Как рассчитать диаметр трубы для отопления, какие параметры учитывать при этом

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.

Методы расчета

Чтобы определить проходимость системы водоснабжения, можно воспользоваться тремя расчетными методами:

• Физический способ. Для выяснения показателей применяют формулы. Для исчисления требуется знание нескольких параметров, в частности, размер сечения трубного отрезка и с какой скоростью передвигается вода в магистрали.
• Табличный метод. Он наиболее прост, поскольку подобрав в таблице показатели, можно тут же выяснить нужные данные.

Последний метод, хоть и самый точный, не годится для расчетов обычных бытовых коммуникаций. Он достаточно сложен, и для его применения потребуется знать самые разные показатели. Чтобы рассчитать простую сеть для частного дома стоит прибегнуть к помощи онлайн-калькулятора. Хотя он и не такой точный, но зато бесплатен и не нуждается в установке на компьютер. Достичь более точной информации можно, сверив рассчитанные программой данные с таблицей.

Расчет мощности отопительной системы

Чтобы рассчитать минимальные показатели мощности отопительной системы, достаточной для эффективного прогрева дома, нужно воспользоваться следующей формулой:

Qт = V∙∆t∙K:860

Расшифровка символов выглядит так:

• Qт – требуемая мощность (кВт/час),
• V – объем отапливаемого помещения (м3),
• ∆t – разность температур внутри и снаружи здания (С),
• K – коэффициент тепловых потерь здания (зависит от конструктивных особенностей здания и теплоизоляции),
• 860 – коэффициент, позволяющий перевести значение результата в кВт/час.

Точный расчет коэффициента теплопотерь достаточно сложен, поэтому в частном строительстве можно использовать упрощенные значения, величина которых зависит от типа постройки:

• 3-4 – такое значение коэффициента тепловых потерь используется в том случае, если здание не имеет теплоизоляции (например, в случае с простыми деревянными постройками);
• 2-2,9 – коэффициент используется в формуле при наличии слабой теплоизоляции (упрощенная конструкция здания, например, кирпичная кладка толщиной в один кирпич);
• 1-1,9 – данный коэффициент подходит для зданий, имеющих средние показатели теплоизоляции (стандартная постройка, например, кирпичная кладка толщиной в два кирпича, обычная кровля и оптимальное количество окон);
• 0,6-0,9 – такое значение коэффициента теплопотерь используется при расчете отопительной системы зданий, имеющих хорошую теплоизоляцию (улучшенная схема постройки, кирпичные стены с двойной теплоизоляцией, небольшим количеством окон, оснащенных двойными рамами).

Особенности расчета сечения металлических труб

Для больших отопительных систем с трубами из металлов необходимо учитывать потери тепла через стенки. Потери не так и велики, но при большой протяженности могут привести к тому, что на последних радиаторах температура будет совсем низкой из-за неправильного выбора диаметра.

Рассчитаем потери для стальной трубы 40 мм с толщиной стенки 1,4 мм. Потери рассчитываются по формуле:

                                                                                             q = k*3.14*(tв-tп)

где:

q — тепловые потери метра трубы,

k – линейный коэффициент теплопередачи (для данной трубы он составляет 0,272 Вт*м/с);

tв — температура воды в трубе — 80°С;

tп — температура воздуха в помещении — 22°С.

Подставив значения получаем:

   q = 0,272*3,15*(80-22)=49 Вт/с

Получается, что на каждом метре теряется почти 50 Вт тепла. Если протяженность значительная, это может стать критическим. Понятно, что чем больше сечение, тем больше будут потери. Если нужно учесть и эти потери, то при расчете потерь к снижению тепловой нагрузки на радиаторе добавляют потери на трубопроводе, а затем, по суммарному значению находят требуемый диаметр.

Определение диаметра труб системы отопления — непростая задача

Но для систем индивидуального отопления эти значения обычно некритичны. Тем более что при расчете теплопотерь и мощности оборудования, чаще всего округление расчетных величин делают в сторону увеличения. Это дает определенный запас, который позволяет не делать столь сложных расчетов.

Важный вопрос: где брать таблицы? Почти на всех сайтах производителей такие таблицы есть. Можно считать прямо с сайта, а можно скачать себе. Но что делать, если нужных таблиц для расчета вы все-таки не нашли. Можете воспользоваться описанной ниже системой подбора диаметров, а можно поступить по-другому.

Несмотря на то, что при маркировке разных труб указываются разные значения (внутренние или наружные), с определенной погрешностью их можно приравнять. По расположенной ниже таблице можно найти  тип и маркировку  при известном внутреннем диаметре. Тут же можно будет найти соответствующей размер трубы из другого материала. Например, нужен расчет диаметра металлопластиковых труб отопления. Таблицу для МП вы не нашли. Зато есть для полипропилена. Подбираете размеры для ППР, а потом по этой таблице находите аналоги в МП. Погрешность естественно, будет, но для систем с принудительной циркуляцией она допустима.

Таблица соответствия разных типов труб (кликните для увеличения размера)

По этой таблице вы легко определите внутренние диаметры труб системы отопления и их маркировку.

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.

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.

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.

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.

Решение:

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 18	818 35	1226 53	1635 70	2044 88	2453 105	2861 123	3270 141	3679 158	4088 176	4496 193
10	ΔW, ВтQ, кг ⁄ час	639 27	1277 55	1916 82	2555 110	3193 137	3832 165	4471 192	5109 220	5748 247	6387 275	7025 302
12	ΔW, ВтQ, кг ⁄ час	920 40	1839 79	2759 119	3679 158	4598 198	5518 237	6438 277	728 316	8277 356	9197 395	10117 435
15	ΔW, ВтQ, кг ⁄ час	1437 62	2874 124	4311 185	5748 247	7185 309	8622 371	10059 433	11496 494	12933 556	14370 618	15807 680
20	ΔW, ВтQ, кг ⁄ час	2555 110	5109 220	7664 330	10219 439	12774 549	15328 659	17883 769	20438 879	22992 989	25547 1099	28102 1208
25	ΔW, ВтQ, кг ⁄ час	3992 172	7983 343	11975 515	15967 687	19959 858	23950 1030	27942 1202	31934 1373	35926 1545	39917 1716	43909 1999
32	ΔW, ВтQ, кг ⁄ час	6540 281	13080 562	19620 844	26160 1125	32700 1406	39240 1687	45780 1969	53220 2250	58860 2534	65401 2812	71941 3093
40	ΔW, ВтQ, кг ⁄ час	10219 439	20438 879	30656 1318	40875 1758	51094 2197	61343 2636	71532 3076	81751 3515	91969 3955	102188 4394	112407 4834
50	ΔW, ВтQ, кг ⁄ час	15967 687	31934 1373	47901 2060	63868 2746	79835 3433	95802 4120	111768 4806	127735 5493	143702 6179	159669 6866	175636 7552
70	ΔW, ВтQ, кг ⁄ час	31295 1346	62590 2691	93885 4037	125181 5383	156476 6729	187771 8074	219066 9420	250361 10766	281656 12111	312952 13457	344247 14803
100	ΔW, ВтQ, кг ⁄ час	63868 2746	127735 5493	191603 8239	255471 10985	319338 13732	383206 16478	447074 19224	510941 21971	574809 24717	638677 27463	702544 30210

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.

Подробности

Определяя расход воды по диаметру, необходимо обязательно учитывать давление внутри труб.

К примеру, сквозь трубу в один метр, имеющую сечение один сантиметр, транспортируется намного меньше воды за такое же время, как через трубопрокат с диаметром в 20 метров. Самый большой показатель воды будет у труб с самым большим диаметром и с самым большим давлением внутри них.

Расход воды у трубы при оптимальном давлении. Расчет пропускной способности по диаметру трубопровода нужен, чтобы определить средний показатель водного расхода при хорошем напоре.

1.внутренний диаметр трубопрокатов.

3.максимальный показатель давления.

4.количество поворотов, затворов на магистрали.

5.материал труб, длина трубопровода.

Если подбирать диаметр трубы по объему расходуемой воды, учитывая данные таблицы, то сделать это просто, но данные будут неточными. Если учитывать давление и скорость жидкости в трубах, имеющихся на практике, произвести расчеты на месте, то показатели будут более верными.

Таблица приводит данные расчетов расхода жидкости по трубам с часто применяемым сечением и разных значениях давления.

Уровень давления зависит от многоэтажности здания, зависимость регулируют, разделяя систему водопровода на сегменты. Работа насосов для подачи воды изменяет скорость жидкости.

Обращаясь к данным таблицы, расчет потребления жидкости производят, учитывая количество кранов, водонагревательных приборов и ванн и т.д.

Изменяя характеристики проходимости труб посредством установки приборов, контролирующих и экономящих водорасход, типа WaterSave, изменяются данные, не соответствующие табличным значениям.

Как определить диаметр согласно СНиП 2.0.4.01 – 85.

Процесс расчета диаметра трубы относится к сложным, требующим инженерных знаний работам. Часто проектируя трубопроводную систему частного дома, все расчеты выполняют своими руками.

Данные расчета для определения водопропускного объема конструкции можно взять из таблицы, при этом надо точно знать сколько сантехнических приборов и кранов подключено к системе.

СНиП 2.04.01 – 85 предоставляет данные, которыми можно воспользоваться, имея вышеуказанные сведения. С помощью этих показателей устанавливают объем жидкости по сечению труб.

Согласно СНиП объем воды, расходуемый одним человеком в сутки, равен примерно шестидесяти литрам, если в доме нет организованного водопровода. Если жилье благоустроенно, то объем увеличивается до двухсот литров в сутки.

Данные показатели потребления по внешнему объему трубы могут быть интересны в качестве дополнительной информации. Но специалист вычисляет расход по объему трубы и давлению в ней. Не все данные содержатся в таблице, а точные вычисления можно сделать, только применив конкретные формулы.

Размер диаметра трубопровода влияет на расчет расхода воды. Не профессионалы могут воспользоваться формулой для получения данных, зная давление с диаметром труб.

Как вычислить расход жидкости, зная давление и диаметр.

Для расчетов применяют формулу q=π × d²/4 × V, в которой:

-d внутренний диаметр трубы в сантиметрах.

-V скорость транспортировки жидкости, измеряется м/с.

Если напор воды обеспечивает водонапорная башня, без нагнетающих насосов, значит, скорость жидкости равна 0.7 до 1.9 метров в секунду. При наличии работы насоса прикладывается паспорт с указанием коэффициента имеющегося напора и скоростью движения жидкости.

Внимание! Данная формула для расчетов считается наиболее доступной, но не единственной. Формула не учитывает качество внутренней поверхности трубы, к примеру, изделия из пластика внутри гладкие, не изменяют напор воды

Совсем иначе себя ведет внутренняя поверхность изделий из стали

Формула не учитывает качество внутренней поверхности трубы, к примеру, изделия из пластика внутри гладкие, не изменяют напор воды. Совсем иначе себя ведет внутренняя поверхность изделий из стали.

Показатель коэффициента сопротивления пластиковых труб меньше, продукция устойчива к образованию коррозии, и увеличивает качество пропускной способности системы.

Какой диаметр труб нужен для отопления частного дома

Технические характеристики трубы включают в себя три вида диаметров:

• внешний — диаметр с учётом толщины стенок, учитывается при расчёте монтажных креплений, необходимой площади, теплоизоляции и пр.;
• внутренний — ведущий технический параметр элемента, показывает размер просвета, рассчитывается для пропускной способности системы с учётом физических качеств теплоносителя;
• условный — усреднённое значение внутреннего просвета, округлённое в большую или меньшую сторону до миллиметров или дюймов стандартного значения, примерно равен внутреннему диаметру, маркируется как DN (ранее — ДУ).

Справка. Условный проход рассчитывается для определения пропускных возможностей трубопровода.

При выборе необходимого сечения учитываются следующие параметры:

• гидродинамика системы — с увеличением объёма проходящего теплоносителя эффективность системы падает, поэтому выбор большего диаметра трубы влечёт за собой уменьшение КПД системы;
• давление внутри системы — если сечение большое, то скорость прохождения теплоносителя по контуру низкая. Это повышает теплопотери, риск закипания жидкости в нагревательном котле при естественной циркуляции.

Внимание! Если трубы имеют меньший диаметр, то это также приводит к потере скорости жидкости, т. к. увеличивается сопротивление внутри системы и теплоноситель не проходит

Это чревато потерей температуры и шумами в работе батарей

увеличивается сопротивление внутри системы и теплоноситель не проходит. Это чревато потерей температуры и шумами в работе батарей.

мощность нагревательного котла — чем сильнее котёл, тем больший диаметр можно использовать;

• протяжённость системы — влияет на пропускные способности контура, например, труба в 25 миллиметров может пропускать около тридцати литров воды в минуту;
• способ циркуляции жидкости — для принудительной допустимо брать меньшее сечение по сравнению с естественной циркуляцией;
• скорость остывания теплоносителя — корректно подобранный диаметр обеспечит адекватную быстроту прохождения теплоносителя по всем помещениям;
• площадь помещения — сечение является одним из параметров теплоотдачи на квадратный метр;
• Количество разводок и поворотов — уменьшает скорость прохождения теплоносителя и давления в системе;
• материал — влияние физических характеристик материала на пропускные способности теплоносителя и отдачу тепла при определённой скорости движения энергоносителя.

Расчет падения напора и гидравлического сопротивления

Полные потери напора жидкости включают в себя потери на преодоление потоком всех препятствий: наличие насосов, дюкеров, вентилей, колен, отводов, перепадов уровня при течении потока по трубопроводу, расположенному под углом и т.д. Учитываются потери на местные сопротивления, обусловленные свойствами используемых материалов.

Другим важным фактором, влияющим на потери напора, является трение движущегося потока о стенки трубопровода, которое характеризуется коэффициентом гидравлического сопротивления.

Значение коэффициента гидравлического сопротивления λзависит от режима движения потока и шероховатости материала стенок трубопровода. Под шероховатостью понимают дефекты и неровности внутренней поверхности трубы. Она может быть абсолютной и относительной. Шероховатость различна по форме и неравномерна по площади поверхности трубы. Поэтому в расчетах используется понятие усредненной шероховатости с поправочным коэффициентом (k1). Данная характеристика для конкретного трубопровода зависит от материала, продолжительности его эксплуатации, наличия различных коррозионных дефектов и других причин. Рассмотренные выше величины являются справочными.

Количественная связь между коэффициентом трения, числом Рейнольдса и шероховатостью определяется диаграммой Муди.

Для вычисления коэффициента трения турбулентного движения потока также используется уравнение Коулбрука-Уайта, с использованием которого возможно наглядное построение графических зависимостей, по которым определяется коэффициент трения:

В расчётах используются и другие уравнения приблизительного расчета потерь напора на трение. Одним из наиболее удобных и часто используемых в этом случае считается формула Дарси-Вейсбаха. Потери напора на трение рассматриваются как функция скорости жидкости от сопротивления трубы движению жидкости, выражаемой через значение шероховатости поверхности стенок трубы: 

Потери давления по причине трения для воды рассчитывают по формуле Хазена — Вильямса:

Как рассчитать проходимость трубы

Когда возникает необходимость сделать расчёты, возможно использовать следующие способы:

1. Использовать таблицы. Существуют различные варианты, которые соответствуют назначению труб. 
2. Применять формулы. Существуют несколько вариантов расчётов. Часто используют упрощённые варианты, не учитывающие всех существенных особенностей водопроводной системы. 
3. Существуют программные продукты, предназначенные для проведения рассматриваемых расчётов. Они обычно дают наиболее точный результат. 
4. Могут быть использованы онлайн калькуляторы. Для того, чтобы ими воспользоваться, необходимо перейти на соответствующую страницу и ввести нужные данные в соответствии с инструкциями. 

Далее рассмотрено несколько способов проведения расчётов.
 

Таблицы для определения пропускной способности Источник ytimg.com

Использование упрощённой формулы

Таким образом на основе знания диаметра трубы и скорости движения потока можно определить проходимость. Для этого можно использовать такую формулу.

q = (V*Пи*d^2) / 4 

Здесь использованы такие обозначения:

• q – проходимость, выраженная в литрах в секунду;
• V обозначает скорость воды;
• d представляет собой внутренний диаметр отверстия.

В большинстве случаев скорость находится в пределах 0,8-1,5 метров в секунду. Если используется насос, то производимое им давление и скорость потока указываются в техническом паспорте.

Более точная формула

В этом случае необходимо воспользоваться формулой Дарси. В ней учитываются:

1. Длина используемого сегмента трубы (L). 
2. Коэффициент, который выражает степень торможения потока благодаря трению о стенки, использованию различных видов фиттингов, кривизны стенок и турбулентности. Он носит название коэффициента шероховатости (лямбда). 
3. Величина вязкости жидкости (ро).  

Таблица значений коэффициента шероховатости каждого вида труб (лямбда)Источник ok-t.ru

Формула выглядит таким образом.

ПН = лямбда * (L/D) * ((V^2)/(2*g)) * ро 

Здесь использованы такие обозначения:

• ПН представляет собой потерю напора. На эту величину должна быть уменьшена расчётная величина водорасхода. 
• L – длина трубы, по которой протекает вода. 
• D – внутренний диаметр трубы. 
• g равно величине ускорения свободного падения. 

С помощью формулы Дарси можно учесть особенности труб, но для этого необходимо определить коэффициенты «лямбда» и «ро».

Использование онлайн калькуляторов

Для того, чтобы рассчитать пропускную способность трубы, калькулятор нетрудно найти онлайн. Для этого можно воспользоваться поиском Google, Яндекс или другим. Для этого в строке поиска нужно набрать строку «как рассчитать проходимость трубы, калькулятор» или аналогичную.

Для расчета расхода воды по сечению трубы и давлению калькулятор запросит ввод таких данных:

1. Материал для изготовления. 
2. Вид (конструкционные особенности). Здесь нужно сделать выбор из выпадающего списка. 
3. Далее нужно указать цель расчёта. Одной из них является вычисление расхода воды. 

При расчете расчете диаметра трубы по расходу воды дополнительно потребуется указать падение напора на каждый метр, внутренний диаметр трубы и длину её участка. После нажатия на кнопку на странице появится нужный результат.
 

Пример интерфейса калькулятора для гидравлического расчёта трубопроводаИсточник calc.ru

Во втором случае, перед тем, как посчитать расход воды по диаметру трубы и давлению, надо подготовить данные о типе водопровода, конструкционных особенностях трубы, длина, диаметр, материал изготовления, температура и давление напора. 

Пример интерфейса калькулятора для расчёта пропускной способности труб Источник trubanet.ru

Третий калькулятор работает таким образом. Необходимо выбрать один из способов расчёта расхода воды:

• с учётом шероховатости и материала; 
• на основе используемого материала и длины участка трубы. 

Нужно отметить, что целью расчёта является расход. Для расчёта указывают вид трубы, её материал, длину, падение напора и внутренний диаметр. После нажатия на кнопку «Рассчитать» на странице будет показан результат.
 

Пример интерфейса калькулятора для гидравлического расчёта трубИсточник allcalc.ru