Гидравлический расчёт трубопровода

Нормативная база

СП 31.13330.2021 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», прил. В: форм. (В.1) и табл. В.1 — гидравлический расчёт i = K·q^n/d^p (нормирует только трубы с внутренним покрытием, хризотилцементные, железобетонные и полимерные — все семь её строк заведены видами труб). Опечатка единиц: в экспликации к (В.1) «q – расчетный расход воды, л/с», но коэффициенты табл. В.1 сходятся только с q в м³/с — полимерная строка 7 (1000K = 1,052, p = 4,774, n = 1,774) есть формула Шевелёва для пластмассовых труб 0,01344/(2g)·(4/π)^1,774 = 1,0515·10⁻³ при q в м³/с, а с л/с уклон вырос бы в ≈ 210 000 раз; расчёт ведётся в м³/с. Потери напора по длине для стальных и чугунных труб без внутреннего покрытия — СНиП 2.04.02-84* прил. 10 (обязательное), табл. 1: λ = (A₁/d^m)·(A₀ + C/v)^m, коэффициенты A₀, A₁, C и показатель m — на каждый вид труб отдельно (стр. 1 — новые стальные; стр. 2 — новые чугунные; стр. 3 — неновые стальные и неновые чугунные, два режима по v = 1,2 м/с); прим. к табл. 1 — С дано для ν = 1,3·10⁻⁶ м²/с (вода 10 °С); п. 3 — формулы для новых стальных и чугунных труб применяются только при проверочных расчётах начального периода эксплуатации. Местные потери: СП 30.13330.2020 п. 8.28 форм. (15) — kl = 0,3 хозяйственно-питьевые жилых и общественных зданий, 0,2 объединённые хозяйственно-противопожарные и производственные, 0,15 объединённые производственные противопожарные, 0,1 противопожарные; СП 31.13330.2021 прил. В (В.1) — для наружных сетей 10-20%. Предельные скорости: СП 30.13330.2020 п. 8.26 а) — не более 1,5 м/с в общественных, 2 м/с в административно-бытовых, 3 м/с в производственных зданиях при уровне шума выше 40 дБ (при 40 дБ и ниже — прил. И); п. 7.12 — не более 3 м/с в объединённом хозяйственно-противопожарном водопроводе при пожаротушении и 10 м/с в спринклерных и дренчерных системах. Свободные напоры: СП 31.13330.2021 п. 5.11 — минимальный свободный напор на вводе в здание не менее 10 м при одноэтажной застройке, при большей этажности по п. 8.21 СП 30.13330.2020 (не менее 20 м вод.ст. у наиболее высоко расположенного прибора), прим. 3 — у водоразборных колонок не менее 10 м; п. 5.13 — не более 60 м; п. 11.6 — при выключении участка не менее 10 м. Эквивалентная шероховатость Δ (модель Альтшуля) нормой не задана — значения справочные

Как считается

Метод и нормативная база

Комплекс из шести режимов: магистраль, кольцевая сеть, внутренний водопровод по потребителям, бытовая канализация К1, ливневая канализация К2 и внутренний противопожарный водопровод. Разобранный ниже пример относится к режиму «Магистраль» — потери напора в напорном трубопроводе по участкам.

Магистраль. По каждому участку скорость v = Q/(πd²/4), удельные потери i и потери h = i·l·(1 + kl) по форм. (15) п. 8.28 СП 30.13330.2020 «Внутренний водопровод и канализация зданий». Удельные потери по умолчанию считаются по виду труб: для полимерных и хризотилцементных — по форм. (В.1) i = K·q^n/d^p и табл. В.1 приложения В СП 31.13330.2021 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения»; для стальных и чугунных труб без внутреннего покрытия, которых в табл. В.1 нет, — по формуле Ф. А. Шевелёва с коэффициентами табл. 1 приложения 10 СНиП 2.04.02-84*. В экспликации к (В.1) расход назван в л/с, но коэффициенты таблицы сходятся только с расходом в м³/с, поэтому он подставляется в м³/с. Вторая модель — Дарси—Вейсбах с λ по Альтшулю — справочная: эквивалентную шероховатость Δ ни один из этих документов не нормирует. Коэффициент местных потерь kl и предельная скорость задаются типом сети по п. 8.28 и п. 8.26 а), 7.12 СП 30.13330.2020. Сумма потерь — только одно слагаемое требуемого напора Hтр по форм. (14) п. 8.27; остальные слагаемые вводятся, и Hтр сравнивается с располагаемым напором. Отдельно проверяется гидростатический напор у наиболее низко расположенного прибора — не более 45 м вод. ст. по п. 8.22 и 7.10, у нижнего пожарного крана раздельного противопожарного водопровода не более 60 м: статический напор в точке подключения плюс напор насоса при нулевой подаче минус отметка нижнего прибора.

Кольцевая сеть увязывается методом глобального градиента (как в EPANET) или методом Лобачёва—Кросса; потери по умолчанию — по виду труб, как в магистрали, с запасом на местные потери 10-20 % по приложению В СП 31.13330.2021, справочно — Дарси—Вейсбах с λ по Альтшулю и суммой коэффициентов местных сопротивлений Σξ. Свободный напор в узлах проверяется на пределы 10 и 60 м по пп. 5.11 и 5.13 СП 31.13330.2021. Внутренний водопровод считается поучастково: вероятность действия приборов P, коэффициент α по приложению Б и расчётный расход q = 5·q0·α (форм. (2) п. 5.3 СП 30.13330.2020), затем подбор диаметра по скорости, потери по виду труб, потери в водомерах и на вводе и требуемый напор по форм. (14) с напором у диктующего прибора не менее 20 м вод. ст. (п. 8.21).

Бытовая канализация К1: расход стоков стояка qs = qtot + q0s по форм. (5) п. 5.5 СП 30.13330.2020, расход горизонтального отводного трубопровода qsL = qhr,tot/3,6 + Ks·q0s по форм. (7) п. 5.7 с коэффициентом Ks по табл. 5.1 и максимальным часовым расходом по форм. (10) п. 5.10; наполнение и скорость в самотёчной трубе по формуле Маннинга, проверка самоочищения V·√(h/d) ≥ K по форм. (33) п. 19.1 при наполнении не менее 0,3, для наружной сети — не более 0,7 по п. 5.4.6 СП 32.13330.2018. Ливневая К2 на графе колодцев накапливает расход по площади водосбора, интенсивности q20 и коэффициенту стока и проверяет участки той же гидравликой самотёка. Режим ВПВ ведётся по СП 10.13130.2020 в редакции Изменения № 1 (приказ МЧС России от 18.05.2026 № 348, действует с 01.09.2026): число пожарных кранов и минимальный расход диктующего крана — по табл. 7.1, 7.2 или п. 7.13, расход и давление у клапана — по табл. 7.3 от высоты компактной части струи, диаметра клапана, ствола и длины рукава; табличное давление уже включает потери в рукаве, а расход последующих кранов растёт как корень из прироста напора (п. 7.6).

Формулы

v = Q / (π · d² / 4)

скорость на участке: Q — расход, м³/с, d — расчётный внутренний диаметр, м

λ = (A1 / d^m) · (A0 + C/v)^m

формула Шевелёва, табл. 1 прил. 10 СНиП 2.04.02-84*; для пластмассовых труб m = 0,226, A0 = 0, A1 = 0,01344, C = 1, то есть λ = 0,01344 / (v·d)^0,226

i = K · q^n / d^p

форм. (В.1) прил. В СП 31.13330.2021, K, n, p по табл. В.1: полимерные 1000K = 1,052, p = 4,774, n = 1,774; при p = 4,89 и n = 1,85 — хризотилцементные и стальные или чугунные с полимерным (полимерцементным) покрытием 1000K = 1,180, железобетонные виброгидропрессованные и с цементно-песчаным покрытием набрызгом 1,688, железобетонные центрифугированные и с цементно-песчаным покрытием центрифугированием 1,486. q подставляется в м³/с: в экспликации формулы указаны л/с, но с ними уклон вышел бы в 1000^n раз больше

Hст = Hст.подкл + Hнас.0 − zниз ≤ 45 м

гидростатический напор у наиболее низко расположенного прибора, п. 8.22 и 7.10 СП 30.13330.2020; у нижнего пожарного крана раздельного противопожарного водопровода — не более 60 м

qsL = qhr,tot / 3,6 + Ks · q0s

форм. (7) п. 5.7 СП 30.13330.2020 — расход горизонтального отводного трубопровода К1; Ks по табл. 5.1 от числа приборов N и длины L; для стояка — qs = qtot + q0s, форм. (5)

i = λ · v² / (2g · d); λ = 0,11 · (Δ/d + 68/Re)^0,25

Дарси—Вейсбах с λ по Альтшулю, Re = v·d/ν — справочная модель, Δ нормой не задана

Hil = i · l · (1 + kl)

форм. (15) п. 8.28 СП 30.13330.2020: kl = 0,3 — хозяйственно-питьевые сети жилых и общественных зданий; 0,2 — объединённые хозяйственно-противопожарные и производственные; 0,15 — объединённые производственные противопожарные; 0,1 — противопожарные

Hтр = Hgeom + ΣHil + Hпр + ΣHвод + Hтепл + Hl,ввод

форм. (14) п. 8.27 СП 30.13330.2020; Hпр не менее 20 м вод. ст. по п. 8.21, Hтепл ориентировочно 3 м вод. ст.

Hнс.треб = Hтр − Hрасп

требуемый напор насосной установки, если располагаемого напора не хватает

Что вводится

• Участки магистрали: расход, л/с; длина, м; внутренний диаметр, мм, вручную или из сортамента (сталь по ГОСТ 3262-75 и ГОСТ 10704-91, ПЭ 100 по ГОСТ 18599-2001, PP-R по ГОСТ 32415-2013, чугун по ГОСТ ISO 2531-2012); материал трубы.
• Материал трубы: семь видов труб табл. В.1 СП 31.13330.2021 (полимерные, хризотилцементные, железобетонные виброгидропрессованные и центрифугированные, стальные и чугунные с полимерным и с цементно-песчаным покрытием) и сталь с чугуном без покрытия по прил. 10 СНиП 2.04.02-84*. Модель потерь: по виду труб (по умолчанию) или справочная по Альтшулю; тип сети — по нему доля местных потерь kl и предельная скорость; температура воды, по умолчанию 10 °С.
• Слагаемые требуемого напора: Hgeom, Hпр (по умолчанию 20 м), потери в узлах учёта, в теплообменнике и на вводе; располагаемый напор в точке подключения; для проверки по п. 8.22 — статический напор в точке подключения, напор насоса при нулевой подаче и отметка нижнего прибора.
• В других режимах: узлы, ветви, отборы и насосы кольцевой сети; группы потребителей, приборы и ввод внутреннего водопровода; для К1 — вид участка (стояк или отводной трубопровод), число приборов, вероятность действия, секундный и часовой расходы прибора, длина участка, уклон, диаметр и материал; для ВПВ — строка табл. 7.1 или 7.2, объём здания, диаметр клапана и ствола, длина рукава, высота помещения и прирост напора между соседними кранами.

Что получается

• По участкам: скорость, число Рейнольдса, λ, удельные потери i в ‰, потери h; сумма потерь ΣHil.
• Требуемый напор Hтр по форм. (14) и требуемый напор насосной установки, если располагаемого не хватает.
• Нарушение предельной скорости по норме и выход скорости из рекомендуемого диапазона материала.
• Пьезометрический профиль; ход расчёта и таблица участков в PDF.
• В других режимах: расходы ветвей и напоры узлов кольцевой сети, расчётные расходы и диаметры внутреннего водопровода, гидростатический напор у нижнего прибора, расход стоков, наполнение и скорость самотёчных участков, расход ВПВ и давление у клапана диктующего крана.

Пример расчёта

Магистраль внутреннего хозяйственно-питьевого водопровода жилого здания: один участок из трубы ПЭ 100 SDR 17 63×3,8 (внутренний диаметр 55,4 мм), расход 2,5 л/с, длина 80 м, вода 10 °С, потери по виду труб, kl = 0,3. Hgeom = 18 м, Hпр = 20 м, потери в узлах учёта 2,5 м, теплообменника нет, потери на вводе 1 м, располагаемый напор 35 м.

1. Площадь сечения π · 0,0554² / 4 = 0,0024105 м²; v = 0,0025 / 0,0024105 = 1,0371 м/с — не выше 1,5 м/с (п. 8.26 а)).
2. Re = 1,0371 · 0,0554 / 1,31·10⁻⁶ = 43 860 (справочно, в нормативный расчёт не входит).
3. Полиэтилен есть в табл. В.1 (строка 7): i = 0,001052 · 0,0025^1,774 / 0,0554^4,774 = 0,02538, то есть 25,4 ‰ (форм. (В.1), расход в м³/с). Эквивалентный λ = 2 · 9,81 · 0,0554 · 0,02538 / 1,0371² = 0,02564; по формуле Шевелёва для пластмассовых труб 0,01344 / 0,05746^0,226 даёт то же с расхождением 0,05 %.
4. Потери по длине 0,02538 · 80 = 2,0302 м; местные 2,0302 · 0,3 = 0,6091 м; на участке 2,0302 + 0,6091 = 2,639 м (форм. (15)).
5. Hтр = 18 + 2,639 + 20 + 2,5 + 0 + 1 = 44,14 м вод. ст. (форм. (14)).
6. Hнс.треб = 44,14 − 35 = 9,14 м.

Скорость 1,04 м/с, удельные потери 25,4 ‰, потери напора на участке 2,64 м. Требуемый напор Hтр = 44,14 м вод. ст.; располагаемых 35 м не хватает, требуемый напор насосной установки 9,14 м.

Окончательные значения принимаются в составе проектной документации — с учётом задания, местных условий и решений смежных разделов.

Границы применимости

• Формулы для новых стальных и чугунных труб по п. 3 прил. 10 СНиП 2.04.02-84* пригодны только для проверочных расчётов начального периода эксплуатации; для проекта выбирается «в эксплуатации». Сам СНиП 2.04.02-84* заменён СП 31.13330.2021, а его коэффициенты применяются потому, что табл. В.1 стальных и чугунных труб без внутреннего покрытия не содержит.
• Стеклопластиковых труб отдельной строкой нет ни в табл. В.1 СП 31.13330.2021, ни в табл. 1 прил. 10 СНиП 2.04.02-84*: для них принята строка «полимерные», коэффициенты уточняются по данным изготовителя, как допускает п. 8.28 СП 30.13330.2020.
• В нормативной модели температура воды на результат не влияет: коэффициенты даны для воды 10 °С. На вязкость реагирует только справочная модель Альтшуля. У труб с внутренним покрытием и железобетонных эквивалентная шероховатость Δ не задана ни нормой, ни справочно, поэтому модель Альтшуля для них не выполняется: участок считается по табл. В.1, о чём выводится предупреждение.
• Предельная скорость 1,5 м/с применяется к жилым зданиям по графе «общественные здания и помещения» п. 8.26 а); при эквивалентном уровне шума 40 дБ и ниже скорость принимается по приложению И СП 30.13330.2020, этот случай не проверяется. Для раздельного противопожарного водопровода и наружной сети предел скорости не проверяется.
• Статический напор в точке подключения и напор насоса при нулевой подаче берутся из исходных данных: если они не заданы, принимаются располагаемый напор и требуемый напор насосной установки, а напор реального насоса при нулевой подаче выше рабочего — его берут по характеристике.
• Расход К1 по форм. (7) требует числа приборов и длины участка: в режиме сети с заданными расходами стоков узловые расходы суммируются к выпуску без снижения. Ks между строками и графами табл. 5.1 интерполируется линейно, за пределами таблицы (N меньше 4 или больше 1000, L меньше 1 или больше 1000 м) берётся крайнее значение с пометкой.
• Ливневая К2 считается стационарно по q20 и коэффициенту стока: метод предельных интенсивностей СП 32.13330.2018 со временем добегания и параметрами n, mr, γ по приложению Ж не выполняется. Водосток кровли — отдельный калькулятор по разд. 21 СП 30.13330.2020.
• Табл. 7.1 и 7.2 в редакции Изменения № 1 (приказ МЧС России от 18.05.2026 № 348) сверены по двум независимым источникам — скану приказа, реквизиты которого совпали с карточкой изменения Росстандарта, и тексту изменения в КонсультантПлюс: совпали все 13 строк табл. 7.1, все 8 строк табл. 7.2 и обе строки п. 7.13. Табл. 7.3 — редакции 2020, сверена по двум независимым перепечаткам.
• Табл. 7.3 СП 10.13130.2020 дана для кранов со стволами неперекрывными; для перекрывных стволов параметры принимаются по технической документации (примечание Изменения № 1). Высота компактной части струи между строками таблицы берётся следующей строкой. Геометрическая высота до диктующего крана и потери в стояках и магистралях считаются в режимах водопровода; ВПВ с ПК-м и водопенными кранами не рассчитывается.

Смежные расчёты: Водоснабжение и канализация (ВК)

• Водопотребление (СП 30)
• Водосток кровли
• Полив территории
• Септик и автономная канализация
• Фильтрующий и поглощающий колодец (ФПК)