. Spowodowało to znaczny spadek zużycia wody w tych budynkach (co omówiono w publikacji [11]). W latach 90. zaczęto w Polsce stosować armaturę i materiały instalacyjne przewyższające szczelnością i trwałością dotychczas stosowane (stal, żeliwo).

Na skutek znacznego spadku zużycia wody wodociągowej w budynkach mieszkalnych dobierane na podstawie obliczeniowych przepływów wody (określanych wzorem (1)) wodomierze domowe okazały się „za duże” wobec stwierdzanych rzeczywistych przepływów. Przedsiębiorstwa wodociągowe instalowały więc często w budynkach mieszkalnych wodomierze mniejsze o 25–30%, niż wskazywałoby obliczeniowe natężenie przepływu wody.

Przepływy wody wg SNiP-II-30-76

W podanych w normie radzieckiej SNiP-II-30-76 [6] zasadach obliczeń wody w budynkach mieszkalnych wykorzystano metodę obliczeniową Szopenskiego [7] i były one w Polsce stosowane w latach 1976–1992. Metoda ta oparta jest na maksymalnym godzinowym poborze wody przez zużywający najwięcej wody punkt czerpalny oraz na współczynnikach prawdopodobieństwa działania tej grupy punktów czerpalnych. Podany przez Szopenskiego wzór na obliczeniowy przepływ wody ma postać:

q = 5 × q_n × α

gdzie współczynnik α jest zależny od liczby jednotypowych punktów czerpalnych (N) oraz współczynnika prawdopodobieństwa ich działania (P). Dla budynków mieszkalnych obsługujących jednakową grupę odbiorców (mieszkańców) współczynnik P określamy z zależności:

P = Q_h × U (3600 × q_n × N)^-1

Jeżeli metodę tę chcielibyśmy zastosować dla instalacji wodociągowej wody ogólnej, zimnej i ciepłej, w podanych przez Szopenskiego i normę SNiP-II-30-76 tabelach należy dokonać korekty, której w literaturze polskiej się nie podaje, gdyż w tabelach tych zastosowane są inne przeliczniki udziału wody zimnej i ciepłej w odniesieniu do zużycia wody ogólnej niż stosowane w Polsce:

• w tabelach wartości maksymalnego godzinowego zużycia wody przez przybory sanitarne (tab. 6 w [6]) udział wody zimnej w wodzie ogólnej ustalono na 0,36. Wynika to z przelicznika temperaturowego [1 – (40 – 5)×(60 – 5) –1]. W warunkach polskich przeważnie stosowany jest mnożnik [1 – (35 – 10)×(60 – 10) –1] = 0,5. W warunkach krajowych przyjąć więc można, że procentowy udział wody zimnej i ciepłej w wodzie ogólnej wynosi 50:50;

• w łazienkach budowanych w Polsce w latach 1970-1990 (w budynkach prefabrykowanych) stosowano wanny o długości 1400 (1440) mm, dla których godzinowe zapotrzebowanie na wodę ma wartość pośrednią między zapotrzebowaniem dla wanien krótkich i długich podanym przez Szopenskiego. Autor proponuje przyjęcie wartości Q_h = 15 dm³×h×M.

Podstawową zaletą metody obliczeniowej Szopenskiego jest możliwość określenia obliczeniowych przepływów wody ogólnej, zimnej i ciepłej, a więc i doboru średnic przewodów wszystkich rodzajów instalacji wodociągowych występujących w budynkach mieszkalnych.

Obliczanie przepływów wody metodą uproszczoną

W publikacji [5] omówiono możliwość wykorzystania metody uproszczonego doboru średnic przewodów w instalacjach wodociągowych podanej w normie PN-EN 806-3. W niniejszej analizie również wykorzystano przyjęte tam założenia, rozszerzając je na trzy rodzaje wody: wodę ogólną, zimną i ciepłą. Do analizy porównawczej wykorzystano również obliczeniowe przepływy wody określane w instalacjach ciepłej wody dla zainstalowanej liczby wanien (Recknagel, Sprenger [12]) oraz przepływy ustalone na podstawie współczynników nierównomierności chwilowego zużycia wody podane przez Tuza [13].

Porównanie stosowanych metod obliczeniowych

Każda ze stosowanych dotychczas metod obliczeniowych przepływów wody w instalacjach wewnętrznych była wyznaczana na podstawie rzeczywistego zużycia wody i zastosowanego wyposażenia sanitarnego budynku. Pierwsze metody dotyczyły więc tylko instalacji wody zimnej z zaworami czerpalnymi, często wyposażonej w indywidualne podgrzewacze wody (piece łazienkowe, podgrzewacze gazowe lub elektryczne).W okresie powojennym, gdy w budynkach mieszkalnych pojawiły się scentralizowane instalacje ciepłej wody i baterie czerpalne, zaczęto stosować nowe metody określania obliczeniowych przepływów. Porównywać więc możemy tylko te metody, które dotyczą instalacji wodociągowych z centralnie przygotowywaną instalacją ciepłej wody. W dotychczas wykorzystywanych podręcznikach przepływy obliczeniowe wody określano oddzielnie dla wody zimnej (w instalacjach wody zimnej) i wody ciepłej (w instalacjach wody ciepłej). Informacje podawane w tych publikacjach przeważnie nie były ze sobą skorelowane. W obecnie projektowanych budynkach mieszkalnych występują trzy rodzaje instalacji: wody wodociągowej ogólnej doprowadzanej do budynku z zewnętrznej sieci wodociągowej, wody wodociągowej zimnej rozprowadzanej w budynku do punktów jej poboru oraz wody ciepłej. Dla porównania obliczeniowych przepływów wody rozpatrzyć należy te trzy jej rodzaje, a podstawą będą normatywne natężenia wypływu wody z punktów czerpalnych węzłów mieszkaniowych określone w tab. 1 i 2.

Korzystając z wyżej określonych wskaźników obliczeniowych, w kolejnych tabelach podano  obliczeniowe natężenia przepływu wody w budynkach mieszkalnych dla zakresu przeważnie występującej liczby mieszkań 4–60. W tab. 3 podano natężenia przepływów wody obliczone wg PN-92/B-01706, w tab. 4 – wg metody Szopenskiego, a w tab. 5 – wg PN-EN 806-3 [4].

Określone w tabelach obliczeniowe natężenia przepływu wody ogólnej i ciepłej pokazano na rys. 1 i 2. Zobrazowano też na nich inne wartości porównawcze:

• wykorzystując wartości współczynników chwilowego rozbioru wody ogólnej w budynkach mieszkalnych podane przez Tuza [13] (dla liczby lokali), na rysunki naniesiono wartości obliczeniowych natężeń przepływu wody odniesione dla wskaźników zużycia wody ogólnej 130 dm³/Md., wody zimnej 80 dm³/Md. i wody ciepłej 50 dm³/Md. (krzywe 4);

• przyjmując, że dla wanien 1400 mm maksymalne godzinowe zużycie wody wynosi Qh = 15 dm³/hM, dla podanych przez Tuza wartości współczynników Nch określono orientacyjne wartości obliczeniowych przepływów wody (krzywe 5 na rys. 1 i 2);

• do obliczeń urządzeń ciepłej wody Recknagel i Sprenger [13] zalecają stosowanie natężeń przepływu wody dla znanej liczby wanien i współczynnika ich działania. Przyjmując zużycie wody na kąpiel na poziomie 150 dm³ i czas jej napełniania 15 minut, otrzymamy q_n = 0,167 dm³/s. Przyjęto również następujące udziały wody: ogólnej – 100%, zimnej i ciepłej po 50%.

Dla powyższych założeń określono obliczeniowe natężenie przepływu wody oznaczone krzywymi 6. Z analizy porównawczej dla wody ogólnej i ciepłej wynika, że natężenia przepływu określone normą PN-92/B-01706 są znacznie wyższe od wartości wyznaczonych innymi metodami. Natomiast zależności określone na podstawie współczynników nierównomierności chwilowych rozbiorów wody Nch (krzywa 4 i 5) podają najmniejsze wartości obliczeniowe natężeń przepływów. Nie do przyjęcia jest również określanie obliczeniowych natężeń przepływów na podstawie liczby wanien zainstalowanych w budynku mieszkalnym, gdyż podany przez Recknagla i Sprengera (1959 r.) współczynnik jednoczesności działania wanien określa przebieg krzywej 6 odbiegający od zależności pozostałych. Zbliżone do siebie przebiegi mają natomiast krzywe 2 i 3 określające wartości natężeń określone metodą Szopenskiego [6–7] oraz według obowiązującej normy PN-EN 806-3 [4]. Określanie obliczeniowych natężeń przepływu wody z normy PN-EN 806-3 jest możliwe, jeżeli  przyjmie się założenia (podane w publikacji [5] dla wody ogólnej), że w węźle mieszkaniowym o pięciu punktach czerpalnych uśredniony punkt czerpalny ma qn = 0,2 dm³/s i LU = 2. Dla pozostałych rodzajów wody, zimnej i ciepłej, propozycje uśrednionych punktów podano w tab. 2.

Przyjęcie uśrednionych punktów poboru wody oraz odpowiadających im jednostek obciążenia LU umożliwia wyznaczanie z wykresu podanego w normie [4] obliczeniowych natężeń przepływu wody dla wody ogólnej, zimnej i ciepłej. Są one nieznacznie wyższe od określonych metodą Szopenskiego, pamiętać jednak należy, że gdy opublikował on swoją metodę obliczeniową (ok. 1970 r.), wykorzystanie automatów pralniczych w mieszkaniach było niewielkie. Z powyższej analizy wynika, że przy zastosowaniu w węzłach mieszkaniowych uśrednionego punktu czerpalnego, zgodnie z propozycją zawartą w publikacji [5], podana w normie PN-EN 806-3 uproszczona metoda wymiarowania przewodów wodociągowych w budynkach mieszkalnych może być stosowana do szczegółowego wyznaczania średnicy tych przewodów. Można z niej korzystać do wymiarowania wszystkich rodzajów instalacji występujących w budynkach mieszkalnych: wody ogólnej, zimnej i ciepłej.

Aby ułatwić dobór wstępny średnic przewodów w instalacjach wodociągowych, opracowano tabele pomocnicze. W tab. 6 podano obliczeniowe natężenia przepływu wody (ogólnej, zimnej i ciepłej) dla budynku mieszkalnego (z podanym w założeniach wyposażeniem mieszkań) o liczbie mieszkań M = 1–60. W tab. 7 dla znanego  obliczeniowego natężenia przepływu wody można dobrać średnice przewodów wykonanych z różnych materiałów stosowanych w instalacjach wodociągowych. Do obliczeń hydraulicznych instalacji wodociągowych autor poleca zasady projektowania podane w publikacjach [14–18]. WnioskiW wewnętrznych instalacjach wodociągowych budynków mieszkalnych wyposażonych w centralnie przygotowywaną instalację ciepłej wody występują trzy rodzaje instalacji: wody ogólnej, zimnej i ciepłej. Dla typowego wyposażenia mieszkań (wanna, umywalka, ustęp, zlewozmywak lub zmywarka do naczyń i pralka automatyczna) dokonano analizy podziału wypływów normatywnych z punktów czerpalnych dla poszczególnych rodzajów wody wodociągowej oraz porównania obliczeniowych natężeń przepływu wody wyznaczanych różnymi wzorami i metodami.

Ustalono, że do określania obliczeniowych natężeń przepływu wody w instalacjach wodociągowych budynków mieszkalnych może być stosowana metoda obliczeniowa podana w normie PN-EN 806-03 [4] dla przyjętego uśrednionego punktu poboru wody określonego w publikacji [5]. Dla trzech rodzajów wody uśrednione punkty określono w tab. 2. Opracowane tab. 6 i 7 umożliwiają wstępny dobór średnic przewodów instalacji wodociągowych w budynkach mieszkalnych. Dobór ten zależy również od ciśnienia dyspozycyjnego w sieci wodociągowej, wymaga więc szczegółowych obliczeń hydraulicznych (do obliczeń zaleca się publikacje [14–18]).

Literatura

1. PN-92/B-01706/A1:1999 Instalacje wodociągowe. Wymagania w projektowaniu (unieważniona w maju 2009 r.).

2. PN-EN 806-1:2004 Wymagania dotyczące wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Część 1: Postanowienia ogólne.

3. PN-EN 806-2:2005 Wymagania dotyczące wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Część 2: Projektowanie (oryg.).

4. PN-EN 806-3:2006 Wymagania dotyczące wewnętrznych instalacji wodociągowych do przesyłu wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Część 3: Wymiarowanie przewodów. Metody uproszczone (oryg.).

5. Nowakowski E., Jeżowiecki J., Wymiarowanie przewodów instalacji wodociągowych według metody uproszczonej, mat. konf. „Nowe technologie w sieciach i instalacjach wodociągowych i kanalizacyjnych”, Politechnika Śląska, Gliwice 2010.

6. SNiP-II-30-76 Stroitielnyje normy i prawiła. Normy projektirowanija. Wnutriennyj wodoprowad i kanalizacija, Strojizdat, Moskwa 1972.

7. Sosnowski S., Projektowanie wewnętrznych instalacji wodociągowych i kanalizacyjnych w świetle ustaleń nowego normatywu radzieckiego SNiP-II-30-76, „GWiTS“ nr 1/1979.

8. DIN-1988 Teil 3. Technische Regeln Trinkenwasser- Instalation (TRWI). Ermittung der Rohrdurchmesser, Technische Regel des DVGW (Dec. 1988).

9. Ustawa Prawo budowlane z dnia 7 lipca 1994 r. (DzU nr 89, poz. 414, ze zm.).

10. Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 14 grudnia 1994 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 10, poz. 46, ze zm.).

11. Nowakowski E., Zużycie wody wodociągowej w budynkach mieszkalnych, „Rynek Instalacyjny” nr 11/2010.

12. Tuz P.K., Wskaźniki nierównomierności dobowej i chwilowej w budownictwie wielorodzinnym, „Rynek Instalacyjny” nr 5/2007.

13. Recknagel, Sprenger, Ogrzewanie i klimatyzacja. Poradnik, Arkady, Warszawa 1976.

14. Tabernacki J., Sosnowski S., Heidrich Z., Projektowanie instalacji wodociągowych i kanalizacyjnych, Arkady, Warszawa 1985.

15. Sosnowski S., Tabernacki J., Chudzicki J., Instalacje wodociągowe i kanalizacyjne, Instalator Polski, Warszawa 2000.

16. Brydak-Jeżowiecka D., Nowakowski E., Malinowski P., Straty ciśnienia w rurach z tworzyw sztucznych w instalacjach wodociągowych, „GWiTS” nr 7/1994.

17. Jeżowiecki J., Nowakowski E., Instalacje wodociągowe ze stali nierdzewnej, mat. konf. „Nowe technologie w sieciach i instalacjach wodociągowych i kanalizacyjnych”, Politechnika Śląska, Gliwice 2010.

18. Nowakowski E., Instalacje ciepłej wody ze stali kwasoodpornej, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2010.

19. Nowakowski E., Metody określania obliczeniowych przepływów wody w budynkach mieszkalnych, „Rynek Instalacyjny” nr 12/2010.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!