Расчет сечения водопроводных труб

Устройство водопровода в частном доме или квартире должно в обязательном порядке сопровождаться хотя бы примерными расчетами потребления воды. Это позволит правильно рассчитать необходимый минимальный диаметр трубы, которая будет использоваться. Причем расход воды не зависит от того, какая труба, медная, стальная или пластиковая.

Факторы, которые влияют на выбор диаметра

Определить, какие факторы влияют на диаметр трубы, не сложно.

Среди прочих можно выделить следующие:

• Длина водопровода;
• Напор воды;
• Ее расход за единицу времени.

Итак, если брать во внимание напор воды, то тут есть только одно условие – чем он ниже, тем больше должен быть диаметр. В том случае, когда напор сильный, а диаметр малый, то вода будет поступать, создавая шум. Если же и диаметр малый, и напор тоже, то вода будет «сочиться», а не литься.

Что касается длины водопровода в частном доме или квартире, то существует специальная формула, которая показывает зависимость между толщиной материала и его длиной. Не вдаваясь в эти цифры, можно сказать следующее:

• Когда длина не больше 30 метров, то можно использовать трубы до 20 мм;
• Если длина больше 30 метров, то используется сечение 25 или 32 мм, или больше;
• В том случае, когда длина совсем малая, около 10 м, то используют трубы сечением 10 мм.

Вернуться к содержанию ↑

Как обозначается диаметр и системы перевода

Системы исчисления размеров труб нужно знать хотя бы для того, чтобы правильно можно было выполнить соединение, например, пластиковых труб с медными.

Все дело в том, что металлические трубы имеют разные системы исчисления:

• Медные и алюминиевые измеряются по метрическим стандартам;
• Стальные изделия исчисляются по империческим стандартам.

Имперической системой исчисления пользуются и при производстве пластиковых изделий.

Итак, перевести данные из одной системы исчисления в другую поможет следующая таблица:

Дюймы	Миллиметры
1/2	12.7
3/4	19
7/8	22.2
1	25.4
1.5	38.1
2	50.8

Тут есть и еще одна особенность. Обозначение материалов для водопровода в частном доме или квартире отличается от общепринятых стандартов. Например, полудюймовая труба делается по диаметру меньше 21 мм. Точно такой же диаметр имеет и наружная резьба. Однако обозначается она по-другому – в соответствии со своим внутренним диаметром. На практике такая запись будет иметь добавочное слово в конце «труб», то есть 1/2″ труб.

Поэтому вышеописанные значения пригодны только для водопроводных стальных изделий. Для резьбовых соединений используется следующая таблица:

Дюймы	Миллиметры
1/2	20.7
3/4	26.2
7/8	30
1	33
1.5	46.2
2	58.3

Выбор необходимого размера

Как уже было отмечено, рассчитать необходимый размер можно при помощи различных формул, которые будут учитывать и напор воды в системе водопровода, и ее расход в частном доме или квартире. Однако на практике такими сложными расчетами для внутрикомнатной разводки никто не пользуется. Обычно происходит все гораздо проще:

• Для основной разводки приобретают изделия с размерами 10 и 15 мм (1/2 дюйма);
• Для стояков приобретают изделия с размерами 25 мм (1 дюйм) или 20 мм (3/4 дюйма).

Однако и тут все-таки есть проблемы. Связано это с тем, что указывается всегда внешний диаметр. Внутренний же можно рассчитать, вычтя две толщины стенки. В этом как раз и вся загвоздка – у разных производителей она разная. Поэтому, например, внутреннее отверстие может иметь размер от 11 до 13 мм (для полудюймовой трубы), и от 21 до 23 (для дюймовой). Причем это характерно и для пластиковых водопроводных изделий, и для металлических.

Примерный расчет

Чтобы рассчитать диаметр трубы для водопровода частного дома или квартиры, необходимо знать некоторые априорные данные. Например, расход воды, давление, количеств изгибов и так далее.

Однако, как уже было сказано ранее, таких сложных расчетов никто никогда не делает, особенно, если речь идет о частном доме.

Итак, опытным путем установлено, что нормальным потоком из обычного смесителя считается тот, который выдает примерно ¼ литра в секунду. Примем эту цифру за стандартный расход.

Что касается напора в водопроводных трубах, то в многоквартирных домах он может колебаться в широком диапазоне от 1 до 6 атмосфер. Поэтому примем напор в среднем в 2 бара.

На основе этого получим следующие исходные данные:

• Напор 2 бара;
• Расход 0,25 л/с;
• Длина водопроводных изделий равна 10 метрам;
• Предположим, что будет использоваться металлопластиковый материал с размером в 16 мм (стандартный размер для пластиковых труб).

Отсюда сразу известно, что внутренний диаметр будет равен примерно 12 мм, так как стенки равны 2 мм.

Водопровод частного дома

Итак, сперва определим скорость потока в водопроводных элементах. Для этого применим формулу:

V=(4*Q)/(π*D2), в которой:

• Q – расход жидкости, выраженный в кубометрах за секунду (в нашем случае это 0,00025);
• D – внутренний диаметр, выраженный в метрах (0,012 м);
• П – константа 3,14.

Подставив эти значения, получим: 4*0,00025/3,14*0,012*0,012 = 2,21 м/с.

Следующим шагом необходимо найти число Рейнольдса по формуле:

Re = V*D/v, где v – табличное значение для температуры 16 градусов.

Подставив уже известные значения, получим 22882.

Далее необходимо посмотреть таблицу, в которой нужно отыскать формулу для гидравлического трения. Предположим, что нужна формула из первой области:

Лябда = 0,3164/Re в 0,25 степени, подставив в нее значения, получим 0,0257.

Следующим шагом следует узнать потери напора. Делается это по формуле:

• H – потери;
• L – длина трубопровода;
• g – ускорение свободного падения, то есть 9,81 м/с в квадрате;
• V – скорость потока;
• D – диаметр.

Подставив все значения, получим число 5,34 м.

Дальше остается только анализ полученного результата. Итак, мы приняли напор в 2 бара, что соответствует 20 метрам напора. Результат получился 5,34 метра, что меньше 20, значит, выбранный диаметр подходит, причем с запасом.

В каком-либо другом случае, когда эта цифра была бы больше, необходимо увеличить размер выбранного материала.

Краткий вывод

Итак, видно, что выбор необходимого размера зависит от многих параметров, от потока воды, от потребляемого ее количества, от некоторых свойств самих изделий. Расчет оптимального значения, в своем полном содержании, связывает все эти параметры воедино, то есть он должен учитывать все их. Однако для домашнего водопровода приведенного выше варианта вполне достаточно.

Поскольку потери давления во много обусловлены наличием в системе разных углов, тройников и подобных элементов. Чтобы учесть и этот фактор, как показывает практика, необходимо просто добавить к конечному числу еще 10% процентов. Надо сказать и то, что на все остальные факторы, которые не учитывались при производстве расчетов, так же следует добавлять те же 10%.

Вода в частном доме

Какой диаметр трубы выбрать для водоснабжения в частном доме — снаружи и внутри

Прокладка внутреннего трубопровода является одним из важных этапов работ после строительства индивидуального жилья. При отсутствии плана или самостоятельном монтаже часто приходится решать задачу, какой диаметр трубы выбрать для водоснабжения в частном доме.

Стоит отметить, что для точного нахождения трубных диаметров необходимо учитывать широкий ряд факторов, пользоваться табличными данными или формулами для расчетов. С другой стороны, задача не столь сложна, если воспользоваться стандартными методами определения размеров труб по многократно проверенным рекомендациям специалистов.

Рис. 1 Варианты устройства в доме внутреннего водопровода

Требования к трубам водоснабжения и их разновидности

В индивидуальных домах для подачи горячей и холодной воды используют несколько разновидностей труб. Их физические параметры обеспечивают длительный эксплуатационный срок при заданных температурных и напорных характеристиках рабочей среды.

Основные требования к трубопроводам по СНиП 2.04.01-85:

• Они должны выдерживать рабочее давление в сети не менее 4,5 бар при температуре холодной воды 20 °С в течение 50 лет эксплуатации.
• При постоянной температуре горячей воды около 75 °С расчетный эксплуатационный срок трубопровода не должен опускаться ниже 25 лет.

СНиП 2.04.01-85 также устанавливает, каким должен быть внутренний водопровод. Он допускает применение полимерных труб из полиэтилена низкого давления (ПНД), полипропилена (ПП), поливинилхлорида (ПВХ), полибутилена (ПБ), металлопластика, стеклопластика, прочих пластиков и их композитных соединений.

Из металлов допускается прокладывать трубопроводы из меди, бронзы, латуни, стали с наружным и внутренним антикоррозионным покрытием.

При использовании в горячем водоснабжении данным условиям удовлетворяют не все трубы, поэтому часто трубопроводы с горячей и холодной водой монтируют из разных материалов.

Несмотря на широкий ряд труб, разрешенных для укладки внутреннего водопровода, их применение ограничивает следующий важный фактор.

Внутренний трубопровод должен иметь наименьшую теплопроводность, чтобы исключить нагрев холодной и остывание горячей воды.

В итоге в списке труб, из которых можно сделать водопровод, должны отсутствовать все металлические изделия. Также не подойдут и полимеры, армированные металлами — полипропилен с алюминиевой оболочкой и металлопластик.

Если исключить из рассмотрения редкие и соответственно малоиспользуемые трубы из полибутилена, стеклопластика, клеевого поливинилхлорида, то ответ на вопрос, какие трубы лучше выбрать для водоснабжения, станет очевиден.

Используемыми останутся два вида труб, и это полипропилен ПП и полиэтилен низкого давления ПНД. Каждый из этих материалов благодаря толстым стенкам имеет низкую теплопроводность — 0,25 Вт/м·°С у полипропилена и 0,32 Вт/м·°С у полиэтилена низкого давления.

Рис. 2 Примеры прокладки наружной водопроводной магистрали

Какой диаметр задают для измерений

Так как каждая трубная оболочка имеет наружный и внутренний диаметр, при их задании может возникнуть путаница. Любому пользователю, вплотную занимающемуся прокладкой водопровода, следует знать, что трубы из металлов и пластиков измеряют по-разному.

Диаметр металлических труб задается их внутренним проходным каналом, его называют номинальным или условным. Связано это с тем, он привязан к ближайшему значению из стандартизированного ряда и не соответствуют реальной величине. Пример стандартного числового ряда условных диаметров стальных труб: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65 мм.

Иногда диаметры стальных трубопроводов указывают в дюймах с дробными долями, соотнося их с размерами миллиметрах: 1/2 — 15 мм, 3/4 — 20 мм, 1 — 25 мм, 1 1/4 — 32 мм, 1 1/2 — 40 мм.

Размеры всех полимерных труб задают их наружным диаметром в миллиметрах. Они должны соответствовать стандартному числовому ряду, его фрагмент: 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110 мм.

Этот показатель точно соответствует размерам в миллиметрах и не задается в дюймах.

В маркировке полипропиленовых труб всегда указывается толщина стенки, благодаря чему несложно вычислить диаметр проходного канала. Это может быть важно при проведении гидравлических расчетов.

Иногда на них ставят символ SDR, равный результату от деления наружного диаметра на толщину стенки. Чем ниже SDR, тем более толстостенной считается пластиковая труба.

Стоит отметить, что в отличие от стальных, размеры труб из меди и нержавейки задают их наружным диаметром.

Трубы PN10 для холодной воды, рабочая температура 20 º С давление 10 атм., отрезки 4 м

Размер мм Наружный диаметр мм Толщина стенки мм Водоемкость л/м 20 х 1,9 20 1,9 0,206 25 х 2,3 25 2,3 0,327 32 х 3,0 32 3,0 0,531 40 х 3,7 40 3,7 0,834 50 х 4,6 50 4,6 1,307 63 х 5,8 63 5,8 2,075 75 х 6,9 75 6,9 2,941 90 х 8,2 90 8,2 4,254 110 х 10,0 110 10,0 6,362

Таблица 1. Размеры полипропиленовых труб для холодной воды

Трубы PN16 для горячей воды, рабочая температура 60°С, давление 10 атм., отрезки 4 м

Размер мм Наружный диаметр мм Толщина стенки мм Водоемкость л/м 20 х 2,8 20 2,8 0,206 25 х 3,5 25 3,5 0,327 32 х 4,5 32 4,4 0,531 40 х 5,6 40 5,5 0,834 50 х 6,9 50 6,9 1,307 63 х 8,7 63 8,6 2,075 75 х 10,24 75 10,3 2,941 90 х 12,5 90 12,3 4,254 110 х 15,2 110 15,1 6,362

Таблица 2. Размеры полипропиленовых труб для горячей воды

Особенности полипропиленовых труб

Трубы из полипропилена занимают лидирующее положение по широте использования в водопроводах частных домов и коммунальных квартир. Им нет достойных конкурентов по стоимости, простоте монтажа и практичности при прокладке магистралей холодного водоснабжения (ХВС). Основной недостаток полипропилена — высокий коэффициент линейного расширения при нагревании, в данном случае не является важным фактором.

В трубопроводах горячего водоснабжения (ГВС) обычный полипропилен не применяют из-за недостаточной термостойкости и высокого коэффициента линейного удлинения.

Там лучше использовать соэкструзированный материал, представляющий собой полипропиленовую трубу с внутренней стекловолоконной оболочкой. Стекловолокно повышает термостойкость всей трубы и уменьшают ее тепловое расширение.

Полипропиленовые трубы соединяют пайкой, если стыкуют два отрезка одинакового диаметра, сверху на них одевают, в зависимости от монтируемого узла, муфту, отвод или тройник. Такой способ соединения называется раструбным. Благодаря этому методу проходное сечение полипропиленового трубопровода на всех участках остается неизменным. Благодаря большому количестве различных полипропиленовых фитингов, можно спаять практически любой узел. При стыковке трубных отрезков разных диаметров используют переходные муфты.

При одинаковых наружных размерах диаметр проходного канала ПП-труб намного меньше, чем у металлических или полимерных аналогов из сшитого полиэтилена.

Что касается напорных характеристик, то обычный полипропилен выдерживает давление от 10 (PN10) до 20 (PN20) бар в течение всего эксплуатационного срока. Армированный стекловолокном трубопровод может работать длительный период при напоре рабочей среды до 20 (PN20) или 25 (PN25) бар в условиях повышенных температур.

Рис. 3 Размеры труб из полиэтилена

Трубы из полиэтилена низкого давления

Трубы из ПНД используют для наружной прокладки водопроводов. Их выпускают в отрезках и бухтах диаметров, соответствующих стандартному числовому ряду.

Существует несколько марок полиэтилена в зависимости от его внутренней структуры, трубы изготавливают из ПЭ-80 и ПЭ-100, лучший из них последний.

В отличие от полипропиленовых, у ПНД-труб толщина стенки может варьироваться в более широких границах. Для них также установлено размерное соотношение наружного диаметра к толщине стенки SDR, и оно может быть разным в диапазоне от 2,5 до 41.

ПНД-трубы рассчитаны на транспортировку воды с температурой, не превышающей 40 °С. Понятно, что их используют только в системах холодного водоснабжения.

Что касается напорных характеристик, то давление, которое может выдержать ПНД труба, лежит в диапазоне от 2,5 до 25 бар и напрямую зависит от SDR.

ПНД трубы соединяют при помощи компрессионных наружных муфт, так что их внутренний диаметр на всем протяжении трубопроводной магистрали остается неизменным.