Расчет диаметра труб отопления: формулы и примеры
Как выполняется расчет диаметров трубопроводов отопления при известной мощности котла? Как подсчитать минимальный диаметр для отдельного участка контура? В данной статье нам предстоит познакомиться с формулами, применяемыми при вычислениях, и сопроводить знакомство примерами расчетов.
Для чего это необходимо
А в действительности — для чего нужен расчет диаметров труб отопления? Из-за чего просто-напросто не взять трубы заведомо избыточного размера? Так как тем самым мы обезопасим себя от чрезмерно медленной циркуляции в контуре.
Увы, у для того чтобы подхода имеется пара больших недочётов.
- Материалоемкость и цена погонного метра растет пропорционально квадрату диаметра. Затраты будут далеко не копеечными.
Увидьте: для сохранения того же рабочего давления при повышении диаметра трубы приходится увеличивать толщину стенок, что дополнительно увеличивает материалоемкость.
- Что не менее важно, увеличившийся диаметр трубопровода свидетельствует повышение количество теплоносителя и выросшую тепловую инерционность системы. Она будет продолжительнее прогреваться и продолжительнее остывать, что не всегда нужно.
- Наконец, при открытой прокладке толстых труб отопления они не очень-то украсят помещение, а при скрытой — увеличат глубину штроб в стенках либо толщину стяжки на полу.
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:
- Узнать, с какой большой скоростью может двигаться теплоноситель.
- 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 конт
Гидравлический расчет отопления с учетом трубопровода. Расчет нужного диаметра труб для отопления
Гидравлический расчёт системы отопления с учетом трубопроводов.
При проведении дальнейших расчетов мы будем использовать все основные гидравлические параметры, в том числе расход теплоносителя, гидравлическое сопротивление арматуры и трубопроводов, скорость теплоносителя и т.д. Между данными параметрами есть полная взаимосвязь, на что и нужно опираться при расчетах.
К примеру, если повысить скорость теплоносителя, одновременно будет повышаться гидравлическое сопротивление у трубопровода. Если повысить расход теплоносителя, с учетом трубопровода заданного диаметра, одновременно возрастет скорость теплоносителя, а также гидравлическое сопротивление. И чем больше будет диаметр трубопровода, тем меньше будет скорость теплоносителя и гидравлическое сопротивление. На основе анализа данных взаимосвязей, можно превратить гидравлический (программа расчета есть в сети) в анализ параметров эффективности и надежности работы всей системы, что, в свою очередь, поможет снизить расходы на использующиеся материалы.
Отопительная система включает в себя четыре базовых компонента: теплогенератор, отопительные приборы, трубопровод, запорная и регулирующая арматура. Данные элементы имеют индивидуальные параметры гидравлического сопротивления, которые нужно учесть при проведении расчета. Напомним, что гидравлические характеристики не отличаются постоянством. Ведущие производители материалов и отопительного оборудования в обязательном порядке указывают информацию по удельным потерям давления (гидравлические характеристики) на производимое оборудование или материалы.
Например, расчет для полипропиленовых трубопроводов компании FIRAT существенно облегчается за счет приведенной номограммы, в которой указываются удельные потери давления или напора в трубопроводе для 1 метра погонного трубы. Анализ номограммы позволяет четко проследить обозначенные выше взаимосвязи между отдельными характеристиками. В этом и состоит основная суть гидравлических расчетов.
Гидравлический расчет систем водяного отопления: расход теплоносителя
Думаем, вы уже провели аналогию между термином «расход теплоносителя» и термином «количество теплоносителя». Так вот, расход теплоносителя будет напрямую зависеть от того, какая тепловая нагрузка приходится на теплоноситель в процессе перемещения им тепла к отопительному прибору от теплогенератора.
Гидравлический расчет подразумевает определение уровня расхода теплоносителя, касательно заданного участка. Расчетный участок представляет собой участок со стабильным расходом теплоносителя и с постоянным диаметром.
Гидравлический расчет систем отопления: пример
Если ветка включает в себя десять киловаттных радиаторов, а расход теплоносителя рассчитывался на перенос энергии тепла на уровне 10 киловатт, то расчетный участок будет представлять собой отрезом от теплогенератора до радиатора, который в ветке является первым. Но только при условии, что данный участок характеризуется постоянным диаметром. Второй участок располагается между первым радиатором и вторым радиатором. При этом, если в первом случае высчитывался расход переноса 10-киловаттной тепловой энергии, то на втором участке расчетное количество энергии будет составлять уже 9 киловатт, с постепенным уменьшением по мере проведения расчетов. Гидравлическое сопротивление должно рассчитываться одновременно для подающего и обратного трубопровода.
Гидравлический расчет однотрубной системы отопления подразумевает вычисление расхода теплоносителя
для расчетного участка по следующей формуле:
Gуч= (3,6*Qуч)/(с*(tг-tо))
Qуч –тепловая нагрузка расчетного участка в ваттах. К примеру, для нашего примера нагрузка тепла на первый участок будет составлять 10000 ватт или 10 киловатт.
с (удельная теплоемкость для воды) – постоянная, равная 4,2 кДж/(кг °С)
tг –температура горячего теплоносителя в отопительной системе.
tо –температура холодного теплоносителя в отопительной системе.
Гидравлический расчет системы отопления: скорость потока теплоносителя
Минимальная скорость теплоносителя должна принимать пороговое значение 0,2 — 0,25 м/с. Если скорость будет меньше, из теплоносителя будет выделяться избыточный воздух. Это приведет к появлению в системе воздушных пробок, что, в свою очередь, может служить причиной частичного или полного отказа отопительной системы. Что касается верхнего порога, то скорость теплоносителя должна достигать 0,6 — 1,5 м/с. Если скорость не будет подниматься выше данного показателя, то в трубопроводе не будут образовываться гидравлические шумы. Практика показывает, что оптимальный скоростной диапазон для отопительных систем составляет 0,3 — 0,7 м/с.
Если есть необходимость рассчитать диапазон скорости теплоносителя более точно, то придется брать в расчет параметры материала трубопроводов в отопительной системе. Точнее, вам понадобится коэффициент шероховатости для внутренней трубопроводной поверхности. К примеру, если речь идет о трубопроводах из стали, то оптимальной считается скорость теплоносителя на уровне 0,25 — 0,5 м/с. Если трубопровод полимерных или медный, то скорость можно увеличить до 0,25 – 0,7 м/с. Если хотите перестраховаться, внимательно почитайте, какая скорость рекомендуется производителями оборудования для систем отопления. Более точный диапазон рекомендованной скорости теплоносителя зависит от материала трубопроводов применяемых в системе отопления а точнее от коэффициента шероховатости внутренней поверхности трубопроводов. Например для стальных трубопроводов лучше придерживаться скорости теплоносителя от 0,25 до 0,5 м/с для медных и полимерных (полипропиленовые, полиэтиленовые, металлопластиковые трубопроводы) от 0,25 до 0,7 м/с либо воспользоваться рекомендациями производителя при их наличии.
Расчет гидравлического сопротивления системы отопления: потеря давления
Потеря давления на определенном участке системы, которую также называют термином «гидравлическое сопротивление», представляет собой сумму всех потерь на гидравлическое трение и в локал
Онлайн калькуляторы для расчета системы отопления
Расчет системы отопления – это очень важный этап, от которого во многом зависит последующий комфорт и удобство проживания в доме. Мы подготовили для вас десятки бесплатных онлайн-калькуляторов, которые облегчат расчеты, и все они собраны в рубрике «Система отопления»! Но для начала выясним, как вообще рассчитывается отопительная система?
Этап №1. Вначале рассчитываются теплопотери здания – эти сведения необходимы для того, чтобы определить мощность отопительного котла и каждого из радиаторов в частности. В этом вам поможет наш калькулятор теплопотерь! Что характерно, их следует рассчитывать для каждого помещения, в котором имеется наружная стена.
Этап №2. Далее нужно выбрать температурный режим. В среднем, для расчетов используется значение 75/65/20, что полностью соответствует требованиям EN 442. Если выберите именно этот режим, то уж точно не ошибетесь, ведь на него настроена большая часть всех импортных отопительных котлов.
Этап №3. После этого подбирается мощность радиаторов с учетом полученных теплопотерь в помещении. Также вам может пригодиться бесплатный калькулятор расчета количества секций радиатора отопления.
Этап №4. Для подбора подходящего циркуляционного насоса и труб нужного диаметра производится гидравлический расчет. Чтобы выполнить его, нужны специальные знания и соответствующие таблицы. Также можно воспользоваться калькулятором расчета производительности циркуляционного насоса.
Этап №6. В конце необходимо рассчитать объем системы отопления. Ведь именно от вместительности сети будет зависеть объем расширительного бака. Здесь вам поможет калькулятор расчета общего объема системы отопления.
На заметку! Эти, а также многие другие онлайн-калькуляторы можно найти в данной рубрике сайта. Воспользуйтесь ими, чтобы максимально облегчить рабочий процесс!
необходимые данные и последовательность расчета
Трубы — одни из самых распространенных, разнообразных и незаменимых изделий в современном мире. Их функции и области применения так многочисленны, что только их перечисление займет всю страницу. Трубы, для выполнения разнообразнейших задач, изготовляются из металла, стекла, пластика и керамики. Размеры могут быть от долей миллиметра и до гигантских труб для транспортировки газа и нефти.
Эта статья поможет сделать подбор диаметра трубы для отопления, ведь ошибки при выборе диаметра трубы могут значительно ухудшить гидродинамику контура отопления, уменьшить КПД системы отопления и привести к неоправданным затратам на покупку труб завышенного диаметра.
Основные характеристики труб:
• усредненный диаметр;
• диаметр трубы внешний;
• диаметр трубы внутренний;
• материал трубы.
Что нужно сделать перед расчетом и монтажом системы?
Для контуров систем большое значение имеет диаметр трубы для отопления, определяющий гидродинамическое сопротивление и пропускную способность контура. Еще до начала расчета нужно четко определить тип труб и материал. Нанесенная маркировка для труб отличается. Пластиковые трубы маркируются с указанием наружного диаметра, а чугунные и стальные по внутреннему диаметру. Учитывать это обстоятельство придется, если монтаж контура будет производиться комбинированным способом.
Перед началом монтажа нужно нарисовать эскиз будущей отопительной системы, подобрать диаметр труб для отопления в частном доме и приобрести нужные материалы.
Подобрать комплектующие — краны, тройники, переходники, воздушные клапаны и т. п. Расчет диаметра трубы требует аккуратности и внимания, а последовательность расчета изложена в данной статье.
Данные необходимые для расчета
Обычно расчет диаметра труб для отопления частного дома начинается с вычисления тепловой мощности — Q. Нужное количество теплоты определяется произведением объема помещения V в м3 на норму равную 40 Вт/м3. Q = V х 40 Вт/м3. Следующим шагом определяется тип отопительной системы: двухтрубная или однотрубная. Для частных домов лучше двухтрубная система, но для дальнейшего расчета выбор типа системы не критичен.
Гораздо большее значение имеет выбранный метод движения теплоносителя:
- естественный или конвекционный;
- принудительный метод с применением циркуляционного насоса.
Основное отличие между этими методами в том, что выбирается при монтаже уклон труб отопления при естественной циркуляции, где жидкость движется самотеком, а второй метод предполагает движение под действием насоса, что значительно увеличивает скорость теплообмена.
Скорость движения теплоносителя — важнейший показатель.
Он влияет на выбор диаметра труб для отопления дома. Расчетные величины для естественной циркуляции — от 0,3 м/с. Скорость движения жидкости зависит от напора. Напор при выборе «самотечного» варианта определяется высотой подъема расширительного бака открытого типа. Каждый метр подъема добавляет величину давления равную 0,1 атмосферы.
При использовании принудительной циркуляции выбирается величина скорости — 0,7 м/с. Рассчитывая скорость нужно идти на определенный компромисс, т. к. при большой скорости возникнет шум в системе и значительно увеличится гидравлическое сопротивление, а при слишком малой скорости увеличенные размеры труб для отопления приведут к дополнительным финансовым затратам. Поэтому чаще всего выбирается меньший диаметр труб для отопления по следующим соображениям:
- облегчается монтаж;
- цена труб меньшего диаметра ниже;
- при меньшем количестве теплоносителя увеличивается динамичность системы.
Последовательность расчета
Определены следующие исходные данные: эскиз системы отопления, определен тип отопительной системы, предварительно рассчитана величина Q для всех помещений. Как правило, расчет диаметра труб начинается для самого удаленного помещения.
Объемный расход теплоносителя вычисляется по формуле: G = 0.86 Q / 20 , в которой:
G – объемный расход воды, кг/ч;
Q – расчетное количество теплоты, Вт;
20 – разница температур в подаче и «обратке». Для расчетов равна 20 градусам.
По приведенной формуле определяется масса теплоносителя, но горячая вода имеет при 80 градусах плотность р = 971.6 кг/м3. Поэтому объемный расход Vo вычисляется формуле: Vo = G / р
Зная объем и скорость потока легко вычислить площадь поперечного сечения: S = Vo / (3600 х Vт), где:
S — площадь поперечного сечения;
Vo — расход (объемный) теплоносителя;
Vт — выбранная скорость движения воды.
И в завершение производится расчет диаметра по формуле:
D = корень квадратный из выражения — 4S /3,14.
После вычисления диаметра трубы для дальнего помещения, рассчитать какой диаметр трубы нужен для отопления следующего помещения, несложно. Но не следует забывать, что через это помещение нужно пропустить суммарное количество тепла для двух помещений и т. д. Принцип расчета понятен, но для тех, кому не приходилось заниматься расчетами, довольно громоздок.
Поэтому для облегчения расчетов разработаны таблицы, которые дают ответ и решают задачу — как рассчитать диаметр трубы для отопления. Подобную таблицу можно скачать в сети Интернет. Из таблиц четко видно — диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией требуется больший, т. к. скорость движения потока 0,3 м/с. Подбирать трубу нужно по ближайшему большему диаметру, учитывая несовпадение логики маркировки труб из различных материалов:
- стальные водо-газопроводные трубы — указан внутренний диаметр;
- стальные электросварные трубы — наружный диаметр;
- полиэтиленовые, металлопластиковые, трубы ПНД, полипропиленовые трубы — указан наружный диаметр трубы.
Применение труб из полипропилена
Если для контура отопления применить полипропиленовые трубы для отопления как выбрать диаметр согласно вышеприведенным формулам? Да точно так же. Но у полипропиленовых труб огромный срок службы, до 100 лет, поэтому отопительная система, правильно рассчитанная и аккуратно смонтированная, будет служить очень долго. На вопрос — как подобрать размеры труб для отопления, ответ можно найти по таблицам, которые можно скачать в сети Интернет.
Популярность полипропиленовых труб для создания систем отопления довольно высока, ведь они значительно дешевле металлических, экологичны и имеют неплохой внешний вид. Да и монтаж контуров систем при использовании таких труб значительно облегчается. Разработаны специальные аппараты для сваривания труб, различные переходники, фитинги, краны и другие необходимые комплектующие. Сам процесс монтажа похож на сборку системы из конструктора.
Оребренные трубы
Иногда можно встретить объявление — куплю оребрение трубы для отопления бу, дорого. Что же это такое? И почему в объявлении есть слово — дорого?
Оребренные трубы — это трубы изготовленные методом поперечно-винтовой прокатки.
На них наносятся ребра, которые увеличивают площадь поверхности отдающей тепло. Использование подобных труб позволяет сократить вес теплообменников, ведь тепло будет отдавать также труба (оребренная), по которой движется теплоноситель.
Оребренная труба, если сравнить ее с гладкой трубой, имеет площадь теплообмена в 2-3 раза большую. Широкому применению оребренных труб препятствует их высокая цена. Трубы изготовляются из алюминия, меди и латуни. Создание отопительной системы с применением оребренных труб потребует значительных финансовых затрат, поэтому их расчет в данной статье не рассматривается.