Содержание
Диаметр труб для отопления
Как правильно подобрать трубы для отопления? Этот вопрос волнует каждого застройщика, поскольку ошибка может нарушить работу всей системы, сделать ее неэффективной и некомфортной.
При заниженном диаметре:
- Трубы испытывают повышенные нагрузки и сокращается срок их службы. О 50-и годах, как заявляют производители, речь даже не идет.
- В отопительной системе возникают шумы. Кому нужен дискомфорт с прослушкой работы отопительной системы.
- В пиковые периоды при заниженном диаметре трубы может быть не обеспечена подача тепла в нужном количестве и в помещении будет некомфортная температура.
Но и ставить трубы на отопление с большим запасом тоже смысла нет:
- Это ненужный перерасход денежных средств, снижается инвестиционная эффективность замены труб и оборудования системы отопления.
- Из-за маленькой скорости потока теплоносителя в трубах могут образовываться отложения, что ведет к уменьшению их пропускной способности.
- Снижается эффективность из-за большего объема системы отопления. Она приобретает повышенную инерционность.
- Возможно постоянное завоздушивание, что ведет в повышенному износу радиаторов отопления, теплообменника котла и других компонентов
По сути, при правильно выбранном диаметре труб отопления теплоноситель перемещается по трубопроводам в нужном количестве и определенном диапазоне скоростей. Таким образом при выборе диаметра труб для системы радиаторного отопления с принудительной циркуляцией необходимо отталкиваться от двух значений:
- тепловая мощность отопительного контура
- скорость потока теплоносителя в трубопроводе
Усредненно показатель тепловой мощности часто принимают 100 Вт/м. кв., хотя правильнее заказать профессиональный расчет.
Теплопотери, которые напрямую определяют тепловую мощность, зависят от многих факторов: утепление дома, тип окон и дверей с ручками http://www.mirar-group.ru, климата в регионе и других.
Скорость потока зависит от расхода теплоносителя и указывается производителями труб в специальных таблицах.
Расчет диаметра труб отопления по таблице
Дабы упростить «жизнь» начинающим застройщикам, специалистами уже составлены специальные таблицы по которым можно подобрать нужный диаметр при ΔТ=20 град.С (разница температур между подачей и обраткой).
Ниже таблица подбора диаметра трубы для отопления при ΔТ=20 град. С:
Алгоритм подбора следующий:
- Перемещаясь по столбцам с показателем скорости потока жидкости 0,4-0,6 находим нужный показатель теплового потока.
- По крайнему левому столбцу определяем требуемый внутренний диаметр трубопровода.
- По таблицам производителя, в зависимости от внутреннего диаметра, находим нужный наружный диаметр.
Например, есть дом 60 кв. метров. По среднему показателю теплопотерь 100 Вт/м.кв., требуемый тепловой поток 6000 Вт. Применяем коэффициент запаса 1,2 — 6000*1,2=7200 Вт В таблице максимально приближенным будет значение 7185 Вт при скорости потока 0,5 м/с. По крайнему левому столбцу внутренний диаметр трубы будет равным 15 мм.
По таблице производителя находим требуемый наружный диаметр трубы. Например, для универсальной металлопластиковой трубы TECEFlex (стр. 11) ближайшее значение в сторону увеличения — 18 мм. Это труба универсальная многослойная (PE-XcAlPE) 25 мм. Аналогично смотрим ассортимент Экопластик стр. 7. Нам подойдет полипропиленовая труба Stabi 25 мм.
Соответствие тепловой мощности и диаметра
Проектировщиками и монтажниками уже подобраны оптимальные соотношения тепловой мощности и наружного диаметра отопительной пластиковой трубы (как в каталоге производителей).
- Для 3000-5000 Вт — подойдет труба 20 мм
Данные показатели являются усредненными и, особенно если тепловая мощность находится вблизи пограничного значения, лучше обратиться к специалистам.
Но с большой долей вероятности можно утверждать, что если требуемая тепловая мощность контура, например, 12 кВт (площадь около 120 м. кв.
), то разводку системы отопления с принудительной циркуляцией нужно проводить пластиковыми трубами диаметром 32 мм.
Следует учесть, что все вышенаписанное относится только к выбору диаметра. Кроме этого, при проектировании системы отопления дома нужно выбрать трубы с учетом эксплуатационных параметров (температуры и давления), особенностей монтажа (замоноличенные, под гипсокартоном или плинтусом, открытые или другое), по типу соединения (сварка, запрессовка, обжим, пресс-соединения).
Расчёт диаметра труб для отопления – как определить, таблица подбора
Трубы являются одними из самых распространённых, разнообразных и необходимых изделий. Их назначения и сферы использования так многочисленны, что и перечислить сложно. Трубопроводы для выполнения самых разных задач изготавливают из металла, стекла, пластика, керамики. Размеры варьируются, могут быть от миллиметра и до огромных труб для транспортировки нефти и газа.
В данной статье разберём, как рассчитать диаметр труб для отопления. Не стоит недооценивать важность расчёта, потому что неточности в выборе трубного диаметра могут существенно ухудшить гидродинамику отопительного контура, снизить коэффициент полезного действия и стать причиной слишком высоких затрат на приобретение труб забольшого диаметра.
Ключевые параметры труб:
- усреднённый диаметр;
- внешний диаметр трубы;
- внутренний трубный диаметр;
- материал трубопровода.
Советы перед расчётом и установкой системы
Узнать необходимый диаметр трубопровода под отопление очень важно, так как именно от этого параметра зависит гидродинамическое сопротивление и пропускная способность контура. Ещё перед расчётом требуется чётко определиться с типом труб и их материалом.
Нанесённая маркировка для изделий различается. Трубы из пластика маркируют с указанием наружного диаметра, а из чугуна и стали – по внутреннему диаметру. Взять на заметку этот факт придётся, если установка трубопровода будет осуществляться комбинированным способом.
Обратите внимание
Перед самой работой также необходимо составить схему планируемой системы отопления, выбрать диаметр труб для отопления в частном доме и купить все материалы. К тому же найти комплектующие, в том числе тройники, клапаны, переходники и воздушные клапаны.
Расчёт диаметра трубы для отопления должен производиться аккуратно и внимательно, в какой последовательности всё рассчитывать рассмотрим ниже.
Что нужно для расчёта
Как правило, вычисления начинают с определения тепловой мощности – Q. Необходимое количество тепла узнают произведением объёма помещения V в м³ на норму, которая равна 40 Вт/м³.
Q = V х 40 Вт/м³
Затем устанавливают тип системы отопления: одно- или двухтрубная. Для загородных домов лучше подойдёт 2-трубная, однако для будущего расчёта выбор типа системы – не самое важное.
Лучше направить своё внимание на выбор метода движения теплового носителя:
- будет ли он конвекционным либо естественным;
- либо же принудительным, с использованием насоса циркуляции.
Главное отличие этих методов в том, что при организации системы выбирается уклон отопительных труб при естественной циркуляции, где жидкость движется самотёком, а второй вариант подразумевает движение с помощью насоса, что делает скорость обмена тепла намного выше.
Скорость движения теплового носителя – очень важный показатель.
В зависимости от него, в том числе, выбирают диаметр труб для обогрева. Расчётные единицы для естественной циркуляции – от 0,3 м/с. Скорость движения теплоносителя зависит от напора, поэтому при выборе варианта с естественной циркуляцией он определяется высотой подъёма расширительного бачка открытого типа. Каждый метр подъёма добавляет величину давления в 0,1 атм.
В случае с циркуляцией при помощи насоса выбирают величину скорости – 0,7 м/с.
Высчитывая скорость необходимо идти на определённые уступки, ведь при высокой скорости появляется шум в системе и существенно повышается гидравлическое сопротивление, а при очень низкой — забольшие размеры отопительных изделий приведут к увеличению финансовых затрат. Потому зачастую выбирают меньший диаметр в связи с:
- облегчённым монтажом;
- относительно низкой стоимостью труб диаметра поменьше;
- увеличением динамичности системы при меньшем количестве жидкости.
Расчёт по этапам
Вы определили исходные данные: нарисовали схему отопительной системы, решили с типом, вовремя рассчитали величину тепловой мощности для всех помещений? Тогда действуйте дальше. Обычно расчёт начинают с наиболее удалённого помещения.
Объёмный расход жидкости вычисляют по формуле:
G = 0.86*Q / 20где: G – объёмный расход теплоносителя, кг/ч; Q – расчётное количество тепла, Вт;
20 – температурная разница в подаче и «обратке». Для расчётов равна 20 °C.
По приведённой формуле определяют массу жидкости, однако горячая вода характеризуется при 80 °C плотностью р = 971.6 кг/м³. Потому объёмный расход Vo вычисляют формуле:
Vo = G / р
При знании объёма и скорости движения нетрудно вычислить площадь поперечного сечения:
S = Vo / (3600 х Vт)где: S – площадь поперечного сечения; Vo – расход (объёмный) теплового носителя;
Vт – выбранная скорость потока жидкости.
И в конце производят расчёт диаметра:
D = корень квадратный из выражения 4S /3,14.
После того, как вы вычислили диаметр для дальней комнаты, рассчитать размер трубопровода для следующего помещения не составит труда. Однако стоит помнить, что через это помещение необходимо пропустить суммарное количество тепла для двух комнат и т.п. Расчёт в целом не трудный, но для тех, кто не занимался ранее подобными вычислениями, достаточно громоздок.
Потому для того, чтобы облегчить сам процесс, существуют таблицы, дающие ответ и решающие задачу – как определить диаметр трубы для отопления.
Из таблиц чётко ясно: диаметр отопительных труб с естественной циркуляцией нужен большой, так как скорость движения потока 0,3 м/с.
Выбирать трубы стоит по ближайшему большему диаметру, взяв на заметку несовпадение логики маркировки труб из разных материалов:
Диаметры медных и стальных труб для отопления:
Каким диаметром должны быть трубы отопления полипропилен
Вы решили использовать изделия из полипропилена и не знаете, как подобрать диаметр в связи с вышеприведёнными формулами? Аналогично. Однако у труб из полипропилена большой срок службы, около века, потому система отопления, которая правильно рассчитана и качественно установлена, будет служить довольно долго. Загляните в таблицу диаметров труб для отопления.
Наружный диаметр, ммPN10PN20PN30
Внутренний диаметрТолщина стенкиВнутренний диаметрТолщина стенкиВнутренний диаметрТолщина стенки
16
10.6
2.7
20
16.2
1.9
13.2
3.4
13.2
3.4
25
20.4
2.3
16.6
4.2
16.6
4.2
32
26.0
3.0
21.2
5.4
21.2
3.0
40
32.6
3.7
26.6
6.7
26.6
3.7
50
40.8
4.6
33.2
8.4
33.2
4.6
63
51.4
5.8
42
10.5
42
5.8
75
61.2
6.9
50
12.5
50
6.9
90
73.6
8.2
6
15
110
90
10
73.2
18.4
Полипропиленовые трубопроводы пользуются популярностью, так как они стоят не так дорого, как металлические, экологичны и внешне привлекательны.
К тому же и установка контуров систем при применении подобных изделий становится существенно проще. Существуют специальные аппараты для сварки труб, разные переходники, фитинги, краны и иные нужные комплектующие.
Процесс установки чем-то напоминает сборку системы из конструктора.
Оребрённые трубы
Такие изделия изготавливаются методом поперечно-винтовой прокатки. На них наносятся рёбра, увеличивающие площадь поверхности, которая отдаёт тепло. Применение таких труб даёт возможность сократить вес тепловых обменников, потому что тепло будет отдавать и оребрённая труба, по которой циркулирует жидкость.
Такая труба, если сравнивать её с обычной гладкой, имеет площадь теплового обмена в 2-3 раза больше. Популярности оребрённых труб мешает их высокая стоимость. Изделия выполняются из алюминия, латуни и меди. Организация системы отопления с использованием такого типа трубопроводов требует существенных денежных затрат, потому их расчёт в этой статье не будем рассматривать.
При не очень разветвлённой и сложной системе трубный диаметр можно рассчитать самостоятельно. Для этого необходимо иметь данные о тепловых потерях помещения и мощность каждого радиатора.
Потом, заглянув в таблицу, можно определить сечение трубы, соответствующей подаче нужного количества тепла. Расчёт трудных многоэлементных схем лучше оставить для профессионалов.
Важно
В крайнем случае, рассчитайте сами, но постарайтесь хотя бы получить консультацию.
Как определить диаметр трубы для отопления с принудительной и естественной циркуляцией
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.
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:
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.
Совет
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.
Таблица 1. Потери теплоносителя
ТрубаРасход м3/часСкорость м/сПотери напора м/100м
Сталь новая 133х5
60
1,4
3,6
Сталь новая 133х5
60
1,4
6,84
ПЭ 100 110х6,6 (SDR 17)
60
2,26
4,1
ПЭ 80 110х8,1 (SDR 13,6)
60
2,41
4,8
Сталь новая 245х6
400
2,6
4,3
Сталь старая 245х6
400
2,6
7,0
ПЭ 100 225х13,4 (SDR 17)
400
3,6
4,0
ПЭ 80 110х16,6 (SDR 13,6)
400
3,85
4,8
Сталь новая 630х10
3000
2,85
1,33
Сталь старая 630х10
3000
2,85
1,98
ПЭ 100 560х33,2 (SDR 17)
3000
4,35
1,96
ПЭ 80 560х41,2 (SDR 13,6)
3000
4,65
2,3
Сталь новая 820х12
4000
2,23
0,6
Сталь старая 820х10
4000
2,23
0,87
ПЭ 100 800х47,4 (SDR 17)
4000
2,85
0,59
ПЭ 80 800ъ58,8 (SDR 13,6)
4000
3,0
0,69
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:
Чтобы правильно высчитать диаметр трубы, нужно учесть ограничения, которые способствуют снижению КПД обогрева: общее сопротивление фитингов, изгибов, поворотов, а также скорость подачи воды. Для расчета используется формула:
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.
Обратите внимание
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.
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.
Диаметр труб отопления: как правильно выбрать и рассчитать
Правильное проектирование отопительной системы заключается в учете всех возможных факторов влияния на ее эффективность КПД. Помимо корректного подбора основных компонентов, котла, радиаторов, групп безопасности, следует правильно рассчитать сечение магистралей. Для этого нужно знать оптимальный диаметр труб отопления: как правильно выбрать и рассчитать его самостоятельно?
Трудности выбора диаметра труб отопления
Схема отопления с указанием диаметра труб
Казалось бы – выбор диаметра труб для отопления частного дома не является сложной задачей. Они должны лишь обеспечить доставку теплоносителя от источника его нагрева к приборам теплоснабжения – радиаторам батареям.
Но на практике неправильно подобранный диаметр коллектора отопления или подающей трубы может привести к значительному ухудшению работы всей системы.
Это объясняется процессами, которые происходят во время движения воды по магистралям. Для этого нужно знать основы физики и гидродинамики.
Чтобы не вдаваться в дебри точных расчетов, можно определить основные характеристики отопления, которые напрямую зависят от сечения трубопроводов:
- Скорость движения теплоносителя. Она влияет не только на повышение шума при работе теплоснабжения, но и нужна для оптимального распределения тепла по приборам отопления. Попросту вода не должна успеть остыть до минимального уровня при достижении последнего радиатора в системе;
- Объем теплоносителя. Так, диаметр труб с естественной циркуляцией отопления должен быть большим, чтобы снизить потери при трении жидкости о внутреннюю поверхность магистрали. Однако наряду с этим увеличивается объем теплоносителя, что влечет за собой повышение затрат на его нагрев;
- Гидравлические потери. Если в системе будут применены разные диаметры пластиковых труб для отопления, то неизбежно возникнет разность давления на их стыке, что приведет к возрастанию гидравлических потерь.
Как выбрать диаметр трубы для отопления, чтобы по факту установки не пришлось переделывать всю систему теплоснабжения из-за крайне низкой эффективности? Прежде всего, следует выполнить правильный расчет сечения магистралей. Для этого рекомендуется воспользоваться специальными программами и при желании проверить результат самостоятельно вручную.
Порядок расчета сечения магистралей теплоснабжения
Перед тем как рассчитать диаметр трубы отопления необходимо определиться с их основными геометрическими параметрами. Для этого нужно знать основные характеристики магистралей. К ним относятся не только эксплуатационные качества, но и размеры.
Каждый производитель указывает значение сечения труб – диаметр. Но фактически он зависит от толщины стенки и материала изготовления. Перед приобретением определенной модели трубопроводов нужно знать следующие особенности обозначения геометрических размеров:
- Расчёт диаметра полипропиленовых труб для отопления делается с учетом того, что производители указывают наружные габаритные размеры. Для вычисления полезного сечения необходимо отнять две толщины стенки;
- Для стальных и медных трубопроводов даются внутренние размеры.
Зная эти особенности можно делать расчет диаметра коллектора отопления, труб и других компонентов для монтажа.
Определение тепловой мощности системы
Как правильно подобрать диаметр труб для отопления и следует ли это делать без расчетных данных? Для небольшой системы отопления можно обойтись без сложных вычислений. Важно лишь знать следующие правила:
- Оптимальный диаметр труб с естественной циркуляцией отопления должен составлять от 30 до 40 мм;
- Для закрытой системы с принудительным движением теплоносителя следует использовать трубы меньшего сечения для создания оптимального давления и скорости потока воды.
Для точного вычисления рекомендуется использовать программа для расчета диаметра труб отопления. Если же их нет – можно воспользоваться приблизительными вычислениями. Сначала необходимо найти тепловую мощность системы. Для этого необходимо воспользоваться следующей формулой:
Q=(V*Δt*K)860
Где Q – рассчитываемая тепловая мощность отопления, кВт/ч, V – объем комнаты (дома), м³, Δt – разница между температурами на улице и в помещении, °С, К – расчетный коэффициент тепловых потерь дома, 860 – величина для перевода полученных значений в приемлемый формат кВт/ч.
Наибольшие затруднения при предварительном расчете диаметра пластиковых труб для отопления вызывает поправочный коэффициент К. Он зависит от теплоизоляции дома. Его лучше всего взять из данных таблицы.
Коэффициент К
Степень теплоизоляции здания
3-4
Минимальная теплоизоляция
2-2,9
Минимальное утепление фасада – облицовка кирпичом.
1-1,9
Средний уровень теплоизоляции
0,6-0,9
Качественное утепление дома, установлены современные окна и двери
В качестве примера расчета диаметров полипропиленовых труб для отопления можно вычислить требуемую тепловую мощность комнаты общим объемом 47 м³. При этом температура на улице будет -23°С, а в помещении – +20°С. Соответственно разница Δt составит 43°С. Поправочный коэффициент возьмем равным 1,1. Тогда требуемая тепловая мощность составит.
Q=(47*43*1.1)/860=2.585 кВт/час
Следующий этап выбора диаметра трубы для отопления – определение оптимальной скорости движения теплоносителя.
Скорость воды в трубах
Таблица для расчета диаметра трубы отопления
Оптимальный напор теплоносителя в магистралях необходим для равномерного распределения тепловой энергии по радиаторам и батареям. Для правильного подбора диаметров труб отопления следует принимать оптимальные значения скорости продвижения воды в трубопроводах.
Стоит помнить, что при превышении интенсивности движения теплоносителя в системе могут возникать посторонние шумы. Поэтому данное значение должно быть равно от 0,36 до 0,7 м/с. Если параметр будет меньше – неизбежно возникнут дополнительные тепловые потери. При его превышении появятся построение шумы в трубопроводах и радиаторах.
Для окончательного расчета диаметра трубы отопления следует воспользоваться данными из таблицы, представленной ниже.
Подставляя в формулу расчета диаметра трубы отопления в полученные ранее значения можно определить, что оптимальный диаметр трубы для конкретного помещения составит 12 мм. Это лишь приблизительный расчет. На практике специалисты рекомендуют к полученным значениям прибавить 10-15%.
Это объясняется тем, что формула расчета диаметра трубы отопления может измениться из-за добавления новых компонентов в систему.
Для точного вычисления потребуется специальная программа для расчета диаметра труб отопления.
Подобные программные комплексы можно скачать в демоверсии с ограниченными возможностями расчетов.
Расчет отопительного коллектора и монтажных гильз
Вышеописанная технология вычислений может быть применена для всех видов теплоснабжения – однотрубного, двухтрубного и коллекторного. Однако для последнего необходимо сделать правильный расчет диаметра коллектора отопления.
Этот элемент отопления необходим для распределения теплоносителя по нескольким контурам. При этом расчет правильного диаметра коллектора отопления неразрывно связан с вычислением оптимального сечения трубопровода. Это следующий этап проектирования системы теплоснабжения.
Для вычисления диаметра отопительного коллектора необходимо сначала рассчитать сечение труб по вышеописанной схеме. Затем можно воспользоваться достаточно простой формулой:
М0=М1+М2+М3+М4
Где М0 – искомый диаметр коллектора, М1, М2, М3, М4 – диаметры подключаемых трубопроводов.
При определении высоты и оптимального расстояния между патрубками применяется принцип «трех диаметров». Согласно ему удаленность труб на конструкции должна составлять 6 радиусов каждой. Общий диаметр отопительного коллектора также равен этому значению.
Важно
Гильза для монтажа труб отопления
Но кроме этого компонента системы нередко приходится применять дополнительные. Как узнать диаметр гильзы для труб отопления? Только выполнив предварительный расчет сечения магистралей. Кроме этого нужно учитывать толщину стен и материал их изготовления. От этого будет зависеть конструкция гильзы, степень ее теплоизоляции.
На значение диаметра гильзы для труб отопления влияет материал изготовления стены, а также трубы. Важно учитывать возможную степень расширения при нагреве поверхности. Если диаметры пластиковых труб теплоснабжения составляют 20 мм, то такой же параметр у гильзы должен быть не менее 24 мм.
Дополнительные данные для расчета диаметра труб теплоснабжения
После выбора диаметра труб для отопления частного дома нужно правильно подобрать их материал изготовления, а также учесть особенности отопительной системы. На этот параметр влияет схема расположения магистралей, а также количество запорной и регулирующей арматуры.
Помимо знания диаметра труб в отоплении с естественной циркуляцией нужно учитывать высоту разгонного стояка и правильно подобрать размер его сечения.
Он должен быть на минимальной высоте 1,5 относительно других элементов теплоснабжения.
Для увеличения скорости движения теплоносителя диаметр полипропиленовых труб, используемых в конструкции разгонного коллектора должен быть на один размер больше, чем у основной магистрали.
Геометрические размеры и масса стальных труб
Также важно учитывать толщину стенки трубопроводов. Она зависит от материала изготовления и может варьироваться от 0,5 мм (стальные) до 5 мм (пластиковые).
На выбор диаметра труб для системы отопления частного дома оказывает влияние материала изготовления. Так, пластиковые магистрали рекомендуется устанавливать для систем с принудительной циркуляцией. Их внутренний диаметр может варьироваться от 10 до 30 мм.
Подробнее о толщине стенок полимерных труб для отопления можно узнать из данных таблицы.
Совет
Для стальных моделей необходимо учитывать не только их геометрические размеры, но и массу. Она напрямую зависит от толщины стенки. В программах для расчета диаметра труб отопления обязательно должна быть функция по вычислению удельного веса 1 м.п. стальной магистрали.
Зная эти дополнительные характеристики можно сделать наиболее точный расчет параметров отопительной системы, включая правильный подбор диаметров отопительных труб.
Материал изготовления труб отопления
Конструкция полимерных труб
Помимо правильного выбора диаметров трубы для теплоснабжения нужно знать характеристики их материала изготовления. Это скажется на тепловых потерях системы, а также на трудоемкости монтажа.
Следует помнить, что расчет диаметров отопительных труб выполняется только после выбора материала их изготовления. В настоящее время для комплектации систем теплоснабжения применяют несколько типов трубопроводов:
- Полимерные. Они изготавливаются из полипропилена или сшитого полиэтилена. Отличие заключается в дополнительных компонентах, добавляемых в процессе производства. После выполнения расчёта диаметра полипропиленовых труб для теплоснабжения нужно правильно подобрать толщину их стенки. Она варьируется от 1,8 до 3 мм в зависимости от параметров максимального давления в магистралях;
- Стальные. До недавнего времени это был самый распространенный вариант обустройства отопления. Несмотря на свои более чем хорошие прочностные характеристики стальные трубы имеют ряд существенных недостатков – сложный монтаж, постепенное ржавление поверхности и повышенная шероховатость. В качестве альтернативы можно применять трубы, изготовленные из нержавеющей стали. Одна их стоимость на порядок выше «черных»;
- Медные. По техническим и эксплуатационным характеристикам медные трубопроводы являются оптимальным вариантом. Они характеризуются достаточным растяжением, т.е. если в них замерзнет вода – труба некоторое время будет расширяться без потери герметичности. Недостаток – высокая стоимость.
В видеоматериале можно ознакомиться с примером расчета диаметра труб в зависимости от оптимальной скорости потока теплоносителя:
Как выполнить расчет диаметра труб отопления для дома?
Эффективность работы системы отопления во многом зависит о того, насколько четко выполнен расчет диаметра труб для отопления. Именно данный параметр влияет на качество циркуляции энергоносителя, на неоправданные потери тепла. В основном, для выполнения подобных расчетов сейчас используют специальное программное обеспечение, но существует и несколько других способов.
↑
Наиболее простым методом определения требуемых параметров трубы можно считать применение специальных таблиц. Данные документы позволяют получить приблизительные значения, связанные с необходимой для отопления мощностью теплового потока, предполагаемой скоростью циркуляции энергоносителя.
Пользуясь такой таблицей, стоит учитывать также и тот факт, что на выбор диаметра влияют и другие показатели системы:
- Материал, из которого сделаны трубы.
- Вид теплоносителя.
- Тип обеспечения циркуляции жидкости в системе.
- Особенности схемы разводки отопления.
Выбирая таблицу, по которой планируете выполнить расчет диаметра труб для отопления, уточните все эти особенности, ведь размеры полипропиленовых и металлических труб, например, будут значительно отличаться. Если у вас нет практического опыта, стоит доверить эту процедуру специалисту, который в состоянии выполнить расчет на основании целого ряда специальных формул, учитывающих различные особенности системы.
↑
Расчет труб отопления начинают с определения тепловой мощности системы, которая способна создать комфортную температуру в помещении. Основная формула, которая для этого применяется, выглядит так:
Коэффициент теплопотерь зависит от материала стен, способов утепления.
Для стандартных построек, выполняя расчет диаметров труб отопления, можно применять усредненные его значения:
- При высокой степени теплоизоляции (кирпичные стены, применение двухстороннего утепления, установка окон с двойным остеклением, а также энергосберегающих пакетов, утепление кровельных конструкций и пола) — К принимается равным 0,6-0,9.
- Средняя степень теплоизоляции (стандартные конструкции из кирпича, отсутствие дополнительного утепления) — К должен быть равным 1-1,9.
- При незначительной теплоизоляции (одинарная кладка, применение окон или одним стеклом, или их значительное количество) — коэффициент приравнивается К = 2-2,9.
- У построек, теплоизоляция которых не выполнена вообще, коэффициент применяется 3-4.
При определении дельты температуры берут среднюю температуры в зимний период, характерную для вашего региона, внутренние показатели не должны быть меньше, чем санитарные требования.
В качестве примера рассмотрим пример расчета тепловой мощности для неутепленного дома (3х6х3 м), для средней температуры зимой -30 градусов.
Объем помещения 54 м3, разница температур (с учетом внутреннего значения в 23 градуса) — 53, Применяем средний коэффициент теплоизоляции 3. В результате получаем:
↑
Согласно действующим нормативам скорость теплоносителя не должна быть меньшей, чем 0,2 метра в секунду. В противном случае, из массы жидкости начиняет выделяться воздух, в свою очередь это ведет к образованию воздушных пробок в системе.
Следует применять более высокие показатели скорости, это обеспечит высокую циркуляцию, соответственно повысится и эффективность системы отопления. В большинстве случаев для повышения скорости движения жидкости применяют специальные насосы.
↑
Имея эти данные, можно выполнить расчет диаметра труб отопления для дома, он производится с применением следующей формулы:
Разница температур для расчета выбирается, исходя из следующих соображений. Согласно нормативам температура энергоносителя на входе не должна быть меньшей, чем 95 градусов, а отработанный носитель (обратка) должен иметь показатели в 65-70 градусов. Поэтому ∆t обычно принимается в пределах 20 градусов.
↑Обратите внимание
На первый взгляд все кажется достаточно простым, но многое зависит от сложности, которую имеет система отопления — расчет диаметра труб, толщины их стенок, других параметров в реальных условиях более сложен.
Диаметр труб во многом зависит от протяженности сети, ее типа.
Дело в том, что проходя по различным участкам трубопровода, теплоноситель теряет часть своей тепловой энергии. Поэтому для повышения тепловой отдачи приходится увеличивать скорость движения жидкости, для этого прибегают к уменьшению диаметра.
Кроме того, трубы имеют определенное сопротивление потоку, его коэффициент определяется шероховатостью внутренних стенок трубы. Поэтому давление внутри системы может существенно различаться на разных участках системы.
Для определения параметров приходится прибегать к выполнению гидравлических расчетов. При этом диаметры труб следует применять такие, чтобы давление, которое приводит жидкость в движение, превышало суммарные потери не менее чем на десятую часть. В противном случае, вы получите неэффективное отопление, отличающиеся высокими тепловыми потерями.
Такой же эффект может дать неоправданное увеличение диаметра труб, для повышения теплоотдачи, чаще всего, этот прием оказывает только отрицательное действие.
Большое значение имеет также толщина стенок трубы, соответствие внутренних диаметров фитингов и непосредственно труб. На процессе проектирования требуется уточнить рабочее давление теплоносителя, он зависит от особенностей котельного оборудования и дожимных насосов.
И это еще далеко не все нюансы, существует множество тонкостей, связанных с выбором диаметра трубопроводов для отопления. Поэтому оговоримся еще раз, данные расчеты должен выполнять специалист, экономить на проекте недопустимо.
Как подобрать диаметры труб для системы отопления частного дома
Чтобы облегчить восприятие информации, давайте представим себе систему отопления в виде сети разветвленных дорог, по которым грузовые автомобили развозят кирпичи с завода на строительные площадки.
У нас будет один завод, десять строительных площадок, десять автомобилей и одна основная дорога, идущая от кирпичного завода, которая затем разделяется на два главных равнозначных направления.
Условимся, что в каждый автомобиль вмещается по 3 000 кирпичей и, в целом, расход кирпичей на всех строительных площадках в течении часа составляет 30 000 кирпичей по 3 000 штук на каждой.
Кроме того, машины должны двигаться одновременно с одинаковой скоростью.
Какой ширины нам нужны дороги? Сколько полос будет иметь каждое дорожное полотно?
Нам нужно поставлять на стройплощадки каждый час по 30 000 кирпичей (количество, вмещаемое десятью грузовиками). Следовательно, основная дорога, идущая от завода, будет десяти полосной.
Важно
Доехав перекрестка, пять машин поедут налево, а пять других машин повернут направо.
Сколько полос теперь нужно для каждой группы машин? Ответ очевиден – по пять полос.
Можно конечно оставить и десяти полосную на каждое направление. Но согласитесь – это непомерные, ненужные затраты!
Машины доехали до первого ответвления дороги, ведущего к одной из строительных площадок. По одной машине с главных направлений свернуло в сторону к этим площадкам.
Дорога из скольких полос понадобится для каждой из этих машин? Однополосная, не так ли? А что с остальными машинами?
Машин осталось по четыре на каждом направлении. Значит, и дорога для них нужна уже четырех полосная.
Доехав до следующего ответвления, по одной машине снова свернуло на однополосную дорогу и поехало разгружаться к своим площадкам. Три остальных продолжили свое движение по трехполосному дорожному полотну.
Далее главная дорога была уменьшена сначала до двух полос, а затем до одной, по мере того, как по одному грузовику отделялось от основной процессии.
Грузовики вовремя доставили кирпичи до строительных площадок!
Совет
Разгрузившись, машины вновь отправились на завод за новой партией кирпичей.
Сначала каждая ехала по однополосной дороге, а как только присоединялись другие, дорога становилась все шире и шире, пока рабочие завода не увидели десять машин, возвращающихся из поездки по десяти полосной дороге.
Подбор диаметра труб по заданной скорости теплоносителя
Подбор диаметра труб по
скорости теплоносителя.
(режим 80/60)
Приведенное выше описание очень похоже на то, что происходит в двухтрубной тупиковой системе отопления.
В системе отопления есть свой завод, который производит тепло – это котел. Роль дорог играют трубопроводы. Теплоноситель – чаще вода, “везет” тепло к радиаторам, где оно расходуется, восполняя тепловые потери помещения. “Разгрузившаяся” остывшая вода вновь возвращается в котел, чтобы заправиться теплом. Процесс происходит постоянно.
Диаметр труб для системы отопления подбирается по тому же самому принципу, что и ширина дорог из нашего примера. Чем больше требуется передать тепла, которое несет вода, тем больше должен быть диаметр трубы. По мере уменьшения потребности в тепле на каждом отдельном участке, диаметр труб уменьшается.
Какое количество тепла может пропустить та или иная труба?
Опуская подробные объяснения и расчеты по известным формулам, скажем лишь, что одним из распространенных способов определения диаметров труб является задача скорости, с которой будет двигаться теплоноситель внутри трубы.
С одной стороны, скорость теплоносителя не должна быть меньше 0,25 м/сек. При меньших скоростях образуются воздушные пробки, препятствующие циркуляции теплоносителя.
Подбор диаметра труб по
скорости теплоносителя.
(режим 75/60)
А с другой стороны, она должна быть не выше 1,5 м/сек. При больших скоростях возникает шум от двигающегося внутри труб теплоносителя.
Практикой и расчетами установлено, что скорость теплоносителя, лежащая в пределах 0,3 – 0,7 м/сек является самой оптимальной с точки зрения энергоэффективности и затрат на материал.
В таблицах приведены скорости движения воды по трубопроводу в зависимости от тепловой нагрузки и диаметра труб.
Обратите внимание
В левом столбце вы видите тепловую нагрузку.
Вверху – наружные диаметры полипропиленовых труб. В самой таблице проставлены значения скорости воды, двигающейся по трубам.
Красным цветом обозначены рекомендованные скорости для конкретного диаметра труб по заданной тепловой нагрузке.
Рассмотрим использование данных из таблицы на примере.
Пример подбора диаметра труб.
Предположим, у нас есть частный двухэтажный дом общей площадью 380 м2 с тепловыми потерями 38000 Вт.
Также расчетами установлено, что на первом этаже теплопотери составляют 20000 Вт, а на втором – 18000 Вт.
Тепловой режим взят 80/60. (80 оС – подача; 60 оС – обратка)
В качестве схемы мы избрали двухтрубную поэтажную тупиковую систему отопления, разделенную на каждом этаже на две равнонагруженные ветки (направление в два крыла).
Левая ветка первого и второго этажа
Правая ветка первого и второго этажа
Какой нужен диаметр труб основной подающей и обратной магистрали, подключенной к котлу?
Через нее проходит весь поток воды, предназначенный для обогрева всего дома. А это 38000 Вт.
Находим в таблице 38000 Вт и по горизонтали двигаемся к красному полю. Затем поднимаемся по вертикали и находим нужный диаметр трубы.
Как видим, для нашего случая подходят три диаметра трубы: 40, 50, 63. Какой выбрать? В данном случае, логично, что 40, потому что дешевле. Зачем нам для шести машин строить восьми полосную дорогу?
Мы дошли до первого разветвления. Часть тепла 20000 Вт должна пойти по трубопроводу на обогрев 1 этажа, а другая – 18000 Вт по стоякам поднимется на второй этаж. Какие трубы будут нужны нам теперь?
Смотрим по таблице скорость теплоносителя и соответствующие диаметры труб.
Как видим, нужно использовать 32 трубу и для первого и для второго этажа.
В согласии с данными из примера на каждом этаже трубы разделяются на две равнозначных по тепловой нагрузке ветки.
Для первого этажа каждая из веток несет тепло, равное 20000 / 2 = 10000 Вт.
Для второго этажа – 18000 / 2 = 9000 Вт.
Какие трубы будем использовать для каждой ветки? Снова смотрим таблицу.
Итак, были выбраны трубы диаметром 25 мм.
Что дальше? Наконец, на пути каждой ветки начали встречаться радиаторы, которые стали постепенно снимать тепловую нагрузку с веток.
Важно
Глядя в таблицу, мы видим, что как только тепловая нагрузка упадет до 5000 Вт, можно будет перейти на трубы диаметром 20 мм и дальше оставшуюся разводку можно сделать этими трубами.
На практике переход на трубы диаметром 20 мм мы делаем при тепловой нагрузке 3000 Вт.
