Расчет диаметра труб для отопления с принудительной циркуляцией

Тепловая способность автономной отопительной сети зависит не только от бренда торговой марки котла и длины радиаторных батарей, но и от вида материала трубопроводной арматуры.

Трубы для индивидуального отопления следует выбирать по следующим критериям:

• Учет типа прокладки трубопровода. Монтаж линии разводки производится открытым и закрытым (встроенным) способом, а в случае ремонта без особых сложностей можно заменить поврежденный участок. Закрытый способ применяют для обогревательной системы «теплый пол» или когда по эстетическим требованиям дизайна интерьера трубную разводку нужно «спрятать» в конструкции стены или пола.
• Вид обогревающей сети. Это может быть автономный источник тепла или централизованная отопительная магистраль с циркуляцией теплоносителя принудительным или естественным способом.
• Показатель максимальной температуры теплоносителя. В регионах с суровыми климатическими условиями обогревательный контур рассчитывают на максимальную температуру теплоносителя.
• Конфигурация трубной разводки. Тепловая система дома с прокладкой отопления в одну линию последовательно от одного отопительного прибора к другому называется однотрубной. Двухтрубная конфигурация предусматривает прокладку труб отопления к радиаторам каждой комнаты или помещения. Вторая конфигурация дает возможность обитателям квартиры самостоятельно отключать отопительные приборы в каждом конкретном помещении.

По этим основным правилам выбирают вид отопительной трубы для каждого конкретной частного дома или квартиры.

Влияние типа и размера трубы на работу системы

Эффективная работа автономного отопления во многом зависит от правильного выбора поперечного сечения линии отопления. От этого показателя зависит пропускная способность трубопровода. Эта характеристика показывает — какое количество горячей воды при постоянной скорости теплоносителя пройдет за одну единицу времени. В контурах отопления при постоянном расходе жидкости и снижении диаметра магистрали в коммуникациях происходит увеличение скорости движения жидкости. Примером может служить домашняя отопительная сеть с котлом, оборудованным насосом с принудительной циркуляцией подогретой воды. В этом случае происходит увеличение скорости потока теплоносителя на участках линии с небольшим диаметром. На участках системы с трубами большего поперечного снижения скорость замедляется.

Качественный обогрев помещений автономной системой отопления достигается при скорости теплоносителя от 0.3 до 0.7 м/сек.

При снижении показателя ниже 0,25 м/сек появляется риск образования в системе воздушных пробок, показатель скорости выше нормативного приводит к появлению шума в системе.

Большое влияние на скорость движения теплоносителя,а также на снижение напора оказывает шероховатость внутренней полости труб. Для примера можно сравнить показатели двух видов материалов:шероховатость новой стальной трубы диаметром 50 мм составляет 0,1 мм, а полимерных изделий такого же диаметра – 0,005 мм.Скорость передвижения жидкости по новым стальным трубам ф*50 мм равна 0,7 м/сек, для полимерных труб этот показатель составляет 22 м/сек.

Разновидности труб для отопления: плюсы и минусы материала

Современные автономные системы отопления монтируются из металлических или пластиковых труб. Термин «металл» объединяет несколько видов: сталь, нержавейку или медь. Категория пластиковых труб более обширна, они изготавливаются из полипропилена, металлопластика, сшитого полиэтилена.

Таблица 1. Сравнительные эксплуатационные характеристики основных видов отопительных труб.

Металлические изделия

Несколько десятилетий назад металлическими трубопроводами были оборудованы практически все системы обогрева многоэтажных и частных домов. Для изготовления использовались следующие виды материалов:

• Стальные изделия из черного или оцинкованного металла. За счет отменной прочности и высокой устойчивости металла к механическим внешним повреждениям срок эксплуатации отопительной сети достигает 20 лет. Стальные трубы не имеют ограничения по температуре теплоносителя. Поэтому их часто использовали для парового отопления, в котором температура достигает 100 – 130 градусов. Для стальных тепловых трасс показатель максимального давления составляет 30 атмосфер. Основные недостатки: подверженность коррозии, большая масса изделий, необходимость сварки соединений, высокая теплопроводность, внутренняя шероховатость.
  После монтажа стальные трубы из черного металла требуют обязательной окраски.
• Нержавеющая сталь. Отопительный контур из нержавейки отличается долговечностью и гигиеничностью внешней поверхности. Внутренние полости труб не ржавеют и не «зарастают». Современные гофрированные трубные изделия из нержавеющей стали успешно применяют в системе «теплый пол». Недостаток: высокая стоимость и сложность монтажа.
• Медь. Возросшая популярность медных труб связана с высоким коэффициентом теплоотдачи материала, его прочностью и долговечностью. Основные достоинства: срок службы составляет 100 лет, значительная теплопроводность (389,6 Вт/Мк), отсутствие деформаций при перепаде температур, возможность выдерживать внутренне давление в сети от 200 до 400 атм. При длительной температурной нагрузке теплоносителя в 90 град один метр медной трубы удлиняется всего лишь на 0,1 %. Высокая эстетичность внешнего вида в сочетании с абсолютной безвредностью для человека делает медный отопительный трубопровод лидером среди металлических изделий. Главными недостатками является высокая стоимость изделий, а также сложность монтажа

В металлических трубопроводах не используют разные металлы, так как из – за разности электрических потенциалов возникает гальваническое напряжение дающее старт началу коррозии.

Полимерные трубы

В настоящее время отопительные трубы из полимеров находятся вне конкуренции. Ими заменяют устаревшие стальные трубопроводы и применяют для прокладки новых тепловых сетей многоэтажных зданий, частных домов и квартир.

В отопительных системах применяют разные модификации полимерных изделий:

• 
  Сшитый полиэтилен. Основное достоинство – термическая устойчивость материала, прочность соединений, низкий коэффициент гидравлических потерь. Для отопления применяют изделия с внутренним армированием, сохраняющим первоначальную форму трубы при длительном воздействии теплоносителя с высокой температурой. Большой плюс полиэтиленовых коммуникаций – монтаж производится без специального инструмента и оборудования.
• 
  Металлопластик. Трубная модификация отличается многослойной структурой из двух слоев сшитого полиэтилена, клеевой оболочкой и алюминиевой вставкой. За счет такой конструктивной особенности достигается высокая устойчивость к высокой температуре подогретой воды, появляется возможность изгибать металлопластиковую трубу в любом направлении, а значит, сокращать количество соединяющих фитингов.
• 
  Полипропилен. Главное ограничение таких труб состоит в том, что они могут выдерживать температуру теплоносителя до 70 градусов. Значительный коэффициент теплового линейного расширения в комплексе высокой текучестью материала приводит к провисанию магистрали и ее деформациям. Поэтому полипропиленовые трубы нуждаются в установке дополнительных крепежных элементов. Основные плюсы — простота сборки и невысокая стоимость материала.

Отопительные полипропиленовые армированные стекловолокном трубы
Полипропиленовые трубные изделия используют в системах подачи холодной воды и инженерных сетях с низким рабочим давлением. Эксплуатация в условиях повышенных температурных нагрузок накладывает…

Таблица 2. Основные различия полимерных отопительных труб.

Двухтрубный контур в квартире многоэтажки

Чтобы правильно сделать отопление в квартире многоэтажного дома нужно изначально все спланировать. Одним из ключевых моментов при планировании является расчет диаметра трубы для отопления. Техническая часть дела называется гидравлическим расчетом. При этом на выбор диаметра труб для отопления влияют следующие факторы:

• протяженность системы;
• температура теплоносителя на подаче;
• температура теплоносителя на обратке;
• материалы и фурнитуры;
• площадь помещения;
• степень утомлённости помещения.

Иными словами, перед тем как рассчитать диаметр трубы для отопления, нужно определить гидравлические показатели системы. Самостоятельно можно провести только приблизительные расчеты, которые также могут быть использованы на практике.

Герметичная двухтрубная система

От диаметра труб для двухтрубной системы отопления напрямую зависит, насколько быстро тепло от котла будет достигать конечной точки контура. Чем меньше условный проход, тем скорость теплоносителя выше. Исходя из этого, можно сделать вывод, что при неправильном выборе диаметра трубы отопления в квартире в большую сторону, скорость теплоносителя упадет, а вместе с ней будет ниже температура в последнем радиаторе. Ведь вода за большее количество времени успеет отдать большее количество тепла.

Самым простым решением как рассчитать диаметр трубы для отопления это придерживаться такого же условного прохода, как и в патрубке, отходящего в вашу квартиру от центрального стояка. Это сэкономит вам время и нервы, ведь застройщиком неслучайно был установлен контур именно с таким сечением. Перед тем как объект начали строить были проведены все расчеты, гидравлический в том числе. Если есть желание посчитать все по формуле, то используйте информацию из следующего блока.

Оптимальный диаметр трубы для отопления в квартире и в частном доме до 100 кв м составляет 25 мм. Это относится к изделиям из полипропилена.

Двухтрубный контур в частном доме

Для начала немного обобщим. Возьмём для примера расчет диаметра труб из полипропилена для отопления в частном доме. В основном для контура применяют изделия сечением 25 мм, а отводы к радиаторам ставят 20 мм. Благодаря тому, что размер труб для отопления в частном доме, использованных в качестве патрубков к батареям меньше, происходят следующие процессы:

• скорость теплоносителя растет;
• улучшается циркуляция в радиаторе;
• батарея прогревается равномерно, что важно при нижнем подключении.

Также возможны комбинации диаметра основного контура 20 мм и отводов 16 мм.

Чтобы убедиться в вышеуказанных данных, можно провести расчет диаметра труб для отопления частного дома самостоятельно. Для этого потребуются следующие значения:

• квадратура помещения.

Зная количество отапливаемых квадратных метров, мы можем рассчитать мощность котла и какой диаметр трубы выбрать для отопления. Чем мощнее нагреватель, тем большего сечения изделия можно использовать с ним в тандеме. Для обогрева одного квадратного метра помещения потребуется 0,1 кВт мощности котла. Данные справедливы если потолки составляют стандартные 2,5 м;

• теплопотери.

Показатель зависит от региона и утепления стен. Суть в том, что чем больше теплопотери, тем мощнее должен быть нагреватель. Чтобы обойти сложные вычисления, которые в приблизительном расчете неуместны, просто нужно добавить 20% к мощности котла, рассчитанной выше;

• скорость воды в контуре.

Допускается скорость теплоносителя в диапазоне от 0,2 до 1,5 м/с. При этом в большинстве расчетов диаметра труб для отопления с принудительной циркуляцией принято брать среднее значение в 0,6 м/с. При такой скорости исключается появление шума от трения теплоносителя об стенки;

• насколько остывает теплоноситель.

Для этого от температуры подачи отнимают температуру обратки. Естественно, точных данных вы не можете знать, тем более что находитесь на этапе проектирования. Поэтому оперируйте средними данными, которые составляют 80 и 60 градусов, соответственно. Исходя из этого, теплопотери составляют 20 градусов.

Теперь сам расчет как подобрать диаметр трубы для отопления. Для этого возьмем формулу, в которой изначально есть две постоянные величины, сумма которых составляет 304,44.

Условный проход контура, возведённый в квадрат = 304,44 х (квадратура помещения х 0,1 кВт + 20%) / теплопотери теплоносителя / скорость потока.

Последнее действие – это извлечение корня квадратного из полученного результата. Для наглядности посчитаем, какого диаметра трубы использовать для отопления частного дома с одним этажом площадью 120 м2:

304,44 х (120 х 0,1 + 20%) / 20 / 0,6 = 368,328

Теперь вычислим корень квадратный из 368,328, что равно 19,11 мм. Перед тем как выбрать диаметр трубы для отопления, еще раз делаем акцент на том, что это так называемый условный проход. У изделий из разного материала отличается толщина стенок. Так, например, у полипропилена стенки толще, чем у металлопластика. Раз уж мы в качестве образца вяли полипропиленовый контур, продолжим рассматривать этот материал. В маркировке этих изделий указывается наружное сечение и толщина стенок. Методом отнимания узнаем нужную нам величину и подбираем в магазине.

Соотношение наружного и внутреннего диаметра полипропиленовых труб

Для удобства воспользуемся таблицей.

По результатам таблицы можно сделать вывод:

• если достаточно номинального давления в 10 атмосфер, то подходит наружное сечение трубы для отопления в 25 мм;
• если требуется номинальное давление в 20 или 25 атмосфер, то 32 мм.

Однотрубная система

Схема однотрубной системы отопления

Перед тем как определить диаметр трубы отопления рассмотреть два вида однотрубных контуров:

• самотёчная;
• с принудительной циркуляцией.

Разница заключается в том, что в открытой системе теплоноситель циркулирует самотеком, а в герметичной при помощи насосов. Также отличаются расширительные баки и их расположение.

Для того чтобы вода в контуре открытого типа могла циркулировать, нужно чтобы условный проход был большим. Настолько, что система сильно бросается в глаза. Такой вид контура применим только в частных домах, притом как в квартирах возможно установить только герметичные системы.

Диаметр труб для однотрубной системы отопления закрытого типа может отличаться на разных ее участках, чтобы контур был сбалансированным.

Для небольшого жилья используются патрубки с одинаковым условным проходом. В принципе, для того чтобы определить какой нужен диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией можно воспользоваться уже известной нам формулой. При этом следует учитывать, что полипропиленовые изделия меньше 32 мм не применяются, даже для маленьких помещений.

Группа безопасности

Однотрубная система обязательно включает группу безопасности, состоящую из:

• воздухоотвода;
• предохранительного клапана;
• манометра и термометра, часто объединяемых в одном корпусе.

Такая группа позволит оперативно снизить избыточное давление в системе, предотвратив тем самым разрыв трубопровода и поломку оборудования.

Допустим монтаж приборов из группы безопасности отдельно друг от друга. Например, врезка предохранительного клапана осуществляется немного выше котла. Однако это не всегда оправдано с точки зрения затрат на монтаж системы отопления.

Радиаторы при такой схеме могут подключаться по-разному: диагонально, параллельно и т.д. Желательно предусмотреть терморегуляторы и краны Маевского на каждой батареи. В продаже можно найти модели радиаторов с заранее вмонтированными кранами.

Разводка труб в системе может быть горизонтальной и вертикальной. Оба типа разводки допускают подключение к бойлеру и системе теплого пола.

Для этого лишь следует предусмотреть специальный распределительный коллектор. позволяющий обеспечить поступление нагретого теплоносителя одновременно в радиаторы, бойлер и контур теплого пола.

Оптимальный размер, температура и давление

При обустройстве небольшого отопительного контура стандартного типа некоторые рекомендации специалистов позволят обойтись без сложных вычислений:

• Для трубопроводов с естественной циркуляцией носителя рекомендуется использовать трубы с внутренним сечением в 30-40 мм. Увеличение параметров грозит необоснованным расходом теплоносителя, снижению скорости его движения и падением внутриконтурного давления.
• Слишком малый диаметр труб вызовет перегруз внутри магистрали, что может спровоцировать её прорыв в местах соединительных элементов.
• Чтобы обеспечить необходимую скорость движения теплоносителя и нужное давление внутри контура с принудительной циркуляцией, предпочтение отдаётся трубам с сечением не более 30 мм. Чем больше сечение трубы и длиннее магистраль, тем мощнее выбирается циркуляционный насос.

Важно! Обустройство эффективной теплосистемы предполагает использование на разных участках магистрали труб различного сечения.

Уровень рабочего давления контура не должен превышать предел устойчивости:

• встроенного в котёл теплообменника (max — 3 атм или 0,3 Мпа);
• или 0,6 Мпа (при радиаторной схеме).

Оптимальным для теплосистем с циркулярным насосом считается показатель в диапазоне от 1,5 до 2,5 атм. В условиях естественной циркуляции – от 0,7 до 1,5 атм. Превышение норматива неизбежно станет причиной аварии. Чтобы контролировать уровень давления в теплосистемах обустраиваются расширительные баки и манометры.

Автономное отопление позволяет регулировать температуру теплоносителя самостоятельно в зависимости от сезона и индивидуальных потребностей жильцов дома. Оптимальной считается температура в диапазоне от 70 до 80⁰C, в паровых теплосистемах – 120-130⁰C. Наилучшим решением станет использование газовых или электрических котлов, позволяющих контролировать и регулировать нагрев контура, чего не скажешь о твердотопливном оборудовании.

Конструктивные особенности отопительных систем также предопределяют особенности температурного режима:

• максимальный нагрев носителя в одноконтурной разводке — 105⁰C, в двухконтурной — 95⁰C.
• в пластиковых трубопроводах температура носителя ограничивается 95⁰C, в стальных — 130⁰C.

Разница температуры между подачей и обраткой – 20⁰C.

Мощность котла и контура

На эффективность работы котла, выполняющего одну из ключевых ролей в теплосистеме, влияет не только диаметр труб, но и:

• вид используемого топлива;
• месторасположение котла (вынос котельного блока за пределы дома требует повышенной мощности, большего сечения и утепления магистрали на участке вне помещения);
• уровень теплоизоляции внешних стен дома;
• использование отопительного контура для горячего водоснабжения.

Выбирая котёл, следует учитывать вышеозначенные факторы и делать запас мощности в 1,5-2 раза.

Что учитывается при расчете

Критерии для подбора диаметра труб:

• объем необходимого теплоносителя для заполнения системы;
• протяженность контура (-ов);
• скорость транспортировки теплоносителя;
• требуемая мощность отопления в киловаттах;
• продуктивность насоса принудительной циркуляции;
• сопротивление контура по трубам.

Для каждого параметра имеется диапазон приемлемых значений. Расчет при этом должен дать размер трубы системы отопления, удовлетворяющий всем требованиям и обеспечивающий допустимые параметры.

Расчеты касаются внутреннего диаметра. Уже после получения нужного размера выбирается подходящий номинал, имеющийся в продаже, далее подбирается материал. От этого зависит толщина стенок, внешний диаметр и внешний вид.

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.

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:

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:

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:

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.

Расчет сопротивления контура отопления и подбор оптимального диаметра трубы

Опорные данные уже получены и учтены. Теперь необходимо определить оптимальный маршрут для разводки труб к местам установки радиаторов, количество фитингов, колен и поворотов трубы. Для начала берется приблизительный диаметр трубы, например ¾ дюйма. Для этого размера подбираются диаметры магистральных, коллекторных участков и подводов к теплообменникам и рассчитывается сопротивление контура отопления. Полученное значение сравнивается с производительностью выбранного циркуляционного насоса, которое должно быть минимум на 25% больше.

Когда вычисленная скорость движения жидкости получается слишком низкой или завышен объем теплоносителя, то переходят на меньший опорный диаметр и расчеты повторяются. Аналогично и с увеличением.

На практике сопротивление труб выражается метрами. Обозначается условная потеря напора эквивалентная высоте водяного столба. Применяется формула:

H = λ(L/D)(V2/2g),

где H – высота соответствующая потере напора, λ – сопротивление метра трубы, L – полный маршрут контура отопления, D – искомый диаметр, притом именно внутренний, V – скорость течения теплоносителя, g – ускорение свободного падения.

Из справочной литературы или технической спецификации потребуется выбрать только коэффициент сопротивления труб. Он отличается в зависимости от типа материала трубы, качества внутренней поверхности, шероховатости. В противном случае потребуется объемный и сложный путь расчета с применением Числа Рейнольдса, формул Блазиуса и Конакова, Альтшуля и Никурадзе.

Задача состоит в том, чтобы значение потери напора была меньше примерно на 20% от создаваемого напора насосом принудительной циркуляции.

Берется суммарная протяженность трубопровода от котла к радиаторам по самому продолжительному пути и обратно без учета параллельных отводов.

Если используется основная коллекторная труба большего диаметра и отводы к радиаторам меньшим сечением, то расчет выполняется дважды по протяженности каждого типа труб и результаты суммируются.

Некоторые нюансы расчёта диаметра для металлических труб

Если Вы решили, что для системы отопления будете использовать металлические трубы, то нужно учитывать, что они теряют тепло. На небольших участках, это практически не заметно. Но вот на протяжённых системах может случиться так, что самые последние в цепи обогревательные элементы будут холодными или слегка тёплыми. Это тоже следствие неправильного выбора диаметра трубы. К счастью, потери тепла легко можно рассчитать:

q = k * 3,14 * (tв-tп)
q — потери тепла на 1 метр (Вт/с);
k – коэффициент теплопередачи (Вт * м/с);
tв — температура горячей подаваемой воды (С);
tп — температура окружающей среды (С).

Возьмём трубу диаметром 40 мм. Допустим стенка будет толщиной в 1.4 мм. Материал – сталь. Рассчитаем:

q = 0,272 * 3,15 * ( 80 – 22 ) = 49 Вт/с

Вот и ещё одно доказательство того, почему нужно брать диаметр трубы для отопления дома с меньшим диаметром. Ведь ясно, что чем более толстая труба, тем намного больше мы потеряем тепла. А в данном примере мы получили потери в практически 50 Вт на 1 метр расстояния. И если система довольно протяжённая, то можно потерять всё тепло.

Но не расстраивайтесь! Такие точные расчёты нужны только для многоэтажных жилых домов. Для индивидуальных систем отопления всё проще: расчёты округляют в большую сторону и этим получают определённый запас.

Примеры

Разбираемся на примерах.

Расчет для двухтрубного контура

• Двухэтажный дом площадью в 340м².
• Строительный материал – инкерманский камень (природный известняк), характеризуемый низкой теплопроводностью. → Коэффициент утепления дома = 1.
• Толщина стен – 40 см.
• Окна – пластиковые, однокамерные.
• Теплопотери 1 этажа – 20 кВт; второго – 18 кВт.
• Двухтрубный контур с отдельным крылом на каждом этаже.
• Материал труб – полипропилен.
• Температура подачи — 80⁰C.
• Температура на выходе — 60⁰C.
• Дельта температур — 20⁰C.
• Высота потолков – 3 м.
• Регион – Крым (юг).
• Средняя температура пяти самых холодных дней зимы – (-12⁰C).

1. 340×3=1020 (м³) – объём помещения;
2. 20- (-12)=32 (⁰C) – разница (дельта) температур между помещением и улицей;
3. 1020×1×32/860≈38 (кВт) – мощность отопительного контура;
4. Определение сечения трубы на первом участке от котла до разветвления. Согласно таблице, приведённой ниже, для передачи тепловой мощности в 38 кВт подходят трубы с сечением в 50, 63 или 75 мм. Первый вариант предпочтительнее, т.к. обеспечивает наибольшую скорость движения носителя.
5. Для разводки потока носителя на первый и второй этаж, справочники предписывать трубы с диаметром в 32 мм и 40 мм для мощностей 18 и 20 кВт соответственно.
6. На каждом этаже контур делится на две магистрали с равноценной нагрузкой по 10 и 9 кВт соответственно и сечением в 25 мм.
7. По мере снижения нагрузки вследствие остывания теплоносителя диаметр труб следует уменьшить до 20 мм (на первом этаже – после второго радиатора, на втором – после третьего).
8. Обратная разводка производится в той же последовательности.

Для вычисления по формуле D = √354х(0.86хQ/∆t)/V, берём скорость носителя в 0,6 м/с. Получаем следующие данные √354х(0.86×38/20)/0,6≈31 мм. Это номинальный диаметр трубопровода. Для реализации на практике следует подбирать различные диаметру труб на разных участках трубопровода, которые в среднем сведутся к расчётным данным согласно алгоритму, описанному в пунктах 4-7.

Определение диаметра труб для однотрубной системы с принудительной циркуляцией

Как и в предыдущем случае, расчёт производится по обозначенной схеме. Единственное исключение заключается в действии насосного оборудования, увеличивающего скорость движения носителя и обеспечивающего равномерность его температуры в контуре.

1. Значительное снижение мощности (до 8,5 кВт) происходит только на четвёртом радиаторе, где и осуществляется переход на диаметр в 15 мм.
2. После пятого радиатора происходит переход на сечение в 12 мм.

Важно! Использование труб из другого материала внесут свои коррективы в расчёт, т.к. каждый материал обладает разным уровнем теплопроводности. Особенно принципиально учитывать потери тепла металлического трубопровода.

Дополнительные данные для расчета диаметра труб теплоснабжения

Размеры полимерных труб

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.

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.

Если есть необходимость рассчитать только сечение теплопроводных магистралей – можно воспользоваться бесплатными демо-версиями профессиональных программ.

Итоги

При не очень сложной и разветвленной системе диаметр труб системы отопления можно рассчитать самостоятельно. Для этого нужно иметь данные о теплопотерях помещения и мощности каждого радиатора. Затем, используя таблицу, можно определить сечение трубы, которая справится с подачей требуемого количества тепла. Рассечет сложных многоэлементных схем лучше доверить профессионалу. В крайнем случае рассчитать самостоятельно, но постараться, как минимум, получить консультацию.

Как правильно выбрать диаметр трубы для отопления дома — таблица и расчеты

Вычислить оптимальное сечение трубопровода профессионалу несложно. Практический опыт + специальные таблицы – всего этого достаточно, чтобы принять верное решение. А вот как быть рядовому собственнику жилища? Ведь многие предпочитают монтировать отопительный контур своими силами, но при этом не имеют профильного инженерного образования. Данная статья станет хорошей подсказкой для тех, кому нужно определиться с диаметром трубы для отопления частного дома.

Есть несколько нюансов, на которые нужно обратить внимание:

• Во-первых, все данные, полученные на основании вычислений по формулам – приблизительные. Различные округления величин, усредненные коэффициенты – все это вносит ряд поправок в конечный результат.
• Во-вторых, специфика эксплуатации любого контура отопления имеет свои особенности, поэтому любые расчеты дают лишь ориентировочные данные, «на все случаи».
• В-третьих, трубная продукция выпускается в определенном ассортименте. Это же касается и диаметров. Соответствующие величины располагаются в определенном ряду, с градацией по значениям. Поэтому придется подбирать номинал, наиболее близкий к расчетному.

Исходя из вышесказанного, целесообразно воспользоваться практическими рекомендациями профессионалов.

Все Ду – в «мм». В скобках – для систем с естественной циркуляцией теплоносителя.

• Общая труба линии – 20 (25).
• Отводы к батареям – 15 (20).
• При однотрубной схеме отопления– диаметр 25 (32).

Но это общие параметры контура, не учитывающие его специфику. Более точные значения отражены в таблице.

Что учитывается при выборе диаметра труб

Мощность теплогенератора. Она берется за основу и определяется индивидуально для каждого строения. На что ориентируется собственник, приобретая котел? На совокупную площадь всех отапливаемых помещений. Именно это обязательно уточнит менеджер в точке продаж, если у покупателя возникнут вопросы по данному пункту.

На заметку! Принято считать, что для обеспечения качественного обогрева дома необходимо придерживаться следующего соотношения – 1 м2/0,1 кВт. Но если учитывать особенности климата, щадящий режим работы агрегата (чтобы не «гонять» его на пределе), то следует добавить порядка 30%. Получается – 1/1,3.

Скорость теплоносителя. Если она менее 0,25 м/сек, то есть риск завоздушнивания системы, образования пробок на трассе. Превышение значения 1,5 чревато «шумами» в магистрали. Это особенно ощутимо, когда трубы металлические, да еще и проложены открытым способом. Но в любом случае перемещение теплоносителя по трассе будет хорошо прослушиваться.

Практикой доказано, что для частного строения (с автономным отопительным контуром) следует ориентироваться на показатель в пределах от 0,3 до 0,7. Это оптимальное значение для любой системы.

Конфигурация контура. В частных домах при его монтаже, как правило (независимо от схемы), все «нитки» заводятся на коллектор. Каждая из них «нагружена» на определенное количество радиаторов. Нет смысла приобретать трубы одного и того же диаметра для всех линий, если учесть, что чем больше сечение заготовки, тем выше цена 1 п.м.

Диаметр трубы. Наружный особой роли не играет, так как у изделий из различных материалов есть отличия в толщине стенки. Данный параметр свидетельствует лишь об удобстве крепления изделия. Внутренний диаметр – о пропускной способности трассы. Именно он и является определяющим.

На заметку! Принято оперировать усредненным значением величины сечения (диаметром условного прохода). Именно данный параметр и применяется в расчетах.

Диаметры труб принято обозначать в дюймах. Для нас это непривычная (не метрическая) система, поэтому следует знать правила перевода величин. Соотношение дюйма к сантиметру – ½,54 (или 25,4 мм). Материал трубы – металлопластик, сталь, ПП, ПЭ.

Специфика строения. В первую очередь это относится к эффективности его теплоизоляции – из каких материалов она смонтирована, по какой методике и так далее.

Практические рекомендации

• Неправильный выбор диаметров изделий чреват многими неприятностями: протечками (из-за гидродинамических ударов или превышения давления в магистрали), повышенным расходом эл/энергии (топлива) по причине низкой эффективности системы и рядом других. Поэтому монтировать ее по принципу «как у соседа (кума, свояка)» не следует.
• Если контур состоит из разнородных труб, то придется делать специальные расчеты для каждого участка (линии) трассы. Отдельно – для пластика, металла (сталь, медь), применять различные коэффициенты и так далее. Решить такую задачу может лишь специалист. В подобных ситуациях самостоятельно заниматься расчетами не стоит, так как ошибка может быть весьма значительной. Услуги профессионала обойдутся гораздо дешевле, чем последующая переделка коммуникаций, да еще и в отопительный сезон.
• Подключение всех приборов (расширительный бак, чугунные батареи https://teplovik.net/catalog/229/chugunnye-radiatory и других) контура осуществляется трубами одного сечения.

Для исключения образования воздушных пробок (в случае некоторых ошибок в расчетах) на каждой линии следует установить так называемые воздухоотводчики.

Диаметр труб для двухтрубной системы отопления

Подбор диаметра труб в двухтрубной системе отопления

При двухтрубной разводке самое главное не ошибиться с выбором диаметра трубы. Иначе прогрев будет не равномерным, а то и вообще будет отсутствовать на некоторых отопительных приборах. Данный материал построен исключительно на собственном опыте работы. Если его придерживаться, то всё будет работать.

Сначала определим основные термины:

• подающая труба — труба любого диаметра, по которой нагретый теплоноситель поступает к радиаторам, теплому полу, конвекторам и т.п. (См. также: Двухтрубная система отопления частного дома )

У большинства бытовых котлов диаметр подающего и обратного патрубков равен 1-му дюйму (d25) или дюйму с четвертью (d32). Есть котлы у которых диаметр выходов составляет три четверти (d20). С такими котлами лучше строить однотрубную схему. Давайте рассмотрим линейку диметров. Она выглядит следующим образом: d32, d25, d20, d16. Главное правило формирования диаметра трубы: после каждого тройника диаметр уменьшается на одну позицию при проходе от котла к последнему радиатору. Например: у вас от котла идет труба d32. На первый радиатор у вас отходит d16. Дальше идет уже d25. На второй радиатор отходит d16. Дальше идет d20. На третий радиатор отходит d16. И на последний идет d16. Мы видим, что на трубе висит 4 радиатора. (См. также: Современное водяное отопление )

А что делать если радиаторов больше? Очень просто. Разводим трубу на два плеча. Из котла выходит d32. Через тройник распускаем две трубы, но уже d25. От каждой d25 отводим по d16 на радиаторы, дальше идет d20. От каждой d20 отводим d16 еще на два радиатора, дальше идет d16 еще на два радиатора. Как видите, у нас уже шесть радиаторов. Так же, совершенно достоверно могу сказать, что если сделать от d16 отвод d16 на два радиатора и кинуть дальше d16 еще на два радиатора, то такая система будет работать. Поэтому у нас уже вписывается восемь радиаторов.

Рассмотренная система будет работать без балансировки. Если же будут какие либо отклонения от данного принципа, то вам необходимо будет балансировать радиаторы, то есть при помощи вентилей ограничивать поток на наиболее горячих для того, чтобы тепло доходило до менее нагретых. Чем больше у вас радиаторов, тем менее эффективно работает система. Восемь — наиболее оптимальный вариант.

Использование материалов разрешено только при наличии индексируемой ссылки на страницу с материалом. По всем вопросам обращайтесь на [email protected]

Расчет двухтрубной системы отопления с гидравлическим описанием

Время диктует такие условия, при которых человек ищет для себя наиболее экономичный выход из положения. Что является сейчас основным в жизни каждой семьи? На первом месте среди прочих коммунальных удобств – отопление. Отопление пошло по пути индивидуального формата. Это связано и с простотой подбора более комфортного уровня в квартире или доме, и по экономическим соображениям.

Котельная центрального отопления очень часто не рассчитана на остановки-пуски. Трубопроводы теплотрасс изношены настолько, что лишний пуск выявляет целый ряд порывов в системе. А индивидуальный вариант не несет никаких проблем. Жарко – отрегулировал температуру, холодно – отрегулировал температуру. А если на улице оттепель, то можно и выключить индивидуальный котел.

Но человек не останавливается на достигнутом рубеже. Если в вашей квартире смонтирована система индивидуального отопления, то вы можете наблюдать такую ситуацию, при которой в дальних комнатах температура ниже, чем в ближайших от котла комнатах. В чем причина? А причина скрыта в том, что монтажники (чтобы не морочить себе голову) выполняют монтаж теплопровода в вашей квартире везде трубой одного диаметра .

При этом нарушается тепловой баланс. Поэтому в последней комнате у вас температура будет ниже, чем в первой. Особенно это ощутимо в морозные ночи. Конечно, как-то сбалансировать обогрев можно, если открыть все внутренние двери, но ведь это не всегда возможно. Обычно закрыты двери в детскую комнату, в комнату, где старшие дети выполняют домашнее задание и т.д.

Какие же пути решения этой проблемы?

Многие специалисты советуют регулировать температуру в отдельных комнатах с помощью обратных вентилей или кранов. Да, это дает шанс, но настроить может только специалист . Да и настройка продержится до ближайшего изменения температуры на улице.

Есть ли другие варианты соблюдения теплового баланса?

Да, такие варианты существуют. Вот один из них – двухтрубная отопительная система

Гидравлический расчет двухтрубной системы отопления.

В чем смысл этого предложения? Смысл очень простой, но, в тоже время, потребует несколько иного отношения к монтажу.

Если у вас установлен отопительный котел с выходным диаметром 32 мм, то трубная разводка выстраивается следующим образом.

Трубами какого диаметра можно делать отопление

Для безупречного проектирования системы отопления важно не только правильно подобрать материал трубы, но и верно рассчитать диаметр труб. Именно этот параметр задает пропускную способность трубы, определяя объем теплоносителя, который возможно через нее транспортировать в единицу времени. Диаметр труб напрямую влияет на протяженность трубопровода и его возможную «разветвленность», а также задает количество радиаторов отопления, которые потенциально могут быть подключены к системе. Потери тепла также можно спрогнозировать, опираясь на диаметр труб.

Виды труб для отопления

Все трубы для систем отопления условно могут быть разделены на два вида:

#8212 металлические: нержавейка, черный металл, медь, латунь, бронза

#8212 полимерные: ПВХ, металлопластик, полиэтилен, полипропилен.

Металлопластиковые трубы легки в монтаже, устойчивы к температурам, повышающимся на некоторое время до 130 градусов, они гибки и могут размещаться за мебелью. Полиэтиленовые трубы растягиваются при нагревании, поэтому с ними используются дополнительные крепежи и компенсационные петли. Любые пластиковые трубы лишнего шума не создают, что является одним из их преимуществ.

Медные трубы не уступают металлопластиковым аналогам, а по многим характеристикам их превосходят. Срок службы медной системы отопления достигает 100 лет, и специалисты считают этот материал идеальным для системы отопления. Медь имеет высокую теплопроводность, что хорошо для системы теплого пола, но не очень хорошо в других системах отопления. И медь – достаточно дорогой материал. Нержавеющая сталь дешевле меди, но монтировать ее тяжело, при этом она не обладает необходимой теплопроводностью и гибкостью.

Любой из перечисленных материалов имеет свои достоинства и недостатки, однако лучше избегать труб из ПВХ и полипропилена, поскольку они восприимчивы к высоким температурам.

Виды отопительных систем

Отопительные системы бывают централизованные и индивидуальные. В центральной системе отопления, которую используют в многоэтажках, давление может подниматься до 16 атмосфер в момент прочистки трубопровода. В индивидуальной системе, которую оборудуют в частных домах и коттеджах, давление не превышает 2-3 атмосфер. Кроме этого, системы отопления бывают однотрубные и двухтрубные, с принудительной или естественной циркуляцией. Разумеется, трубы должны соответствовать конкретной системе отопления.

Принудительная система отопления

Диаметр труб для монтажа принудительной системы должен быть малым, и вот почему:

#8212 при меньшем диаметре труб для отопления требуется меньшее количество нагреваемого теплоносителя, что дает экономию средств и времени

#8212 скорость движения теплоносителя в системе тем меньше, чем меньше сечение труб

#8212 монтаж труб малого диаметра легче производить

#8212 трубопровод небольшого диаметра экономически более выгоден.

Диаметр труб и КПД системы отопления

Эффективное функционирование системы отопления гарантируется только корректно выполненным проектом трубопровода. Еще на этапе планирования необходимо сократить вероятные теплопотери, в противном случае даже с серьезными энергозатратами отопительная система не будет полноценно работать и справляться со своими задачами. Экономичная система с высоким КПД создается только с учетом всех аспектов: физико-химических характеристик материала, длины и диаметра труб.

Виды диаметра труб

1) внутренний диаметр (является главным параметром, определяющим размер изделия)

2) внешний диаметр (дает классификацию труб):

#8212 малый диаметр (5-102 мм)

#8212 средний (102-406 мм)

#8212 большой (406 мм и более)

3) условный диаметр (округленное до целого числа значение диаметра, выраженное в дюймах).

Материал, из которого изготовлена труба, определяет разницу между внутренним и внешним диаметром изделия. Внешний диаметр всегда строго учитывается при монтаже системы отопления, поскольку от него зависит подбор крепежей. Внутренний диаметр является главным критерием выбора трубы для системы.

Подбор диаметра труб для частного коттеджа будет зависеть от способа, которым теплоноситель будет подаваться в систему. Если коттедж подключен к центральной магистрали, то расчеты проводятся такие же, как и при монтаже трубопровода в квартире. Если же коттедж оснащен автономной системой, диаметр труб будет зависеть от схемы отопления и материала. К примеру, естественная циркуляция требует одного диаметра, а принудительная – другого.

Как рассчитать диаметр труб отопления

На выбор диаметра труб повлияет материал изделия, особенности разводки отопительной системы, тип теплоносителя, давление воды в системе и скорость течения теплоносителя в системе.

В формуле, по которой рассчитывается диаметр труб, учитывают:

#8212 избранную схему разводки

#8212 исходный диаметр входной-выходной трубы

#8212 скорость движения теплоносителя в системе (идеальным будет интервал от 0.3 до 0.7 м/с).

#8212 разницу температур между подачей и обраткой в системе отопления, то есть расчетное охлаждение теплоносителя

#8212 коэффициент сопротивления трубы (предоставляется производителем)

#8212 необходимое количество тепла.

Профессиональные расчеты диаметра труб отопления довольно сложны, пусть ими занимаются специалисты-теплотехники. Приведем упрощенную формулу:

где D – диаметр трубы в сантиметрах

∆t – разница температур в градусах Цельсия (подача-обратка для двухтрубной системы отопления)

Q – нагрузка на конкретный участок системы в киловаттах

V – скорость теплоносителя в метрах в секунду.

Важно! В погоне за рентабельностью нельзя устанавливать трубы меньшего диаметра, чем получился при расчетах, иначе вся система отопления будет шумной и малоэффективной. Точно так же ошибочно полагать, что с увеличением диаметра труб эффективность системы отопления растет. Неоправданно большой диаметр труб снижает давление в системе, что минимизирует тепло в доме.

Чаще всего ошибки при монтаже системы отопления невозможно исправить выборочно, и приходится переделывать всю систему, поэтому расчеты должны быть предельно верными. Специалисты помогут спроектировать систему отопления наиболее рационально, и таким образом исключат необходимость перемонтажа системы и расходов, с этим связанных.

Источник https://mastack.ru/utilities/heating/raschet-diametra-trub-dlya-otopleniya-s-prinuditelnoy-tsirkulyatsiey.html

Источник https://masterim.guru/heating/diametr-truby-dlya-otopleniya-doma/

Источник https://postrojkin.ru/otoplenie/diametr-trub-dlja-dvuhtrubnoj-sistemy-otoplenija.html