Отопление с естественной циркуляцией диаметр труб расчет
Teplotehnika33.ru

Отопление и водоснабжение

Отопление с естественной циркуляцией диаметр труб расчет

Как определить диаметр трубы для отопления с принудительной и естественной циркуляцией

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.

Трубы отопления с принудительной циркуляцией

  • Трубы Рехау (rehau) для теплого водяного пола
  • Трубы для отопления: классика или инновации, какие лучше

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.

Чтобы правильно высчитать диаметр трубы, нужно учесть ограничения, которые способствуют снижению КПД обогрева: общее сопротивление фитингов, изгибов, поворотов, а также скорость подачи воды. Для расчета используется формула:

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:

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:

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.

Читать еще:  Как измерить радиус изгиба?

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

Правильный расчет системы отопления с естественной циркуляцией

Экология потребления. Усадьба: истема отопления с естественной вентиляцией проще монтируется, дольше служит, работает устойчиво, а благодаря отсутствию насоса — бесшумна и независима от наличия электроэнергии.

Автономная система отопления дома может выполняется с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.При принудительном способе вода в трубах двигается под воздействием насоса, при естественном — циркуляция осуществляется благодаря разнице в весе между горячей и охлажденной водой.

Нагретая в котле вода расширяется, ее удельный вес уменьшается, теплоноситель поднимается по стояку вверх, далее двигается по горизонтальной трубе, проложенной с уклоном, попадает в стояк и проходит через радиаторы отопления, где охлаждается.

Охлажденная вода становится тяжелее и опускается вниз к котлу.

Система отопления с естественной вентиляцией проще монтируется, дольше служит, работает устойчиво, а благодаря отсутствию насоса — бесшумна и независима от наличия электроэнергии.

Недостатками данной системы являются:

  • ограничения в объеме отапливаемых помещений
  • замедленное включение в работу
  • необходимость прокладки труб большего диаметра, что повышает расход материалов
  • опасность замерзания труб в неотапливаемых помещениях из-за низкой скорости движения теплоносителя.

Однотрубные системы

Однотрубные системы отопления, в отличии от двухтрубных систем отопления с естественной циркуляцией проще и дешевле монтируются, требуют меньше труб, поэтому разводка не портит интерьер помещения.

Монтаж осуществляется по схеме с верхней разводкой (как правило, по чердаку). Далее вода по стояку последовательно поступает в радиаторы отопления верхних и нижних этажей.

В отопительные приборы нижних этажей поступает вода меньшей температуры.

Чтобы обеспечить равномерное отопление помещений, на верхних этажах параллельно батареям отопления устанавливаются байпасы — отрезки труб с регулирующей арматурой, а на нижних — радиаторы с большим количеством секций.

Традиционно вентили устанавливаются как на байпасе, так и на входе в радиатор. Сейчас используют трехходовые краны, устанавливаемые в точке соединения подводящей трубы с перемычкой.

Применение современных контроллеров позволяет автоматизировать процесс управления краном.

К монтажу однотрубных систем отопления с естественной циркуляцией предъявляются повышенные требования, так как несоблюдение правил может привести к уменьшению скорости движения теплоносителя или отсутствию его циркуляции.

Необходимо прокладывать трубы, строго выдерживая угол наклона, выполнять разводку с минимумом поворотов, создающих сопротивление потоку теплоносителя, использовать трубы проектного сечения.

Расчет системы

Расчет системы водяного отопления с естественной циркуляцией достаточно сложен и включает:

  • определение мощности котла
  • приборов отопления
  • выбор диаметра труб

Полный расчет мощности котла основан на подсчете потерь тепла через крышу, полы, стены и проемы здания в зависимости от их площади, материала изготовления и разницы температур в доме и на улице.

Упрощенный расчет можно выполнить по формуле:

  • Wк — мощность котла (кВт)
  • Wуд — удельная мощность на 10 кв. метров дома (кВт)
  • S — общая площадь дома (кв. м.).

Удельная мощность зависит от климатической зоны и составляет:

  • для подмосковья 1,2 — 1,5 кВт
  • для северных районов — 1,5 — 2 кВт
  • для южных — 0,7 — 0,9 кВт.

Система отопления заполняется водой исходя из соотношения: не менее 15 литров на киловатт мощности котла.

Мощность радиаторов можно определить по той же формуле, подставив в нее величины площадей отапливаемых комнат или исходя из объема помещений — на отопление одного кубометра комнаты требуется около 40 ватт мощности.

Мощность радиаторов, расположенных на первом этаже увеличивают на 15 — 20%.

Расчет диаметра труб производится следующим образом:

  1. На основании перепадов высот и длин труб, разницы температур теплоносителя на входе и выходе котла определяется циркуляционное давление.
  2. Затем вычисляют потери давления на линейных участках трубопровода, поворотах и в отопительных приборах для определенного диаметра труб.
  3. Если потери превышают величину циркуляционного давления, выбирают трубы большего диаметра и повторяют расчет.

Методика расчета описана в многостраничных методических указаниях и вряд ли по силам человеку без специального образования, но выход есть.

Программы расчета систем отопления можно найти в интернете. Введя в программу свои исходные данные можно получить вполне приемлемые результаты. Это относится как к расчету мощности, так и к определению диаметров труб.

От правильности выбора схемы отопления, мощности котла и радиаторов, диаметра труб во многом зависит эффективность работы всей системы.

Лучше потратить время на расчеты или поручить их специалистам, чем жить в холодном доме или тратить силы и деньги на устранение допущенных ошибок. опубликовано econet.ru

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Самотечная система отопления с естественной циркуляцией – расчеты, уклоны, виды

Система с гравитационной циркуляцией чувствительна к ошибкам, допущенным во время монтажа отопления.

Принцип работы системы с естественной циркуляцией

  • Простой монтаж и обслуживание.
  • Отсутствие необходимости в установке дополнительного оборудования.
  • Энергонезависимость – во время работы не требуются дополнительные расходы на электроэнергию. При отключении электричества, система обогрева продолжает работать.

Принцип работы водяного отопления, с использованием самотечной циркуляции, основан на физических законах. При нагревании уменьшается плотность и вес жидкости, а при остывании жидкостной среды, параметры возвращаются в первоначальное состояние.

При этом, давление в системе отопления практически отсутствует. В теплотехнических формулах принимается соотношение 1 атм., на каждые 10 м. напора водяного столба. Расчет системы отопления 2-х этажного дома покажет, что гидростатическое давление не превышает 1 атм., в одноэтажных зданиях 0,5-0,7 атм.

Так как при нагреве жидкость увеличивается в объеме, для естественной циркуляции, обязательно потребуется расширительный бак. Вода, проходящая через водяной контур котла, нагревается, что приводит к увеличению в объеме. Расширительный бачек должен находиться на подаче теплоносителя, в самом верху системы отопления. Задачей буферной емкости является компенсация увеличения объема жидкости.

Система отопления с самоциркуляцией может применяться в частных домах, делая возможным следующие подключения:

  • Подсоединение к теплым полам – требует установить циркуляционный насос, только на водяной контур, уложенный в пол. Остальная система продолжит работать с естественной циркуляцией. После отключения электричества, помещение продолжит отапливаться с помощью установленных радиаторов.
  • Работа с бойлером косвенного нагрева воды – подключение к системе с естественной циркуляцией возможно, без необходимости в подключении насосного оборудования. Для этого бойлер устанавливают в верхней точке системы, чуть ниже воздушного расширительного бака закрытого или открытого типа. Если это невозможно, тогда насос устанавливают непосредственно на накопительную емкость, дополнительно устанавливая обратный клапан, чтобы избежать рециркуляции теплоносителя.

Виды систем отопления с гравитационной циркуляцией

Несмотря на простое устройство системы водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя, существует как минимум четыре, пользующихся популярностью, схемы монтажа. Выбор типа разводки зависит от характеристик самого здания и ожидаемой производительности.

Чтобы определить, какая схема будет работоспособной, в каждом отдельном случае требуется выполнить гидравлический расчет системы, учесть характеристики отопительного агрегата, рассчитать диаметр трубы и т.п. При выполнении вычислений может потребоваться помощь профессионала.

Закрытая система с самотечной циркуляцией

В остальном, системы закрытого типа, работают, как и остальные схемы отопления с естественной циркуляцией. В качестве минусов можно выделить зависимость от объема расширительного бака. Для помещений с большой отапливаемой площадью, потребуется установить вместительную емкость, что не всегда целесообразно.

Открытая система с самотечной циркуляцией

Система отопления открытого типа отличается от предыдущего типа только конструкцией расширительного бака. Данная схема чаще всего использовалась в старых зданиях. Преимуществами открытой системы является возможность самостоятельного изготовления емкости из подручных материалов. Бачок, обычно имеет скромные габариты и устанавливается на кровле или под потолком жилой комнаты.

Главным недостатком открытых конструкций является попадание воздуха в трубы и радиаторы отопления, что приводит к усилению коррозии и быстрому выходу из строя греющих элементов. Завоздушивание системы также частый «гость» в схемах открытого типа. Поэтому, радиаторы устанавливаются под углом, обязательно предусматриваются краны Маевского, для стравливания воздуха.

Однотрубная система с самоциркуляцией

Однотрубная горизонтальная система с естественной циркуляцией имеет низкую теплоэффективность, поэтому используется крайне редко. Суть схемы такова, что подающая труба последовательно подключена к радиаторам.

Нагретый теплоноситель поступает в верхний патрубок батареи и выводится через нижний отвод. После этого тепло поступает к следующему узлу отопления и так до последней точки. От крайней батареи к котлу возвращается обратка.

Преимуществ у данного решения несколько:

  1. Отсутствует парный трубопровод под потолком и над уровнем пола.
  2. Экономятся средства на монтаж системы.

Недостатки такого решения очевидны. Теплоотдача радиаторов отопления и интенсивность их нагрева снижается по мере отдаленности от котла. Как показывает практика, однотрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией, даже при соблюдении всех уклонов и подбора правильного диаметра труб, зачастую переделывается (посредством монтажа насосного оборудования).

Двухтрубная система с самоциркуляцией

Как правильно сделать водяное отопление с естественной циркуляцией

Какой уклон труб нужен при самотечной циркуляции

Нормы проектирования внутридомовой системы отопления с гравитационной циркуляцией, подробно прописаны в строительных нормах. В требованиях учитывается, что движению жидкости внутри водяного контура будет мешать гидравлическое сопротивление, препятствия в виде углов и поворотов, и т.д.

Уклон отопительных труб регламентируется в СНиП. Согласно указанным в документе нормам, на каждый погонный метр требуется сделать наклон в 10 мм. Соблюдение данного условия гарантирует беспрепятственное движение жидкости в водяном контуре.

Нарушение наклона при прокладке труб, приводит к завоздушиванию системы, недостаточному прогреву отдаленных от котла радиаторов, и, как следствие, снижению теплоэффективности.

Какие трубы применяют для монтажа

Выбор труб для изготовления отопительного контура имеет важное значение. Каждый материал имеет свои теплотехнические характеристики, гидравлическую сопротивляемость и т.д. При самостоятельном выполнении монтажных работ, дополнительно учитывают сложность монтажа.

Чаще всего используют следующие строительные материалы:

  • Стальные трубы – к достоинствам материала следует отнести: доступную стоимость, устойчивость к высокому давлению, теплопроводность и прочность. Недостатком стали является сложный монтаж, невозможный, без применения сварочного оборудования.
  • Металлопластиковые трубы – имеют гладкую внутреннюю поверхность, не дающую контуру засориться, небольшой вес и линейное расширение, отсутствие коррозии. Популярность металлопластиковых труб несколько ограничивает небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая стоимость материала.
  • Полипропиленовые трубы – получили широкое применение благодаря простоте монтажа, высокой герметичности и прочности, длительному сроку эксплуатации и устойчивости к размерзанию. Трубы из полипропилена монтируются с помощью паяльника. Срок службы не менее 25 лет.
  • Медные трубы – не получили широкого распространения за счет большой стоимости. Медь имеет максимальную теплоотдачу. Выдерживает нагрев до + 500°С, срок эксплуатации свыше 100 лет. Особенной похвалы достоин внешний вид трубы. Под воздействием температуры, поверхность меди покрывается патиной, что только улучшает внешние характеристики материала.

Какого диаметра должны быть трубы при циркуляции без насоса

Правильный расчет диаметров труб на водяное отопление с естественной циркуляцией осуществляется в несколько этапов:

  • Подсчитывается потребность помещения в тепловой энергии. К полученному результату добавляют около 20%.
  • СНиП указывает соотношение тепловой мощности к внутреннему сечению трубы. Высчитываем по приведенным формулам сечение трубопровода. Чтобы не выполнять сложные вычисления, стоит воспользоваться он-лайн калькулятором.
  • Диаметр труб системы с естественной циркуляцией должен быть подобран согласно теплотехническим расчетам. Чрезмерно широкий трубопровод приводит к снижению теплоотдачи и увеличению расходов на отопление. На ширину сечения влияет тип используемого материала. Так, стальные трубы не должны быть уже 50 мм. в диаметре.
Читать еще:  Как сделать септик если близко грунтовые воды?

Существует еще одно правило, помогающее усилить циркуляцию. После каждого разветвления трубы, диаметр сужают на один размер. На практике это значит следующее. К котлу подключена двухдюймовая труба. После первого разветвления контур сужают до 1 ¾, дальше до 1 ½ и т.д. Обратку наоборот собирают с расширением.

Какой розлив лучше сделать – нижний или верхний

    Система с нижним розливом – имеет привлекательный внешний вид. Трубы располагаются на уровне пола. Однотрубная система с нижней разводкой имеет малую теплоэффективность и требует тщательного планирования и проведения расчетов. Схемы с нижним розливом наиболее востребованы для трубопроводов высокого давления.

Система с верхним розливом – данное решение оптимально подходит для частного дома. Подача горячей воды осуществляется посредством трубы, расположенной под потолком. Поступающий сверху теплоноситель, вытесняет скопившийся воздух (воздух стравливается через краны Маевского). Однотрубная система водяного отопления с верхним розливом, также отличается эффективностью.

Какой теплоноситель лучше для систем с самоциркуляцией

Оптимальный теплоноситель для системы отопления с естественным движением жидкости – это вода. Дело в том, что антифриз имеет большую плотность и меньшую теплоотдачу. Для нагрева гликолевых составов до необходимого состояния, требуется больше времени, сжигаемого топлива, при этом теплоотдача остается на уровне воды.

За использование незамерзающей жидкости, в качестве довода можно привести два довода:

  1. Высокая текучесть материала, улучшающая циркуляцию.
  2. Способность сохранять текучесть при достижении -10°С, -15°С.

Антифриз используют, если планируется в течение долгого времени не отапливать помещение, или делать это с периодичностью, а постоянно сливать жидкость из системы нет возможности.

Какое отопление лучше выбрать – естественное или принудительное?

Конструктивные особенности системы с естественной гравитационной циркуляцией, простота монтажа и возможность самостоятельного выполнения работ, сделали такую схему достаточно популярной у отечественного потребителя.

Но самоциркулирующая конструкция проигрывает по сравнению с контуром, подключенным к насосному оборудованию, в следующих аспектах:

  • Начало работы – система отопления с естественной циркуляцией начинает работать при температуре теплоносителя около 50°С. Это необходимо, чтобы вода расширилась в объеме. При подключении к насосу, жидкость двигается по водяному контуру сразу после включения.
  • Падение мощности отопительных приборов при естественной циркуляции теплоносителя по мере отдаленности от котла. Даже при грамотно собранной схеме, разница температуры составляет порядка 5°С.
  • Влияние воздуха – основной причиной отсутствия циркуляции является завоздушивание части водяного контура. Воздух в системе отопления может образовываться из-за несоблюдения уклонов, использования открытого расширительного бачка и других причин. Чтобы продавить систему, приходится включать котел на максимальную мощность, что приводит к существенным затратам.
  • Отопление двухэтажного дома при естественной циркуляции теплоносителя затруднено по причине существующих препятствий для движения жидкости.
  • Относительно регуляции нагрева, самоциркулирующие системы также уступают контурам, подключенным к насосам. Современное циркуляционное оборудование подключается к комнатным термостатам, что обеспечивает точность теплоотдачи и нагрев температуры в помещении с погрешностью до 1°С. Установка терморегуляторов допускается и в схемах с самоциркуляцией, но погрешность настроек составит 3-5°С.

Выбрать систему с естественной циркуляцией, оправдано, в случае отопления небольших одноэтажных зданий. Если требуется отапливать коттеджи и загородные дома площадью более 150-200 м², нужна установка циркуляционного оборудования.

Главным достоинством схем с самоциркуляцией является их энергонезависимость, но произведя несложные расчеты, можно прийти к выводу, что экономия на электроэнергии не оправдывает потери тепла в процессе самостоятельного движения теплоносителя. Схемы с принудительной циркуляцией имеют большую теплоотдачу и эффективность.

Как выбрать диаметр труб для отопления

В статье рассмотрим системы с принудительной циркуляцией. В них движение теплоносителя обеспечивается постоянно работающим циркуляционным насосом. При выборе диаметра труб для отопления исходят из того, что основная их задача — обеспечить доставку требуемого количества тепла к нагревательным приборам — радиаторам или регистрам. Для расчета нужны будут следующие данные:

  • Общие теплопотери дома или квартиры.
  • Мощность отопительных приборов (радиаторов) в каждой комнате.
  • Протяженность трубопровода.
  • Способ разводки системы (однотрубная, двухтрубная, с принудительной или естественной циркуляцией).

То есть, перед тем как приступать к расчету диаметров труб, вы предварительно считаете общие потери тепла, определяете мощность котла и рассчитываете мощность радиаторов для каждой комнаты. Нужно будет также определиться со способом разводки. По этим данным составляете схему и затем только приступаете к расчету.

Чтобы определить диаметр труб для отопления вам понадобится схема с расставленными значениями тепловой нагрузки на каждом элементе

На что еще нужно обратить внимание. На то, что маркируются у полипропиленовых и медных труб наружный диаметр, а внутренний вычисляется (отнимаете толщину стенки). У стальных и металлопластиковых при маркировке проставляется внутренний размер. Так что не забывайте эту «мелочь».

Как выбрать диаметр трубы отопления

Точно рассчитать, какого сечения трубы вам нужны, не получится. Придется выбирать из нескольких вариантов. А все потому, что добиться одинакового эффекта можно разными способами.

Поясним. Нам важно доставить к радиаторам нужное количество тепла и добиться при этом равномерного нагрева радиаторов. В системах с принудительной циркуляцией делаем мы это при помощи труб, теплоносителя и насоса. В принципе все, что нам нужно, — это за определенный промежуток времени «прогнать» определенное количество теплоносителя. Тут есть два варианта: поставить трубы меньшего диаметра и подавать теплоноситель с большей скоростью, или сделать систему большего сечения, но с меньшей интенсивностью движения. Обычно выбирают первый вариант. И вот почему:

  • стоимость изделий меньшего диаметра ниже;
  • с ними работать легче;
  • при открытой прокладке они не так привлекают внимания, а при укладке в пол или стены требуется меньшие по размерам штробы;
  • при небольшом диаметре в системе находится меньше теплоносителя, что снижает ее инерционность и ведет к экономии топлива.

Расчет диаметра медных труб отопления в зависимости от мощности радиаторов

Так как есть определенный набор диаметров и определенное количество тепла, которое по ним нужно доставить, каждый раз считать одно и то же — неразумно. Потому были разработаны специальные таблицы, по которым в зависимости от требуемого количества тепла, скорости движения теплоносителя и температурных показателей работы системы, определяется возможный размер. То есть для определения сечения труб в системе отопления находите нужную таблицу и по ней подбираете подходящее сечение.

Расчет диаметра труб для отопления производился по такой формуле (при желании можете посчитать). Затем рассчитанные значения записывались в таблицу.

Формула расчета диаметра трубы отопления

D — искомый диаметр трубопровода, мм
∆t° — дельта температур (разница подачи и обратки), °С
Q — нагрузка на данный участок системы, кВт — определенное нами количество тепла, необходимое на обогрев помещения
V — скорость теплоносителя, м/с — выбирается из определенного диапазона.

В системах индивидуального отопления скорость движения теплоносителя может быть от 0,2 м/с до 1,5 м/с. По опыту эксплуатации известно, что оптимальная скорость находится в пределах 0,3 м/с — 0,7 м/с. Если теплоноситель движется медленнее, возникают воздушные пробки, если быстрее — сильно возрастает уровень шумов. Оптимальный диапазон скоростей и выбирают в таблице. Таблицы разработаны для разных видов труб: металлических, полипропиленовых, металлопластиковых, медных. Рассчитаны значения для стандартных режимов работы: с высокими и средними температурами. Чтобы процесс подбора был более понятен, разберем конкретные примеры.

Расчет для двухтрубной системы

Имеется двухэтажный дом с двухтрубной системой отопления по два крыла на каждом этаже. Использоваться будут полипропиленовые изделия, режим работы 80/60 с дельтой температур 20 °C . Теплопотери дома составляют 38 кВт тепловой энергии. На первый этаж приходится 20 кВт, на второй 18 кВт. Схема приведена ниже.

Двухтрубная схема отопления двухэтажного дома. Правое крыло (кликните для увеличения размера)

Двухтрубная схема отопления двухэтажного дома. Левое крыло (кликните для увеличения размера)

Справа размещена таблица, по которой определять будем диаметр. Розоватая область — зона оптимальной скорости движения теплоносителя.

Таблица для расчета диаметра полипропиленовых труб отопления. Режим работы 80/60 с дельтой температур 20оС (кликните для увеличения размера)

  1. Определяем, какую трубу нужно использовать на участке от котла до первого разветвления. Через этот участок проходит весь теплоноситель, потому проходит весь объем тепла в 38 кВт. В таблице находим соответствующую строку, по ней доходим до тонированной розовым цветом зоны и поднимаемся вверх. Видим, что подходят два диаметра: 40 мм, 50 мм. Выбираем по понятным соображениям меньший — 40 мм.
  2. Снова обратимся к схеме. Там где поток разделяется 20 кВт идет на 1-й этаж, 18 кВт отправляется на 2-ой этаж. В таблице находим соответствующие строки, определяем сечение труб. Получается, что обе ветки разводим диаметром 32 мм.
  3. Каждый из контуров разделяется на две ветки с равной нагрузкой. На первом этаже вправо и влево идет по 10 кВт (20 кВт/2=10 кВт), на втором по 9 кВт (18 кВт/2)=9 кВт). По таблице находим соответствующие значения для этих участков: 25 мм. Этот размер используется и далее до того момента, пока тепловая нагрузка не снизится до 5 кВт (по таблице видно). Далее идет уже сечение 20 мм. На первом этаже на 20 мм переходим после второго радиатора (смотрите по нагрузке), на втором — после третьего. В этом пункте есть одна поправка, внесенная накопленным опытом — лучше переходить на 20 мм при нагрузке 3 кВт.

Все. Диаметры полипропиленовых труб для двухтрубной системы рассчитаны. Для обратки сечение не рассчитывается, а разводка делаются такими же трубами, как и подача. Методика, надеемся, понятна. Аналогичный расчет при наличии всех исходных данных провести будет несложно. Если решите использовать другие трубы — вам понадобятся другие таблицы, рассчитанные для нужного вам материала. Можете попрактиковаться на этой системе, но уже для режима средних температур 75/60 и дельтой 15 °C (таблица расположена ниже).

Таблица для расчета диаметра полипропиленовых труб отопления. Режим работы 75/60 и дельта 15 °C (кликните для увеличения размера)

Определение диаметра труб для однотрубной системы с принудительной циркуляцией

Принцип остается тем же, меняется методика. Давайте используем другую таблицу для определения диаметра труб с иным принципом занесения данных. В ней оптимальная зона скоростей движения теплоносителя окрашена в голубой цвет, значения мощностей находятся не в колонке сбоку, а внесены в поле. Потому сам процесс немного другой.

Таблица для расчета диаметра труб отопления

По этой таблице рассчитаем внутренний диаметр труб для простой однотрубной схемы отопления на один этаж и шесть радиаторов, подключенных последовательно. Начинаем расчет:

  1. На вход системы от котла подается 15 кВт. Находим в зоне оптимальных скоростей (голубой) значения близкие к 15 кВт. Их два: в строке размером 25 мм и 20 мм. По понятным причинам, выбираем 20 мм.
  2. На первом радиаторе тепловая нагрузка снижается до 12 кВт. Находим это значение в таблице. Получается, что от него идет дальше такого же размера — 20 мм.
  3. На третьем радиаторе нагрузка уже 10,5 кВт. Определяем сечение — все те же 20 мм.
  4. На четвертый радиатор, судя по таблице, идет уже 15 мм: 10,5 кВт-2 кВт=8,5 кВт.
  5. На пятый идет еще 15мм, а после него уже можно ставить 12 мм.

Схема однотрубной системы на шесть радиаторов

Еще раз обратите внимание, что в расположенной выше таблице определяются внутренние диаметры. По ним затем можно найти маркировку труб из нужного материала.

Кажется, проблем с тем, как рассчитать диаметр трубы отопления, быть не должно. Все достаточно понятно. Но это справедливо для полипропиленовых и металлопластиковых изделий — у них теплопроводность невысокая и потери через стенки незначительные, потому при расчете их во внимание не берут. Другое дело — металлы — сталь, нержавейка и алюминий. Если протяженность трубопровода значительная, то и потери через их поверхность будут значительными.

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)

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.

Подбор диаметра трубы для отопления

Этот метод основан не на расчетах, а на закономерности, которая прослеживается при анализе достаточно большого количества систем отопления. Это правило выведено монтажниками и используется ими на небольших системах для частных домов и квартир.

Диаметр труб можно просто подобрать следуя определенному правилу (кликните для увеличения размера)

Из большинства котлов отопления выходят патрубки подачи и обратки двух размеров: ¾ и ½ дюйма. Вот такой трубой и делается разводка до первого разветвления, а дальше на каждом разветвлении размер уменьшается на один шаг. Таким способом можно определить диаметр труб отопления в квартире. Системы обычно небольшие — от трех до восьми радиаторов в системе, максимум — две-три ветки по одному-два радиатора на каждой. Для такой системы предложенный способ — отличный выбор. Практически также дело обстоит и для небольших частных домов. А вот если имеется уже два этажа и более разветвленная система, то приходится уже считать и работать с таблицами.

Итоги

При не очень сложной и разветвленной системе диаметр труб системы отопления можно рассчитать самостоятельно. Для этого нужно иметь данные о теплопотерях помещения и мощности каждого радиатора. Затем, используя таблицу, можно определить сечение трубы, которая справится с подачей требуемого количества тепла. Рассечет сложных многоэлементных схем лучше доверить профессионалу. В крайнем случае рассчитать самостоятельно, но постараться, как минимум, получить консультацию.

Диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией

Важным пунктом расчета системы отопления является выбор диаметра труб. Учитывается ряд факторов, зависящих от типа подключения отопительных элементов, необходимой мощности системы, параметров котла и т.п. Начинать рассчитывать диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией необходимо с выбора конкретного способа подключения системы и ее основных параметров. В ходе расчетов уже можно будет делать выводы о целесообразности применения того или иного диаметра или же корректировать параметры системы, исходя из экономических, технологических или даже эстетических соображений.

Что учитывается при расчете

Основные критерии, которые важно учесть:

  • объем теплоносителя, достаточного для заполнения системы;
  • длина отопительного контура;
  • номинальная скорость потока теплоносителя;
  • требуемая продуктивность, кВт;
  • циркуляционное давление;
  • сопротивление труб и фитинга в отопительном контуре.

Для каждого параметра имеется диапазон приемлемых значений. Расчет при этом должен дать размер трубы системы отопления, удовлетворяющий всем требованиям и обеспечивающий оптимальные параметры.

Расчеты касаются внутреннего диаметра. Уже после получения нужного размера выбирается подходящий номинал, имеющийся в продаже, далее подбирается материал. От этого зависит толщина стенок, внешний диаметр и внешний вид.

Параметры отопления, используемые для расчета диаметра труб

  • объем контура отопления;
  • скорость движения теплоносителя;
  • теплоемкость;
  • перепад давления горячего и остывшего теплоносителя;
  • высота контура.

Объем жидкости в системе с естественной циркуляцией, сам по себе, не играет ключевой роли. Чем больше теплоносителя, тем больше тратится топлива для нагрева, однако за счет увеличенного объема повышается давление циркуляции, что способствует росту КПД отопления.

Диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией выбирается по возможности большим. Особенно, когда нет возможности повысить общую высоту контура.

Нужно распределять трубы и радиаторы таким образом, чтобы сократить путь от котла к радиатору. Слишком длинные линии на подаче, хоть и обеспечат больший напор в системе, однако снизят эффективность обогрева в дальних ее точках. При этом влияние оказывает только высота участка.

Скорость жидкости ограничивается в пределах 0,4-0,6 м/с, что позволит снизить до минимума сопротивление в трубах. Желательно поддерживать переходной тип движения воды в трубах между ламинарным (равномерным) и турбулентным (с завихрениями).

Требуемая мощность рассчитывается по формуле:

где V – объем помещения в метрах кубических, dt – перепад температуры на улице и в помещении, k – коэффициент теплопотерь для ограждающих конструкций помещения. Это приближенная формула расчета.

При естественной циркуляции важен напор циркуляции. Жидкость движется исключительно под действием сил гравитации. Горячий теплоноситель поступает в трубы, расположенные выше котла, например под потолком или на чердаке. В радиаторах тепло переходит к внутреннему воздуху помещения. Холодная вода имеет большую плотность и тяжелее горячей, потому она опускается, создавая естественный поток, стекая в котел, где вновь нагревается, образуя неразрывный цикл

Основная формула напора естественной циркуляции:

где h – высота в метрах, g – ускорение свободного падения, ρпт и ρот – плотность воды в среднем значении в подающем трубопроводе и обратном.

Основной параметр, влияющий на эффективность отопления – это высота уровня воды в системе, разница между уровнями подвода и отвода воды от радиатора. Именно она задает необходимый циркуляционный напор под действием сил тяжести. Для двухтрубного горизонтального подключения высота считается между средней линией радиатора и средней линией котла, потому логично, что котел должен располагаться значительно ниже. Для одноэтажного дома это означает расположение котла в подвальном помещении.

Высота при вертикальном распределении обозначает разницу уровней подводящей линии и обратной, при условии, что котел находится именно на уровне отводящей линии или немного ниже. Однако часто технически невозможно распределить котел и радиаторы на достаточной разнице высот, потому следует уменьшать сопротивление контура, в том числе увеличивать диаметр труб.

Иногда достаточно установить разгонный коллектор, «Л»-образный участок труб,ы дополнительно повышающий высоту контура отопления. Формировать его следует непосредственно от котла вверх и от верхней точки по пологому пути к первому радиатору в контуре.

Расчет сопротивления подбор оптимального диаметра трубы

Имея на руках все вышеперечисленные данные, начинается подбор сечения, часто не за один подход. Выполнив разметку прокладки в соответствии со схемой подключения, берется условный размер в сечении, например в 1 дюйм. После этого рассчитывается сопротивление системы и сравнивается с напором, создаваемым гравитацией при номинальном значении нагрева теплоносителя и температуры остывшей обратки.

  • Если напора не хватает, то увеличивается сечение, и расчеты повторяются.
  • Если скорость движения воды слишком низкая или объем теплоносителя слишком большой, то уменьшается сечение, и расчет повторяется заново.

Сопротивление трубопровода легче выразить как потерю напора в метрах водяного столба. Используется простая формула:

где H – условная высота равная сопротивлению контура, λ – коэффициент шероховатости, Lк – длина контура, Dт – внутренний диаметр канала, V – скорость движения жидкости, g – ускорение свободного падения.

В формуле присутствует все ключевые параметры, такие как скорость течения, диаметры труб в системе отопления и их протяженность. Сложность возникает с коэффициентом λ (гидравлического трения), который легче всего узнать из справочных данных для того типа труб, который выбран в качестве основного при проектировании. В противном случае потребуется объемный и сложный путь расчета с применением Числа Рейнольдса, формул Блазиуса и Конакова, Альтшуля и Никурадзе.

Задача состоит в том, чтобы при естественной циркуляции сопротивление контура было меньше или равно напору, создаваемому разницей уровней.

Чтобы определиться, какой размер трубы выбрать для отопления с естественной циркуляцией, надо взять самый длинный контур от котла до дальнего радиатора и сравнивать расчетную потерю напора при условии, что и напор получается наименьший. Имеется в виду, что при распределении маршрутов в отоплении с естественной циркуляцией все подводящие линии располагаются с небольшим обязательным уклоном от места ближайшего к котлу и к дальнему подводу последнего радиатора. Составляет уклон примерно 1 см на каждый метр или не менее 0,5%.

Получив результаты

В ходе расчетов определяется оптимальный размер трубы. Однако следует учитывать, что окончательное проектирование должно выполняться профессионалам и с применением значительно более сложных формул и схем. Учитываются и количество колен, способ подключения, оптимизация по затратам, экономической целесообразности и даже эстетического вида. При выборе диаметра учитывается разделение труб на основные и подводящие, наличие запорной арматуры и регулирующих приборов, с помощью которых настраивается обогрев в отдельных комнатах.

Удалось ли Вам самостоятельно выполнить подбор диаметра трубы для отопления? Как вариант, можно попробовать пересчитать параметры своего существующего отопления и определить его эффективность. Возможно, стоит пересмотреть некоторые моменты для достижения лучших показателей, особенно в экономии. Свои результаты, а также мнение о данной инструкции оставляйте в комментариях под статьей.

Частая ошибка старых систем отопления с естественной циркуляцией связана с разводкой труб. Колена формировались слишком угловатым и с заужением сечения, что приводит к существенному повышению гидродинамического сопротивления. Для снижения сопротивления необходимо соблюсти правильный радиус разворота (для стальных труб это 2-2,5D) и использовать трубогиб для сохранения профиля труб.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector