Как определить диаметр трубы для отопления с принудительной и естественной циркуляцией. Трубами какого диаметра можно делать отопление

Наверное, нет смысла подвергать сомнению утверждение, что автономный обогрев собственного жилища имеет ряд преимуществ перед централизованными системами отопления. Единственным недостатком можно считать достаточно большие первоначальные вложения, львиную долю которых составляет проведение гидравлического расчета однотрубной системы отопления. В этой публикации будет рассказано, как самостоятельно рассчитать однотрубную отопительную систему (СО) для небольшого помещения или частного дома.

Сбор данных и подготовительные расчеты

Прежде всего ответим, для чего нужен гидравлический расчет?

1. Для эффективного обогрева всех помещений независимо от внешней и внутренней температуры воздуха.
2. Для снижения эксплуатационных затрат, которые возникают в процессе работы отопительного оборудования.
3. Для снижения затрат, связанных с приобретением оборудования и материалов. Это касается грамотного подбора диаметров трубопровода на каждом участке отопительной системы.
4. Для снижения уровня шума, связанного с движением теплоносителя по контуру.
5. Для стабильной работы отопительной системы.

Для того чтобы сделать расчет системы отопления (в этом повествовании будет говориться исключительно об однотрубной схеме с принудительной циркуляцией теплоносителя), необходимо получить следующие данные:

• Необходимую мощность теплогенератора.
• Мощность и количество радиаторов для каждого отапливаемого помещения.
• Диаметр и протяженность отопительного контура.

Имея на руках искомые данные можно переходить к подбору циркуляционного насоса, расчетам количества теплоносителя, емкости расширительного бака и настройки группы безопасности. Теперь обо всем по порядку.

Расчет тепловой производительности котельной установки

Итак, вы решили создавать однотрубную систему отопления частного дома своими руками. Первое, что нужно сделать, чтобы узнать искомую величину мощности теплогенератора – это произвести расчет теплопотерь каждого отапливаемого помещения. Как известно, основные потери тепла исходят от:

• Наружных стен.
• Потолка.
• Пола.
• Окон.

На примере рассмотрим теплопотери угловой комнаты, с размерами 6 х 3 метра, двумя окнами 1,5 х 1,2 м, и высотой потолков 2,5 м.

1. Наружные стены (S1) = (6 х 2,5)+(3 х 2,5)-2 (1,5 х 1,2); S1= 15+7,5-3,6=18,9 м 2
2. Окна (S2) = 2(1,5 х 1,2)= 3,6 м 2
3. Пол (S3) = 18 м 2
4. Потолок (S4) =18 м 2

Применяем формулу расчета теплопотерь (Q) = k; для наружных стен k = 62; для окон k = 135; для пола k = 35; для потолка k = 27. Подставляем необходимые значения.

1. Q1 = 18,9 х 62 = 1171,8 Вт или 1,172 кВт;
2. Q2 = 3,6 х 135 = 486 Вт или 0,486 кВт;
3. Q3 = 18 х 35 = 630 Вт или 0,63 кВт
4. Q4 = 18 х 27 = 486 Вт или 0,486 кВт;

Теперь суммируем все теплопотери для выявления необходимого количества тепла, которого необходимо для конкретного помещения = 2,774 кВт;

Те же действия необходимы для каждого отдельного помещения. Суммируя теплопотери можно сделать вывод о необходимой производительности котельной установки. Есть методика менее точная, но достаточно надежная и быстрая: необходимо использовать удельную мощность котлоагрегата рекомендованную в зависимости от региона.

Тепловую производительность котельной установки можно высчитать, используя Wк = Wуд х S/10; где:

Wк = мощность котлоагрегата;

S/10 = площадь обогреваемого помещения на 10 м 3 .

Теперь, когда, есть данные о мощности котлоагрегата, необходимого для обогрева дома, можно приступать к чертежам контура отопительной системы, прикидывать место размещения радиаторов отопления.

Расчет количества и мощности батарей

Как в однотрубном подключение радиаторов отопления, так и в двухтрубных схемах, эффективность отопления конкретного помещения зависит не только от количества секций радиаторов, их конструкции, материала, из которого они изготовлены, площади поверхности и способа подсоединения к магистральному трубопроводу, но и от материала стен и способа утепления, теплопотерь в окнах и пр.

Воспользуемся рекомендованными данными, которые можно найти в специализированной литературе. 1 м 3 в кирпичном доме требует приблизительно 0.034 кВт тепла для поддержания комфортной температуры; в доме из СИП – панелей – 0,041 кВт; в кирпичном доме с утепленными: перекрытием, чердаком, несущими стенами, фундаментом – 0,02 кВт.

Для примера, рассмотрим подбор батарей для комнаты 18 м 2 с высотой потолков 2,5 м. в кирпичном доме. (0,034 кВт).

1. Узнаем объем помещения: 18 х 2,5 = 45 м 3 .
2. Рассчитываем, сколько необходимо тепловой энергии для данной комнаты: 45 х 0,034 = 1,53 кВт

Теперь нужно воспользоваться таблицей, с характеристиками батарей.

На рисунке показаны основные характеристики наиболее распространенных радиаторов. Исходя из представленных данных, лучшее соотношение характеристик и стоимости у алюминиевых батарей. Нам необходимы данные о мощности одной секции, нижняя граница которой равна 0,175 кВт.

1. Делим полученный результат на мощность секции выбранного типа радиаторов и получаем количество секций: 1,53/ 0,175 = 8,74

Итог: для обогрева помещения 45 м 3 нам необходим алюминиевый радиатор, состоящий из 9 секций. Аналогичные расчеты проведите для каждой комнаты в доме.

Вычисления диаметра трубы для отопительного контура

Данная процедура является обязательной при расчете любой системы отопления. В однотрубных схемах – это еще и достаточно сложно сделать, так как теплоноситель все больше остывает в каждом последующем радиаторе. Для поддержания определенной температуры нужно на каждом последующем участке контура увеличивать скорость движения теплоносителя. Сделать это можно, уменьшая диаметр трубы, согласно необходимой тепловой мощности для каждого радиатора.

Сделать вычисления можно по формуле Rср = β*?рр/∑L; Па/м, Получим среднее значение потери давления вследствие трения на 1 метр расчетного кольца СО. Далее, используя формулу, рассчитываем диаметр трубопровода для конкретного участка контура.

∆t° -разница температур теплоносителя между входом и выходом из котлоагрегата, °С
Q -количество тепла, необходимое на обогрев конкретного помещения
V - скорость теплоносителя, м/с

Несколько слов о скорости движения воды в системе. Чтобы отопление работало эффективно необходимо чтобы скорость движения теплоносителя была как можно выше. Однако, при этом увеличивается давление в системе и возникает шум от трения о поверхность трубопровода. Оптимальная скорость теплоносителя в горизонтальной однотрубной системе отопления должна находиться в пределах 0,3 – 0,7 м/сек. Медленнее – возможно завоздушивание; Быстрее – появляется шум.

Существуют таблицы, в которых можно выбрать необходимый диаметр труб. Для этого диаметра предлагается оптимальная скорость и расход теплоносителя. Рассмотрим пример подбора труб из армированного полипропилена для каждого участка отопительного контура с 6-ю радиаторами разной мощности.

Важно! В таблице указан внутренний диаметр трубы. Оптимальные результаты находятся в колонках, обозначенных синим цветом.

Аналогично делается расчет трубопровода на всех участках СО.

Совет: Следует знать, что армированный полипропилен имеет несколько другие внутренние размеры, чем указано в таблице. Показанный нами пример внутреннего диаметра 20 мм реально имеет 21,2 мм. и маркировку ПП32, и соответственно внешний диаметр 32 мм.

Расчет объема расширительного бака

Для того чтобы рассчитать объем расширительного бачка мембранного типа следует знать количество теплоносителя, который находится в отопительном контуре. Зависимость такая: расширительный бак должен быть объемом в 10 % от количества теплоносителя.

Количество воды в СО рассчитывается по формуле: W = π (D 2 /4) L где:

• π – 3,14;
• D – внутренний диаметр участка трубопровода;
• L – длина участка трубопровода (если весь контур выполнен из трубы одного диаметра, то считаем длину контура).

Например, внутренний диаметр трубопровода из армированного полипропилена – 21,2 мм = 0,021м; длина контура – 100 м. 3,14 х (0,021 2 /4) х 100 = 0.0345м 3 или 34,5 литра. От сюда вывод: при объеме теплоносителя в системе 34,5 л, в температурных пределах СО от 0 до 80°С и давлении в системе от 0,3 до 1 Бар, необходим расширительный бак, емкостью 3,5 л.

Чтобы рассчитать параметры циркуляционного насоса нужны данные о мощности котла, разница температур на входе и выходе котельной установки. Далее можно воспользоваться формулой Q = N /(t 2- t 1), где N – мощность котлоагрегата; T1 – температура теплоносителя на подающем патрубке, T2 – температура охлажденного теплоносителя на обратной ветке контура.

Совет: следует знать, что для построения грамотной однотрубной системы отопления, кроме полученных данных необходимо сделать расчет гидравлических сопротивлений, которые возникают на равнопроходных отводах, учесть гидравлические потери на точках сужения трубопровода, грязевике и обратном клапане (если предполагается). Данный расчет сделать самостоятельно достаточно просто, используя программы: «Гидравлические и тепловые расчеты» и HERZ. C. O. С.

Двухтрубная система отопления более сложна по сравнению с однотрубной, а количество необходимых для монтажа материалов заметно больше. Тем не менее именно 2-х трубная система отопления является более популярной. Из названия следует, что в ней используются два контура . Один служит для доставки горячего теплоносителя к радиаторам, а второй отводит охлажденный теплоноситель обратно. Такое устройство применимо для любых типов сооружений, лишь бы их планировка позволяла монтаж этой конструкции.

Востребованность двухконтурной отопительной системы объясняется наличием ряда весомых преимуществ . Прежде всего, она предпочтительней одноконтурной, поскольку в последней теплоноситель теряет заметную часть тепла еще на подходе к радиаторам. К тому же двухконтурная конструкция более универсальна и подходит для домов разной этажности.

Недостатком двухтрубной системы считается ее более высокая стоимость. Однако многие ошибочно полагают, что поскольку наличие 2 контуров предполагает и использование двукратного количества труб, то и стоимость такой системы вдвое больше, чем однотрубной. Дело в том, что для однотрубной конструкции необходимо брать трубы большого диаметра. Это обеспечивает нормальную циркуляцию теплоносителя в трубопроводе, а значит, и эффективную работу такой конструкции. Преимущество же двухтрубной в том, что для ее монтажа берут трубы меньшего диаметра, которые существенно дешевле. Соответственно и дополнительные элементы для монтажа (сгоны, вентили и т. д.) тоже используются с меньшим диаметром, что также несколько удешевляет систему.

Таким образом, бюджет монтажа двухтрубной системы выйдет ненамного большим, чем для однотрубной. С другой стороны, эффективность первой будет заметно выше, что станет хорошей компенсацией повышенных затрат.

Пример применения

Одним из мест, где двухтрубное отопление будет очень целесообразным, является гараж . Это рабочее помещение, потому здесь не требуется постоянная работа отопления. К тому же двухтрубная система отопления своими руками – это вполне реальная затея. Отопление в гараже не является необходимым, однако будет абсолютно не лишним, поскольку в зимнее время работать здесь очень сложно: двигатель завести непросто, масло застывает, да и просто работать руками очень некомфортно. Двухтрубная отопительная система обеспечивает вполне приемлемые условия для работы в помещении.

Разновидности двухтрубных систем для отопления

Есть несколько критериев, по которым можно классифицировать такие отопительные конструкции.

Открытые и закрытые

Закрытые системы предполагают использование расширительного бачка с мембраной. Они могут работать при повышенном давлении. Вместо обычной воды в закрытых системах можно использовать теплоносители на основе этиленгликоля , которые не замерзают при низких температурах (до 40 °C ниже нуля). Автомобилисты знают такие жидкости под названием «антифризы» .

1. Котел отопления; 2. Группа безопасности; 3. Клапан сброса избыточного давления; 4. Радиатор; 5. Труба обратки; 6. Расширительный бак; 7. Вентиль; 8. Сливной клапан; 9. Циркуляционный насос; 10. Манометр; 11. Подпиточный клапан.

Однако надо помнить, что для отопительных устройств существуют специальные составы теплоносителей, а также особые добавки и присадки. Использование обычных веществ может привести к поломке дорогостоящих отопительных котлов. Такие случаи могут быть расценены как негарантийные, потому ремонт потребует значительных затрат.

Открытая система характерна тем, что расширительный бачок необходимо устанавливать строго в самой верхней точке устройства. В нем нужно предусмотреть патрубок для воздуха и отводной трубопровод, по которому сливается лишняя вода из системы. Также через него можно брать теплую воду для хозяйственных нужд. Однако такое использование бачка требует наличия автоматической подпитки конструкции и исключает возможность использования добавок и присадок.

1. Котел отопления; 2. Циркуляционный насос; 3. Приборы отопления; 4. Дифференциальный клапан; 5. Запорные задвижки; 6. Расширительный бак.

И все же двухтрубная система отопления закрытого типа считается более безопасной, поэтому современные котлы чаще всего конструируются под нее.

Горизонтальные и вертикальные

Эти виды отличаются расположением главного трубопровода. Он служит для соединения всех элементов системы. Как горизонтальная, так и вертикальная системы имеют собственные достоинства и недостатки. Однако обе конструкции демонстрируют хорошую теплоотдачу и гидравлическую устойчивость.

Двухтрубная горизонтальная конструкция отопления встречается в одноэтажных зданиях. Вертикальная же используется в многоэтажках. Она более сложная и, соответственно, более дорогая. Здесь используются вертикальные стояки, к которым подключаются элементы отопления на каждом этаже. Преимуществом вертикальных систем является то, что в них, как правило, не возникают воздушные пробки, поскольку воздух выходит по трубам вверх к расширительному бачку.

Системы с принудительной и естественной циркуляцией

Такие виды различаются тем, что, во-первых, присутствует электрический насос, который заставляет перемещаться теплоноситель, а во-вторых, циркуляция происходит сама по себе, подчиняясь физическим законам. Минус конструкций с насосом в том, что они зависят от наличия электроэнергии. Для небольших помещений особого смысла в принудительных системах нет, разве что нагреваться дом будет быстрее. При больших же площадях такие конструкции будут оправданными.

Чтобы правильно выбрать тип циркуляции, необходимо учитывать, какой тип разводки труб используется: верхний или нижний .

Система с верхней разводкой предполагает прокладку магистрального трубопровода под потолком здания. Это обеспечивает высокое давление теплоносителя, благодаря чему он хорошо проходит через радиаторы, а значит, использование насоса будет излишним. Такие устройства выглядят эстетичнее, трубы вверху можно скрыть декоративными элементами. Однако в систему с верхней разводкой нужно устанавливать мембранный бак, что влечет дополнительные затраты. Возможна установка и открытого бачка, но он должен быть в самой верхней точке системы, то есть на чердаке. В таком случае бачок необходимо утеплить.

Нижняя разводка предполагает установку трубопровода чуть ниже подоконника. В этом случае можно установить открытый расширительный бачок в любом месте помещения несколько выше трубы и радиаторов. Но без насоса в такой конструкции не обойтись. К тому же возникают трудности, если труба должна проходить мимо дверного проема. Тогда необходимо пускать ее по периметру двери либо делать 2 отдельных крыла в контуре конструкции.

Тупиковая и попутная

В тупиковой системе теплоноситель горячий и охлажденный идут в разных направлениях. В попутной системе , сконструированной по схеме (петле) «Тихельмана», оба потока идут в одном направлении. Различие этих видов в простоте балансировки. Если попутная система при использовании радиаторов с равным количеством секций сама по себе уже является сбалансированной, то в тупиковой на каждый радиатор нужно установить термостатический клапан или игольчатый вентиль.

Если же в схеме «Тихельмана» используются радиаторы с неравным количеством секций, здесь тоже требуется установка клапанов или вентилей. Но даже в этом случае такая конструкция балансируется проще. Это особенно ощутимо в протяженных отопительных системах.

Подбор труб по диаметру

Выбор сечения труб нужно производить исходя из объема теплоносителя, который должен проходить за единицу времени. Он, в свою очередь, зависит от тепловой мощности, которая требуется для обогрева помещения.

В наших расчетах мы будем исходить из того, что размер тепловых потерь известен и имеется числовое значение теплоты, необходимой для обогрева.

Начинают расчеты с конечного, то есть самого дальнего радиатора системы. Чтобы вычислить расход теплоносителя для комнаты, понадобится формула:

G=3600×Q/(c×Δt) , где:

• G − расход воды на обогрев помещения (кг/ч);
• Q − тепловая мощность, необходимая для обогрева (кВт);
• c − теплоемкость воды (4,187 кДж/кг×°C);
• Δt − разность температур между горячим и охлажденным теплоносителем, принимается равной 20 °C.

Например, известно, что тепловая мощность для обогрева помещения равняется 3 кВт. Тогда расход воды составит:
3600×3/(4,187×20)=129 кг/ч, то есть около 0,127 куб. м воды в час.

Чтобы водяное отопление было сбалансировано как можно точнее, необходимо определить сечение труб. Для этого используем формулу:

S=GV/(3600×v) , где:

• S − площадь поперечного сечения трубы (м2);
• GV − объемный расход воды (м3/ч);
• v − скорость движения воды, находится в диапазоне 0,3−0,7 м/с.

Если в системе используется естественная циркуляция, то скорость движения будет минимальной − 0,3 м/с. Но в рассматриваемом примере возьмем среднее значение — 0,5 м/с. По указанной формуле рассчитаем площадь сечения, а исходя из нее − внутренний диаметр трубы. Он составит 0,1 м. Подбираем полипропиленовую трубу ближайшего большего диаметра. Это труба с внутренним диаметром 15 мм. Ее и будем использовать в нашей конструкции.

Затем переходим к следующему помещению, рассчитываем расход теплоносителя для него, суммируем с расходом для рассчитанного помещения и определяем диаметр трубы. И так до самого котла.

Монтаж системы

При монтаже конструкции следует придерживаться определенных правил:

• любая двухтрубная конструкция включает в себя 2 контура: верхний служит для подачи горячего теплоносителя к радиаторам, нижний − для отвода охлажденного теплоносителя;
• трубопровод должен иметь небольшой наклон в сторону конечного радиатора;
• трубы обоих контуров должны быть параллельными;
• центральный стояк необходимо утеплять для предотвращения тепловых потерь при подаче теплоносителя;
• в реверсивных двухтрубных системах необходимо предусмотреть несколько кранов, с помощью которых возможен слив воды из устройства. Это может понадобиться при ремонтных работах;
• при проектировании трубопровода нужно предусмотреть наименьшее возможное число углов;
• расширительный бачок должен устанавливаться в самом высоком месте системы;
• диаметры труб, кранов, сгонов, соединений должны совпадать;
• при монтаже трубопровода из тяжелых стальных труб для их поддержки нужно установить специальные крепежи. Максимальное расстояние между ними составляет 1,2 м.

Как сделать правильное подключение радиаторов отопления, которое позволит обеспечить максимально комфортные условия в квартире? Монтируя двухтрубные системы отопления, необходимо придерживаться такой последовательности:

1. От отопительного котла отводится центральный стояк системы отопления.
2. В самой высокой точке центральный стояк заканчивается расширительным бачком.
3. От бачка по всему зданию разводятся трубы, которые подводят горячий теплоноситель к радиаторам.
4. Для отвода охлажденного теплоносителя от радиаторов отопления при двухтрубной конструкции прокладывается параллельный подводящему трубопровод. Его необходимо подключить к нижней части отопительного котла.
5. Для систем с принудительной циркуляцией теплоносителя нужно предусмотреть электрический насос. Он может быть установлен в любой удобной точке. Чаще всего насос монтируется недалеко от котла, возле точки входа или выхода.

Подключение радиатора отопления не такой уж сложный процесс, если подойти к этому вопросу скрупулезно.

Залогом эффективной работы отопления является правильный подбор диаметра труб, величина которого влияет на гидродинамику системы. В упрощенном виде можно сказать, что трубы большего диаметра имеют большую пропускную способность. Это значит, что через их сечение может пройти большее количество жидкости в единицу времени при условии постоянного значения скорости движения жидкости.

Если расход жидкости оставить постоянным, а диаметр трубы уменьшить, возрастет скорость ее движения. Так, к примеру, в системе отопления с принудительным движением теплоносителя и различным диаметром труб скорость движения теплоносителя может увеличиваться при прохождении участков системы с меньшим диаметром труб и уменьшаться при прохождении участков отопительной системы с большим диаметром труб.

Создается ошибочное впечатление, что систему отопления нужно монтировать с использованием труб меньшего диаметра, стоимость которых ниже. Причем данное утверждение часто выдается за мнение мифических специалистов, правда, без ссылки на автора.

В действительности, чем меньше диаметр трубы, тем большее гидравлическое сопротивление возникает на пути движения жидкости, что приводит к потере напора. В итоге, теплоноситель не может преодолеть длину труб и не поступает к приборам отопления, а система не греет.

Но это вовсе не означает, что для отопления нужно брать трубы чрезмерно большого диаметра. Для создания напора в них потребуется большее количество теплоносителя, а, значит, и более мощный циркуляционный насос.

На деле необходимо найти баланс между диаметром трубы, параметрами системы отопления и ее протяженностью, что можно сделать с достаточно высокой степенью точности только при проведении теплотехнических расчетов. Для этого необходимо обратиться за помощью к специалистам, особенно если речь идет о сложном многоуровневом строении.

При проведении расчетов учитываются следующие параметры:

• Тип системы отопления: с естественной или с принудительной циркуляцией
• Схема разводки
• Скорость движения теплоносителя
• Разница температур в подающей и в обратном трубопроводе
• Потребность в тепловой энергии
• Материал, из которого изготовлены трубы

Для небольших собственных домов с достаточно простой отопительной системой можно подобрать трубы нужного диаметра, основываясь на теплотехнических таблицах, в которых представлены результаты расчетов для наиболее распространенных систем отопления.

Как связан материал труб с их диаметром?

Следует также отметить, что выбор диаметра труб зависит также и от материала, из которого они сделаны, а точнее от степени его шероховатости, влияющей на гидравлическое сопротивление и потери напора при движении теплоносителя.

Простой пример, шероховатость труб из стали на много больше, чем шероховатость труб из полимеров. Это значит, что при одних и тех же расчетных параметрах системы отопления в ней можно устанавливать трубы из пластика меньшего диаметра, чем из стали.

О каком диаметре идет речь?

У любой трубы есть внутренний и наружный диаметр. При проведении теплотехнических расчетов и подборе диаметра труб важен внутренний диаметр. Именно его значение определяет площадь сечения трубы и в итоге ее пропускную способность. Наружный диаметр, а также толщина стенок труб, имеет

большее значение при выборе запорной арматуры. Есть еще одни параметр, используемый при подборе труб, это так называемый условный диаметр, значение которого выражено в дюймах.
Как правило, маркировка труб определяется их производителем и зависит от материала, из которого они изготовлены. К примеру, стальные трубы маркируются по внутреннему диаметру, а трубы из полимеров по наружному.

Понять, как именно использовать таблицы и подбирать по ним диаметр труб, проще всего на конкретном примере, в качестве которого подберем диаметр труб для обогрева гостиной площадью 30 м2 с высотой потолка 2,7м. Схема разводки двухтрубная, циркуляция теплоносителя принудительная: в системе установлен циркуляционный насос.

Считается, что в помещении с высотой потолка до 3м для поддержания комфортной температуры требуется 1кВт тепловой мощности на каждые 10м2 площади. Это значит в данном примере для отопления гостиной необходимо 3кВт тепловой мощности. На случай ветреной погоды и морозов обычно предусматривают запас тепловой мощности 20%, с учетом которого для отопления гостиной необходимо 3,6 кВт тепловой энергии.

Затем в таблице необходимо найти графу с наиболее близким значением тепловой мощности. Для облегчения выбора оптимальные скорости движения теплоносителя выделены синим цветом. Это значит, что выбирать нужно именно здесь.

Объясняется это тем, что система отопления наиболее надежно работает при скорости движения теплоносителя от 0,4до 0,7 м/с. Если скорость ниже, теплоноситель остынет быстрее, чем дойдет до отопительных приборов, если скорость выше, вода в системе отопления будет двигаться с шумом.

Следует отметить, что подобные таблицы можно найти для любых систем отопления и использовать их для подбора диаметра труб, что в значительной мере упрощает монтаж системы отопления.

Система отопления в частном доме может быть с принудительной или естественной циркуляцией. В зависимости от типа системы методика расчета диаметра трубы и подбора других параметров отопления различны.

Статьи по теме:

Расчет диаметра труб отопления актуален в процессе индивидуального или частного строительства. Чтобы правильно определить размеры системы, следует знать: из чего магистрали состоят (полимер, чугун, медь, сталь), характеристики теплоносителя, его способ движения по трубам. Внедрение нагнетающего насоса в конструкцию отопления намного улучшает качество теплоотдачи и экономит топливо. Естественный оборот теплоносителя в системе – классический метод, применяемый в большинстве частных домов на паровом (котельном) отоплении. И в том, и в другом случае при реконструкции или новом строительстве важно правильно выбрать диаметр труб, чтобы не допустить неприятных моментов в последующей эксплуатации.

Диаметр трубы – важнейший показатель, который ограничивает общую теплоотдачу системы, определяет сложность и длину трубопровода, число радиаторов. Зная численное значение этого параметра, можно легко рассчитать возможные потери энергии.

Зависимость КПД отопления от диаметра трубопроводов

Полноценная работа энергетической системы зависит от критериев:

1. Свойства движимой жидкости (теплоносителя).
2. Материал труб.
3. Скорость потока.
4. Пропускное сечение или диаметр труб.
5. Наличие насоса в схеме.

Неверное утверждение, что чем больше сечение трубы, тем больше жидкости оно пропустит. В данном случае увеличение просвета магистрали будет способствовать понижению давления, и как следствие, скорости потока теплоносителя. Это может привести к полной остановке оборота жидкости в системе и нулевому КПД. Если в схему включить насос, при большом диаметре трубы и увеличенной длине магистралей его мощности может быть недостаточно, чтобы обеспечить нужный напор. При перебоях с электричеством применение насоса в системе просто бесполезно – отопление будет отсутствовать полностью, сколько не нагревай котел.

Для индивидуальных построек с централизованным отоплением диаметр труб выбирается такой же, как для городских квартир. В домах с паровым отоплением от котла требуется тщательно рассчитывать диаметр. Учитываются длина магистралей, возраст и материал труб, число включенных в схему водоподачи сантехприборов и радиаторов, схема отопления (одно-, двухтрубная). В таблице 1 представлены примерные потери теплоносителя в зависимости от материала и срока эксплуатации трубопроводов.

Таблица 1. Потери теплоносителя

Труба	Расход м3/час	Скорость м/с	Потери напора м/100м
Сталь новая 133х5	60	1,4	3,6
Сталь новая 133х5	60	1,4	6,84
ПЭ 100 110х6,6 (SDR 17)	60	2,26	4,1
ПЭ 80 110х8,1 (SDR 13,6)	60	2,41	4,8
Сталь новая 245х6	400	2,6	4,3
Сталь старая 245х6	400	2,6	7,0
ПЭ 100 225х13,4 (SDR 17)	400	3,6	4,0
ПЭ 80 110х16,6 (SDR 13,6)	400	3,85	4,8
Сталь новая 630х10	3000	2,85	1,33
Сталь старая 630х10	3000	2,85	1,98
ПЭ 100 560х33,2 (SDR 17)	3000	4,35	1,96
ПЭ 80 560х41,2 (SDR 13,6)	3000	4,65	2,3
Сталь новая 820х12	4000	2,23	0,6
Сталь старая 820х10	4000	2,23	0,87
ПЭ 100 800х47,4 (SDR 17)	4000	2,85	0,59
ПЭ 80 800ъ58,8 (SDR 13,6)	4000	3,0	0,69

Чересчур маленький диаметр трубы неизбежно приведет к образованию высокого напора, что вызовет повышенную нагрузку на соединительные элементы магистрали. Кроме того, отопительная система будет шумной.

Схема разводки системы отопления

Для правильного подсчета сопротивления трубопровода, а, следовательно, его диаметра, следует учитывать схему разводки системы отопления. Варианты:

• двухтрубная вертикальная;
• двухтрубная горизонтальная;
• однотрубная.

Двухтрубная система с вертикальным стояком может быть с верхним и нижним размещением магистралей. Однотрубная система за счет экономного использования длины магистралей подойдет для обогрева с естественной циркуляцией, двухтрубная за счет двойного набора труб потребует включения в схему насоса.

Горизонтальная разводка предусматривает 3 типа:

• тупиковая;
• с попутным (параллельным) движением воды;
• коллекторная (или лучевая).

В схеме однотрубной разводки можно предусмотреть обходную трубу, которая будет резервной магистралью для циркуляции жидкости при отключении нескольких или всех радиаторов. В комплекте на каждый радиатор устанавливают запорные краны, позволяющие перекрыть подачу воды, когда это необходимо.

Зная схему системы отопления, можно легко посчитать общую протяженность, возможные задержки потока теплоносителя в магистрали (на изгибах, поворотах, в соединениях), и как следствие – получить численное значение сопротивления системы. По вычисленному значению потерь подобрать диаметр магистралей отопления можно по методике, рассмотренной ниже.

Выбираем трубы для системы принудительной циркуляции

Система принудительной циркуляции отопления отличается от естественной наличием нагнетающего насоса, который монтируют на выходной трубе недалеко от котла. Прибор функционирует от электросети 220 В. Включается автоматически (через датчик) при повышении давления в системе (то есть при разогреве жидкости). Насос быстро разгоняет по системе горячую воду, которая сохраняет энергию и через радиаторы активно передает ее в каждое помещение дома.

Отопление с принудительной циркуляцией - плюсы и минусы

Главным плюсом отопления с принудительной циркуляцией является эффективная теплопередача системы, которая осуществляется при малых затратах времени и финансов. Такой метод не потребует применения труб большого диаметра.

С другой стороны, для насоса в системе отопления важно обеспечить бесперебойное электропитание. Иначе отопление просто не будет работать при значительной площади дома.

Как определить диаметр трубы для отопления с принудительной циркуляцией по таблице

Начинают расчет с определения общей площади помещения, которое требуется обогревать в зимнее время, то есть это вся жилая часть дома. Норматив теплопередачи отопительной системы – 1 кВт на каждые 10 кв. м. (при стенах с утеплением и высоте потолка до 3 м). То есть для помещения площадью 35 кв.м. норма составит 3,5 кВт. Чтобы обеспечить запас тепловой энергии, добавляем 20 %, что дает в итоге 4,2 кВт. По таблице 2 определяем близкое значение к 4200 - это трубы диаметром 10 мм (показатель теплоты 4471 Вт), 8 мм (показатель 4496 Вт), 12 мм (4598 Вт). Для этих чисел характерны следующие значения скорости потока теплоносителя (в данном случае воды): 0,7; 0,5; 1,1 м/с. Практические показатели нормальной работы системы отопления – скорость горячей воды от 0,4 до 0,7 м/с. С учетом этого условия оставляем для выбора трубы диаметром 10 и 12 мм. Учитывая расход воды, экономичнее будет применить трубу диаметром 10 мм. Именно это изделие будет включено в проект.

Важно различать диаметры, по которым осуществляется выбор: наружный, внутренний, условный проход. Как правило, стальные трубы подбирают по внутреннему диаметру, полипропиленовые – по наружному. Новичок может столкнуться с проблемой определения диаметра, маркированного в дюймах – этот нюанс актуален для стальных изделий. Перевод дюймовой размерности в метрическую осуществляется также через таблицы.

Расчет диаметра трубы для отопления с насосом

При расчете труб отопления важнейшими характеристиками являются:

1. Количество (объем) воды, загружаемой в систему обогрева.
2. Длина магистралей общая.
3. Скорость потока в системе (идеальная 0,4-0,7 м/с).
4. Теплопередача системы в кВт.
5. Мощность насоса.
6. Давление в системе при выключенном насосе (естественный оборот).
7. Сопротивление системы.

H = λ(L/D)(V2/2g),

где Н – высота, которая определяет нулевое давление (отсутствие напора) водяного столба при прочих условиях, м;

λ – коэффициент сопротивляемости труб;

L – длина (протяженность) системы;

D – внутренний диаметр (искомая величина в данном случае), м;

V – скорость потока, м/с;

g – константа, ускорение своб. падения, g=9,81 м/с2.

Расчет ведется на минимальные потери тепловой мощности, то есть проверяются несколько значений диаметра трубы на min сопротивление. Сложность получается с коэффициентом гидравлического сопротивления – для его определения требуются таблицы либо длинный расчет с применением формул Блазиуса и Альтшуля, Конакова и Никурадзе. Конечным значением потерь можно считать число, меньшее примерно на 20% напора, создаваемого нагнетающим насосом.

При вычислении диаметра труб для отопления L принимается равной протяженности магистрали от котла к радиаторам и в обратную сторону без учета дублирующихся участков, размещенных параллельно.

Весь расчет в итоге сводится к тому, чтобы сравнить полученное расчетным путем значение сопротивления с напором, нагнетаемым насосом. При этом придется, возможно, не раз просчитывать формулу, используя различные значения внутреннего диаметра. Начинайте с трубы сечением 1 дюйм.

Упрощенный расчет диаметра трубы отопления

Для системы с принудительной циркуляцией актуальна еще одна формула:

D = √354 (0,86 Q/∆dt)/V,

где D – искомый внутренний диаметр, м;

V – скорость потока, м/с;

∆dt - разница температур воды на входе и на выходе;

Q – энергия, отдаваемая системой, кВт.

Для подсчета используется перепад температур, равный примерно 20 град. То есть на входе в систему от котла температура жидкости около 90 град., при перемещении через систему потери тепла составляют 20-25 град. и на обратке вода уже будет прохладнее (65-70 град.).

Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией

Расчет диаметра трубы для системы без насоса основан на разнице температуры и давления теплоносителя на входе от котла и в обратной магистрали. Важно учитывать, что жидкость движется по трубам посредством естественной силы гравитации, усиленной напором разогретой воды. В этом случае котел размещают внизу, а радиаторы – много выше уровня нагревательного прибора. Движение теплоносителя подчиняется законам физики: более плотная холодная вода спускается вниз, уступая место горячей. Так осуществляется естественная циркуляция в системе отопления.

Как выбрать диаметр магистрали для отопления с естественной циркуляцией

В отличие от систем с принудительной циркуляцией, для естественного оборота воды потребуется габаритное сечение трубы. Чем больший объем жидкости будет циркулировать по трубам, тем больше теплоэнергии поступит в помещения в единицу времени вследствие увеличения скорости и давления теплоносителя. С другой стороны, повышенный объем воды в системе потребует больше топлива для разогрева.

Поэтому в частных домах с естественной циркуляцией первой задачей является разработка оптимальной схемы отопления, при которой выбирается минимальная длина контура и расстояние от котла до радиаторов. По этой причине в домах с большой жилой площадью рекомендуют устанавливать насос.

Юлия Петриченко, эксперт

Для системы с естественным движением теплоносителя оптимальное значение скорости потока 0,4-0,6 м/с. Этому исходнику соответствуют min значения сопротивлений фитингов, изгибов трубопровода.

Расчет давления в системе с естественной циркуляцией

Разница давления между точкой входа и обраткой для системы естественной циркуляции определяется по формуле:

Δpt= h g (ρот – ρпт),

где h – высота подъема воды от котла, м;

g – ускорение падения, g=9,81 м/с2;

ρот – плотность воды в обратке;

ρпт – плотность жидкости в подающей трубе.

Так как главной движущей силой в системе отопления с естественным оборотом является сила тяжести, создаваемая перепадом уровней подвода воды к радиатору и от него, то очевидно, что котел будет находиться значительно ниже (например, в подвале дома).

Нужно обязательно выполнять уклон от точки входа у котла и до конца ряда радиаторов. Уклон - не менее 0,5 промиле (или 1 см на каждый погонный метр магистрали).

Расчет диаметра трубы в системе с естественным оборотом

Расчет диаметра трубопровода в системе обогрева с естественной циркуляцией выполняется по той же формуле, что и для отопления с насосом. Выбирается диаметр исходя из полученных минимальных значений потерь. То есть в исходную формулу подставляют сначала одно значение сечения, проверяют на сопротивление системы. Затем второе, третье и далее значения. Так до момента, пока рассчитанный диаметр не будет удовлетворять условиям.

А как подбираете вы сечение магистрали? Какую методику расчета применяете? Поделитесь, пожалуйста, в комментариях.

Экспертиза - инженер-сметчик

Спросить эксперта

Диаметр трубы для отопления с принудительной циркуляцией, с естественной циркуляцией: какой диаметр выбрать, формула расчета — версия для печати