Как рассчитать, какой размер сечения трубы лучше и целесообразней использовать для отопления частного дома

Строительство системы отопления для частного дома должно начинаться с тщательной проработки проекта. Проект должен учитывать все параметры, способные оказывать влияние на энергоэффективность будущей теплосистемы.

Сюда входит подбор подходящего котла, батарей, схемы размещения, выбор материала труб и соединительных элементов. Не менее важным параметром считается и верный расчет диаметра трубопроводов.

Проблемы выбора труб для отопления

Некоторым покажется, что определение необходимого диаметра труб для теплосистемы отнюдь не является сложной задачей. Казалось бы, какие требования можно предъявить трубе, единственная задача которой – доставка теплоносителя до радиаторов.

А между тем, неверно подобранный диаметр трубы (либо коллектора) может негативно сказаться на работе всей отопительной системы. Движение жидкости по трубопроводу сопровождается многочисленными сложными процессами, для описания которых существует специальный раздел физики – гидродинамика.

Не углубляясь в научные дебри, можно, тем не менее, определить ряд основополагающих характеристик, непосредственно зависящих от диаметра трубопровода:

• Скорость распространения жидкости. Влияет на оптимальное распределение тепла по радиаторам отопления, не давая теплоносителю остыть ниже минимального значения температуры. Кроме того, от скорости распространения напрямую будет зависеть уровень шума работающей теплосистемы.
• Объем теплоносителя. С одной стороны, увеличение диаметра труб будет способствовать уменьшению потерь от трения жидкости о внутреннюю поверхность трубопровода. С другой стороны, с ростом сечения трубы будет увеличиваться суммарный объем теплоносителя в системе, а на его нагрев будет требоваться большее количество энергии.
• Гидравлические потери. Возникают на стыках труб различного диаметра. Чем больше переходов будет в теплосистеме, тем больше потерь такого рода получится в итоге.

Как рассчитать сечение труб для теплоснабжения

Прежде чем приступать к определению диаметра трубопровода, стоит детально разобраться с самим понятием «диаметр». Применимо к трубам отопления принято говорить о нескольких интерпретациях данного термина:

• Внешний диаметр. Параметр, необходимый при проектировании системы. Складывается из внутреннего диаметра и толщины стенок.
• Внутренний диаметр. Определяет пропускную способность трубопровода.
• Номинальное значение проходного отверстия трубы. Показатель, используемый при маркировке пластиковых изделий.

Это важно! Маркировка стальных и чугунных труб устанавливается по внутреннему сечению, медных и металлопластиковых – по внешнему.

Довольно часто диаметр труб указывается в дюймах. Перевести их в более привычные для нас миллиметры просто – в одном дюйме содержится 25,4 мм.

Расчёт тепловой мощности системы

Для небольших стандартных систем отопления вполне возможно обойтись без сложных вычислений. Здесь будет достаточно придерживаться нескольких несложных правил:

• Для контуров с естественной циркуляцией оптимальным диаметром труб станет значение 30-40 мм.
• В системах с принудительной циркуляцией теплоносителя стоит предпочесть трубы меньшего диаметра. Это позволит обеспечить оптимальные значения скорости и давления потока жидкости.

Если требуются точные расчеты, можно призвать на помощь готовые специальные программы, либо произвести вычисления по формулам. В первую очередь, определяется тепловая мощность системы: Q = (V*∆t*K)*860.

• Q – тепловая мощность, кВт/ч,
• V – объем отапливаемого помещения, м3,
• ∆t – усредненный показатель разницы температур в помещении и на улице, ⁰С,
• К – коэффициент тепловых потерь,
• 860 – постоянный поправочный коэффициент для перевода рассчитанных показателей в формат кВт/ч.

Все множители могут быть легко подсчитаны, с достаточной долей достоверности. Некоторые вопросы может вызвать только определение коэффициента К.

Его значение зависит от уровня теплоизоляции дома или помещения, для которого ведутся расчеты.

Цифры могут быть такими:

• К=3-4. Здание с минимальным уровнем теплоизоляции.
• К=2-2.9. Облицовка фасада кирпичом.
• К=1-1.9. Средний уровень теплоизоляции.
• К=0.6-0.9. Качественное утепление современными материалами.

После определения тепловой мощности системы отопления для определения диаметра труб необходимо будет воспользоваться специальной таблицей.

Таблицы могут различаться в зависимости от типа трубы (полипропилен, сталь, чугун, медь и т.п.) и даже изготовителя. Правильнее брать эти таблицы напрямую с сайтов фирм-производителей. Чаще всего в таблице указывается тепловая мощность и предполагаемая дельта температур. На пересечении этих параметров будет указан искомый диаметр трубы.

В том случае, если найти таблицу для конкретного типа трубы не получилось, можно воспользоваться таблицей соответствия различных типов трубопроводов.

Здесь, для каждого диаметра трубы (имеется в виду внутренний диаметр) расписаны соответствующие модели из иных материалов. Разумеется, будет некоторая погрешность, но для небольших отопительных систем она вполне допустима.

Скорость движения жидкости в системе

От скорости движения теплоносителя по системе отопления зависит равномерное распределение тепловой энергии по всем батареям или радиаторам.

Диаметр трубы, между тем, оказывает непосредственное влияние на скорость продвижения жидкости – чем меньше площадь сечения трубопровода, тем с большей скоростью (при прочих равных условиях) будет перемещаться по ней теплоноситель.

При определении диаметра труб стоит подобрать значение скорости таким образом, чтобы оно укладывалось в рамки диапазона:

• С одной стороны, скорость потока воды не должна оказаться слишком высокой. Это, разумеется, позволит увеличить КПД системы, но будет неизменно сопровождаться дополнительными шумами.
• С другой стороны, при скоростях ниже 0,3 м/с будут отмечаться большие потери тепла. Кроме того, малый напор сделает бесполезными воздухоотводчики и краны Маевского, поскольку воздушные пробки попросту не будут доходить до этих элементов.
• Оптимальным значением скорости принято считать показатели из диапазона 0,36-0,7 м/с.

Особенности расчета для коллекторного теплоснабжения

Описанная выше технология расчета с одинаковым успехом может применяться как для однотрубных, так и для двухтрубных систем отопления. Если теплосистема подразумевает использование коллекторов, то для выбора правильного диаметра этого элемента также потребуются некоторые вычисления:

где М – сечение коллектора,

M1, M2, Mn – диаметры подключаемых к коллектору трубопроводов.

Из формулы видно, что диаметр коллектора можно верно рассчитать только после подсчета сечения трубопроводов и определения количества линий, подходящих к коллектору.

Обратите внимание! При определении оптимального расстояния между патрубками коллектора принято придерживаться правила «трех диаметров». Соседние отводки должны отстоять друг от друга на расстояние, равное их утроенному диаметру.

Из какого материала должны быть трубы для отопления в частном доме

Важнейшим параметром, оказывающим непосредственное влияние на способ монтажа, стоимость проекта и тепловые потери функционирующей системы, считается материал изготовления труб. Здесь важно понимать, что какие бы то ни было расчеты параметров отопительной системы можно производить только после того, как будет точно определен тип трубопровода.

Сегодня одинаково успешно применяется несколько вариантов, каждый из которых имеет сильные и слабые стороны:

• Стальная труба. Долгое время оставалась единственным доступным материалом для строительства теплосистем. Характеризуется солидными показателями прочности, но сложна в монтаже, подвержена коррозии и отличается сравнительно высокой шероховатостью внутренних стенок. Последние два недостатка нивелируются использованием аналогов из нержавеющей стали, но такие изделия будут стоить на порядок выше.
• Медная труба. Отличается прекрасными эксплуатационными характеристиками, не ржавеет, способна выдерживать незначительное расширение при замерзании теплоносителя. Недостаток – высокая стоимость и сложность монтажа.
• Полимерная труба. Производится из полиэтилена или полипропилена. Полимерные изделия отличаются малой ценой, легкостью монтажа, долгим сроком службы. Помимо диаметра самой трубы, важно верно подобрать толщину стенок изделия, которая может варьироваться от 1,8 до 3 мм и должна находиться в непосредственной зависимости от уровня рабочего давления в системе отопления.

Как правильно подобрать диаметр трубы для отопления дома?

Выбор диаметра трубы для отопления дома – серьёзная ответственная задача, и подходить к ней нужно не спеша; основательно всё взвесив и просчитав. В данной статье мы будем рассматривать системы с так называемой «принудительной циркуляцией». В такой системе движение воды происходит благодаря специальному «циркуляционному насосу», который работает без остановок.

Необходимые данные для расчета

Основная задача отопительных труб – доставить тепло к нагреваемым элементам (радиаторам) с минимальными потерями. От этого и будем отталкиваться при выборе правильного диаметра трубы для отопления дома. А вот чтобы рассчитать всё верно, нужно знать:

• длину трубы;
• потери тепла в здании;
• мощность элементов;
• какая будет разводка труб (естественная, принудительная, однотрубная или двухтрубная циркуляция).

Следующим пунктом после того, как у Вас на руках будут все вышеперечисленные данные, необходимо будет набросать общую схему: как, что и где будет расположено, какую тепловую нагрузку будет нести каждый отопительный элемент. Затем можно будет начинать высчитывать нужное сечение диаметра трубы для отопления дома.
Также следует быть внимательным при покупке:

• металлопластиковые и трубы из стали маркируются по размеру внутреннего диаметра, тут проблем нет;
• а вот полипропиленовые и медные – по внешнему диаметру. Следовательно, нам нужно либо измерять внутренний диаметр самостоятельно с помощью штангенциркуля, либо – от внешнего диаметра трубы для отопления дома отнять толщину стенок.

Не забывайте об этом, потому как нам нужен именно «внутренний диаметр трубы для отопления дома» чтобы всё рассчитать верно.

Выбираем диаметр для Вашего отопления

Не рассчитывайте на то, что вы сразу сможете правильно подобрать нужный Вам диаметр трубы для отопления дома. Дело в том, что получить желаемую эффективность можно разными путями.

Теперь более подробно. Что самое важно в правильной системе отопления? Самое важное — это равномерный нагрев и доставка жидкости во все нагревательные элементы (радиаторы). В нашем случае этот процесс постоянно поддерживает насос, благодаря которому за конкретный временной промежуток, жидкость движется по системе. Следовательно, выбирать мы можем только из двух вариантов:

• купить трубы большого сечения и, как следствие, небольшая скорость подачи теплоносителя;
• либо трубу маленького сечения, естественно давление и скорость движения жидкости при этом возрастёт.

Логически конечно лучше выбрать второй вариант диаметра труб для отопления дома, и вот по каким причинам:

• при наружной прокладке труб, они будут менее заметны;
• при внутренней прокладке (например, в стене или под полом), канавки в бетоне будут более аккуратные, и долбить их проще;
• чем меньше диаметр изделия – тем оно, естественно, дешевле, что тоже немаловажно;
• при меньшем сечении трубы общий объём теплоносителя также уменьшается, благодаря чему мы экономим топливо (электроэнергию) и снижаем инерционность всей системы.

Да и работать с тонкой трубой намного легче и проще, чем с толстой.

Формула расчета диаметра трубы для отопления дома

Для примера подберём сечение для трубы из меди в прямой зависимости от того насколько мощные радиаторы.

Все трубы изготавливаются по ГОСТу. Следовательно, заранее известны все диаметры, а также объем полезного тепла, которое они могут пропустить через себя в зависимости от сечения и давления. Поэтому не нужно рассчитывать каждый раз то, что уже давно посчитано и записано в специальных таблицах. Всё что требуется — это просто найти подходящую Вам таблицу с данными и по ней подобрать диаметр трубы для отопления дома.

Как создавались такие таблицы? Да очень просто. Берёте вот эту формулу для расчёта диаметра трубы, считаете, а результат – записываете, и так для всех сечений:

В которой:
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).

Можете сами попробовать всё посчитать.

Известно, что в индивидуальных системах отопления теплоноситель движется со скоростью 0,2-1,5 м/с. Также известно, что идеальная скорость должна быть в пределах 0,3-0,7 м/с. Если скорость больше, чем оптимальные показатели, то возрастает шумность, а если меньше – то могут появиться воздушные пробки. Для этого и существуют уже готовые таблицы. В них выбираем подходящую нам скорость.

Существуют таблицы для медных, полипропиленовых, металлических и металлопластиковых труб. В них есть уже готовые решения для работы в режиме средних и высоких температур. Для ясности, давайте разберёмся на конкретных примерах.

Расчет диаметра для двухтрубной системы отопления

Считать будем на примере простого дома в два этажа. На каждом из этажей имеем два крыла. В самом доме будет установлена двухтрубная система отопления с такими параметрами:

• в сумме потеря тепла – 36 кВт;
• потеря на 1-ом этаже – 20 кВт;
• потеря на 2-ом – 16 кВт;
• установлены трубы из полипропилена;
• работа системы в режиме 80/60;
• температура – 20 С.

Ниже показана таблица (а) исходя из данных которой, мы будем определять искомый диаметр трубы. В таблице зелёным цветом отмечены ячейки с наилучшей(оптимальной) скоростью движения жидкости.

Считаем.Через участок трубы, которая соединяет первую развилку и котёл, проходит весь объём жидкости, следовательно, и всё тепло, а это 38 кВт. Давайте определим, какую здесь нужно брать трубу. Берём нашу таблицу, в ней ищем соответствующую строчку, потом идём по зелёным ячейкам и смотри вверх. Что мы видим? А видим мы, что при таких параметрах нам подходит два варианта: 50 и 40 мм. Естественно (об этом писалось выше) выбираем меньший диаметр трубы для отопления дома 40 мм.

Дальше смотрим на развилку, которая разделяет движение теплоносителя на второй и первый этажи (16 и 20 кВт). Опять смотрим значения по таблице и получаем, что в оба направления нужен диаметр трубы 32 мм.

На каждом этаже у нас по два крыла. Контур также разделяется на две ветки. Считаем первый этаж:

Второй этаж по аналогии:

Опять берём нашу таблицу и определяем, что на данных участках нужна труба с сечением 25 мм. Также по таблице хорошо видно, что такой диаметр используем до тех пор, пока нагрузка не упадёт до 5 кВт, потом будем использовать трубы по 20 мм.

Важно! Из лично опыта могу сказать, на диаметр трубы в 20 мм лучше переходить, когда тепловая нагрузка будет не 5 кВт, а 3 кВт.

Вот таким нехитрым способом мы рассчитали все диаметры трубы для отопления дома нужных нам полипропиленовых труб для двухтрубной системы отопления.

Для обратной подачи воды не нужно рассчитывать ничего, там всё намного проще: всю разводку делаете трубами аналогичного диаметра, что и на прямую подачу. Как видите, ничего сложного нет. Нужна лишь хорошая, подходящая под конкретный случай, таблица.

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:

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

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.

Где брать таблицы?

Тут как раз всё просто. Обычно все подробные таблицы со всеми нужными данными можно посмотреть (или скачать себе) на сайтах производителей труб. Но бывает, что таблиц всё-таки нет. Можно выйти из такой ситуации следующим образом. Если нет таблиц для внешнего диаметра – то берёте для внутреннего, и рассчитываете по ней. Да, будут неточности, но, как показывает опыт, для принудительной циркуляции они совсем незначительны и допустимы.

Проанализировав огромное количество уже установленных и прекрасно работающих систем, специалисты заметили определённую закономерность по выбору сечения трубы. Она подходит в основном для малогабаритных автономных систем.

В частных домах, трубы, которые выходят из котла, чаще всего по размерам встречаются одна вторая и три четверти. Такой диаметр трубы для отопления дома используют до первой развилки, а на каждой следующей уменьшают сечение ровно на один шаг. Но такой способ применим только для квартир и одноэтажных домов, для многоэтажек, увы, придётся всё очень тщательно рассчитывать.

Если у нас частный дом или квартира, автономное отопление не более чем на 5-8 радиаторов и на 2-3 развилки, мы легко можем рассчитать всё сами. Нам понадобиться знать, в какой мере мощная каждая отопительная точка, потери тепла в помещении и хорошая таблица для подбора диаметра трубы.

Однако, как уже стало понятно, рассчитать сложную многоуровневую систему с многочисленными стыками и развилками доверьте опытным специалистам. Ну, а если Вы всё же решились сделать всё сами, то хотя бы почитайте статьи, такие как наша и проконсультируйтесь у специалистов.