Как рассчитать диаметр трубопровода

Работать с калькулятором просто – вводи данные и получай результат. Но иногда этого недостаточно – точный расчет диаметра трубы возможен только при ручном подсчете с помощью формул и правильно подобранных коэффициентов. Как посчитать диаметр трубы по расходу воды? Как определить размеры газовой магистрали?

Трубопровод и необходимые к нему части

Профессиональные инженеры при расчете необходимого диаметра трубы чаще всего используют специальные программы, способные по известным параметрам рассчитать и выдать точный результат. Гораздо труднее строителю-любителю для организации систем водоснабжения, отопления, газификации выполнить расчет самостоятельно. Поэтому чаще всего при возведении или реконструкции частного дома применяют рекомендуемые размеры труб. Но не всегда стандартные советы могут учесть все нюансы индивидуального строительства, поэтому требуется вручную выполнить гидравлический расчет, чтобы правильно подобрать диаметр трубы для отопления, водоснабжения.

Расчет диаметра трубы для водоснабжения и отопления

Основным критерием подбора трубы отопления является ее диаметр. От этого показателя зависит, насколько эффективным будет обогрев дома, срок эксплуатации системы в целом. При малом диаметре в магистралях может возникнуть повышенное давление, которое станет причиной протечек, повышенной нагрузки на трубы и металл, что приведет к проблемам и бесконечным ремонтам. При большом диаметре теплоотдача системы отопления будет стремиться к нулю, а холодная вода будет просто сочиться из крана.

Пропускная способность трубы

Диаметр трубы напрямую влияет на пропускную способность системы, то есть в данном случае имеет значение количество воды или теплоносителя, проходящего через сечение в единицу времени. Чем больше циклов (перемещений) в системе за определенный промежуток времени, тем эффективнее происходит обогрев. Для труб водоснабжения диаметр влияет на исходное давление воды – подходящий размер будет только поддерживать напор, а увеличенный – снижать.

По диаметру подбирают схему водопровода и отопления, количество радиаторов и их секционность, определяют оптимальную длину магистралей.

Так как пропускная способность трубы является основополагающим фактором при выборе, следует определиться, а что, в свою очередь, влияет на проходимость воды в магистрали.

Таблица 1. Пропускная способность трубы в зависимости от расхода воды и диаметра

Расход	Пропускная способность
Ду трубы	15 мм	20 мм	25 мм	32 мм	40 мм	50 мм	65 мм	80 мм	100 мм
Па/м — мбар/м	меньше 0,15 м/с			0,15 м/с					0,3 м/с
90,0 — 0,900	173	403	745	1627	2488	4716	9612	14940	30240
92,5 — 0,925	176	407	756	1652	2524	4788	9756	15156	30672
95,0 — 0,950	176	414	767	1678	2560	4860	9900	15372	31104
97,5 — 0,975	180	421	778	1699	2596	4932	10044	15552	31500
100,0 — 1,000	184	425	788	1724	2632	5004	10152	15768	31932
120,0 — 1,200	202	472	871	1897	2898	5508	11196	17352	35100
140,0 — 1,400	220	511	943	2059	3143	5976	12132	18792	38160
160,0 — 1,600	234	547	1015	2210	3373	6408	12996	20160	40680
180,0 — 1,800	252	583	1080	2354	3589	6804	13824	21420	43200
200,0 — 2,000	266	619	1151	2486	3780	7200	14580	22644	45720
220,0 — 2,200	281	652	1202	2617	3996	7560	15336	23760	47880
240,0 — 2,400	288	680	1256	2740	4176	7920	16056	24876	50400
260,0 — 2,600	306	713	1310	2855	4356	8244	16740	25920	52200
280,0 — 2,800	317	742	1364	2970	4356	8566	17338	26928	54360
300,0 — 3,000	331	767	1415	3076	4680	8892	18000	27900	56160

Факторы влияния на проходимость магистрали:

1. Давление воды или теплоносителя.
2. Внутренний диаметр (сечение) трубы.
3. Общая длина системы.
4. Материал трубопровода.
5. Толщина стенок трубы.

На старой системе проходимость трубы усугубляется известковыми, иловыми отложениями, последствиями коррозии (на металлических изделиях). Все это в совокупности снижает со временем количество воды, проходящей через сечение, то есть подержанные магистрали работают хуже, чем новые.

Примечательно, что этот показатель у полимерных труб не меняется – пластик гораздо менее, чем металл, позволяет шлаку накапливаться на стенках. Поэтому пропускная способность труб ПВХ остается такой же, как и в день их монтажа.

Расчет диаметра трубы по расходу воды

Определяем правильно расход воды

Чтобы определить диаметр трубы по расходу проходящей жидкости, понадобятся значения истинного потребления воды с учетом всех сантехнических приборов: ванны, кухонного смесителя, стиральной машины, унитаза. Рассчитывается каждый отдельный участок водопровода по формуле:

где qc – значение потребляемой воды каждым прибором;

q0 – нормируемая величина, которая определяется по СНиП. Принимаем для ванны – 0,25, для кухонного смесителя 0,12, для унитаза -0,1;

а – коэффициент, учитывающий возможность одновременной работы сантехнических приборов в помещении. Зависит от значения вероятности и количества потребителей.

На участках магистрали, где совмещаются потоки воды для кухни и ванны, для унитаза и ванны и т.д., в формулу добавляется значение вероятности. То есть возможности одновременной работы кухонного смесителя, крана в ванной, унитаза и других приборов.

Вероятность определяется по формуле:

Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,

где N – число потребителей воды (приборов);

qhr µ — максимальный часовой расход воды, который можно принять по СНиП. Выбираем для холодной воды qhr µ =5,6 л/с, общий расход 15,6 л/с;

u – количество человек, использующих сантехнику.

Пример расчета расхода воды:

В двухэтажном доме имеется 1 ванная, 1 кухня с установленными стиральной и посудомоечной машиной, душевая кабина, 1 унитаз. В доме живет семья из 5 человек. Алгоритм расчета:

1. Рассчитываем вероятность Р = 5,6 × 5/0,25 × 3600 × 6=0,00518.
2. Тогда расход воды для ванной составит qc = 5× 0,25 ×0,00518=0,006475 л/с.
3. Для кухни qc = 5× 0,12 ×0,00518=0,0031 л/с.
4. Для туалета qc = 5× 0,1 ×0,00518=0,00259 л/с.

Рассчитываем диаметр трубы

Существует прямая зависимость диаметра от объема перетекающей жидкости, которая выражается формулой:

где Q – расход воды, м3/с;

d – диаметр трубопровода, м;

w – скорость потока, м/с.

Преобразовав формулу, можно выделить значение диаметра трубопровода, который будет соответствовать потребляемому объему воды:

Юлия Петриченко, эксперт

Скорость потока воды можно принять по таблице 2. Существует более сложный метод расчета скорости потока – с учетом потерь и коэффициента гидравлического трения. Это довольно объемный расчет, но в итоге позволяющий получить точное значение, в отличие от табличного метода.

Таблица 2. Скорость потока жидкости в трубопроводе в зависимости от ее характеристики

Перекачиваемая среда		Оптимальная скорость в трубопроводе, м/с
ЖИДКОСТИ	Движение самотеком:
	Вязкие жидкости	0,1-0,5
	Маловязкие жидкости	0,5-1
	Перекачиваемые насосом:
	Всасывающий трубопровод	0,8-2
	Нагнетательный трубопровод	1,5-3
ГАЗЫ	Естественная тяга	2-4
	Малое давление (вентиляторы)	4-15
	Большое давление (компрессор)	15-25
ПАРЫ	Перегретые	30-50
	Насыщенные пары при давлении
	Более 105 Па	15-25
	(1-0,5)*105 Па	20-40
	(0,5-0,2)*105 Па	40-60
	(0,2-0,05)*105 Па	60-75

Пример: Рассчитаем диаметр трубы для ванной, кухни и туалета, исходя из полученных значений расхода воды. Выбираем из таблицы 2 значение скорости потока воды в напорном водопроводе – 3 м/с.

Тогда диаметр трубопровода определяется:

для ванной d = √(4*0,006475/3,14*3)=0,052 м

для туалета d = √(4*0,00259/3,14*3)=0,033 м

для кухни d = √(4*0,0031/3,14*3)=0,036 м

Как рассчитать диаметр газовой трубы

Газопроводная труба рассчитывается несколько иначе, чем водопроводная. Здесь основополагающими значениями являются:

• скорость и давление газа;
• длина трубы с потерями давления на фитинги;
• падение давления в допустимых пределах.

Расчет диаметра газовой трубы можно провести по формуле:

где di — внутренний диаметр трубопровода, м;

V´ — объемный расход сжатого воздуха, м³/с;

L — длина трубопровода с поправками на фитинги, м;

Δp — допустимое падение давления, бар;

pmax — верхнее давление компрессора, бар.

Таким образом, при выборе диаметра трубы важным параметром является пропускная способность, которая зависит от сечения и внутреннего размера магистрали. Поэтому нужно обязательно соизмерять такие данные, как допустимое давление, толщина стенок, внутренний диаметр трубы, свойства теплоносителя или газа.

А как вы подбираете размер трубопровода? Расскажите, по каким параметрам вы считали трубы для собственного дома?

Калькулятор расчета минимально необходимого диаметра водопроводной трубы

Если хозяин дома берется за самостоятельное проектирование системы водоснабжения, то ему предстоит решить множество различных задач. Одна из основных – это правильный подбор труб для прокладки магистралей от источника к дому и для внутренней разводки. Они выбираются по нескольким важным критериям, в зависимости от условий эксплуатации на конкретном участке. Но обязательным общим критерием является достаточность диаметра трубы для полноценной работы всего водопровода или его отдельной «ветки».

Калькулятор расчета минимально необходимого диаметра водопроводной трубы

Согласитесь, мало толку от неправильно спланированного водопровода, если от недостаточного поступления воды из кранов льются слабые струйки, принять нормально душ в приобретенной кабинке – не выходит, стиральная или посудомоечная машина начинают сигнализировать кодами ошибок и т.п. Не особо комфортна бывает даже та ситуация, когда работа одного сантехнического прибора сказывается на возможностях другого. Например, кто-то моется в ванной, и поэтому на кухне практически ничего нельзя делать из-за слаого напора. А ведь таких точек в доме может быть и намного больше! Все эти неприятности, чаще всего – от неправильно подобранного диаметра трубы на определённом участке. И он просто не справляется с нужными объёмами подачи воды на конечные устройства.

Определиться с этим параметром поможет калькулятор расчета минимально необходимого диаметра водопроводной трубы. Ниже будет дано несколько полезных пояснений по работе с ним.

Калькулятор расчета минимально необходимого диаметра водопроводной трубы

Пояснения по работе с калькулятором

Расчет – совсем несложен, базируется на известных физических и геометрических формулах и на рекомендациях по эксплуатации водопровода и сантехнических устройств, изложенных в СНИП.

Итак, необходимо найти диаметр D, который обеспечит прохождение через трубу за единицу времени требуемого количества воды.

Вспоминаем формулу площади круга (в нашем случае – это внутреннее сечение трубы)

S = π × D² / 4

S — площадь сечения трубы, м²

D — внутренний диаметр трубы, м;

π — не требующая особого представления константа, значение которой можно взять равным 3.14 – супер-точность нам не требуется.

Отсюда, диаметр равен:

D = √(4 × S / π)

Идем дальше. Наш водопровод с сечением S должен быть способен обеспечить определенный расход воды на точке потребления (одной или одновременно нескольких).

Количество воды, проходящее через трубу в единицу времени (а это и есть расход), определяется несложной формулой:

Q = S × V

Q — необходимый расход воды, м³/с;

V — скорость потока воды в трубе, м/с.

Преобразуем это выражение для определения площади сечения S…

S = Q / V

… и подставим в первую формулу. Тем самым – получим необходимое нам рабочее выражение.

D = √ (4 × Q / (π × V))

Так как в формуле присутствуют числовые константы, можно сделать с ними некоторые упрощения. В итоге перед нами готовая формула для дальнейшей работы.

D = 1,129 × √ (Q / V)

Теперь о том, откуда берутся исходные величины.

• Расход воды. Любой сантехнический прибор характеризуется свойственным ему расходом воды (литров в секунду), при котором не нарушается комфортность пользования или корректность работы устройства. Аналогично – и для бытовой техники, подключаемой непосредственно к водопроводным трубам (стиральных и посудомоечных машин).

Примерные значения таких расходов показаны в таблице ниже:

Разновидности сантехнических приборов и бытовой техники, подключаемой к водопроводу.	Примерный нормальный расход (литров в секунду)
Смеситель умывальника	0.1
Сливной бачок унитаза	0.1
Биде	0.08
Смеситель на кухонной мойке	0.15
Посудомоечная машина	0.2
Смеситель с душем для ванны	0.25
Душевая кабинка обычная	0.25
Душевая кабинка или ванна (джакузи) с гидромассажем	0.3
Стиральная машина-автомат	0.3
«Хозяйственный» кран ¾» (полив участка, мытье автомобиля, уборка и прочие надобности)	0.3

Практика, да и расчеты показывают, что для любой точки, потребляющей до 0,15 л/с обычно бывает достаточно диаметра трубы в 15 мм (½»), до 0,25÷0,3 л/с – 20 мм (¾»). Но хорошо спланированная водопроводная система должна обеспечивать и одновременную работу нескольких сантехнических и бытовых приборов. То есть значение расхода может быть и значительно выше. Безусловно, вероятность того, что все они будут включены разом – очень невелика. Поэтому при подсчете суммарного расхода в формулу вводят вероятностный коэффициент, зависящий от общего количества подключённых на рассчитываемом участке точек потребления.

В нашем калькуляторе этот коэффициент тоже предусмотрен. Пользователю необходимо лишь указать, какие конкретно приборы и в каком количестве подключены в системе (не менее двух). Или на определённом ее участке, для которого проводится расчет – например, на одном из ответвлений коллектора.

Суммарный расход программа подсчитает самостоятельно.

• Скорость потока воды в трубе. В соответствии с положениями СНИП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий» скорость потока во внутренних водопроводных сетях ограничивается максимальным значением в 3 м/с. Однако, практика показывает, что для домашних систем с их преобладанием труб малого диаметра (до 1 дюйма) скорость потока желательно иметь поменьше. Дело в том, что с ее ростом резко увеличиваются показатели гидравлического сопротивления. И плюс к тому — на этом фоне водопровод частенько начинает чувствительно шуметь.

Считается, что для домашних условий оптимальными значениями скорости, при которых достигается «гармония» между производительностью трубы (расходом) и требуемым напором воды, будет диапазон примерно от 0,6 до 1,0 м/с.

Впрочем, это рекомендация, и никто не мешает просчитать и для других показателей скорости — как больше указанного «номинала», так и меньше его. В программе такая возможность предусмотрена.

Результат показывается в миллиметрах.

Надо сказать, что это, возможно, еще не конечный… Возможно, придётся вносить корректировки на потери напора.

Как проверить проектируемый участок водопровода на потери напора?

Если упустить этот момент, то может случиться, что напор воды на конечной точке окажется слабоват для нормальной работы устройств. Заранее проверить собственный проект поможет калькулятор расчета потерь напора в водопроводе.