Расчет двухтрубных систем
Речь пойдет о двухэтажном доме с двухтрубной системой отопления по два крыла на каждом этаже. Для обустройства системы применяются полипропиленовые трубы. Режим работы – 80/60, дельта температур – 20 градусов. Уровень теплопотерь – 38 кВт тепловой энергии (первый этаж – 20 кВт, второй – 18 кВт).
- Для начала нужно определиться с тем, какой трубой оформить участок между котлом и первым разветвлением. Здесь транспортируется весь объем теплоносителя, передающий тепло в 38 кВт. Справочные данные указывают на два подходящих параметра – 40 и 50 мм. Выгоднее остановиться на меньшем диаметре 40 мм.
- В месте разделения потока 20 кВт направляется на первый этаж, а 18 кВт – на второй. Согласно справочнику проводится определение сечения. В этом случае для каждого направления оптимальным диаметром является 32 мм.
- В свою очередь, каждый контур включает в себя по две линии с равноценной нагрузкой. На первом этаже в обе стороны расходится по 10 кВт (20 кВт/2=10 кВт), на втором – по 9 кВт (18 кВт/2) = 9 кВт). Подходящими значениями для этих веток будет 25 мм. Данный параметр разумнее использовать до момента снижения нагрузки до 5 кВт. После этого переходят на диаметр 20 мм. Первый этаж переводится на 20 мм сразу за вторым радиатором. Второй этаж обычно переходит после третьего прибора. Как показывает практика, этот переход лучше всего осуществлять при нагрузке 3 кВт.
Таким образом проводится расчет диаметра полипропиленовых труб для двухтрубной системы. Определять размеры обратной трубы нет смысла: они берутся такие же, как и для подачи. Эта процедура несложная: главное – иметь всех исходные данные. Если для организации системы предполагается применение труб другого типа, использовать нужно данные под конкретный материал изготовления. Расчет диаметра труб отопление с естественной циркуляцией несколько отличается.
Последовательность выполнения гидравлического расчета
1. Выбирается главное циркуляционное кольцо системы отопления (наиболее невыгодно расположенное в гидравлическом отношении). В тупиковых двухтрубных системах это кольцо, проходящее через нижний прибор самого удаленного и нагруженного стояка, в однотрубных – через наиболее удаленный и нагруженный стояк.
Например, в двухтрубной системе отопления с верхней разводкой главное циркуляционное кольцо пройдет от теплового пункта через главный стояк, подающую магистраль, через самый удаленный стояк, отопительный прибор нижнего этажа, обратную магистраль до теплового пункта.
В системах с попутным движением воды в качестве главного принимается кольцо, проходящее через средний наиболее нагруженный стояк.
2. Главное циркуляционное кольцо разбивается на участки (участок характеризуется постоянным расходом воды и одинаковым диаметром). На схеме проставляются номера участков, их длины и тепловые нагрузки. Тепловая нагрузка магистральных участков определяется суммированием тепловых нагрузок, обслуживаемых этими участками. Для выбора диаметра труб используются две величины:
а) заданный расход воды;
б) ориентировочные удельные потери давления на трение в расчетном циркуляционном кольце Rср.
Для расчета Rcp необходимо знать длину главного циркуляционного кольца и расчетное циркуляционное давление.
3. Определяется расчетное циркуляционное давление по формуле
, (5.1)
где– давление, создаваемое насосом, Па. Практика проектирования системы отопления показала, что наиболее целесообразно принять давление насоса, равное
, (5.2)
где
– сумма длин участков главного циркуляционного кольца;
– естественное давление, возникающее при охлаждении воды в приборах, Па, можно определить как
, (5.3)
где– расстояние от центра насоса (элеватора) до центра прибора нижнего этажа, м.
Значение коэффициента можно определить из табл.5.1.
Таблица 5.1 – Значение в зависимости от расчетной температуры воды в системе отопления
(),C | , кг/(м3К) |
85-65 | 0,6 |
95-70 | 0,64 |
105-70 | 0,66 |
115-70 | 0,68 |
– естественное давление, возникающее в результате охлаждения воды в трубопроводах .
В насосных системах с нижней разводкой величинойможно пренебречь.
Определяются удельные потери давления на трение
, (5.4)
где к=0,65 определяет долю потерь давления на трение.
5. Расход воды на участке определяется по формуле
(5.5)
гдеQ – тепловая нагрузка на участке, Вт:
(tг – tо) – разность температур теплоносителя.
6. По величинамиподбираются стандартные размеры труб .
6. Для выбранных диаметров трубопроводов и расчетных расходов воды определяется скорость движения теплоносителя v и устанавливаются фактические удельные потери давления на трение Rф.
При подборе диаметров на участках с малыми расходами теплоносителя могут быть большие расхождения междуи. Заниженные потерина этих участках компенсируются завышением величинна других участках.
7. Определяются потери давления на трение на расчетном участке, Па:
. (5.6)
Результаты расчета заносят в табл.5.2.
8. Определяются потери давления в местных сопротивлениях, используя или формулу:
, (5.7)
где– сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке .
Значение ξ на каждом участке сводят в табл. 5.3.
Таблица 5.3 – Коэффициенты местных сопротивлений
№ п/п | Наименования участков и местных сопротивлений | Значения коэффициентов местных сопротивлений | Примечания |
9. Определяют суммарные потери давления на каждом участке
. (5.8)
10. Определяют суммарные потери давления на трение и в местных сопротивлениях в главном циркуляционном кольце
. (5.9)
11. Сравнивают Δр с Δрр. Суммарные потери давления по кольцу должны быть меньше величины Δрр на
. (5.10)
Запас располагаемого давления необходим на неучтенные в расчете гидравлические сопротивления.
Если условия не выполняются, то необходимо на некоторых участках кольца изменить диаметры труб.
12. После расчета главного циркуляционного кольца производят увязку остальных колец. В каждом новом кольце рассчитывают только дополнительные не общие участки, параллельно соединенные с участками основного кольца.
Невязка потерь давлений на параллельно соединенных участках допускается до 15% при тупиковом движении воды и до 5% – при попутном.
Таблица 5.2 – Результаты гидравлического расчета для системы отопления
На схеме трубопровода | По предварительному расчету | По окончательному расчету | ||||||||||||||
Номер участка | Тепловая нагрузка Q, Вт | Расход теплоносителя G, кг/ч | Длина участка l,м | Диаметрd, мм | Скоростьv, м/с | Удельные потери давления на трение R, Па/м | Потери давления на трение Δртр, Па | Сумма коэффициентов местных сопротивлений∑ξ | Потери давления в местных сопротивлениях Z | d, мм | v, м/с | R, Па/м | Δртр, Па | ∑ξ | Z, Па | Rl+Z, Па |
Занятие 6
Как спрятать трубы
При возведении отопительных контуров многие собственники думают о том, как спрятать трубы отопления в частном доме. Эту задачу можно решить разными способами.
Чаще всего для скрытой установки каналов прибегают к:
- использованию декорированных конструкций;
- закрытию каналов под гипсокартоном;
- скрытию изделий под панелями подвесных потолков;
- монтажу под фальш-полом;
- скрытию конструкций в стенах здания.
Выбор метода зависит от множества факторов. Желательно проконсультироваться со специалистами по решению данной проблемы. Необходимо учитывать множество деталей. В том числе, материалы из которых сделано здание. Это может быть кирпич, газобетон и т. д.
Порядок расчета сечения магистралей теплоснабжения
Перед тем как рассчитать диаметр трубы отопления необходимо определиться с их основными геометрическими параметрами. Для этого нужно знать основные характеристики магистралей. К ним относятся не только эксплуатационные качества, но и размеры.
Каждый производитель указывает значение сечения труб – диаметр. Но фактически он зависит от толщины стенки и материала изготовления. Перед приобретением определенной модели трубопроводов нужно знать следующие особенности обозначения геометрических размеров:
- Расчёт диаметра полипропиленовых труб для отопления делается с учетом того, что производители указывают наружные габаритные размеры. Для вычисления полезного сечения необходимо отнять две толщины стенки;
- Для стальных и медных трубопроводов даются внутренние размеры.
Зная эти особенности можно делать расчет диаметра коллектора отопления, труб и других компонентов для монтажа.
При выборе полимерных труб отопления нужно обязательно уточнить о наличии в конструкции армирующего слоя. Без него при воздействии горячей воды магистраль не будет иметь должной жесткости.
Определение тепловой мощности системы
Как правильно подобрать диаметр труб для отопления и следует ли это делать без расчетных данных? Для небольшой системы отопления можно обойтись без сложных вычислений
Важно лишь знать следующие правила:
- Оптимальный диаметр труб с естественной циркуляцией отопления должен составлять от 30 до 40 мм;
- Для закрытой системы с принудительным движением теплоносителя следует использовать трубы меньшего сечения для создания оптимального давления и скорости потока воды.
Для точного вычисления рекомендуется использовать программа для расчета диаметра труб отопления. Если же их нет – можно воспользоваться приблизительными вычислениями. Сначала необходимо найти тепловую мощность системы. Для этого необходимо воспользоваться следующей формулой:
Где Q – рассчитываемая тепловая мощность отопления, кВт/ч, V – объем комнаты (дома), м³, Δt – разница между температурами на улице и в помещении, °С, К – расчетный коэффициент тепловых потерь дома, 860 – величина для перевода полученных значений в приемлемый формат кВт/ч.
Наибольшие затруднения при предварительном расчете диаметра пластиковых труб для отопления вызывает поправочный коэффициент К. Он зависит от теплоизоляции дома. Его лучше всего взять из данных таблицы.
Степень теплоизоляции здания
Качественное утепление дома, установлены современные окна и двери
В качестве примера расчета диаметров полипропиленовых труб для отопления можно вычислить требуемую тепловую мощность комнаты общим объемом 47 м³. При этом температура на улице будет -23°С, а в помещении — +20°С. Соответственно разница Δt составит 43°С. Поправочный коэффициент возьмем равным 1,1. Тогда требуемая тепловая мощность составит.
Следующий этап выбора диаметра трубы для отопления – определение оптимальной скорости движения теплоносителя.
В представленных расчетах не учитывается поправка на шероховатость внутренней поверхности магистралей.
Скорость воды в трубах
Таблица для расчета диаметра трубы отопления
Оптимальный напор теплоносителя в магистралях необходим для равномерного распределения тепловой энергии по радиаторам и батареям. Для правильного подбора диаметров труб отопления следует принимать оптимальные значения скорости продвижения воды в трубопроводах.
Стоит помнить, что при превышении интенсивности движения теплоносителя в системе могут возникать посторонние шумы. Поэтому данное значение должно быть равно от 0,36 до 0,7 м/с. Если параметр будет меньше – неизбежно возникнут дополнительные тепловые потери. При его превышении появятся построение шумы в трубопроводах и радиаторах.
Для окончательного расчета диаметра трубы отопления следует воспользоваться данными из таблицы, представленной ниже.
Подставляя в формулу расчета диаметра трубы отопления в полученные ранее значения можно определить, что оптимальный диаметр трубы для конкретного помещения составит 12 мм. Это лишь приблизительный расчет. На практике специалисты рекомендуют к полученным значениям прибавить 10-15%. Это объясняется тем, что формула расчета диаметра трубы отопления может измениться из-за добавления новых компонентов в систему. Для точного вычисления потребуется специальная программа для расчета диаметра труб отопления. Подобные программные комплексы можно скачать в демоверсии с ограниченными возможностями расчетов.
Расчет тепловой мощности
Определить нужное сечение полимерных или металлических труб для отопления частного дома небольшой площади можно без каких-либо сложных вычислений. Необходимо лишь учесть, что:
- для гравитационной системы внутренний размер труб должен составлять 30–40 мм;
- в системах закрытого типа с циркуляционным насосом внутренний диаметр трубопровода делают меньшим, чтобы обеспечить оптимальные показатели скорости потока жидкости и давления.
Чтобы подобрать диаметр труб для теплоснабжения частного дома большой площади, нужно использовать несколько формул. Они помогут выполнить примерные расчеты.
Обратите внимание на дельту температур. Для ее расчета берется средняя температура воздуха на улице в зимнее время, характерная для данного региона, и комфортная температура в доме (она должна соответствовать санитарным значениям)
При предварительном вычислении тепловой мощности используют поправочный коэффициент К, значение которого поможет найти таблица:
Особенности расчета системы отопления
Гидравлический расчет системы отопления является одним из наиболее трудоемких и сложных этапов в процессе проектирования систем отопления водяного типа. Перед проведением проектирования необходимо выполнить расчетно-графические работы: (См. также: Как рассчитать радиаторы отопления)
- определить тепловой баланс помещений, которые отапливаются;
выбрать тип теплообменных поверхностей или отопительных приборов, затем разместить их на планах зданий помещения, которое отапливается;
принять решения по поводу конфигурации и установки системы водяного отопления: трассировки приборных веток и магистральных трубопроводов, размещения теплового источника.
определить тип трубопроводов, которые используются, регулирующей и запорной арматуры (кранов, расхода, вентилей, клапанов и регуляторов давления, терморегуляторов);
(См. также: Как рассчитать количество батарей отопления)
составить аксонометрическую схему для данной системы отопления, в которой нужно указать номер, длину расчетных участков и тепловые нагрузки;
определить главное циркуляционное кольцо, которое состоит из последовательных участков трубопроводов, с учетом максимального расхода теплоносителя для двухтрубной системы (от источника теплоты к самому отдаленному отопительному прибору) или для однотрубной системы (от приборной ветки-стояка назад к источнику тепловой энергии).
Рисунок 5: Программа для проведения гидравлического расчета
Двухтрубная система отопления
Расчетный участок трубопровода – это участок фиксированного диаметра со стабильным расходом теплоносителя, который определяется тепловым балансом отапливаемого помещения. Расчет двухтрубной системы отопления включает в себя нумерацию расчетных участков, которую стоит начать с источника теплоты (теплового генератора или ИТП). Как правило, на подающей магистрали узловые точки в ответвленных местах выделяют заглавными буквами. Соответственные узлы указывают со штрихом на сборных магистральных трубопроводах.
Рисунок 6: Двухтрубная система отопления
Что касаемо узловых точек на стояках (в местах, где ответвляются распределительные приборные ветки), то их обозначают простыми арабскими цифрами, соответствующими номеру этажа (для горизонтальных систем) или отвечают номеру приборной ветки-стояка (для вертикальных систем). Данные номера выделяют штрихом в местах сбора потоков теплоносителя. Каждый расчетный участок нумеруется двумя буквами или цифрами, которые должны соответствовать началу участка и его концу.
Вертикальная система отопления
При вертикальных системах отопления нумерацию стояков (приборных веток) следует выполнять цифрами арабского алфавита в направлении по часовой стрелке, начиная от квартиры, которая на плане этажа расположена в верхней левой части по периметру здания. С помощью планов, вычерченных в масштабе, определяют длину участков трубопроводов с точностью до 0,1 м.
Рисунок 7: Двухтрубная вертикальная схема отопления
Расчет системы отопления частного дома не обходится без расчета тепловой нагрузки участка, поэтому необходимо определить тепловой поток, который на подающих трубах передает или уже передал теплоноситель. Тепловую нагрузку нужных участков системы трубопроводов (распределительных и сборных) рассчитывают с округлением до 10 Вт, и определяют только после распределения тепловой нагрузки среди всех приборов и приборных веток, которые отапливаются. Принято указывать тепловую нагрузку участка – Qi-j (Вт) над выносной линией, а его длину – li-j (м) под выносной линией.
Однотрубная система отопления
Расчет однотрубных систем немного отличается от расчета двухтрубных небольшим количеством особенностей при определении необходимой поверхности нагревательных приборов, а также при установлении размера и диаметра замыкающих участков и подводок данных нагревательных приборов. Порядок расчета данной системы отопления совпадает свыше приведенным примером расчета двухтрубной системы.
Расчет однотрубной системы отопления начинается с того, что следует рассчитать диаметры стояков и магистралей по давлению. Также можно произвести расчет по обратной схеме: изначально найти диаметры по кольцу прибора, потом определить диаметры замыкающих участков. При данном расчете коэффициент затекания определяется по графику, который составляется за результатами проведенных исследований.
Рисунок 8: Однотрубная система отопления
Важно! При расчетах нельзя использовать заранее принятое количество воды, которая затекает в нагревательные приборы, поскольку этот показатель не является фиксированным и постоянным, а меняется под влиянием различного рода факторов
Материалы и типы трубы для отопления
Правильный выбор труб влияет на многие эксплуатационные характеристики системы. Конечно же начиная от теплоотдачи и заканчивая объемом потребляемых энергоресурсов. Здесь нужно помнить и о таком показателе, как теплопотери системы. Так как это напрямую зависит от того из чего сделаны эти самые трубы.
На сегодняшний день наиболее чаще всего используются:
- Трубы из различных видов стали;
- Полипропиленовые;
- Медные.
До недавнего времени сталь была единственным доступным материалом труб. Сегодня стальные трубы хоть и считаются самыми прочными и надежными, но в основном применяются в системах открытого типа. Но, несмотря на большой ассортимент продукции в малоэтажном домостроении в основном используются трубы малого и среднего диаметра. Да и размеры свыше 100мм в основном применяется для изготовления регистров, а не прокладки магистралей.
Сталь применяется в двух вариантах – обычном исполнении из черного металла и в виде нержавеющей стали. Сегодня сталь используется меньше. Во-первых, все больше стали использоваться замкнутые системы вместо открытых. А во-вторых, для монтажа требуется специальное оборудование и квалифицированный сварщик. Стальные трубы в основном используются небольших диаметров. Но это в свою очередь поднимает другие проблемы. Например, высокий коэффициент гидравлического сопротивления, ведь внутри при сварке образуются наплывы и сужения, которые невозможно удалить.
Полимерные трубы
Полимерные трубы постепенно вытесняют стальные из-за все большей доступности и удобства пользования. Для этого материала многие производители дают 15 летнюю гарантию на целостность труб и почти 20 летнюю на соединения. Для пайки не требуется высокая квалификация, достаточно иметь специальный паяльник и посмотреть 2-3 обучающих ролика. Но и у этого материала есть свои минусы. Первый, заключается в небольшом ассортименте продукции. Для пайки отопления в частном доме применяются максимально трубы диаметром 75 мм. Второй минус заключается в правильном подборе материала. Довольно часто трубы имеют небольшую стенку, ее толщина часто бывает всего 2,-2,3 мм чего явно недостаточно для контура отопления закрытого типа с напором 1,2-1,4 бар. Третий момент заключается в специфике самого материала. Он не такой жесткий, как металл, поэтому для двухэтажных домов обычно его стараются не использовать.
Медные трубопроводы отопления
Медные трубопроводы отопления и в недалеком прошлом были не очень популярны, поскольку с этим материалом работать очень сложно. В отличие от стали и полипропилена медь паяется, а делать это правильно умеет далеко не каждый сварщик. Но, как бы там ни было, медь это один из самых лучших материалов для отопления. Он отлично нагревает воздух, он пластичен и даже при замерзании воды трубопровод не сразу разрывает, медь пластичный материал и способный растягиваться под давлением воды. Но с другой стороны, медь очень агрессивный металл, при соприкосновении с алюминием он начинает окисляться и начинает процесс коррозии. К тому же он очень дорогой если сравнивать с другими видами материалов.
Формула определения диаметра трубы
Профессиональный расчет диаметра труб достаточно сложен и доступен только специалистам-теплотехникам. Сейчас накоплен богатейший опыт использования в том или ином случае определенных труб. Результатом стала систематизация данных и занесение их в стандартные таблицы.
Таблица соответствия диаметров самых распространенных видов труб.
| Условный проход (Dy) трубы, мм | Диаметр резьбы (G), в дюймах | Наружный диаметр (Dh), мм | ||
| Стальная шовная, водо- и газопроводная | Бесшовная стальная | Полимерная | ||
| 10 | 3/8″ | 17 | 16 | 16 |
| 15 | 1/2″ | 21,3 | 20 | 20 |
| 20 | 3/4″ | 26,8 | 26 | 25 |
| 25 | 1″ | 33,5 | 32 | 32 |
| 32 | 1 1/4″ | 42,3 | 42 | 40 |
| 40 | 1 1/2″ | 48 | 45 | 50 |
| 50 | 2″ | 60 | 57 | 63 |
| 65 | 2 1/2″ | 75,5 | 76 | 75 |
| 80 | 3″ | 88,5 | 89 | 90 |
| 90 | 3 1/2″ | 101,3 | 102 | 110 |
| 100 | 4″ | 114 | 108 | 125 |
| 125 | 5″ | 140 | 133 | 140 |
| 150 | 6″ | 165 | 159 | 160 |
Для тех ситуаций, когда нужно самостоятельно рассчитать диаметр трубы для отопления, существует упрощенная формула расчета:
D = √ ((314 × Q) / (V × ∆t))
Где:
- D — искомый диаметр трубопровода, мм;
- ∆t — дельта температур (разница на входе и обратке), С°;
- Q — нужная тепловая мощность, кВт. Определенное (формула ниже) количество тепла, необходимое для обогрева помещения;
- V — скорость теплоносителя, м/с. Выбирается из определенного диапазона.
Расчет дельты температур
На подаче стандартная температура воды не должна быть менее 90°С, а на выходе теплоноситель остывает до 65–70°С. В итоге значение ∆t — 20–25°С.
Порог скорости теплоносителя:
- Минимальный уровень составляет 0,2–0,25 м/сек. При меньшей скорости начинает происходить выделение воздуха из теплоносителя. Это приводит к образованию воздушных пробок. Следствием становится частичная либо полная потеря работоспособности системы отопления.
- Верхний уровень может достигать 0,6–1,5 м/сек. По мере приближения его к максимальному показателю увеличиваются гидравлические шумы.
Расчет минимально необходимой тепловой мощности
Чтобы определить минимально необходимую мощность отопительной системы, можно использовать такую упрощенную формулу:
Qt = V × ∆t × K : 860
Символы обозначают:
- Qt — нужную тепловую мощность, в кВт/час;
- V — объем обогреваемого помещения, в м²;
- ∆t — разницу температур снаружи и внутри помещения, °С;
- К — коэффициент теплопотерь строения;
- 860 — перевод в кВт/час.
Упрощенные значения коэффициента теплопотерь для различных видов построек
Расчет теплопотерь дома – важнейший фактор для эффективного проектирования отопительной системы. Он поможет спрогнозировать смету на монтаж и расходы на отопление в планируемом строении.
Теплопотери любого помещения зависят от трех базовых параметров:
- Объем помещения – нужно узнать количество воздуха, который необходимо нагреть.
- Разница температур внутри и снаружи: чем больше этот параметр, тем быстрее происходит теплообмен и скорее охлаждается помещение.
- Теплопроводность ограждающих конструкций — способность стен, окон, крыши удерживать тепло.
В данном случае можно воспользоваться такими значениями коэффициента (К) для различных видов построек:
- 3–4 — постройка, не имеющая дополнительной утепляющей защиты (упрощенная конструкция из дерева или металлических листов).
- 2–2,9 — невысокая степень теплоизоляции (строения с кладкой в один кирпич, не утепленный сруб).
- 1–1,9 — средний уровень (конструкция здания классическая: двойная кладка кирпича, сруб с одинарным утеплением, небольшое количество окон, стандартная кровля).
- 0,6–0,9 — высокая степень (конструкция строения улучшенная, кирпичные стены имеют двойную теплоизоляцию, небольшое количество окон, имеющих двойные рамы, основание пола и крыша утеплены).
Иногда существует вероятность заужения диаметра против расчетной или табличной величины. Это крайне нежелательно. Когда выполняется разводка по дому, рекомендуется использовать одинаковый типоразмер труб. Увеличение или уменьшение диаметра может вызвать сбой работы всей системы отопления.
В этом видео специалист дает практические советы по проведению расчета диаметра труб.
Цены на разные виды труб для отопления
трубы для отопления
