Меню

Как определить диаметр труб для системы отопления

Выбираем диаметр труб для отопления: схема расчета, характеристики в зависимости от материала изготовления

Правильное проектирование отопительной системы заключается в учете всех возможных факторов влияния на ее эффективность КПД. Помимо корректного подбора основных компонентов, котла, радиаторов, групп безопасности, следует правильно рассчитать сечение магистралей. Для этого нужно знать оптимальный диаметр труб отопления: как правильно выбрать и рассчитать его самостоятельно?

Трудности выбора диаметра труб отопления

Схема отопления с указанием диаметра труб

Казалось бы — выбор диаметра труб для отопления частного дома не является сложной задачей. Они должны лишь обеспечить доставку теплоносителя от источника его нагрева к приборам теплоснабжения – радиаторам батареям.

Но на практике неправильно подобранный диаметр коллектора отопления или подающей трубы может привести к значительному ухудшению работы всей системы. Это объясняется процессами, которые происходят во время движения воды по магистралям. Для этого нужно знать основы физики и гидродинамики. Чтобы не вдаваться в дебри точных расчетов, можно определить основные характеристики отопления, которые напрямую зависят от сечения трубопроводов:

  • Скорость движения теплоносителя. Она влияет не только на повышение шума при работе теплоснабжения, но и нужна для оптимального распределения тепла по приборам отопления. Попросту вода не должна успеть остыть до минимального уровня при достижении последнего радиатора в системе;
  • Объем теплоносителя. Так, диаметр труб с естественной циркуляцией отопления должен быть большим, чтобы снизить потери при трении жидкости о внутреннюю поверхность магистрали. Однако наряду с этим увеличивается объем теплоносителя, что влечет за собой повышение затрат на его нагрев;
  • Гидравлические потери. Если в системе будут применены разные диаметры пластиковых труб для отопления, то неизбежно возникнет разность давления на их стыке, что приведет к возрастанию гидравлических потерь.

Как выбрать диаметр трубы для отопления, чтобы по факту установки не пришлось переделывать всю систему теплоснабжения из-за крайне низкой эффективности? Прежде всего, следует выполнить правильный расчет сечения магистралей. Для этого рекомендуется воспользоваться специальными программами и при желании проверить результат самостоятельно вручную.

В месте состыковки диаметры полипропиленовых труб для отопления уменьшаются из-за наплава. Снижение сечения зависит от степени нагрева при пайке и соблюдения технологии монтажа.

Порядок расчета сечения магистралей теплоснабжения

Перед тем как рассчитать диаметр трубы отопления необходимо определиться с их основными геометрическими параметрами. Для этого нужно знать основные характеристики магистралей. К ним относятся не только эксплуатационные качества, но и размеры.

Каждый производитель указывает значение сечения труб – диаметр. Но фактически он зависит от толщины стенки и материала изготовления. Перед приобретением определенной модели трубопроводов нужно знать следующие особенности обозначения геометрических размеров:

  • Расчёт диаметра полипропиленовых труб для отопления делается с учетом того, что производители указывают наружные габаритные размеры. Для вычисления полезного сечения необходимо отнять две толщины стенки;
  • Для стальных и медных трубопроводов даются внутренние размеры.

Зная эти особенности можно делать расчет диаметра коллектора отопления, труб и других компонентов для монтажа.

При выборе полимерных труб отопления нужно обязательно уточнить о наличии в конструкции армирующего слоя. Без него при воздействии горячей воды магистраль не будет иметь должной жесткости.

Определение тепловой мощности системы

Как правильно подобрать диаметр труб для отопления и следует ли это делать без расчетных данных? Для небольшой системы отопления можно обойтись без сложных вычислений. Важно лишь знать следующие правила:

  • Оптимальный диаметр труб с естественной циркуляцией отопления должен составлять от 30 до 40 мм;
  • Для закрытой системы с принудительным движением теплоносителя следует использовать трубы меньшего сечения для создания оптимального давления и скорости потока воды.

Для точного вычисления рекомендуется использовать программа для расчета диаметра труб отопления. Если же их нет – можно воспользоваться приблизительными вычислениями. Сначала необходимо найти тепловую мощность системы. Для этого необходимо воспользоваться следующей формулой:

Где Q – рассчитываемая тепловая мощность отопления, кВт/ч, V – объем комнаты (дома), м³, Δt – разница между температурами на улице и в помещении, °С, К – расчетный коэффициент тепловых потерь дома, 860 – величина для перевода полученных значений в приемлемый формат кВт/ч.

Наибольшие затруднения при предварительном расчете диаметра пластиковых труб для отопления вызывает поправочный коэффициент К. Он зависит от теплоизоляции дома. Его лучше всего взять из данных таблицы.

Коэффициент К Степень теплоизоляции здания
3-4 Минимальная теплоизоляция
2-2,9 Минимальное утепление фасада – облицовка кирпичом.
1-1,9 Средний уровень теплоизоляции
0,6-0,9 Качественное утепление дома, установлены современные окна и двери

В качестве примера расчета диаметров полипропиленовых труб для отопления можно вычислить требуемую тепловую мощность комнаты общим объемом 47 м³. При этом температура на улице будет -23°С, а в помещении — +20°С. Соответственно разница Δt составит 43°С. Поправочный коэффициент возьмем равным 1,1. Тогда требуемая тепловая мощность составит.

Q=(47*43*1.1)/860=2.585 кВт/час

Следующий этап выбора диаметра трубы для отопления – определение оптимальной скорости движения теплоносителя.

В представленных расчетах не учитывается поправка на шероховатость внутренней поверхности магистралей.

Скорость воды в трубах

Оптимальный напор теплоносителя в магистралях необходим для равномерного распределения тепловой энергии по радиаторам и батареям. Для правильного подбора диаметров труб отопления следует принимать оптимальные значения скорости продвижения воды в трубопроводах.

Читайте также:  Труба жесткая двустенная пластиковая

Стоит помнить, что при превышении интенсивности движения теплоносителя в системе могут возникать посторонние шумы. Поэтому данное значение должно быть равно от 0,36 до 0,7 м/с. Если параметр будет меньше – неизбежно возникнут дополнительные тепловые потери. При его превышении появятся построение шумы в трубопроводах и радиаторах.

Для окончательного расчета диаметра трубы отопления следует воспользоваться данными из таблицы, представленной ниже.

Подставляя в формулу расчета диаметра трубы отопления в полученные ранее значения можно определить, что оптимальный диаметр трубы для конкретного помещения составит 12 мм. Это лишь приблизительный расчет. На практике специалисты рекомендуют к полученным значениям прибавить 10-15%. Это объясняется тем, что формула расчета диаметра трубы отопления может измениться из-за добавления новых компонентов в систему.
Для точного вычисления потребуется специальная программа для расчета диаметра труб отопления. Подобные программные комплексы можно скачать в демоверсии с ограниченными возможностями расчетов.

Расчет отопительного коллектора и монтажных гильз

Вышеописанная технология вычислений может быть применена для всех видов теплоснабжения – однотрубного, двухтрубного и коллекторного. Однако для последнего необходимо сделать правильный расчет диаметра коллектора отопления.

Этот элемент отопления необходим для распределения теплоносителя по нескольким контурам. При этом расчет правильного диаметра коллектора отопления неразрывно связан с вычислением оптимального сечения трубопровода. Это следующий этап проектирования системы теплоснабжения.

Для вычисления диаметра отопительного коллектора необходимо сначала рассчитать сечение труб по вышеописанной схеме. Затем можно воспользоваться достаточно простой формулой:

Где М0 – искомый диаметр коллектора, М1, М2, М3, М4 – диаметры подключаемых трубопроводов.

При определении высоты и оптимального расстояния между патрубками применяется принцип «трех диаметров». Согласно ему удаленность труб на конструкции должна составлять 6 радиусов каждой. Общий диаметр отопительного коллектора также равен этому значению.

Гильза для монтажа труб отопления

Но кроме этого компонента системы нередко приходится применять дополнительные. Как узнать диаметр гильзы для труб отопления? Только выполнив предварительный расчет сечения магистралей. Кроме этого нужно учитывать толщину стен и материал их изготовления. От этого будет зависеть конструкция гильзы, степень ее теплоизоляции.

На значение диаметра гильзы для труб отопления влияет материал изготовления стены, а также трубы. Важно учитывать возможную степень расширения при нагреве поверхности. Если диаметры пластиковых труб теплоснабжения составляют 20 мм, то такой же параметр у гильзы должен быть не менее 24 мм.

Монтаж гильзы необходимо делать на цементный раствор или аналогичный ему негорючий материал.

Дополнительные данные для расчета диаметра труб теплоснабжения

После выбора диаметра труб для отопления частного дома нужно правильно подобрать их материал изготовления, а также учесть особенности отопительной системы. На этот параметр влияет схема расположения магистралей, а также количество запорной и регулирующей арматуры.

Помимо знания диаметра труб в отоплении с естественной циркуляцией нужно учитывать высоту разгонного стояка и правильно подобрать размер его сечения. Он должен быть на минимальной высоте 1,5 относительно других элементов теплоснабжения. Для увеличения скорости движения теплоносителя диаметр полипропиленовых труб, используемых в конструкции разгонного коллектора должен быть на один размер больше, чем у основной магистрали.

Геометрические размеры и масса стальных труб

Также важно учитывать толщину стенки трубопроводов. Она зависит от материала изготовления и может варьироваться от 0,5 мм (стальные) до 5 мм (пластиковые). На выбор диаметра труб для системы отопления частного дома оказывает влияние материала изготовления. Так, пластиковые магистрали рекомендуется устанавливать для систем с принудительной циркуляцией. Их внутренний диаметр может варьироваться от 10 до 30 мм. Подробнее о толщине стенок полимерных труб для отопления можно узнать из данных таблицы.

Для стальных моделей необходимо учитывать не только их геометрические размеры, но и массу. Она напрямую зависит от толщины стенки. В программах для расчета диаметра труб отопления обязательно должна быть функция по вычислению удельного веса 1 м.п. стальной магистрали.

Зная эти дополнительные характеристики можно сделать наиболее точный расчет параметров отопительной системы, включая правильный подбор диаметров отопительных труб.

Если есть необходимость рассчитать только сечение теплопроводных магистралей – можно воспользоваться бесплатными демо-версиями профессиональных программ.

Материал изготовления труб отопления

Конструкция полимерных труб

Помимо правильного выбора диаметров трубы для теплоснабжения нужно знать характеристики их материала изготовления. Это скажется на тепловых потерях системы, а также на трудоемкости монтажа.

Следует помнить, что расчет диаметров отопительных труб выполняется только после выбора материала их изготовления. В настоящее время для комплектации систем теплоснабжения применяют несколько типов трубопроводов:

  • Полимерные. Они изготавливаются из полипропилена или сшитого полиэтилена. Отличие заключается в дополнительных компонентах, добавляемых в процессе производства. После выполнения расчёта диаметра полипропиленовых труб для теплоснабжения нужно правильно подобрать толщину их стенки. Она варьируется от 1,8 до 3 мм в зависимости от параметров максимального давления в магистралях;
  • Стальные. До недавнего времени это был самый распространенный вариант обустройства отопления. Несмотря на свои более чем хорошие прочностные характеристики стальные трубы имеют ряд существенных недостатков – сложный монтаж, постепенное ржавление поверхности и повышенная шероховатость. В качестве альтернативы можно применять трубы, изготовленные из нержавеющей стали. Одна их стоимость на порядок выше «черных»;
  • Медные. По техническим и эксплуатационным характеристикам медные трубопроводы являются оптимальным вариантом. Они характеризуются достаточным растяжением, т.е. если в них замерзнет вода – труба некоторое время будет расширяться без потери герметичности. Недостаток – высокая стоимость.

Кроме правильно подобранного и рассчитанного диаметра труб нужно определиться со способом их соединения. Он также зависит от материала изготовления. Для полимерных применяют муфтовое соединение с помощью сварки или на клеевой основе (очень редко). Стальные трубопроводы монтируются с помощью дуговой сварки (лучшее качество соединений) или резьбовыми методом.

В видеоматериале можно ознакомиться с примером расчета диаметра труб в зависимости от оптимальной скорости потока теплоносителя:

Читайте также:  Септик из жби трубы

Источник

Расчет труб отопления в частном доме по мощности

Расчет труб отопления и системы в целом заключается в определении тепловой мощности, выборе диаметров всех трубных элементов (гидравлический расчет), определении размеров отопительных приборов (тепловой расчет) и подборе оборудования.

При разработке системы отопления в первую очередь необходимо составить схему на основе плана дома. На схеме прорисовываются:

  • Расположение котлов (или иных теплогенераторов).
  • Циркуляционных насосов.
  • Места прохождения теплопроводов.
  • Места установки отопительных предметов.

Отталкиваясь от схемы и просчитав тепловую мощность системы, можно более детально рассчитать диаметр труб отопления.

Расчет тепловой мощности системы отопления

Тепловая мощность системы отопления — это количество теплоты, которое необходимо выработать в доме для комфортной жизнедеятельности в холодное время года.

Теплотехнический расчет дома

Существует зависимость между общей площадью обогрева и мощностью котла. При этом, мощность котла должна быть больше или равняться мощности всех отопительных приборов (радиаторов). Стандартный теплотехнический расчет для жилых помещений следующий: 100 Вт мощности на 1 м² отапливаемой площади плюс 15 — 20 % запаса.

Рассмотрим в качестве примера дом площадью 120 м². В данном случае мощность котла должна составлять: 100 Вт × 120 + 15 % = 13800 Вт = 13,8 кВт. Если котел (двухконтурный) будет использоваться и для горячего водоснабжения, то его требуемая мощность должно быть увеличена соразмерно предполагаемому расходу подогретой воды.

Расчет количества и мощности приборов отопления (радиаторов) необходимо проводить индивидуально для каждого помещения. Каждый радиатор имеет определенную тепловую мощность. В секционных радиаторах общая мощность складывается из мощности всех используемых секций.

В несложных отопительных системах приведенных способов расчета мощности бывает достаточно. Исключение — здания с нестандартной архитектурой, имеющие большие площади остекления, высокие потолки и другие источники дополнительных теплопотерь. В этом случае потребуется более детальный анализ и расчет с использованием повышающих коэффициентов.

Теплотехнический расчет с учетом тепловых потерь дома

Расчет тепловых потерь дома необходимо выполнять для каждого помещения в отдельности, с учетом окон, дверей и внешних стен.

Более детально для данных теплопотерь используют следующие данные:

  • Толщину и материал стен, покрытий.
  • Конструкцию и материал кровельного покрытия.
  • Тип и материал фундамента.
  • Тип остекления.
  • Тип стяжек пола.

Важно учитывать наличие в ограждающих конструкциях теплоизолирующего слоя, его состав и толщину.

Для определения минимально необходимой мощности отопительной системы с учетом тепловых потерь можно воспользоваться следующей формулой:

Qт(кВт×ч) = V × ΔT × K ⁄ 860, где:

— тепловая нагрузка на помещение.

V — объем обогреваемого помещения (ширина × длина × высота), м³.

ΔT — разница между температурой воздуха вне помещения и необходимой температурой внутри помещения, °C.

K — коэффициент тепловых потерь строения.

860 — перевод коэффициента в кВт×ч.

Коэффициент тепловых потерь строения K зависит от типа конструкции и изоляции помещения:

K Тип конструкции
3 — 4 Дом без теплоизоляции — упрощенная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа.
2 — 2,9 Дом с низкой теплоизоляцией — упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши.
1 — 1,9 Средняя теплоизоляция — стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей.
0,6 — 0,9 Высокая теплоизоляция — улучшенная конструкция, кирпичные стены с теплоизоляцией, небольшое число окон, утепленный пол, кровельный пирог с высококачественной теплоизоляцией.

Разница между температурой воздуха вне помещения и необходимой температурой внутри помещения ΔT определяется исходя из конкретных погодных условий и требуемого уровня комфорта в доме. Например, если температура снаружи -20 °C, а внутри планируется +20 °C, то ΔT = 40 °C.

Расчет диаметра труб отопления

Определившись с количеством радиаторов и их тепловой мощностью, можно переходить к подбору размеров подводящих труб.

Прежде чем переходить к расчету диаметра труб, стоит затронуть тему выбора нужного материала. В системах с высоким давлением придется отказаться от применения пластиковых труб. Для систем отопления с максимальной температурой выше 90 °C предпочтительнее стальная или медная труба. Для систем с температурой теплоносителя ниже 80 °C можно выбрать металлопластиковую или полимерную трубу.

Системы отопления частных домов характеризуются невысоким давлением (0,15 — 0,3 мПа) и температурой теплоносителя не выше 90 °C. В данном случае использование недорогих и надежных полимерных труб оправдано (по сравнению с металлическими).

Чтобы нужное количество теплоты пришло в радиатор без задержки, следует подобрать диаметры подводящих труб радиаторов так, чтобы они соответствовали расходу воды, необходимому каждой отдельно взятой зоне.

Читайте также:  Труба 63мм с фланцем

Расчет диаметра труб отопления проводится по следующей формуле:

D = √(354 × (0,86 × Q ⁄ Δt°) ⁄ V), где:

D — диаметр трубопровода, мм.

Q — нагрузка на данный участок трубопровода, кВт.

Δt° — разница температур подачи и обратки, °C.

V — скорость теплоносителя, м⁄с.

Разница температур (Δt°) десятисекционного радиатора отопления между подачей и обраткой в зависимости от скорости потока обычно варьирует в пределах 10 — 20 °C.

Минимальным значением скорости теплоносителя (V) рекомендуется считать 0,2 — 0,25 м⁄с. На меньших скоростях начинается процесс выделения избыточного воздуха, содержащегося в теплоносителе. Верхний порог скорости теплоносителя 0,6 — 1,5 м⁄с. Такие скорости позволяют избежать возникновения гидравлических шумов в трубопроводах. Оптимальным значением скорости движения теплоносителя считается диапазон 0,3 — 0,7 м⁄с.

Для более детального анализа скорости движения жидкости нужно учитывать материал труб и коэффициент шероховатости внутренней поверхности. Так, для трубопроводов из стали оптимальной считается скорость потока 0,25 — 0,5 м⁄с, для полимерных и медных труб — 0,25 — 0,7 м⁄с.

Пример расчета диаметра труб отопления по заданным параметрам

Исходные данные:

  • Комната площадью 20 м², с высотой потолков 2,8 м.
  • Дом кирпичный неутепленный. Коэффициент тепловых потерь строения примем 1,5.
  • В комнате есть одно окно ПВХ с двойным стеклопакетом.
  • На улице -18 °C, внутри планируется +20 °С. Разница 38 °С.

В первую очередь определяем минимально необходимую тепловую мощность по ранее рассмотренной формуле Qт(кВт×ч) = V × ΔT × K ⁄ 860.

Получаем Qт = (20 м² × 2,8 м) × 38 °С × 1,5 ⁄ 860 = 3,71 кВт×ч = 3710 Вт×ч.

Теперь можно переходить к формуле D = √(354 × (0,86 × Q ⁄Δt°) ⁄ V). Δt° — разницу температур подачи и обратки примем 20°С. V — скорость теплоносителя примем 0,5 м⁄с.

Получаем D = √(354 × (0,86 × 3,71 кВт ⁄ 20 °С) ⁄ 0,5 м⁄с) = 10,6 мм. В данном случае рекомендуется выбрать трубу с внутренним диаметром 12 мм.

Таблица диаметров труб для отопления дома

Таблица расчета диаметра трубы для двухтрубной системы отопления с расчетными параметрами (Δt° = 20 °С, плотность воды 971 кг ⁄ м³, удельная теплоемкость воды 4,2 кДж ⁄ (кг × °С)):

Диаметр трубы внутренний, мм Тепловой поток / расход воды Скорость потока, м/с
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
8 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час 409

193 10 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час 639

302 12 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час 920

435 15 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час 1437

680 20 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час 2555

1208 25 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час 3992

1999 32 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час 6540

3093 40 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час 10219

4834 50 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час 15967

7552 70 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час 31295

14803 100 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час 63868

На основании предыдущего примера и данной таблицы выберем диаметр трубы отопления. Нам известно, что минимально необходимая тепловая мощность для комнаты площадью 20 м² равна 3710 Вт × час. Смотрим таблицу и ищем ближайшее значение, которое соответствует рассчитанному тепловому потоку и оптимальной скорости движения жидкости. Получаем внутренний диаметр трубы 12 мм, который при скорости движения теплоносителя 0,5 м ⁄ с обеспечит расход 198 кг ⁄ час.

Расчет диаметра трубы отопления для магистрали

Расчет системы отопления производится после того, как определены теплопотери каждого отапливаемого помещения, выбран тип нагревательных приборов, они размещены на плане этажей, определены вид системы и места расположения магистралей и стояков.

Рассмотрим простой пример:


Посчитав суммарную требуемую мощность, можно определить диаметр трубы по таблице:

Диаметр труб, дюймов Расход теплоносителя, л ⁄ мин Тепловая нагрузка, кВт
1 ⁄ 2 5,7 5,5
3 ⁄ 4 15 14,6
1 30 29,3

В помещении А мощность тепловой нагрузки составляет 3,3 кВт, соответственно, нужный диаметр трубы 1 ⁄ 2 дюйма (2).

В помещении В мощность тепловой нагрузки составляет 16,4 кВт, соответственно, нужный диаметр трубы 3 ⁄ 4 дюйма (1).

Для магистрали (3) необходимо сложить суммарные мощности помещения А и В. Получаем 20,2 кВт. Соответственно, диаметр труб должен быть 1 дюйм.

Правильный выбор диаметра труб отопления поможет сэкономить средства. Чем меньше диаметр труб, тем меньше цена на фитинги к ним. Однако, не стоит необоснованно занижать сечение труб — это приведет к снижению коэффициента полезного действия (КПД) всей отопительной системы.

Источник

Adblock
detector