Как выполнить расчет диаметра трубы для отопления правильно – теория и практика

Для обеспечения нормальной работы отопительной системы требуется качественный водопровод, при помощи которого будет транспортироваться теплоноситель. В свою очередь, работоспособность трубопровода напрямую зависит от диаметра труб для отопления. О том, как выполняется расчет диаметра трубы для отопления, и пойдет речь в этой статье.

Гидравлический расчет отопительных труб

Рассчитывая габариты отопительной системы и труб, необходимо знать все параметры данного материала, которые выглядят следующим образом:

• Используемое для изготовления труб сырье (обычно металл или пластик);
• Внутренняя толщина трубы для отопления;
• Внутренние диаметры фитингов и прочих элементов, подключаемых к трубопроводу;
• Номинальный внутренний диаметр;
• Толщина стенок труб.

Неправильный выбор диаметра трубы для отопления в подавляющем большинстве случаев становится причиной возникновения проблем. Нередки случаи использования труб с повышенным диаметром для отопительных систем. Это происходит из-за распространенного мифа о том, что степень теплоотдачи напрямую зависит от диаметра трубы (прочитайте также: «Как рассчитать теплоотдачу стальной трубы и для чего это делается»). Вместо этого давление в системе снижается, в результате чего большая часть тепла уходит впустую, тем самым делая такой подбор труб совершенно неоправданным.

Чтобы избежать такой ошибки, нужно предварительно выполнить гидравлический расчет отопительной системы, который позволит подобрать оптимальное сечение труб для отопления на каждом участке трубопровода. В результате расчетов в каждом отопительном контуре будет создаваться давление, на десятую часть превышающее величину, необходимую для нормального перемещения теплоносителя.

Описанная разница необходима для компенсации потерь давления, возникающих из-за внутренних сопротивлений. Последние, в свою очередь, появляются по причине трения теплоносителя и локальных сопротивлений.

Формула расчета диаметра отопительных труб

Использовать профессиональные методы расчета диаметров труб проблематично ввиду их сложности, поэтому они применяются только специалистами в сфере прокладки отопительных систем.

Для самостоятельных расчетов можно использовать слегка урезанную формулу, которая выглядит следующим образом:

Буквы расшифровываются так:

• D – диаметр трубы (см),
• Q – нагрузка на расчетный участок трубопровода (кВт),
• Δt – температурная разница на подающем и обратном контурах ( 0 С),
• V – скорость перемещения теплоносителя (м/с).

Среднее значение температурной разницы составляет около 20 градусов, поскольку температура теплоносителя в подающем контуре обычно держится на уровне 90 градусов, а на обратном пути вода охлаждается до 65-70 градусов. Читайте также: «Какой диаметр трубы для отопления лучше использовать, как рассчитать сечение».

Расчет мощности отопительной системы

Чтобы рассчитать минимальные показатели мощности отопительной системы, достаточной для эффективного прогрева дома, нужно воспользоваться следующей формулой:

Расшифровка символов выглядит так:

• Qт – требуемая мощность (кВт/час),
• V – объем отапливаемого помещения (м3),
• ∆t – разность температур внутри и снаружи здания ( 0 С),
• K – коэффициент тепловых потерь здания (зависит от конструктивных особенностей здания и теплоизоляции),
• 860 – коэффициент, позволяющий перевести значение результата в кВт/час.

Точный расчет коэффициента теплопотерь достаточно сложен, поэтому в частном строительстве можно использовать упрощенные значения, величина которых зависит от типа постройки:

• 3-4 – такое значение коэффициента тепловых потерь используется в том случае, если здание не имеет теплоизоляции (например, в случае с простыми деревянными постройками);
• 2-2,9 – коэффициент используется в формуле при наличии слабой теплоизоляции (упрощенная конструкция здания, например, кирпичная кладка толщиной в один кирпич);
• 1-1,9 – данный коэффициент подходит для зданий, имеющих средние показатели теплоизоляции (стандартная постройка, например, кирпичная кладка толщиной в два кирпича, обычная кровля и оптимальное количество окон);
• 0,6-0,9 – такое значение коэффициента теплопотерь используется при расчете отопительной системы зданий, имеющих хорошую теплоизоляцию (улучшенная схема постройки, кирпичные стены с двойной теплоизоляцией, небольшим количеством окон, оснащенных двойными рамами).

Проводя расчет полипропиленовых труб для отопления, нужно точно знать, какой результат должен получиться в итоге. Например, разница температур снаружи здания и внутри него определяется индивидуально в зависимости от желаемой степени комфорта в доме. Расчетный показатель наружной температуры зависит от климатических условий конкретного региона и подбирается в специальных таблицах. Читайте также: «Как выполняется расчет диаметра трубопровода – теория и практика из опыта».

Скорость перемещения теплоносителя

Сразу стоит отметить, что минимальная скорость движения воды в трубопроводе системы отопления не может опуститься ниже 0,2-0,25 м/сек. Если скорость в какой-то момент все же окажется ниже, то теплоноситель начнет постепенно выделять воздух – а это, в свою очередь, станет причиной появления воздушных пробок в системе. Такие пробки всегда приводят к снижению работоспособности системы, вплоть до ее выхода из строя.

Верхний скоростной порог может варьироваться в довольно широких пределах – от 0,6 до 1,5 м/сек. Превышение этого порога становится причиной снижения теплоотдачи и громкого шума, вызванного гидравлическими процессами, происходящими в системе, поэтому лучше выбрать некое среднее значение. Читайте также: «Причины появления шума в трубе отопления и способы устранения».

Заключение

Собрав значения всех необходимых параметров, достаточно подставить их в формулу, чтобы узнать необходимый диаметр труб для отопительной системы. Для упрощения работы стоит воспользоваться специальными таблицами, в которых указаны формулы для расчетов и подробно расписаны все используемые в них показатели.

Путем нехитрых расчетов можно определить оптимальный размер труб для конкретной ситуации. Четкое понимание того, какой диаметр трубы выбрать для отопления, позволит создать предельно качественную и функциональную конструкцию, которая будет обеспечивать дом достаточным количеством тепла.

Как сделать расчет диаметра трубы для отопления – примеры для разных систем

Для систем с принудительной циркуляцией огромное значение имеет правильно подобранный трубопровод. Если в расчете диаметра труб для отопления будут допущены ошибки, это скажется на эффективности обогрева дома.

Что для этого нужно

Чтобы рассчитать диаметр трубы, как правило, в учет берут следующие факторы:

1. Суммарные теплопотери жилища.
2. Какой мощностью обладают обогревающие радиаторы отдельно в каждом помещении.
3. Общая длинна труб контура.
4. Каким образом разведена система.

Для возможности рассчитать диаметр труб необходимо заранее определить общие потери тепла, мощность котельного оборудования и батарей для каждого помещения. Немалое значение имеет также то, какой способ будет выбран для разводки труб. Имея на руках все эти параметры, составляется схема будущего расчета.

Важно также помнить о некоторой специфике маркировки различных труб. Так, на полипропиленовых трубах для отопления частного дома диаметр указывается наружный (то же самое касается изделий из меди). Для вычисления внутреннего параметра отнимают от этого показателя толщину стенок. Стальные и металлопластиковые трубы маркируются внутренним сечением.

Выбор подходящего диаметра труб для отопления

Провести точный расчет сечения трубопровода практически невозможно. Для этих целей применяется несколько способов, при приблизительной идентичности конечного результата. Как известно, главной задачей системы является доставка на батареи необходимого объема тепла, чтобы добиться максимальной равномерности нагрева отопительного прибора.

В принудительных контурах для этих целей задействуется трубопровод, теплоноситель и циркуляционный насос. С помощью этого набора приспособлений необходимо за фиксированное время подать нужную порцию теплоносителя. Существует два способа реализации этой задачи – использование труб меньшего диаметра в комбинации с большей скоростью движения воды, или применение системы с большим сечением, в которой интенсивность движения будет меньшей.

Причины популярности первого варианта:

1. Меньшая цена на более тонкие трубы.
2. Большая простота монтажа.
3. На открытых участках такие системы менее заметны. Если же их помещать в пол или стены, посадочные места под укладку требуется меньшие.
4. В узких трубопроводах находятся меньше жидкости. Это приводит к снижению инерционности системы и к экономии топлива.

Благодаря набору типовых диаметров и фиксированному количеству транспортируемого по ним тепла, отпадает необходимость проведения однотипных расчетов. Для этих целей были составлены специальные таблицы: они позволяют, имея на руках данные о нужном количестве тепла, скорости подачи воды и рабочей температуре нагрева контура, рассчитать нужные размеры. Чтобы определиться, какие диаметры труб бывают для отопления, необходимо отыскать нужную таблицу.

Для расчета диаметра отопительных труб применяется следующая формула: D = √354х(0.86х Q/∆t)/V, где D — искомый диаметр трубопровода (мм), ∆t° — дельта температур (разница подачи и обратки), Q — нагрузка на данный участок системы, кВт — определенное количество тепла, необходимое на обогрев помещения, V — скорость теплоносителя (м/с).

Автономные системы обычно обладают скоростью движения теплоносителя на уровне 0,2 — 1,5 м/с. Как показывает практический опыт, наиболее оптимальной скоростью в таких случаях является 0,3 м/с — 0,7 м/с. При уменьшении этого показателя возникает реальная угроза появления воздушных пробок, при увеличении – теплоноситель при движении начинает сильно шуметь.

Для подбора оптимального значения и существуют таблицы. Они содержат данные для труб из разного материала – металла, полипропилена, металлопластика, меди. При определении диаметра труб отопления, как правило, упор делался на стандартные рабочие режимы с высокими и средними температурами. Понять суть процедуры помогут некоторые примеры.

Расчет двухтрубных систем

Речь пойдет о двухэтажном доме с двухтрубной системой отопления по два крыла на каждом этаже. Для обустройства системы применяются полипропиленовые трубы. Режим работы — 80/60, дельта температур – 20 градусов. Уровень теплопотерь — 38 кВт тепловой энергии (первый этаж — 20 кВт, второй — 18 кВт).

1. Для начала нужно определиться с тем, какой трубой оформить участок между котлом и первым разветвлением. Здесь транспортируется весь объем теплоносителя, передающий тепло в 38 кВт. Справочные данные указывают на два подходящих параметра – 40 и 50 мм. Выгоднее остановиться на меньшем диаметре 40 мм.
2. В месте разделения потока 20 кВт направляется на первый этаж, а 18 кВт – на второй. Согласно справочнику проводится определение сечения. В этом случае для каждого направления оптимальным диаметром является 32 мм.
3. В свою очередь, каждый контур включает в себя по две линии с равноценной нагрузкой. На первом этаже в обе стороны расходится по 10 кВт (20 кВт/2=10 кВт), на втором — по 9 кВт (18 кВт/2) = 9 кВт). Подходящими значениями для этих веток будет 25 мм. Данный параметр разумнее использовать до момента снижения нагрузки до 5 кВт. После этого переходят на диаметр 20 мм. Первый этаж переводится на 20 мм сразу за вторым радиатором. Второй этаж обычно переходит после третьего прибора. Как показывает практика, этот переход лучше всего осуществлять при нагрузке 3 кВт.

Таким образом проводится расчет диаметра полипропиленовых труб для двухтрубной системы. Определять размеры обратной трубы нет смысла: они берутся такие же, как и для подачи. Эта процедура несложная: главное – иметь всех исходные данные. Если для организации системы предполагается применение труб другого типа, использовать нужно данные под конкретный материал изготовления. Расчет диаметра труб отопление с естественной циркуляцией несколько отличается.

Расчет однотрубной системы принудительного типа

Принцип применяется такой же, как и в предыдущем случае, однако алгоритм действий меняется. Для примера можно взять расчет внутреннего диаметра простой однотрубной системы отопления в одноэтажном доме. В контуре есть шесть радиаторов с последовательным подключением.

Порядок расчета диаметра трубопровода отопления по тепловой мощности:

1. Котел передает в начало системы 15 кВт тепла. Согласно справочным данным, этот участок можно оснастить трубами 25 мм и 20 мм. Как и в первом примере, лучше выбрать 20 мм.
2. Внутри первой батареи происходит снижение тепловой нагрузки до 12 кВт. Это никак не влияет на сечение выходящей трубы: оно остается в том же значении 20 мм.
3. Третий радиатор уменьшает нагрузку до 10,5 кВт. При этом сечение остается прежним — все те же 20 мм.
4. Переход на меньший диаметр 15 мм происходит после четвертой батареи, так как нагрузка уменьшается до 8,5 кВт.
5. К пятому прибору теплоноситель транспортируется по трубе 15 мм, а после него происходит переход на 12 мм.

На первый взгляд может показаться, что расчет диаметров труб для системы отопления происходит легко и просто. Действительно, когда для организации контура используются полипропиленовые или металлопластиковые изделия, сложностей обычно не возникает. Это объясняется их небольшой теплопроводностью и маленькими утечками тепла сквозь стенки (их можно не учитывать). Совершенно по-другому обстоит дело с металлическими изделиями. Если стальной, медный или нержавеющий трубопровод имеет приличную длину, через его поверхность будет утекать достаточно много тепловой энергии.

Как рассчитать металлические трубы

Крупные системы отопления, обустроенные при помощи металлических труб, требуют учета теплопотерь через стенки. Хотя в среднем эти показатели достаточно низкие, однако на очень длинных ветках суммарное значение потерянной энергии достаточно высокое. Нередко из-за этого последние батареи в отопительном контуре нагреваются недостаточно хорошо. Причина здесь одна – был неправильно выбран диаметр труб.

Примером послужит определение потерь стальной трубы 40 мм, при толщине стенок 1,4 мм. Для расчета используется формула q = kх3.14х(tв-tп), где q — тепловые потери метра трубы, k -линейный коэффициент теплопередачи (в этом случае он соответствует 0,272 Вт*м/с), tв — температура воды внутри (+80 градусов), tп — температура воздуха в комнате (+22 градуса).

Для получения результата необходимо подставить в формулу нужные значения:

q = 0,272х3,15х(80-22) = 49 Вт/с

Вырисовывается такая картина, что каждый метр трубы теряет тепло в количестве почти 50 Вт. На очень длинных трубопроводах суммарные потери могут быть просто катастрофическими. При этом объемы утечек напрямую зависят от сечения контура. Для учета подобных потерь к показателю снижения тепловой нагрузки на батарее необходимо добавить схожий показатель на трубопроводе. Определение оптимального диаметра трубопровода проводится с учетом суммарного значения утечек.

Обычно в автономных системах обогрева данные показатели не являются критичными. К тому же, во время процедуры по определению теплопотерь и мощности котлов, полученные данные обычно округляют в сторону увеличения. Благодаря этому создается страховочный запас, освобождающий от проведения сложных вычислений.

Поиск соответствующих данных

Что касается поиска оптимальных справочных данных, то почти все сайты производителей комплектующих отопительных систем предоставляют эту информацию. В тех случаях, когда подходящие значения не были найдены, существует специальная система подбора диаметров. Эта методика основана на вычислениях, а не на усредненных закономерностях, построенных на обработке данных об огромном количестве отопительных систем. Расчет теплоносителя по сечению трубы разработан сантехниками с практическим опытом проведения монтажных работ, и применяется для обустройства небольших контуров внутри жилищ.

В подавляющем большинстве случаев отопительные котлы оснащаются двумя размерами подающих и обратных патрубков: ¾ и ½ дюйма. Этот размер принимается за основу для выполнения разводки до первого разветвления. В дальнейшем каждое новое разветвление служит поводом для уменьшения диаметра на одну позицию. Этот метод позволяет провести расчет сечения труб в квартире. Речь идет о небольших системах в 3-8 радиаторов. Обычно такие схемы состоят из двух-трех линий с 1-2 батареями. Подобным образом можно рассчитывать и небольшие частные коттеджи. При наличии двух и более этажей приходится использовать справочные данные.

Метод приравнивания

Хотя трубы из разных материалов маркируются разными значениями (внутренними или внешними), в некоторых случаях допускается их приравнивание. Это касается ситуаций, когда не удается найти данные о конкретной трубе: в такой ситуации можно использовать информацию по аналогичному сечению изделия из другого материала.

Допустим, требуется рассчитать, какой диаметр металлопластиковой трубы нужен для отопления, а нужные сведения по этому материалу найдены не были. В качестве альтернативы используется таблица скорости теплоносителя в системе отопления для полипропиленовых изделий. Используя соответствующие размеры, производят подбор соответствующих параметров для металлопластиковой трубы. Без неточностей в таком случае обойтись не удается, однако в контурах принудительного типа они не являются критичными.

Вывод

Используя для организации отопления своего дома не очень сложную и разветвленную схему, расчет оптимального диаметра трубопровода может быть реализован своими силами. Чтобы это сделать, необходимо вооружиться информацией о теплопотерях жилища и мощности каждой батареи. Далее при помощи специальных таблиц и справочников подбирают оптимальное значение сечения труб, которое сможет обеспечить транспортировку нужного объема тепловой энергии в каждую из комнат.

Если применяются сложные схемы со множеством элементов, то для их расчета желательно пригласить профессионального сантехника. При наличии уверенности в собственных силах рекомендуется все же проконсультироваться со специалистом. Бывают случаи, когда по причине допущенных ошибок приходится заниматься дорогостоящей реконструкцией всего контура.