Подбор сечения трубопровода системы теплоснабжения. Тонкости с определением. Формула для вычисления сечения трубопровода

Когда перед вами встаёт необходимость установки труб отопления для котла, важно грамотно рассчитать их параметры. Также здесь важен тип системы отопления. Если она работает за счет принудительной циркуляции, то теплоноситель движется благодаря насосу циркуляционного типа. И при подборке труб нужно учитывать их главную функцию – доводить требуемый объём тепла к нагревателям (радиаторам, либо регистрам).

1. Совокупные тепловые потери всего дома, либо квартиры.
2. Мощь отопительных устройств в каждом помещении.
3. Длина трубопровода.
4. Метод разводки технологии (с одной трубой, с двумя, наличие натуральной или вынужденной циркуляции).

Для вычисления диаметра идёт схема с обозначенными показателями теплового воздействия на каждой составляющей.

Также следует учесть и такой нюанс: если будете ставить полипропиленовые или медные трубы, нужно знать, что у них делается маркировка внешнего диаметра. Что выявить внутренний диаметр, следует вычесть от внешнего диаметра толщину стенки.

У изделий из стали и металлопластика обозначается внутренний диаметр.

Тонкости с определением

Скрупулёзный расчёт сечения трубы сделать невозможно. Необходимо выбирать одну из нескольких версий. Причина: для достижения одного эффекта годятся различные способы. То есть встаёт задача по подаче к радиаторам требуемого объёма. При этом элементы должны нагреться равномерно.

Если работа идёт с технологией, имеющей принудительную циркуляцию, используются трубы, тепловой носитель и насос.

Здесь есть две версии действий, чтобы произвести расчет диаметра трубы для отопления:

1. Устроить трубы с меньшим диаметром. Тогда подача теплового носителя происходит со значительной скоростью.
2. Сделать технологию с трубами большего сечения, но с более медленным движением.

Первая версия более популярна. Причины:

1. Приемлемые цены для труб меньших диаметров.
2. Удобная работа с такими трубами.
3. Когда делается открытая прокладка, эти трубы менее выделяются.
4. При внедрении в пол или стены трубам нужны малогабаритные штробы.
5. При скромном диаметре концентрируется меньше тепла, в итоге сокращается инертность, и экономится топливо.

Расчёт диаметра на основе мощи радиаторов

Существуют нормативные диаметры, высчитан определённый объём тепла, которое должно следовать по этим трубам. И постоянность рассчитывать одни и те же значения не рационально. По этой причине были сформированы вспомогательные расчётные таблицы. По этим данным на основе нужного объёма тепла, динамики движения теплового носителя (ДДТН) и температур работы технологии, вычисляется потенциальный диаметр трубы для систем отопления. И для вычисления сечения в отопительной сети нужно найти подходящие данные и по ним ориентироваться в размерах.

Рассчитывать требующийся диаметр следует по указанной ниже формуле, после чего добытые показатели отразить в таблице.

D -трубопроводый диаметр (по умолчанию), мм

∆t° -температурные отличия в подаче и обратном движении, °С

Q - воздействие на конкретный участок сети, кВт - вычисленный вами объём тепла для обогреваемой комнаты.

V -ДДТН, м/с - используется из конкретного спектра.

В индивидуальной отопительной технологии ДДТН бывает от 0,2до 1,5 м/с. Согласно обширной практике, оптимальный показатель лежит в диапазоне 0,3 м/с - 0,7 м/с.

Если ДДТН ниже, то образуется воздушная пробка. А если выше, появляются сильные шумы.

Подходящий интервал скоростей подбирается по таблице. Применяются таблицы для изделий из разного материала (металла, пластика, полипропилена, металлопластика, меди). Есть данные для нормативных рабочих режимов: с высокой и средней температурной составляющей.

Пример 1. Система с двумя трубами.

1. В двухэтажном доме действует данная система.
2. На каждом из этажей есть крылья в количестве двух.
3. Будут применяться трубы из полипропилена.
4. Рабочий режим 80/60.
5. Температурная дельта 20 °C
6. Тепловые потери всего жилого помещения – 38 кВт. Из них 20 кВт получаются на первый этаж, 18 КВт – на второй.

Здесь работают 2 схемы.

1. Правая часть (крыло).

1. Левая часть (крыло).

Расчётные действия:

1. Вычисление трубы для зоны от котла до начального разветвления. Здесь идёт весь тепловой носитель. Объём тепла – 38 кВт. В таблице отыскивается нужная строка. По неё следуйте до розоватой зоны и поднимайтесь вверх. Подходящие диаметры: 40 и 50 мм. Лучше использовать меньший.
2. Посмотрите на схему. Где идёт разделение потока по этажам. В таблице отыскиваются нужные строки, выявляется сечение труб. Для развода обеих веток подходит D = 32 мм.
3. Каждый контур делится на две ветки. У них не отличий по нагрузке. На первом этаже в правую и левую сторону следует по 10 кВт. (результат деления 20 кВт). На втором получается 9 кВт. В таблице ищутся показатели ля этих зон: 25 мм. Такой размер применяется до понижения теплового воздействия до 5 кВт. Затем следует сечение 20 мм. Вычисляя значения для первого этажа, на данный параметр нужно перейти после второго обогревателя, а на втором этаже – после третьего.Специалисты рекомендуют перестраиваться на 20 мм при воздействии в 3 кВт.

После этих действий диаметры для указанных труб в обозначенных условиях найдены. Для обратного движения рассчитывать сечение не надо. А для разводки используйте те же трубы, что и для подачи.

Если будете задействовать не полипропиленовые изделия, вам помогут таблицы, в которых отражены значения по выбранному вами материалу.

Пример 2. Сеть с одной трубой. Принудительная циркуляция.

Расчёты идут по тому же принципу. Отличие в методе. Здесь применяется другая таблица. В ней оптимальный участок ДДТН имеет голубую окраску. Показатели мощности занесены в поле. Поэтому и сам процесс происходит иначе.

По нейопределим внутренние диаметры в указанной отопительной системе.Другие условия: 1 этаж, 6 радиаторов с последовательным подключением.

Расчётные действия.

1. На входной участок сети от котла идёт 15 кВт. В зоне подходящих динамик отыскиваются показатели, приближенные к 15 кВт. Они таковы: 20 и 25 мм. Выбираем наименьший.
2. На первом обогревателе тепловое воздействие сокращается до 12 кВт. Этот параметр находится в таблице. На второй радиатор получается также 20 мм.
3. На третий необходимо воздействие в 10,5 кВт. Находится сечение – оно аналогичное – 20 мм.
4. На четвёртый приходится 15 мм. Расчёт: 10,5 – 2 = 8,5 кВт.
5. На пятый то же значение.
6. На шестой – 12 мм.

По найденным диаметрам труб для отопления определяем маркировку и подходящий материал.

Эти действия применимы для труб из полипропилена и металлопластика. Обладают скромной теплопроводностью. А через каждую стенку получаются несущественные потери. А если для системы взяты трубы из металла, то длина трубопровода получается приличная, такой же получается и потеря через поверхность.

Расчёты сечения металлических аналогов

Для внушительных отопительных сетей с металлическими трубами учитываются тепловые траты через стенки. Они не столь велики, но при большой длине трубы приводят к крайне низким температурам на заключительных обогревателях. И причиной тому может стать ошибочный выбор диаметра.

Пример расчёта:

Условия: стальная труба, D= 40 мм, толщина стенки = 1,4 мм.

Формула расчёта потерь такова: q = k*3.14*(tв-tп)

q - потери тепла на метр трубы,

k – линейный показатель тепловой передачи (для предложенной трубы он таков: 0,272 Вт*м/с);

tв - температурный показатель воды в данной трубе - 80°С;

tп - температурный показатель воздуха в комнате - 22°С.

Подставляются значения:

q = 0,272*3,15*(80-22)=49 Вт/с

Таким образом, на каждом метре потери составляют порядка 50 Вт. Если длина большая, потери могут стать фатальными. Разумеется, чем внушительнее сечение, тем огромнее потери. Если требуется учитывать и такие потери, то во время расчётных действий к сокращению теплового воздействия на радиатор следует приплюсовать потери в трубопроводе. И по общему значению вычисляется нужный диаметр для отопления дома.

Для индивидуальных отопительных технологий подобные значения не пагубны. И при вычислении потерь и мощи оборудования обычно округляют величины к увеличению. Так получается некоторый резерв, позволяющий избегать сложных расчётных операций.

Где взять таблицы?

Все производители труб для котла предлагают их на своих сайтах. Если не удалось отыскать необходимую таблицу, можно выбрать одно из этих действий:

1. Применить предложенные ниже принципы подбора диаметров.
2. Другое решение.

Обычно, маркируя трубы, производители обозначают внешние или внутренние параметры. С некоторой погрешностью они приравниваются. Если знаете внутренний диаметр, то можете вычислить и тип, и маркировку по предложенной таблице. Здесь же определяется параметр трубы из прочего материала.

Пример: стоит задача по расчёту диаметр труб из металлопластика для котла. Таблица для данного материала не найдена. Есть данные по полипропилену.Подбираются параметры для него. По таблице вычисляются аналоги для металлопластика. Имеется погрешность. Но если сеть имеет принудительную циркуляцию, эта погрешность приемлема.

Таблица по трубам из разных материалов.

Другой метод определения диаметра

Его основа – логика при изучении многих отопительных систем. Этот метод изобретён монтажниками. Он работает для частных построек и квартир на малогабаритных системах.

Рабочая схема данного метода:

Из многих котлов идут патрубки первого (подачи) и обратного движения. Их параметры:¾ и ½ дюйма. И эта труба применяется для разводки до начального разветвления. А потом на следующей ветке размер сокращается на один шаг.

В системах, скромных по размерам, обычно присутствует 3-9 радиаторов, 2-3 ветки. Для каждой из них приходится 2-3 радиатора. Для подобных сетей эта методика оптимальна. Он приемлем и для одноэтажных частных построек.

При проектировании и монтаже системы отопления всегда возникает вопрос, – какой диаметр трубопровода выбрать. Выбор диаметра, а значит и пропускной способности труб, важен, ведь нужно обеспечить скорость теплоносителя в пределах 0,4 – 0,6 метров в секунду, которая рекомендуется специалистами. При этом должно поступать нужное количество энергии (количество теплоносителя) к радиаторам.

Известно, что если скорость меньше 0,2 м/с, то будет застаивание воздушных пробок. Скорость больше 0,7 м/с не стоит делать из соображений энергосбережения, так как сопротивление движению жидкости становится значительным (оно прямо пропорционально квадрату скорости), к тому же это нижний предел возникновения шума в трубопроводах малых диаметров.

Какой тип трубопровода выбрать

Сейчас все чаще выбирают для отопления полипропиленовые трубопроводы, которым хоть и присущи недостатки в виде сложности обеспечения качества стыков, и значительного теплового расширения, но они предельно дешевы и просты в монтаже, а это зачастую решающие факторы.

Какие трубы применять для системы отопления?
Полипропиленовые трубы делятся на несколько видов, у которых свои технические характеристики, и предназначены они для разных условий. Для отопления подходят марки РN25 (РN30), которые выдерживают рабочее давление в 2,5 Атм при температуре жидкости до 120 град. С.

Данные о толщине стенок приведены в таблицах.

Для отопления сейчас применяются трубы из полипропилена, которые армированны алюминиевой фольгой или стекловолокном. Армировка предотвращает значительные расширения материала при нагревании.

Многие специалисты отдают предпочтение трубам и с внутренней армировкой стекловолокном. Такой трубопровод в последнее время стал наиболее широко применяться в частных системах отопления.

Вопросы подбора диаметра отопительного трубопровода

Трубы выпускаются стандартных диаметров, из которых и нужно сделать выбор. Наработаны типовые решение по подбору диаметров труб для отопления дома, руководствуясь которыми в 99% случаев можно сделать оптимальный правильный выбор диаметра без выполнения гидравлического расчета.

Стандартные наружные диаметры полипропиленовых труб –16, 20, 25, 32, 40 мм. Соответствующий этим значениям внутренний диаметр труб марки РN25 – 10,6, 13,2, 16,6, 21,2, 26,6 мм соответственно.

Более подробная информация о наружных диаметрах, внутренних диаметрах и толщине стенки полипропиленовых труб приведена в таблице.

Какими диаметрами что подключать

Нам необходимо обеспечить подачу необходимой тепловой мощности, которая будет прямо зависеть от количества поданного теплоносителя, но скорость движения жидкости должна оставаться в заданных пределах 0,3 – 0,7 м/с

Тогда возникает такое соответствие подключений (для полипропиленовых труб указывается наружный диаметр):

• 16 мм — для подключения одного или двух радиаторов;
• 20 мм – для подключения одного радиатора или небольшой группы радиаторов (радиаторы «обычной» мощности в пределах 1 — 2 кВт, максимальная подключаемая мощность – до 7 кВт, количество радиаторов до 5шт.);
• 25 мм – для подключения группы радиаторов (обычно до 8 шт., мощность до 11 кВт) одного крыла (плеча тупиковой схемы разводки);
• 32 мм – для подключения одного этажа или целого дома в зависимости от тепловой мощности (обычно до 12 радиаторов, соответственно, тепловая мощность до 19 кВт);
• 40 мм – для магистрали одного дома, если такая имеется (20 радиаторов – до 30 кВт).

Рассмотрим выбор диаметра труб подробнее, опираясь на заранее рассчитанные табличные соответствия энергии, скорости и диаметра.

Соотношение диаметра труб, скорости жидкости, и тепловой мощности

Обратимся к таблице соответствия скорости к количеству тепловой мощности.

В таблице представлены значения тепловой мощности в Вт, а под ними указано количество теплоносителя кг/мин, при подаче с температурой 80 град С, обратки – 60 град С и температуры в комнате 20 град С.

Подбор труб по мощности

Из таблицы видно, что при скорости 0,4 м/с будет подаваться примерно следующее количество тепла, по трубам из полипропилена следующего наружного диаметра:

• 4,1 кВт — внутренний диаметр около 13,2 мм (наружный диаметр 20мм);
• 6,3 кВт — 16,6 мм (25мм);
• 11,5 кВт — 21,2 мм (32 мм);
• 17 кВт — 26,6 мм (40 мм);

А при скорости 0,7 м/с значения подаваемой мощности будут уже примерно на 70% больше, что не трудно узнать из таблицы.

А какое количество тепла нам нужно?

Сколько тепла должен подавать трубопровод

Рассмотрим подробнее на примере, какое количество тепла обычно подается по трубам, и подберем оптимальные диаметры трубопроводов.
Имеется дом площадью 250 м кв, который хорошо утеплен (как требует норматив СНиП), поэтому он теряет тепла в зимнее время по 1 кВт с 10 м кв. Для обогрева всего дома требуется подавать энергии 25 кВт (максимальная мощность). Для первого этажа – 15 кВт. Для второго этажа – 10 кВт.

Наша схема отопления двухтрубная. По одной трубе подается горячий теплоноситель, по другой — охлажденный отводится к котлу. Между трубами параллельно подсоединены радиаторы.

На каждом этаже трубы разветвляются на два крыла с одинаковой тепловой мощностью, для первого этажа – по 7,5 кВт, для второго этажа – по 5 кВт.

Итак, от котла до межэтажного разветвления поступает 25 кВт. Следовательно, нам потребуются магистральные трубы внутренним диаметром не менее – 26,6 мм, чтобы скорость не превысила 0,6 м/с. Подходит 40-мм полипропиленовая труба.

От межэтажного разветвления – по первому этажу до разветвления на крыльях — поступает 15 кВт. Здесь, согласно таблице, для скорости менее 0,6м/с, подойдет диаметр 21,2 мм, следовательно, применяем трубу с наружным диаметром 32 мм.

На крыло 1 этажа идет 7,5 кВт – подходит внутренний диаметр 16,6 мм, — полипропилен с наружным 25 мм.

На каждый радиатор, мощность которого не превышает 2 кВт можно делать отвод и трубой с наружным диаметром 16 мм, но так как этот монтаж не технологичен, трубы не пользуются популярностью, чаще устанавливают 20-мм трубу с внутренним диаметром 13,2 мм.

Соответственно на второй этаж до разветвления принимаем 32мм трубу, на крыло – 25мм трубу, а радиаторы на втором этаже также подсоединяем 20-мм трубой.

Как видим, все сводится к несложному выбору среди стандартных диаметров имеющихся в продаже труб. В небольших домашних системах, до десятка радиаторов, в тупиковых распределительных схемах, в основном применяется полипропиленовые трубы 25мм -«на крыло», 20 мм — «на прибор». и 32 мм «на магистраль от котла».

Особенности выбора другого оборудования

Диаметры труб могут быть выбраны и по условиям гидравлического сопротивления для нетипично-большой длины трубопроводов, при которой возможен выход за технические характеристики насосов. Но подобное может быть для производственных цехов, а в частном строительстве практически не встречается.

Для дома до 150 м кв., по условиям гидравлического сопротивления отопительно радиаторной системы, всегда подходит насос типа 25 – 40 (напор 0,4 атм), он же может подойти и до 250м кв в отдельных случаях, а для домов до 300 м кв. – 25 – 60 (напор до 0,6 атм).

Трубопровод рассчитывается на максимальную мощность. Но система, если когда и будет работать в таком режиме, то не продолжительное время. При проектировании отопительного трубопровода можно принимать такие параметры, чтобы при максимуме нагрузки, скорость теплоносителя была и 0,7 м/с.

На практике скорость воды в трубах отопления задается насосом, который имеет 3 скорости вращения ротора. Кроме того подаваемая мощность регулируется температурой теплоносителя и продолжительностью работы системы, а в каждой комнате может регулироваться путем отключения радиатора от системы с помощью термоголовки с нажимным клапаном. Таким образом, диаметром трубопровода мы обеспечиваем нахождение скорости в пределах до 0,7 м при максимальной мощности, но система в основном будет работать с меньшей скорость движения жидкости.

Система отопления в частном доме может быть с принудительной или естественной циркуляцией. В зависимости от типа системы методика расчета диаметра трубы и подбора других параметров отопления различны.

Статьи по теме:

Расчет диаметра труб отопления актуален в процессе индивидуального или частного строительства. Чтобы правильно определить размеры системы, следует знать: из чего магистрали состоят (полимер, чугун, медь, сталь), характеристики теплоносителя, его способ движения по трубам. Внедрение нагнетающего насоса в конструкцию отопления намного улучшает качество теплоотдачи и экономит топливо. Естественный оборот теплоносителя в системе – классический метод, применяемый в большинстве частных домов на паровом (котельном) отоплении. И в том, и в другом случае при реконструкции или новом строительстве важно правильно выбрать диаметр труб, чтобы не допустить неприятных моментов в последующей эксплуатации.

Диаметр трубы – важнейший показатель, который ограничивает общую теплоотдачу системы, определяет сложность и длину трубопровода, число радиаторов. Зная численное значение этого параметра, можно легко рассчитать возможные потери энергии.

Зависимость КПД отопления от диаметра трубопроводов

Полноценная работа энергетической системы зависит от критериев:

1. Свойства движимой жидкости (теплоносителя).
2. Материал труб.
3. Скорость потока.
4. Пропускное сечение или диаметр труб.
5. Наличие насоса в схеме.

Неверное утверждение, что чем больше сечение трубы, тем больше жидкости оно пропустит. В данном случае увеличение просвета магистрали будет способствовать понижению давления, и как следствие, скорости потока теплоносителя. Это может привести к полной остановке оборота жидкости в системе и нулевому КПД. Если в схему включить насос, при большом диаметре трубы и увеличенной длине магистралей его мощности может быть недостаточно, чтобы обеспечить нужный напор. При перебоях с электричеством применение насоса в системе просто бесполезно – отопление будет отсутствовать полностью, сколько не нагревай котел.

Для индивидуальных построек с централизованным отоплением диаметр труб выбирается такой же, как для городских квартир. В домах с паровым отоплением от котла требуется тщательно рассчитывать диаметр. Учитываются длина магистралей, возраст и материал труб, число включенных в схему водоподачи сантехприборов и радиаторов, схема отопления (одно-, двухтрубная). В таблице 1 представлены примерные потери теплоносителя в зависимости от материала и срока эксплуатации трубопроводов.

Чересчур маленький диаметр трубы неизбежно приведет к образованию высокого напора, что вызовет повышенную нагрузку на соединительные элементы магистрали. Кроме того, отопительная система будет шумной.

Схема разводки системы отопления

Для правильного подсчета сопротивления трубопровода, а, следовательно, его диаметра, следует учитывать схему разводки системы отопления. Варианты:

• двухтрубная вертикальная;
• двухтрубная горизонтальная;
• однотрубная.

Двухтрубная система с вертикальным стояком может быть с верхним и нижним размещением магистралей. Однотрубная система за счет экономного использования длины магистралей подойдет для обогрева с естественной циркуляцией, двухтрубная за счет двойного набора труб потребует включения в схему насоса.

Горизонтальная разводка предусматривает 3 типа:

• тупиковая;
• с попутным (параллельным) движением воды;
• коллекторная (или лучевая).

В схеме однотрубной разводки можно предусмотреть обходную трубу, которая будет резервной магистралью для циркуляции жидкости при отключении нескольких или всех радиаторов. В комплекте на каждый радиатор устанавливают запорные краны, позволяющие перекрыть подачу воды, когда это необходимо.

Зная схему системы отопления, можно легко посчитать общую протяженность, возможные задержки потока теплоносителя в магистрали (на изгибах, поворотах, в соединениях), и как следствие – получить численное значение сопротивления системы. По вычисленному значению потерь подобрать диаметр магистралей отопления можно по методике, рассмотренной ниже.

Выбираем трубы для системы принудительной циркуляции

Система принудительной циркуляции отопления отличается от естественной наличием нагнетающего насоса, который монтируют на выходной трубе недалеко от котла. Прибор функционирует от электросети 220 В. Включается автоматически (через датчик) при повышении давления в системе (то есть при разогреве жидкости). Насос быстро разгоняет по системе горячую воду, которая сохраняет энергию и через радиаторы активно передает ее в каждое помещение дома.

Отопление с принудительной циркуляцией - плюсы и минусы

Главным плюсом отопления с принудительной циркуляцией является эффективная теплопередача системы, которая осуществляется при малых затратах времени и финансов. Такой метод не потребует применения труб большого диаметра.

С другой стороны, для насоса в системе отопления важно обеспечить бесперебойное электропитание. Иначе отопление просто не будет работать при значительной площади дома.

Как определить диаметр трубы для отопления с принудительной циркуляцией по таблице

Начинают расчет с определения общей площади помещения, которое требуется обогревать в зимнее время, то есть это вся жилая часть дома. Норматив теплопередачи отопительной системы – 1 кВт на каждые 10 кв. м. (при стенах с утеплением и высоте потолка до 3 м). То есть для помещения площадью 35 кв.м. норма составит 3,5 кВт. Чтобы обеспечить запас тепловой энергии, добавляем 20 %, что дает в итоге 4,2 кВт. По таблице 2 определяем близкое значение к 4200 - это трубы диаметром 10 мм (показатель теплоты 4471 Вт), 8 мм (показатель 4496 Вт), 12 мм (4598 Вт). Для этих чисел характерны следующие значения скорости потока теплоносителя (в данном случае воды): 0,7; 0,5; 1,1 м/с. Практические показатели нормальной работы системы отопления – скорость горячей воды от 0,4 до 0,7 м/с. С учетом этого условия оставляем для выбора трубы диаметром 10 и 12 мм. Учитывая расход воды, экономичнее будет применить трубу диаметром 10 мм. Именно это изделие будет включено в проект.

Важно различать диаметры, по которым осуществляется выбор: наружный, внутренний, условный проход. Как правило, стальные трубы подбирают по внутреннему диаметру, полипропиленовые – по наружному. Новичок может столкнуться с проблемой определения диаметра, маркированного в дюймах – этот нюанс актуален для стальных изделий. Перевод дюймовой размерности в метрическую осуществляется также через таблицы.

Расчет диаметра трубы для отопления с насосом

При расчете труб отопления важнейшими характеристиками являются:

1. Количество (объем) воды, загружаемой в систему обогрева.
2. Длина магистралей общая.
3. Скорость потока в системе (идеальная 0,4-0,7 м/с).
4. Теплопередача системы в кВт.
5. Мощность насоса.
6. Давление в системе при выключенном насосе (естественный оборот).
7. Сопротивление системы.

H = λ(L/D)(V2/2g),

где Н – высота, которая определяет нулевое давление (отсутствие напора) водяного столба при прочих условиях, м;

λ – коэффициент сопротивляемости труб;

L – длина (протяженность) системы;

D – внутренний диаметр (искомая величина в данном случае), м;

V – скорость потока, м/с;

g – константа, ускорение своб. падения, g=9,81 м/с2.

Расчет ведется на минимальные потери тепловой мощности, то есть проверяются несколько значений диаметра трубы на min сопротивление. Сложность получается с коэффициентом гидравлического сопротивления – для его определения требуются таблицы либо длинный расчет с применением формул Блазиуса и Альтшуля, Конакова и Никурадзе. Конечным значением потерь можно считать число, меньшее примерно на 20% напора, создаваемого нагнетающим насосом.

При вычислении диаметра труб для отопления L принимается равной протяженности магистрали от котла к радиаторам и в обратную сторону без учета дублирующихся участков, размещенных параллельно.

Весь расчет в итоге сводится к тому, чтобы сравнить полученное расчетным путем значение сопротивления с напором, нагнетаемым насосом. При этом придется, возможно, не раз просчитывать формулу, используя различные значения внутреннего диаметра. Начинайте с трубы сечением 1 дюйм.

Упрощенный расчет диаметра трубы отопления

Для системы с принудительной циркуляцией актуальна еще одна формула:

D = √354 (0,86 Q/∆dt)/V,

где D – искомый внутренний диаметр, м;

V – скорость потока, м/с;

∆dt - разница температур воды на входе и на выходе;

Q – энергия, отдаваемая системой, кВт.

Для подсчета используется перепад температур, равный примерно 20 град. То есть на входе в систему от котла температура жидкости около 90 град., при перемещении через систему потери тепла составляют 20-25 град. и на обратке вода уже будет прохладнее (65-70 град.).

Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией

Расчет диаметра трубы для системы без насоса основан на разнице температуры и давления теплоносителя на входе от котла и в обратной магистрали. Важно учитывать, что жидкость движется по трубам посредством естественной силы гравитации, усиленной напором разогретой воды. В этом случае котел размещают внизу, а радиаторы – много выше уровня нагревательного прибора. Движение теплоносителя подчиняется законам физики: более плотная холодная вода спускается вниз, уступая место горячей. Так осуществляется естественная циркуляция в системе отопления.

Как выбрать диаметр магистрали для отопления с естественной циркуляцией

В отличие от систем с принудительной циркуляцией, для естественного оборота воды потребуется габаритное сечение трубы. Чем больший объем жидкости будет циркулировать по трубам, тем больше теплоэнергии поступит в помещения в единицу времени вследствие увеличения скорости и давления теплоносителя. С другой стороны, повышенный объем воды в системе потребует больше топлива для разогрева.

Поэтому в частных домах с естественной циркуляцией первой задачей является разработка оптимальной схемы отопления, при которой выбирается минимальная длина контура и расстояние от котла до радиаторов. По этой причине в домах с большой жилой площадью рекомендуют устанавливать насос.

Юлия Петриченко, эксперт

Для системы с естественным движением теплоносителя оптимальное значение скорости потока 0,4-0,6 м/с. Этому исходнику соответствуют min значения сопротивлений фитингов, изгибов трубопровода.

Расчет давления в системе с естественной циркуляцией

Разница давления между точкой входа и обраткой для системы естественной циркуляции определяется по формуле:

Δpt= h g (ρот – ρпт),

где h – высота подъема воды от котла, м;

g – ускорение падения, g=9,81 м/с2;

ρот – плотность воды в обратке;

ρпт – плотность жидкости в подающей трубе.

Так как главной движущей силой в системе отопления с естественным оборотом является сила тяжести, создаваемая перепадом уровней подвода воды к радиатору и от него, то очевидно, что котел будет находиться значительно ниже (например, в подвале дома).

Нужно обязательно выполнять уклон от точки входа у котла и до конца ряда радиаторов. Уклон - не менее 0,5 промиле (или 1 см на каждый погонный метр магистрали).

Расчет диаметра трубы в системе с естественным оборотом

Расчет диаметра трубопровода в системе обогрева с естественной циркуляцией выполняется по той же формуле, что и для отопления с насосом. Выбирается диаметр исходя из полученных минимальных значений потерь. То есть в исходную формулу подставляют сначала одно значение сечения, проверяют на сопротивление системы. Затем второе, третье и далее значения. Так до момента, пока рассчитанный диаметр не будет удовлетворять условиям.

А как подбираете вы сечение магистрали? Какую методику расчета применяете? Поделитесь, пожалуйста, в комментариях.

Экспертиза - инженер-сметчик

Спросить эксперта

Диаметр трубы для отопления с принудительной циркуляцией, с естественной циркуляцией: какой диаметр выбрать, формула расчета — версия для печати

15917 3 10

Толстый и тонкий: как рассчитать диаметр трубы для отопления

Приветствую, камрады! Эта статья — о том, какой диаметр трубы выбрать для отопления. В ней я расскажу о методиках расчета проходимости и сечения, дам ряд практических рекомендаций по подбору размеров и объясню разницу между разными видами труб. Итак, в путь.

Методика расчета

Справочные данные

Между тепловой нагрузкой, сечением трубопровода и скоростью движения теплоносителя существует простая и понятная зависимость: количество перекачиваемой тепловой энергии можно увеличить, сделав трубопровод толще или заставив воду двигаться быстрее.

С сечением все понятно: чем толще труба, тем она дороже. Почему нельзя существенно увеличить скорость перекачки теплоносителя? Потому, что при ее повышении до 1,5 м/с возникают заметные гидравлические шумы, делающие пребывание в отапливаемом помещении откровенно некомфортным.

Обычно расчет сечения розлива выполняется для скорости движения потока в 0,4 — 0,6 м/с. Снижение скорости до 0,25 м/с и ниже не только повлияет на эффективность отопления, но и не позволит теплоносителю выдавить воздушные пробки к воздухоотводчику или крану Маевского.

Вот таблица, позволяющая с минимальными затратами времени выполнить расчет внутреннего диаметра трубопровода при известной тепловой нагрузке на него.

Как подобрать диаметр труб для отопления, руководствуясь этой таблицей? Очень просто:

1. Выбрать максимально соответствующую вашим условиям тепловую нагрузку из второго — четвертого столбцов;
2. Взять соответствующее ей значение из первого столбца.

Что это за зверь — тепловая нагрузка? Как своими руками рассчитать ее?

• Для розлива в частном доме она берется равной пиковой мощности отопительного котла, теплового насоса или другого источника тепла;

• Для подводки к отдельному отопительному прибору тепловая нагрузка равна его паспортной мощности с поправкой на реальный температурный режим. Как правило, производители указывают мощность для идеальных условий — дельты температур между теплоносителем и воздухом отапливаемого помещения в 70 градусов (то есть при +20 в комнате батарея должна быть нагрета до 90 С).
  На практике в автономном контуре поддерживается 70 — 75 градусов на подаче и 50 — 55 на обратке, что при комфортных +25 в доме даст дельту температур в 30 — 50 С. При дельте в 50 градусов тепловая мощность батареи уменьшится и будет составлять 50/70=0,714 от паспортного значения;

• Для отдельных участков контура тепловая нагрузка равна суммарной мощности подключенных отопительных приборов. Скажем, если в комнате установлены две батареи по 1,2 КВт, она будет равна 1,2*2=2,4 КВт.

Откуда взять данные о тепловой мощности батарей? В общем случае — из сопроводительной документации или с сайта производителя. Грубый расчет можно выполнить, исходя из следующих значений:

• Чугунная секция в идеальных условиях отдает 140 — 160 Вт тепла;
• Биметаллическая -180 Вт;
• Алюминиевая — 200 Вт.

Я привел данные для радиаторов стандартного размера, с межосевым расстоянием поводок 500 мм. В линейках многих производителей есть батареи с меньшим и большим размером секций.

Как определить тепловую нагрузку, если в качестве отопительных приборов вы планируете использовать сварные регистры нестандартных размеров?

Для первой секции регистра (нижней трубы) формула имеет вид Q=3.14*D*L*k*Dt, где:

• Q — заветная тепловая мощность в ваттах;
• D — наружный диаметр в метрах;
• L — длина (опять-таки в метрах);
• k — коэффициент передачи тепла, определяющийся теплопроводностью материала и толщиной стенок трубы. Для стального регистра коэффициент берется равным 11,63 Вт/м2*С;
• Dt — та самая дельта температур между теплоносителем и воздухом в помещении.

Вторая и последующие секции регистра находятся в восходящем потоке теплого воздуха от первой секции, что уменьшает их теплоотдачу. Для них мощность рассчитывается с коэффициентом 0,9.

Давайте, в качестве примера вычислим тепловую мощность регистра для следующих условий:

• Он состоит из четырех одинаковых секций;

Я сознательно пренебрегаю теплоотдачей перемычек между секциями и торцов секций. Она незначительна на фоне общей мощности прибора.

• Каждая секция имеет наружный диаметр 108 мм (0,108 метра) и длину 2 метра;
• Регистр нагрет до 60 градусов, а воздух в комнате — до 23.

Вначале вычисляем мощность первой секции. Она равна 3,14*0,108*2*11,63*(60-23)=292 ватта (с округлением до целого значения).

Затем находим тепловую мощность второй и последующих секций. Она будет равной 292*0,9=263 ватта (опять-таки с округлением).

Последний этап — вычисление суммарной мощности всех секций. 292+263*3=1081 ватт.

А теперь давайте выясним, какой диаметр трубы нужен для отопления при подключении этого регистра. Как легко заметить, минимальное значение в приведенной выше таблице перекрывает его мощность в три с лишним раза. Стало быть, подводка с внутренним размером 12 мм не будет ограничивать теплоотдачу регистра при любой разумной скорости потока.

Практика

Теория немногого стоит, если она не подкреплена практикой. Вот инструкция по выбору размеров, основанная на моем многолетнем практическом опыте.

• Любой отопительный прибор можно смело подключать трубой диаметром ДУ 15 (1/2 дюйма). Ограничение одно: в системе ЦО многоквартирного дома подводка в обязательном порядке должна комплектоваться перемычкой, диаметром не уступающей стояку (как правило, ДУ 20 — ДУ25). При изменении конфигурации уменьшение диаметра стояка недопустимо;

• В системе с принудительной циркуляцией в качестве розлива можно использовать трубу размером ДУ 25 или, при некотором увеличении скорости потока, ДУ 20;

На фото — участок разводки отопления в моем подвале. Использована полипропиленовая труба размером 25 мм.

В новых домах с ЦО стояки отопления разводятся именно трубой ДУ 20. В десятиэтажном доме на парных стояках этого диаметра монтируется 20 радиаторов или .

Стояк отопления в многоквартирном доме. Размер трубы — ДУ 20.

• В гравитационной (самотечной) системе отопления диаметр розлива увеличивается до ДУ 32 — ДУ 50. Дело в том, что увеличение внутреннего сечения трубы позволяет резко снизить ее гидравлическое сопротивление — важнейший параметр в контуре, циркуляция в котором обеспечивается лишь разницей в плотности горячей и холодной воды.

Такие разные диаметры

Из-за разницы в системе наименований труб из разных материалов в голове потенциального покупателя неизбежно возникает некоторая путаница. Я попробую внести ясность в этот вопрос.

• Стальная труба маркируется условным проходом, или ДУ. Он примерно равен внутреннему диаметру; небольшие отклонения фактического размера от ДУ обусловлены разбросом толщины стенок обыкновенных, легких и усиленных водогазопроводных труб;

• Маркировка DN обозначает тот же самый ДУ (условный проход). Однако DN часто указывается в дюймах. Дюйм — это 2,54 сантиметра; только вот маркировка в дюймах традиционно округляется до нескольких целых и дробных значений, что усугубляет путаницу. Для удобства читателя я приведу таблицу соответствия размеров стальных труб в миллиметрах и дюймах;

• Трубы из сшитого и обычного полиэтилена, полипропилена и металлополимерные изделия маркируются наружным диаметром . В среднем их диаметр на шаг больше внутреннего сечения: труба размером 25 мм имеет такое же внутреннее сечение, как стальная ДУ 20, 32 мм соответствует ДУ 25 и так далее;

• Все полимерные изделия имеют более низкое, чем сталь, гидравлическое сопротивление благодаря минимальной шероховатости стенок. Кроме того, они на зарастают со временем ржавчиной и известковыми отложениями, поэтому их диаметр подбирается без запаса. А вот стальные трубы для системы ЦО лучше покупать с учетом этих факторов, округляя расчетный диаметр труб в большую сторону.

Заключение

Надеюсь, что мне удалось исчерпывающе ответить на накопившиеся у уважаемого читателя вопросы. Как всегда, дополнительные материалы можно изучить, просмотрев видео в этой статье. Я буду признателен за ваши дополнения и комментарии. Успехов, камрады!

Если вы хотите выразить благодарность, добавить уточнение или возражение, что-то спросить у автора - добавьте комментарий или скажите спасибо!

Если вы начинаете монтировать систему отопления, то должны произвести все необходимые вычисления перед началом работ. Особое внимание стоит уделить расчету диаметра отопительного трубопровода. Если он произведен неправильно, то в первую очередь пострадает гидродинамика отопительной системы. А также мы получим низкую производительность системы при больших энергетических затратах. В том числе неправильный выбор диаметра трубы может повлечь за собой более существенные проблемы, такие как сбои системы, прорывы или течь. Для того, чтобы этого не произошло нужно грамотно подойти к вопросу монтажа отопительного трубопровода.

Как правило, основные характеристики труб для отопления включают в себя внутренний и наружный диаметры , а также условный диаметр - округленное общее значение диаметра, которое определяется в дюймах или в долях дюйма.

Разница между внешним и внутренним диаметром трубы отличается на величину толщины трубы. В зависимости от материала, из которого изготовлена труба, эта величина разнится.

Внешний диаметр трубы обязательно учитывается при монтаже, поскольку требует присоединения всевозможных крепежей. Внутренний диаметр это основной критерий выбора трубы для отопительной системы. Благодаря ему определяется пропускная способность системы. А это, в свою очередь, существенно влияет на возможность протяженности трубопровода и на то, какое количество радиаторов будет возможно подключить к отопительной системе.

Дополнительно, принимая во внимание диаметр трубы, можно будет прогнозировать теплопотери системы обогрева.

Параметры подбора диаметра трубы

В первую очередь нужно учитывать, что правила выбора труб для различных отопительных схем существенно отличаются.

Если подключение системы обогрева будет проводиться к центральной отопительной магистрали, то диаметр трубы рассчитывается аналогично квартирным отопительным системам .

Если же планируется автономное отопление, то диаметр здесь может быть отличен в зависимости от того будет ли система работать с помощью циркуляционного насоса , либо же путем естественной циркуляции .

В том числе на выбор влияют:

• Материал изготовления трубы
• Тип теплоносителя
• Специфика разводки отопительной системы
• Предполагаемое давление воды
• Скорость течения воды в системе

Проводя расчеты диаметра трубопровода, следует изначально учесть из какого типа труб будет проводиться монтаж. Это необходимо, поскольку система измерения и маркировки труб различается исходя из материала, из которого она изготовлена. Как правило, трубы из стали и чугуна маркируются из расчета внутреннего диаметра, а пластиковые и медные трубы по наружному сечению. Это является особо важным фактором, если планируется монтаж трубопровода в комбинации нескольких материалов.

В идеале стоит доверить процедуру расчета специалисту, однако, если у вас нет такой возможности или просто есть желание, то можно вполне справиться самостоятельно.

Расчет диаметра труб системы отопления

Данный расчет производится на основании ряда параметров. Сначала необходимо определить тепловую мощность системы обогрева , потом рассчитать с какой скоростью теплоноситель - горячая вода или другой вид теплоносителя - будет двигаться по трубам. Это поможет максимально точно произвести расчеты и избежать неточностей.

Расчет мощности отопительной системы

Вычисление производятся по формуле. Чтобы высчитать мощность системы обогрева нужно объем обогреваемого помещения умножить на коэффициент теплопотери и на разницу между зимней температурой внутри помещения и за его пределами и затем разделить полученное значение на 860.

Определить коэффициент теплопотери можно исходя из материала постройки, а также наличия способов утепления и его видов.

Если постройка имеет стандартные параметры , то производить расчет можно в усредненном порядке.

Для определения результирующей температуры необходимо среднюю внешнюю температуру в зимнее время года и внутреннюю не меньше чем это регламентировано санитарными требованиями.

Скорость теплоносителя в системе

По нормативам скорость движения теплоносителя по трубам отопления должна превышать показатель 0,2 метра в секунду . Это требование обусловлено тем, что при более низкой скорости движения из жидкости выделяется воздух, что приводит к воздушным пробкам, которые могут нарушить работу всей системы обогрева.

Верхний уровень скорости не должен превышать 1,5 метра в секунду, поскольку это может привести к шуму в системе.

В целом желательно соблюдать средний барьер скорости, чтобы увеличить циркуляцию и тем самым повысить продуктивность системы. Чаще всего, чтобы добиться этого применяются специальные насосы.

Расчет диаметра трубы системы обогрева

Правильное определение диаметра трубы очень важный момент, поскольку он отвечает за качественную работу всей системы и если произвести неправильный расчет и смонтировать по нему систему, то потом будет невозможно исправить что-то частично. Необходима будет замена всей системы трубопровода. А это существенные расходы. Для того, чтобы не допустить этого нужно подойти к расчету со всей ответственностью.

Расчет диаметра трубы производится с помощью специальной формулы. Она включает в себя:

• искомый диаметр
• тепловую мощность системы
• скорость движения теплоносителя
• разницу между температурой в подаче и обратке отопительной системы.

Эту разницу температур необходимо выбрать исходя из нормативов на вход (не меньше чем 95 градусов) и на обратку (как правило, это 65−70 градусов). Исходя из этого, разница температур обычно принимается как 20 градусов.

Гидравлический расчёт труб

Сложность работы зависит от расчета диаметра труб, толщины их стенок и других параметров.

От протяжённости и типа отопительной сети зависит диаметр труб. Теплоноситель во время прохождения по различным участкам трубопровода, теряет часть энергии. Уменьшение диаметра трубы способствует увеличению скорости прохождения теплоносителя и тем самым повышению теплоотдачи.

Помимо этого коэффициент сопротивления потоку теплоносителя определяется шероховатостью внутренней поверхности трубопровода. В связи с этим может существенно различаться давление на разных участках системы отопления.

Применение гидравлических расчетов необходимо, чтобы точно определить параметры давления. В противном случае это может привести к снижению эффективности отопительной системы в связи с тем, что давление, приводящее в движение теплоноситель, не превышало суммарных потерь.

Также необходимо учесть тот факт, что толщина трубы имеет значение не менее чем ее диаметр.

Если диаметр трубы выбран неверно, это грозит серьезными осложнениями в период эксплуатации системы отопления или даже преждевременным выходом ее из строя:

1. Слишком большой диметр трубы системы обогрева . Это приведет к недостаточному давлению в отопительной системе и тем самым нарушению циркуляции. Из-за этого нарушится температурный режим в помещении, проще говоря, оно будет недостаточно обогрето.
2. Слишком маленький диаметр трубы системы обогрева . Из-за увеличения давления внутри трубы маленького диаметра система отопления будет слишком шумно работать.

Во время проектирования и монтажа системы отопления необходимо тщательное соблюдение всех параметров и правил. Ошибки, допущенные на стадии проектирования системы чаще всего просто невозможно исправить выборочно, и необходим полный демонтаж трубопровода системы обогрева и новая его закладка. Это приводит к ощутимым финансовым затратам и как следствие недовольством работой системы. Чтобы этого не произошло достаточно внимательно отнестись ко всем этапам процесса, в том числе к расчетам диаметра трубы отопительной системы.

Видеоинструкция гидравлического расчета