Принципы выбора диаметра труб отопления

На функциональность отопительной системы влияют многие факторы, в том числе скорость перемещения теплоносителя по трубопроводу. Этот параметр, в свою очередь, зависит от размера сечения труб, из которых выполнен отопительный контур. Планируя монтаж автономной системы теплоснабжения, необходимо правильно подобрать все ее элементы начиная с котельного агрегата, а также грамотно вычислить диаметр трубы для отопления частного дома с учетом особенностей выбранной схемы подключения батарей. Разберемся, как рассчитать диаметр трубы, пользуясь формулами и таблицами.

Особенности выбора сечения отопительных труб

Функция трубопровода заключается в транспортировке теплоносителя от котла, где он нагревается, к отопительным приборам и обратно в котел. При этом важно правильно подобрать диаметр труб для отопительной системы в частном доме. Ошибки в подборе сечения снижают КПД системы, что ведет к перерасходу топлива и увеличению нагрузки на котельный агрегат.

От диаметра трубы отопления зависит, как поток теплоносителя будет перемещаться по системе. Размер сечения трубопровода влияет:

1. На скорость потока. Если теплоноситель движется медленно, приборы отопления, расположенные на максимальном удалении от котла, не могут полноценно прогреваться, а поднимать температуру жидкости в системе свыше установленных пределов нельзя. Высокая скорость потока приводит к возникновению турбулентности в изгибах трубопровода, из-за чего возникает неприятный шум. Важно добиться равномерного, без завихрений, потока жидкости и оптимального распределения тепловой энергии по отопительным радиаторам.
2. На общий объем теплоносителя. Для гидравлической системы отопления необходимо использовать трубы увеличенного сечения, чтобы не было серьезной потери скорости движения жидкости из-за трения о внутреннюю поверхность трубопровода. Чем больше диаметр трубопровода, тем больше объем жидкости в системе. Соответственно будет возрастать расход энергоносителя на ее нагрев до расчетных температур. Если выбрать слишком большое сечение трубопровода, давление в системе будет настолько низким, что теплоноситель не сможет циркулировать.
3. На гидравлические потери. При использовании в системе труб различного диаметра, на их стыках возникает разность давления. Это повышает гидравлические потери. Тот же эффект наблюдается, если полипропиленовые трубы соединены с нарушением технологии монтажа. Из-за формирования наплывов на внутренней поверхности стыка происходит заужение рабочего сечения.

Чтобы избежать финансовых потерь при переделке отопительной системы, КПД которой отказалось низким, необходимо грамотно выполнить расчет диаметра трубы для отопления. Рекомендуется обратиться к профессионалам, которые подберут необходимые диаметры труб на основании точных тепловых и гидротехнических расчетов, воспользоваться специализированной программой-калькулятором либо вычислить параметры самостоятельно, по стандартным формулам.

Расчет тепловой мощности

Определить нужное сечение полимерных или металлических труб для отопления частного дома небольшой площади можно без каких-либо сложных вычислений. Необходимо лишь учесть, что:

• для гравитационной системы внутренний размер труб должен составлять 30–40 мм;
• в системах закрытого типа с циркуляционным насосом внутренний диаметр трубопровода делают меньшим, чтобы обеспечить оптимальные показатели скорости потока жидкости и давления.

Чтобы подобрать диаметр труб для теплоснабжения частного дома большой площади, нужно использовать несколько формул. Они помогут выполнить примерные расчеты.

Обратите внимание на дельту температур. Для ее расчета берется средняя температура воздуха на улице в зимнее время, характерная для данного региона, и комфортная температура в доме (она должна соответствовать санитарным значениям).

При предварительном вычислении тепловой мощности используют поправочный коэффициент К, значение которого поможет найти таблица:

Скорость перемещения теплоносителя

Чтобы тепловая энергия распределялась по приборам отопления равномерно, необходимо обеспечить оптимальный уровень напора в трубопроводе. Грамотно подобрать сечение трубы поможет расчет оптимальных параметров скорости потока жидкости в трубопроводе.

Оптимальная скорость перемещения теплоносителя находится в диапазоне от 0,36 до 0,7 м/с, поскольку чрезмерная интенсивность движения жидкости (более 1,5 м/с) оборачивается шумом в трубопроводе, а недостаточно быстрое перемещение (до 0,2 м/с) ведет к дополнительным потерям тепла, снижает КПД системы отопления и провоцирует ее завоздушивание.

Расчет диаметра отопительного трубопровода индивидуального дома

Разберемся, как рассчитать диаметр трубы отопления. Для этого используем формулу:

Для удобства и наглядности воспользуйтесь таблицей:

По формуле или таблице можно приблизительно определить, какой диаметр трубы выбрать для отопления, причем речь идет о внутреннем (рабочем) сечении. Тепловой поток (показатель тепловой мощности) рассчитывается по формуле, приведенной выше, а скорость перемещения теплоносителя следует подбирать в рамках рекомендуемого диапазона.

Важный момент! У стальных и металлических труб принято указывать внутренний диаметр. При этом производители указывают внешний диаметр полипропиленовой трубы для отопления, определяя размер ее сечения.

Таким образом, полипропиленовые трубы для отопления должны иметь диаметр полезного сечения, вычисленный по формулам и таблице. А чтобы определить внешний диаметр ПП труб и купить в магазине соответствующую продукцию, к расчетному внутреннему диаметру прибавляют две толщины стенки трубы. Параметры стенок указывает производитель. Следует учесть, что для отопительных систем допускается использование только армированной стекловолокном или металлопластиковой трубы.

Обратите внимание: сечение трубопровода рассчитывается без учета шероховатости внутренних стенок трубопровода. Это имеет значение, если материал трубопровода – медь или сталь. А трубы полипропиленовые, из которых обычно монтируются отопительные коммуникации в частном доме, характеризуются идеально гладкой внутренней поверхностью и устойчивостью к накоплению отложений. Поэтому поправками на шероховатость трубопровода можно пренебречь.

К результату, полученному в ходе предварительного расчета диаметров труб отопления, рекомендуется добавить 10–15%. Это запас на модернизацию, на появление в системе дополнительных компонентов в дальнейшем.

Размеры и характеристики полипропиленовых труб делают их удачным выбором для монтажа отопительной системы с принудительным движением теплоносителя. Гравитационное отопление чаще обустраивают, используя металлические трубы. При этом важно рассчитать массу трубопровода, используя специальную программу или пользуясь таблицей.

В гравитационной системе требуется установить вертикальный разгонный стояк, верхняя часть которого должна располагаться выше других элементов системы минимум на 1,5 метра. И диаметр разгонного стояка из полипропилена должен быть на размер больше диаметра трубопровода магистрали.

Чтобы выбор диаметра труб для системы отопления был максимально точным, следует рассчитывать систему, используя специальную программу-калькулятор, или обратиться к профессионалам.

Двухтрубный контур

Рассчитывая оптимальный диаметр труб в двухтрубном отоплении, следует учитывать, что отводы к радиаторам лучше выполнить из труб меньшего сечения по сравнению с основной магистралью. За счет этого:

• увеличивается скорость движения теплоносителя (это важно для гравитационной системы);
• повышается интенсивность циркуляции жидкости в приборе отопления;
• радиатор более равномерно прогревается (это принципиально при нижнем подключении).

Обычно размеры магистрали и отводов в двухтрубной схеме составляют следующие пары: 25 и 20 мм, 20 и 16 мм.

Расчет сечения можно выполнить самостоятельно, принимая во внимание:

1. Площадь помещения. На обогрев 1 кв. м требуется 0,1 кВт мощности котельного агрегата при условии стандартной высоты потолка 2,5 м. Чем мощнее котел, тем больше может быть длина и сечение трубопровода.
2. Уровень теплопотерь. Если отсутствует утепление, требуется нагревать жидкость в контуре до более высоких температур, чтобы компенсировать утечку тепла. Если нужен приблизительный расчет, к мощности котла, которую определили на предыдущем этапе, добавляют 20%.
3. Скорость движения теплоносителя. Среднее значение из рекомендуемого диапазона составляет 0,6 м/с. В этом случае поток движется равномерно и бесшумно.
4. Скорость остывания теплоносителя. Берется разница между температурой подачи и обратки, в среднем это 80 °С и 60 °С соответственно. В расчетах используется разница температур в 20 градусов.

Для расчетов используется специальная формула, где есть постоянная величина 304,44.
Чтобы вычислить условный проход трубопровода, возведенный в квадрат, необходимо 304,44 умножить на расчетную мощность котла, а затем разделить на теплопотери теплоносителя и на скорость потока. Из полученного результата требуется извлечь квадратный корень, и мы получим внутренний диаметр трубы магистрали.

Для примера сделаем подбор диаметра отопительных труб для индивидуального дома площадью 140 кв. м.

D2 = 304,44х(140х0,1 кВт + 20%)/20/0,6 = 375,476

D= √375,476 = 19,4 мм.

Таким образом, для магистрали подойдет стальная или медная труба диаметром 20 мм либо полипропиленовая с внутренним диаметром от 20,4 мм. Ее наружный диаметр зависит от толщины стенки и определяется по таблице. А диаметр отводов на радиаторы будет на шаг меньше. Выбирать полимерные трубы по толщине стенок следует с учетом рабочего давления в системе. Для автономного отопления достаточно труб PN10.

Однотрубный контур

Прежде чем выполнять подбор диаметра отопительных труб, учтите различие между двумя видами однотрубных контуров – гравитационным и с принудительной циркуляцией.

В самотечной системе с открытым расширительным баком используются трубы с большим рабочим проходом. Для полипропиленовых изделий минимальный внешний диаметр составляет 32 мм.

Чтобы обеспечить равномерное движение теплоносителя, на некоторых участках нужно использовать трубы меньшего диаметра. Сбалансированный контур в большом доме требует сложных гидротехнических расчетов.

Сравнение систем с однотрубным и двухтрубным контуром

К преимуществам однотрубной системы подключения приборов отопления традиционно относят меньшую протяженность контура, благодаря которому снижаются расходы на монтаж. Фурнитура в обоих случаях используется одинаковая, в однотрубной системе ее может быть задействовано даже больше за счет установки байпаса.

При этом за экономию на протяженности трубопровода потребуется заплатить низким КПД системы. Это означает, что затраты на эксплуатацию однотрубного отопления заметно выше по сравнению с двухтрубным.

Гильзы для трубопровода

Гильза – дополнительный элемент, который устанавливается в местах прокладки трубопровода через стену. Она исключает механические нагрузки на трубопровод при усадке дома и снижает теплопотери. Если труба из полипропилена или иного материала не контактирует со стеновой конструкцией, не тратится тепловая энергия на ее нагрев.

Рассмотрим, как подобрать диаметр гильзы. Важно, чтобы между внешней поверхностью трубы и внутренней поверхностью гильзы оставался воздушный зазор. Он необходим для термического расширения элементов. Разница диаметров полипропиленовой трубы и гильзы должна составлять не менее 4 мм. Посчитаем: если выбранная на основании расчетов ПП труба имеет внешнее сечение 20 мм, то внешние размеры гильзы должны составлять от 24 мм. Монтируется выбранная гильза в отверстие в стене с использованием негорючего теплоизолятора. В зависимости от материала конструкций, это может быть базальтовая вата, монтажная пена или цементный раствор.

Зная, как правильно рассчитать параметры трубопровода, можно самостоятельно спроектировать и смонтировать автономную отопительную систему.

Расчет гравитационной системы отопления частного дома — схема

Процесс монтажа и подключения системы теплоснабжения для многих хозяев несет в себе множество вопросов и сложностей, не говоря уже о терминологии, используемой в таком строительстве. Поэтому следует более подробно расписать, что такое гравитационная система отопления частного дома, поскольку такие варианты систем очень широко используются современными застройщиками и отличаются массой достоинств. Кроме того, следует детально рассмотреть, как должен выполняться расчет гравитационной системы отопления и какие для этого требуется выполнить мероприятия.

Принцип циркуляции теплоносителя в системе

Если говорить о многоквартирных домах, то в таких постройках циркуляция воды в системе отопления обусловлена перепадом давления, образующимся между трубопроводами подвода и отвода. Абсолютно логично, что если давление в одной трубе превышает давление в другой, то это неизбежно заставит воду, находящуюся в контуре, двигаться (прочитайте: «Потери и перепад давления в системе отопления — решаем проблему»).

Однако с частными домами дело обстоит иначе. В этих сооружения отопительные системы очень часто функционируют в автономном режиме, а основным источником энергии в таких системах обычно является электричество, иногда – твердые виды топлива. Этот вариант предусматривает движение воды, которое осуществляется за счет работы отопительного насоса циркуляции, оборудованного электрическим мотором с небольшой мощностью в 100 Вт.

Но применение такого современного оборудования можно позволить себе далеко не всегда, кроме того, подобные механизмы появились на строительном рынке сравнительно недавно.

Для того чтобы использовать подобный механизм работы эффективно, требуется оборудовать специальный контур, имеющий соответствующую форму, и благодаря принципу конвекции теплоноситель будет двигаться по кругу непрерывно.

Если говорить более простым языком, схема гравитационной системы отопления представляет собой два сосуда сообщающегося типа, которые соединены между собой в кольцо посредством трубок, или контура отопления. Первым из таких сосудов является котел, а торой представляет собой используемый отопительный прибор.

Важно помнить, что высота котла отопления, который оборудован разгонным коллектором для радиаторов отопления, прямо пропорциональна скорости движущегося внутри контура теплоносителя.

Для того чтобы подобная закрытая гравитационная система отопления имела большую скорость циркуляции теплоносителя, стоит принять во внимание следующие моменты:

• котел нагрева требуется разместить по возможности ниже относительно приборов отопления, а при наличии подвального помещения будет лучше установить его именно там;
• высота расположения разгонного коллектора может быть разной, этот механизм может располагаться как прямо под потолком, так и еще выше, например, в чердачном помещении. В том же месте должен устанавливаться и отопительный бак расширения (прочитайте также: «Коллекторная система отопления частного дома — схема разводки»);
• улучшить циркуляцию воды позволит также устройство определенного уклона от бака к котлу, так как оптимальная схема гравитационной системы отопления предусматривает движение остывшей воды именно по такому принципу.

Не стоит также забывать и о том, что на то, какой будет скорость циркуляции теплоносителя в системе, влияют два параметра: это перепад внутри контура, а также показатель гидравлического сопротивления (прочитайте также: «Правильный расчет теплоносителя в системе отопления»).

Это сопротивление зависит от ряда факторов, в частности:

• от того, каким будет диаметр розлива, поскольку большой показатель сделает движение воды внутри контура более свободным;
• от того, сколько изгибов и ответвлений имеет сам контур. В том случае, если таких поворотов много, то сопротивление будет больше, что и объясняет стремление многих застройщиков по возможности смонтировать контур максимально прямым;
• от того, какой объем запорной арматуры имеется в системе, так как любой из этих элементов, включая вентили, задвижки и т.п. влияет на гидравлическое сопротивление (прочитайте: «Как сделать гидравлический расчет системы отопления – теория и практика»).

Поэтому можно сделать вывод, что применение в контуре отопления любых запорных элементов должно быть выполнено так, чтобы в открытом состоянии между ними оставался просвет, в наибольшей степени совпадающий с трубным просветом. Гораздо правильнее будет использовать современный вентиль шарового типа, так как изгибы вентиля сложной винтовой формы будут способствовать лишь еще большей потере напора воды, а шаровой образец позволит свести гидравлическое сопротивление к минимуму. Читайте также: «Расчет бака аккумулятора для отопления».

Традиционные отопительные системы гравитационного типа монтируются открытыми. Их бак расширения не является герметичным, что дает ему возможность не только вмещать в себя излишки теплоносителя, но и собирать весь ненужный воздух, вытесненный системой. При этом в том случае, если уровень воды падает, то она просто поступает в этот расширительный бак.

Технические особенности гравитационной отопительной системы

Такой вариант устройства системы отопления отличается своими нюансами и обладает множеством очевидных и неоспоримых достоинств, к которым принято относить следующие:

• подобная система циркуляции способна самостоятельно регулировать процесс работы и распределять теплоноситель внутри контура именно так, как того требует схема;
• стойкость к любым механическим повреждениям, что обусловлено прочностью контура и используемых труб. Конструкция не имеет каких-либо быстро изнашивающихся деталей, благодаря чему двухтрубная гравитационная система отопления, являющаяся традиционной, может исправно функционировать более полувека без необходимости проведения никаких ремонтных работ;
• абсолютная автономность работы, что является очень важным преимуществом. Данная система не зависит от того, включена ли электроэнергия или нет, что позволяет избежать различных непредвиденных ситуаций;
• сконструировать такое отопление собственноручно несложно, так как устройство контура и его схема будут предельно понятны даже малоопытному хозяину. В случае трудностей всегда можно изучить различные фото- и видеоматериалы, которые можно найти у специалистов, занимающихся сборкой и подключением оборудования такого типа.

Так или иначе, у традиционной системы теплоснабжения гравитационного типа имеются и некоторые отрицательные стороны, которые также нельзя не упомянуть:

• инерционные показатели этого оборудования будут очень большими. Это значит, что для полного нагрева ему потребуется очень большое количество времени с момента розжига котла;
• несмотря на то, что разводка труб является предельно простой, стоимость такого оборудования довольно высока. Толстая труба, применяемая для монтажа, имеет весьма немалую цену;
• в том случае, если система будет подключена не совсем правильно, то это станет причиной большой разницы в температуре между батареями отопления;
• в связи с тем, что скорость циркуляции воды является низкой, то существует потенциальный риск замораживания бака расширения и той части контура, которая располагается в чердачном помещении.

Альтернативный способ устройства отопления

Все вышеуказанные особенности совершенно не означают, что естественные и принудительные системы циркуляции не могут функционировать в совокупности.

Так, очень правильным решением будет следующий вариант монтажа:

1. Создается проект отопительной системы, работающей по гравитационному типу.
2. На участке перед котлом в контуре монтируется вентиль, но делать это нужно так, чтобы не снизить сечение трубы.
3. Вентильный обвод врезается меньшим диаметром трубы, а после этого на обводе устраивается насос циркуляции (прочитайте: «Расчет мощности насоса для отопления»). По мере необходимости его вполне можно отделить от основной системы при помощи двух вентилей. Далее на промежутке перед насосом требуется смонтировать грязевик.

Подобный вариант обустройства системы теплоснабжения будет отличаться неоспоримыми преимуществами, а именно:

• нагрев всех приборов отопления будет выполняться гораздо более равномерно;
• время на обогрев комнат после включения котла потребуется намного меньше по сравнению стандартным принципом работы оборудования.

При этом нет никакой необходимости обустраивать такой вариант отопления по закрытому типу, так как мощности насоса вполне хватит для того, чтобы функционировать и без большого давления.

При условии отключения электроэнергии достаточно лишь отключить насос и открыть специальный вентиль на байпасе. В этом случае работа системы будет продолжаться уже по принципу гравитационной.

Вариант разводки батарей отопления

Схема разводки радиаторов, отличающаяся относительной простотой и надежностью, может быть следующей:

1. В конце коллектора разгона на помещении чердака устанавливается расширительный бак, от которого, в свою очередь, и должен начинаться идущий под неизменным уклоном розлив диаметром от 40 до 50 мм.
2. Контур возврата располагается по всему периметру пола на первом этаже.

   Несмотря на тот факт, что для большей эффективности оборудования специалисты рекомендуют устанавливать нижний розлив в подвальном помещении, тем не менее, делать это следует лишь тогда, когда точно известно, что температура в этом месте не опускается ниже 0° даже при условии неработающего котла. Однако если в состав теплоносителя входят такие элементы, как, например, антифриз или тосол, то беспокоится не о чем.

3. Если существует реальная возможность определить розливы на чердаке и в подвале, то это однозначно будет отвечать нормам эстетики, поскольку, как известно, массивная и толстая труба вряд ли сможет украсить жилище и гармонично вписаться в его интерьер.

Таким образом, можно сказать, что монтаж гравитационной системы теплоснабжения не несет в себе чрезмерных трудностей и вполне может быть выполнен собственными силами.

Однако в случае возникновения неполадок или для выполнения расчета мощности рекомендуется все же обратиться за советом к специалистам, способным оказать нужную помощь в ремонте оборудования, а также предоставить различные фото образцов устройства таких систем и подробные видеоматериалы по их правильному подключению.

Пример устройства гравитационной системы отопления на видео: