Как рассчитать диаметр труб для отопления

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.

Двухтрубный контур в частном доме

Для начала немного обобщим. Возьмём для примера расчет диаметра труб из полипропилена для отопления в частном доме. В основном для контура применяют изделия сечением 25 мм, а отводы к радиаторам ставят 20 мм. Благодаря тому, что размер труб для отопления в частном доме, использованных в качестве патрубков к батареям меньше, происходят следующие процессы:

• скорость теплоносителя растет;
• улучшается циркуляция в радиаторе;
• батарея прогревается равномерно, что важно при нижнем подключении.

Также возможны комбинации диаметра основного контура 20 мм и отводов 16 мм.

Чтобы убедиться в вышеуказанных данных, можно провести расчет диаметра труб для отопления частного дома самостоятельно. Для этого потребуются следующие значения:

• квадратура помещения.

Зная количество отапливаемых квадратных метров, мы можем рассчитать мощность котла и какой диаметр трубы выбрать для отопления. Чем мощнее нагреватель, тем большего сечения изделия можно использовать с ним в тандеме. Для обогрева одного квадратного метра помещения потребуется 0,1 кВт мощности котла. Данные справедливы если потолки составляют стандартные 2,5 м;

• теплопотери.

Показатель зависит от региона и утепления стен. Суть в том, что чем больше теплопотери, тем мощнее должен быть нагреватель. Чтобы обойти сложные вычисления, которые в приблизительном расчете неуместны, просто нужно добавить 20% к мощности котла, рассчитанной выше;

• скорость воды в контуре.

Допускается скорость теплоносителя в диапазоне от 0,2 до 1,5 м/с. При этом в большинстве расчетов диаметра труб для отопления с принудительной циркуляцией принято брать среднее значение в 0,6 м/с. При такой скорости исключается появление шума от трения теплоносителя об стенки;

• насколько остывает теплоноситель.

Для этого от температуры подачи отнимают температуру обратки. Естественно, точных данных вы не можете знать, тем более что находитесь на этапе проектирования. Поэтому оперируйте средними данными, которые составляют 80 и 60 градусов, соответственно. Исходя из этого, теплопотери составляют 20 градусов.

Теперь сам расчет как подобрать диаметр трубы для отопления. Для этого возьмем формулу, в которой изначально есть две постоянные величины, сумма которых составляет 304,44.

Условный проход контура, возведённый в квадрат = 304,44 х (квадратура помещения х 0,1 кВт + 20%) / теплопотери теплоносителя / скорость потока.

Последнее действие – это извлечение корня квадратного из полученного результата. Для наглядности посчитаем, какого диаметра трубы использовать для отопления частного дома с одним этажом площадью 120 м2:

304,44 х (120 х 0,1 + 20%) / 20 / 0,6 = 368,328

Теперь вычислим корень квадратный из 368,328, что равно 19,11 мм. Перед тем как выбрать диаметр трубы для отопления,еще раз делаем акцент на том, что это так называемый условный проход. У изделий из разного материала отличается толщина стенок. Так, например, у полипропилена стенки толще, чем у металлопластика. Раз уж мы в качестве образца вяли полипропиленовый контур, продолжим рассматривать этот материал. В маркировке этих изделий указывается наружное сечение и толщина стенок. Методом отнимания узнаем нужную нам величину и подбираем в магазине.

Соотношение наружного и внутреннего диаметра полипропиленовых труб

Для удобства воспользуемся таблицей.

По результатам таблицы можно сделать вывод:

• если достаточно номинального давления в 10 атмосфер, то подходит наружное сечение трубы для отопления в 25 мм;
• если требуется номинальное давление в 20 или 25 атмосфер, то 32 мм.

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

Что нужно для расчета?

Чтобы рассчитать диаметр труб, надо знать тепловую мощность, необходимую для обогрева каждого помещения. Наверняка она уже была определена во время подбора котельной установки, но если же нет, то ориентировочно количество теплоты можно посчитать по объему комнаты. Делается это просто: на каждый кубометр помещения надо положить 40 Вт теплоты, тогда расход тепла будет равен объему, помноженному на 40, результат получите в Ваттах.

Далее, следует определиться с типом системы отопления, выбрав один из двух существующих:

• однотрубная;
• двухтрубная.

Двухтрубные системы в частном доме предпочтительнее и являются более популярными, хотя и однотрубные схемы имеют право на существование. Следует отметить, что законы движения жидкости одинаковы как в однотрубной системе, так и в двухтрубной, поэтому для нахождения диаметров магистралей этот вопрос не слишком важен. Гораздо больший интерес представляет способ перемещения теплоносителя, коих тоже два:

• конвекционный, происходящий за счет разности веса горячей и остывшей воды (самотечные системы);
• принудительный, когда теплоноситель побуждается к движению циркуляционным насосом.

Различие между этими двумя способами заключается в том, что в первом случае жидкость проходит по трубам медленно, а во втором, под действием насоса, – гораздо быстрее. Скорость движения теплоносителя – один из важнейших параметров, участвующих в расчете, от нее зависит пропускная способность магистрали. Диапазон рекомендуемых скоростей лежит в пределах от 0.3 до 0.7 м/с. Когда планируется система отопления с принудительной циркуляцией, то это значение можно принять равным 0.7 м/с, а при самотечной – 0.3 м/с.

При скорости воды ниже указанного предела в ней станут появляться пузырьки воздуха, а размер трубы получится слишком большим и неоправданным экономически. Если же скорость будет высокой, то появится шум в трубопроводах и резко возрастет гидравлическое сопротивление всей сети, стандартный циркуляционный насос может с ним не справиться.

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.

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?

Источник

Порядок расчета

Начинать расчет диаметра трубы для отопления надо с прорисовки схемы. Надо начертить план каждого этажа здания и отразить на нем все ветви системы. Это все делается в виде эскиза, от руки, а чтобы вам было лучше понятно, лист бумаги возьмите побольше. Когда схема готова, представьте себе абстрактную картинку, где горячая вода из котла растекается по трубопроводам и несет с собой тепло в каждое помещение. Так вот, наши трубы должны пропустить достаточное количество этой воды, чтобы тепла хватило на каждую комнату.

Цель расчета – выяснить расход теплоносителя и пропускную способность магистралей, сопоставив ее со стандартными диаметрами труб.

Считать начинаем от самого дальнего помещения, где находится тупик отопительной системы. Массовый расход теплоносителя определяем по формуле:

G = 0.86 Q / Δt , где:

• G – искомый массовый расход воды, кг/ч;
• Q – количество теплоты, необходимое для обогрева помещения, Вт;
• Δt– разница температур в подающем и обратном трубопроводах, в расчетах всегда принимается равной 20 ºС.

Мы определили массу жидкости, протекающей в нашу комнату, а чтобы выбрать нужный диаметр труб, нужно знать ее объем. Так как вода — горячая с максимальной температурой 80 ºС, то и плотность ее меньше, значит, надо посчитать объемный расход (л/ч), разделив массу на плотность:

V = G / ρ

Для справки. Плотность воды при температуре 80 ºС составляет 971.6 кг/м3.

Зная объем протекающего теплоносителя, можем вычислить площадь поперечного сечения:

А = V / (3600ϑ)

В этой формуле:

• А – площадь сечения трубы, м2;
• V – объемный расход теплоносителя, м3/ч;
• ϑ– скорость движения воды, м/с.

Далее, диаметр металлопластиковых труб для отопления, как и теплопроводов из других материалов, рассчитывается через формулу площади круга:

D = √ 4А / π

Пример. В дальнюю комнату надо подать 3000 Вт теплоты, циркуляция теплоносителя — естественная. Массовый расход получится 0.86 х 3000 / 20 = 129 кг/ч, объемный – 129 / 971.6 = 0.13 м3/ч. Площадь сечения трубы будет: 0.13 / (3600 х 0.3) = 0.00012 м2, а ее диаметр – √4 х 0.00012 / 3.14 = 0.012 м или 12 мм.

Полученную цифру ставим на схеме около дальнего помещения и переходим к следующему, что ближе к котлу. В нем производим такие же вычисления, только надо учесть тот факт, что тепло для обеих комнат поставляется по одной трубе. Поэтому вначале надо сложить тепловую мощность на обогрев этих двух помещений, а результат подставлять в первую формулу вычисления массового расхода теплоносителя. По окончании переходим еще ближе к котлу, складывая теплоту для 3 комнат и так далее.

Если изложенный способ кому-то покажется громоздким, то выбор диаметра труб для отопления производится с помощью готовых таблиц. Однако зачастую представленная в них информация неполная либо дана в такой форме, что обычному домовладельцу трудно разобраться в цифрах. Вот одна из таких таблиц:

Как видите, расчетные диаметры здесь представлены с определенным промежутком, хотя стандартный ряд внутренних размеров идет в таком порядке: ДУ 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50 и так далее. Кстати, хорошо заметно, насколько трубы для отопления с естественной циркуляцией получаются большего диаметра, чем когда в системе стоит циркуляционный насос. Чтобы в этом убедиться, достаточно сравнить пропускную способность любого размера труб при скорости теплоносителя 0.3 и 0.7 м/с.

Получив результаты, подбираем трубу по размеру из стандартного ряда, принимая ближайший больший диаметр. Надо учесть, что в обозначении стальных водогазопроводных труб указан внутренний размер изделия, а в электросварных – наружный. Такую же маркировку имеют металлопластиковые, полиэтиленовые и полипропиленовые трубы, поэтому для определения внутреннего диаметра надо от наружного габарита отнять 2 толщины стенок.

Производить расчеты вручную бывает не всегда удобно, процесс отнимает много времени. Для упрощения работы 4 простых формулы, изложенные выше, рекомендуется ввести в Exel и выполнять вычисления с помощью этой программы. Тогда вы будете уверены в полученных результатах и будете точно знать, какие для отопления следует использовать трубы.

Зависимость водного давления от диаметра трубопровода

Между давлением водного потока и трубным диаметром наблюдается прямая зависимость, описываемая законом Бернулли.

При пропускании постоянного водного потока через трубы с различным сечением обнаруживается, что
в узких частях давление меньше, чем в широких.
При переходе воды из широкой части в узкую, давление снижается, и наоборот.

В трубах с различным сечением за одинаковый промежуток времени протекает равный объем воды. Поэтому на широких участках она течет медленнее, чем по узким.

Таблица соотношения

Водорасход напрямую зависит от пропускной способности. Это такая величина, которая показывает максимальный объем, проходящий через систему за определенный временной промежуток и при определенном давлении.

Для труб с разным диаметром такая величина разнится. Подробная информация указана в таблице ниже:

Пошаговая инструкция, как рассчитать водорасход

Произвести подсчеты можно при помощи таблиц. Но полученные результаты будут неточными. Поэтому лучше проводить расчеты на месте, учитывая скорость потока, материал трубопроводных систем и прочие характеристики трубопровода.

Проще всего рассчитать объем расходуемой H2O по следующей формуле:

• q – расход воды (л/с);
• V – скорость течения (м/с);
• d – диаметр (см).

Использовать эту формулу можно и для поиска других неизвестных. Если известен диаметр и расход воды, можно определить скорость потока. А если известны V и q, можно узнать диаметр.

В большинстве стояков напор водного потока равняется 1,5-2,5 атмосфер. А скорость потока обычно составляет 0,8-1,5 м/с. Может быть установлен дополнительный нагнетатель, который меняет параметры внутри системы. Все данные о нем должны быть указаны в техпаспорте.

Минимальное давление в системе должно составлять 1,5 атмосфер – этого достаточно для работы стиральной машины и посудомойки. Чем оно выше, тем быстрее вода движется по трубам, поэтому водорасход повышается.

Для получения более точных результатов применяется формула Дарси-Вейсбаха, которая учитывает возможные изменения напора воды, что приводит к повышению или снижению давления.

• ΔP – потеря давления на сопротивлении движения потока;
• λ – показатель потерь на трение по всей длине;
• D – сечение трубы;
• V — скорость течения;
• L – длина трубопровода;
• g – константа = 9,8 м/с2;
• ϸ — вязкость потока.

Такую формулу обычно используют для выполнения сложных расчетов гидродинамики. В остальных случаях применяются упрощенные варианты.

Частный случай расчета водорасхода – через отверстие крана. Применяется формула:

• Q – водорасход;
• S – площадь окружности (отверстия крана), определяется по формуле S= π*r2;
• V – скорость течения, если она неизвестна, определить ее можно, исходя из формулы V=2g*h, где g – константа, h – высота водного столба над отверстием крана.

Правила расчета

При выполнении вычислений необходимо учитывать следующие правила:

1. 
   Следить за правильностью величин. Если одно значение исчисляется в м/с, то другое должно измеряться в л/с (не в кг/час). Иначе произведенные расчеты будут неверными.

2. Применять правильные значения констант.
3. Учитывать данные нагнетателя системы, если он используется. Вся информация о его влиянии на параметры системы указывается в техническом паспорте.
4. Промежуточные вычисления рекомендуется проводить с точными величинами, а конечный результат можно округлить (лучше в большую сторону).

Чтобы облегчить расчеты, можно воспользоваться калькуляторами в режиме онлайн, в которые достаточно только ввести все известные данные.

Формулы

Потому, что мы с вами, глубокоуважаемый читатель, не посягаем на получение диплома инженера-теплотехника, не начнём лезть в дебри.

Упрощенный расчет диаметра трубопровода отопления выполняется по формуле D=354*(0,86*Q/Dt)/v, в которой:

• D — искомое значение диаметра в сантиметрах.
• Q — тепловая нагрузка на соответствующий участок контура.
• Dt — дельта температур между подающим и обратным трубопроводами. В обычной автономной системе она равна приблизительно 20 градусам.
• v — скорость потока теплоносителя в трубах.

Похоже, для продолжения нам не достаточно кое-каких данных.

Дабы выполнить расчет диаметра труб для отопления, нам необходимо:

1. Узнать, с какой большой скоростью может двигаться теплоноситель.
2. Обучиться рассчитывать тепловую мощность всей системы и ее отдельных участков.

Скорость теплоносителя

Она обязана соответствовать паре граничных условий.

С одной стороны, теплоноситель обязан оборачиваться в контуре приблизительно три раза за час. В другом случае заветная дельта температур заметно увеличится, сделав нагрев радиаторов неравномерным. Помимо этого, в сильные холода мы возьмём в полной мере настоящую возможность разморозки самых прохладных участков контура.

Иначе, избыточно громадная скорость породит гидравлические шумы. Засыпать под шум воды в трубах — наслаждение, скажем так, на любителя.

Допустимым считается диапазон скоростей потока от 0,6 до 1,5 метров в секунду; наряду с этим в расчетах в большинстве случаев употребляется максимально допустимое значение — 1,5 м/с.

Тепловая мощность

Вот схема ее расчета для нормированного теплового сопротивления стен (для центра страны — 3,2 м2*С/Вт).

• Для частного дома за базовую мощность берутся 60 ватт на кубометр помещения.
• К ним добавляется 100 ватт на каждое окно и 200 — на каждую дверь.
• Итог умножается на региональный коэффициент, зависящий от климатической территории:

Так, помещение объемом 300 м2 с тремя дверью и окнами в Краснодаре (средняя температура января — +0,6С) потребует (300*60+(3*100+200))*0,8=14800 ватт тепла.

Для зданий, тепловое сопротивление стен которых существенно отличается от нормированного, употребляется еще одна упрощенная схема: Q=V*Dt*K/860, где:

• Q — потребность в тепловой мощности в киловаттах.
• V — количество отапливаемого помещения в кубометрах.
• Dt — отличие температур между улицей и помещением в пик холодов.

Полезно: температуру в помещении лучше брать соответствующей санитарным нормам, уличную — среднему минимуму за последние пара лет.

• К — коэффициент утепления здания. Откуда брать его значения? Инструкция отыщется в очередной таблице.

Откуда брать нагрузку для отдельного участка контура? Она рассчитывается по объему помещения, которое отапливается этим участком, одним из вышеприведенных способов.