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.

Каким диаметром трубы лучше сделать отопление в доме

Эффективность работы отопительной магистрали зависит от мощности котла, радиаторов, параметров арматуры. Подходящий диаметр труб для отопления определяется посредством онлайн-программ или самостоятельных расчетов, а также технических показателей и материала. Зная все нюансы, собственник дома может подобрать качественные и надежные изделия.

Сложности выбора диаметра трубопровода

Основная сложность подбора диаметра заключается в особенностях планирования магистрали. Учитываются:

• наружный показатель (медь и пластик) – поверхность арматуры может отдавать тепловые потоки в помещение;
• внутренний диаметр (сталь и чугун) – позволяет рассчитать пропускные характеристики отдельного участка;
• условные параметры – округленное значение в дюймах, нужно для теоретических подсчетов.

Для определения сечения учитывают, что на 1 м2 помещения тратиться 100 Вт энергии.

Зависимость размера от скорости теплоносителя

Выбор показателя диаметра определит пропускную способность магистрали с учетом рекомендованной скорости 0,4-0,6 м/сек. При этом учитывается, что при скорости менее 0,2 м/сек образуются воздушные пробки, а при скорости более 0,7 м/сек есть риск повышения давления теплоносителя.

Для исключения теплопотерь и увеличения скорости теплоносителя устанавливается насос

Насколько равномерно распределяется тепловая энергия по контуру и определяет диаметр патрубков. Чем он меньше, тем быстрее движется вода, но у скоростных показателей есть ограничение:

• до 0,25 м/сек – в противном случае есть риски появления воздушных пробок и невозможности их удаления спускниками, теплопотерь в комнате;
• не больше 1,5 м/сек – теплоноситель в процессе циркуляции будет шуметь;
• 0,36-0,7 м/сек – эталонная величина скорости теплоносителя.

Для контроля интенсивности циркуляции без повышения диаметра патрубков используется циркуляционный насос.

Параметры объема теплоносителя

Для систем с естественной циркуляцией лучше выбрать арматуру с увеличенным диаметром. Это снизит потери тепла в процессе трения воды о внутреннюю поверхность. При использовании данного приема следует учесть, что при увеличении объема воды повышаются затраты энергии на ее нагревание.

Гидравлические потери

Явление возникает, если трубопровод сделан из пластиковых изделий разного диаметра. Причина заключается в разности давлений на местах стыков и увеличению гидравлических потерь.

Формула вычисления диаметра магистрали

Правильное определение диаметра трубы, используемой для магистрали отопления многоквартирного или частного дома, производится на основании таблицы и формулы. При работе с таблицей нужно ориентироваться на зеленые клеточки – в них указана оптимальная скорость давления теплоносителя.

Расчет производится по формуле D= √(354*(0.86*Q/∆t)/V), где:

• V – скорость жидкости в трубе (м/с);
• Q – нужное количество тепла для обогрева (кВт);
• ∆t – разница между обратной и прямой подачей (С);
• D – диаметр трубы (мм).

В качестве примера можно рассмотреть двухэтажный дом с четырьмя крыльями (по 2 на этаж), подключенный к двухтрубной системе с суммарными теплопотерями 36 кВт, 20 кВт из которых приходится на обогрев 1-го этажа, 16 кВт – второго. Для коммуникаций использовался полипропилен, они работают в режиме 80/60 при температуре 10 градусов.

1. Весь объем воды приходится на участок соединения первой ветки с котлом. Это общее количество тепла, равное 38 кВт.
2. По таблице нужно найти данную строчку и соответствующие зеленые ячейки. При данных параметрах необходимый диаметр – 40 и 50 мм. Выбор делается в пользу меньшего.
3. По развилке видно количество тепла на первом (20 кВт) и втором (16 кВт) этажах. Сечение трубной арматуры по таблице – 32 мм.
4. Поскольку на каждом этаже 2 крыла, контур разделен на два ответвления. Для первого этажа 20/2=10 кВт на крыло, для второго – 16/2=8 кВт на крыло.
5. По таблице определяется диаметр – 25 мм, используемый до момента падения нагрузки до 5 кВт, потом – 20 мм.

Расчеты для обратки не нужны – используются трубы с аналогичными параметрами.

Важные технические характеристики труб

Качественный обогрев помещения невозможен без учета технических характеристик оборудования. Их можно рассмотреть на примере стандартных изделий из полипропилена марки РN 20 и 30.

Диаметр снаружи, мм	РN 20		РN 30
	Диаметр внутри	Толщина стенок	Диаметр внутри	Толщина стенок
16	10,6	2,7
20	13,2	3,4	13,2	3,4
25	16,6	4,2	16,6	4,2
32	21,2	5,4	21,2	3
40	26,6	6,7	26,6	3,7

При теплоносителе со скоростью 0,4 м/сек требуется учитывать тепловую мощность изделий различного диаметра. При наружных параметрах 20 мм вырабатывается 4,1 кВт, при 25 мм – 6,3 кВт, при 32 мм – 11,5 кВт, при 40 мм – 17 кВт.

Порядок расчета коллектора отопления и монтажных гильз

Коллектором отопления оснащается квартира или частный дом. Устройство обеспечивает разводку теплоносителя по нескольким веткам. Расчет коллектора производится вместе с сечением труб по наружному или внутреннему размеру на основании принципа «трех диаметров» – трубы на трассе удаляются друг от друга на 6 радиусов каждый. Диаметр коллектора также равен этой величине.

Параметры гильз вычисляются после установления сечения магистрали. Элементы подбираются с учетом материала стены и арматуры, степени расширения при нагревании. Например, диаметр трубы из пластика – 20 мм, гильзы – 24 мм.

Последовательность вычисления сечения отопительных магистралей

Для коммуникаций с циркуляционными насосами понадобится учесть объем теплоносителя в системе, общую протяженность теплотрассы, эталонную скорость потока, теплопередачу отопления, мощность оборудования, величину сопротивления и давление без насоса.

Чтобы выяснить размер изделий, понадобится сделать поправку на снижение КПД – сопротивления поворотов, изгибов и фитингов. Вычисления можно проводить по формуле H = λ(L/D)(V2/2g), где:

• Н – высота нулевого давления без напора в м;
• λ – коэффициент сопротивляемости труб;
• L – длина магистрали;
• D – внутренний диаметр трубы в мм;
• V – скорость потока в м/с;
• g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.

В процессе исчислений минимальных потерь тепла нужно проверить несколько вариантов диаметров на предмет минимального сопротивления.

Характеристики материалов для изготовления труб

Производители выпускают трубопроводы из нескольких типов материалов.

Полимерные

Изделия, для которых используется пластиковый материал – сшитый или обычный полиэтилен. После вычислений можно установить, какой диаметр пропиленовых труб нужен для отопления частного дома в зависимости от типа оборудования:

• одна или две батареи – 16 мм;
• радиатор или группа радиаторов с мощностью 1-2 кВт (стандартные), до 5 батарей мощностью до 7 кВт – 20 мм;
• плечо тупиковой разводки (крыло дома), радиаторы до 8 шт. общей мощностью до 11 кВт – для отопления лучше использовать пропиленовые трубы диаметром 25 мм;
• один этаж (до 12 радиаторов с общей мощностью до 19 кВт) – 32 мм;
• магистраль из 20 радиаторов до 30 кВт мощностью – 40 мм.

Толщина стенок полимерных изделий подбирается по параметрам давления в сети и бывает 1,8-3 мм.

Стальные

Отличаются прочностью и хорошей теплоотдачей, но сложны в плане монтажа. Поверхность арматуры из нержавейки не подвергается коррозии, характеризуется гладкостью. Стальная отопительная арматура по ГОСТ 3262-75 классифицируется по наружному диаметру, от которого зависит толщина стенок. Данные указаны в таблице.

Наружный диаметр	Толщина стенок
	Легкие	Стандартные	Усиленные
21,3	2,5	2,8	3,2
26,8	2,5	2,8	3,2
33,5	2,8	3,2	4
42,3	2,8	3,2	4
48	3	3,5	4

Стандартные и легкие модификации применяются для организации квартирного или домашнего отопления.

Медные

Материал отличается хорошей теплопроводностью, стойкостью к коррозии, способностью к растяжению. При замерзании теплоносителя системы может работать, сохраняя герметичность. Особенности размеров медной арматуры указаны в таблице.

Диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Вес м.п., гр
15	1,5	391
18	2	480
22	2	590
28	2,5	1420
42	3	1700

Чтобы провести отопление, стоит использовать медную арматуру со стенками 1,5-2 мм.

При наличии 5-8 радиаторов в квартире и 2-3 развилок в частном доме можно самостоятельно вычислить диаметр трубы для отопительной магистрали. С этой целью допускается работать с формулами и таблицами. Организация сложной системы с несколькими уровнями предусматривает использование специальных онлайн-программ.