Подбор диаметра трубы для отопления в частном доме

Доброго денёчка!

Как известно, энергоэфективность системы отопления зависит не только от мощности котла и количества радиаторов. Это достаточно сложный параметр, завязанный на климатическом режиме региона, материалах, из которых построен дом, качестве и количестве отопительного оборудования и арматуры. И отопительные трубы играют в теплосистеме роль одной из «первых скрипок».

Какой диаметр трубы лучше использовать для отопления частного дома, чтобы циркуляция теплоносителя в контуре была максимально эффективна? Как правило, для этого используются специальные программы, однако, существует альтернативные концепции, позволяющие производить эту операцию самостоятельно. Мы приоткроем «завесу тайны» и расскажем максимально просто о сложных схемах расчётов, позволяющих оптимизировать обогрев дома таким образом, чтобы в нём было тепло и комфортно и при этом не приходилось выбрасывать деньги на ветер.

Влияние характеристик на КПД

Грамотно разработанный проект трубопровода положительно влияет на производительность системы обогрева. От поперечного сечения компонентов зависит пропускная способность конструкции. Параметр показывает объем горячей жидкости, которая за единицу времени пройдет на постоянной скорости.

На производительность инженерной сети часто влияют факторы. КПД контура зависит от 4 обстоятельств:

• Пропускная способность и теплоотдача. Характеристика подчиняется количеству воды в системе.
• Давление. Параметр в отопительной сети связывают с температурой и скоростью.
• Теплопотери. На участках стыков и на сгибах будет снижение показателей.
• Шум. Чем быстрее двигается жидкость, тем сильнее звук.

В отопительной системе при постоянном расходе теплоносителя и уменьшении диаметра происходит увеличение темпа движения воды. На линиях с небольшим сечением будет усиливаться скорость жидкости. Из-за низкого давления в габаритных конструкциях стремительность потока снижается.

Диаметр труб для тепла Источник mastergrad.com

Если диаметр труб для отопления частного дома слишком велик, то мощности встроенного в котел насоса не хватит для перемещения. В большой системе будет много теплоносителя, поэтому оборудование не справится с движением такого объема жидкости. На подогрев избытка воды придется тратить больше энергии и времени, что снижается КПД сети и увеличиваются потери. При прохождении через все комнаты влага быстро остывает.

Габаритное сечение запрещено использовать в системах с естественной циркуляцией. При снижении скорости существует риск остановки и закипания жидкости в нагревательном котле. При маленьком диаметре влага может разорвать инженерную сеть.

На что влияет размер деталей Источник ekaterinburg.kassot.com

При снижении скорости до 0,25 м/сек в трубах часто возникают воздушные пробки. Если стремительность потока больше 1,5 м/сек, то в отопительной системе появляется шум. При постоянном превышении нормативов звукового фона обитателям коттеджа некомфортно жить.

Установка приборов для тепла Источник realstroyservis24.ru

Расчет отопительного коллектора

Чтобы обеспечить равновесие и устойчивую работу отопительной системы, все ее элементы должны соответствовать друг к другу по своей пропускной способности. Последняя зависит от правильно подобранного сечения труб.

На этом принципе основан расчет коллектора. Он должен иметь величину поперечного сечения, равную или допустимо большую суммы площадей сечений всех отводящих веток. Размер сечения сборной гребенки должен быть не меньше суммы площадей подводящих трубопроводов.

Это условие описывается данной формулой:

S = S, + S,, + S,,, + … + Sn

Где:

• S — площадь сечения коллектора или гребенки;
• S, … — Sn — площади сечений исходящих или входящих веток.

Формула расчета площади сечения

За основу берется формула вычисления площади круга, а в данном случае — сечения коллектора (гребенки). Сумма площадей сечений отходящих труб и дает нужный результат — величину отопительного коллектора.

Sколл = π × Dколл²/4, тогда формула расчета принимает вид:

π × Dколл²/4 = π × d,²/4 + π × d,,²/4 + π × d,,,²/4 + …+ π × dn²/4,

где:

• Dколл — диаметр коллектора;
• π — число Пи;
• d, — dn – внутренние диаметры отводящих веток.

Чтобы упростить формулу, надо сократить число пи и взять все под корень квадратный:

Dколл = 2 × √ (d,²/4 + d,,²/4 + d,,,²/4 +…+dn²/4).

По этой формуле можно рассчитать коллектор любой сложности и конфигурации. В случае, если все отходящие ветки отопления имеют одинаковый диаметр, формула принимает следующий вид:

Dколл = 2 × √ (dобщ²/4 × N),

где:

• N — количество отводящих от гребенки труб;
• dобщ – диаметр каждой отводящей трубы.

Если при расчете получается дробное число, его следует округлять в большую сторону. Это нужно для того, чтобы не произошло заужение сечения коллектора и снижение мощности системы.

Дополнительные требования к конструкции коллектора

При расчете всех параметров коллектора должны выполняться два условия: расстояние между входной и выходной группами веток равно шести диаметрам, а отводы отопительных контуров удалены друг от друга на три размера.

Схема подключения коллектора в систему отопления коттеджа.

Виды труб

Подбор диаметра трубы для отопления зависит от материала, из которого сделали элементы. Параметры влияют не только на размеры сечения, но и на способ монтажа, стоимость проекта и возможные теплопотери. Для систем обогрева используют 4 популярных вида.

Стальные

Металлические трубы при создании инженерных сетей – недорогой и практичный вариант, у которых высокая теплопроводность и максимальное давление до 30 атмосфер. При правильной эксплуатации конструкции прослужат 20-30 лет. У сырья нет ограничений по температуре, поэтому часто используют в паровой системе при 100-130 С.

Из-за цены и устойчивости к расширению владельцы недвижимости часто отдают предпочтение углеродистой стали. Коррозия – основной недостаток моделей из металла. При окислительных процессах на поверхности стенок возникают шероховатости, на которых накапливаются отложения. При разрастании налета уменьшается проход для воды и снижается теплопроводность изделия. При истончении стенок от ржавчины образуются прорывы. Минимизировать проблему можно качественным теплоносителем в системе и регулярным промыванием труб.

Углеродистые модели Источник x-teplo.ru

Чуть менее капризной является оцинкованная сталь. Покрытие защищает металл от коррозии, чем увеличивает срок эксплуатации инженерной сети. Модели выдерживают нагрузки во время гидроударов и отлично функционируют в условиях высоких температур.

Трубы из нержавеющей стали по долговечности опережают оцинкованные и углеродистые виды. Правильно установленная конструкция инертна к агрессивному теплоносителю, поэтому не боится коррозии и прослужит более 30 лет. Для отопительного контура подходят элементы, выполненные бесшовным способом сварки.

Варианты из нержавеющей стали Источник ovknn.ru

Минус всех стальных труб – вес и сложность монтажа. Конструкции не гнутся без специального оборудования, поэтому на изгибах приходится использовать дополнительные детали, снижающих КПД инженерной сети. Сейчас появились варианты в виде гофры, но и они неустойчивы к агрессивной среде теплоносителей.

Медные

Максимальная рабочая температура – 200-250 С, давление – более 30 атмосфер. При правильном монтаже отопительная система прослужит 90-100 лет. У металла высокая устойчивость к коррозии и замерзанию. Медные трубы по технологии производства делят на 2 вида:

• Неотожженные. Очень крепкий материал не треснет под давлением до 40 атмосфер.
• Отожженные. После термической обработки (отжига) изделия становятся эластичными и гибкими, при этом уменьшается прочность.

Если сравнивать со сталью, то у меди высокая плотность, поэтому у труб тонкие стенки и небольшой вес. Из-за хорошей теплопроводности контур быстро и равномерно нагревается. Благодаря ровной поверхности у циркулирующей жидкости минимальное сопротивление. На внутренних перегородках не образуются наросты, что исключает появление засоров и снижения КПД.

Отопительное решение из металла Источник otoplenie-doma.in.ua

Медные трубы несовместимы с другими металлами. При контакте со сталью, алюминием или чугуном в жидкости начинаются химические процессы и образовывается газ. В инженерной сети обязательно предусматривают стравливающие клапаны для скоплений. Доборные детали должны быть из меди или латуни, радиаторы – из нержавейки.

В отопительной системе с медными трубами используют хорошо очищенный теплоноситель. Твердые фракции мусора способны повредить мягкий металл. Дополнительно в сеть включают фильтр механической очистки. У материала высокая электропроводность, поэтому контур обязательно заземляют.

Металлические конструкции для коттеджа Источник kenoll.ru

Полимерные

Максимальная температура теплоносителя варьируется в пределах 90-95 С. Кратковременно конструкция выдержит 130 С, но при длительном контакте полимерные трубы деформируются. При соблюдении правил эксплуатации прослужат до 30 лет. При подключении к отоплению контур устойчив к скачкам давления.

Из-за пластичности материала трубы легко прокладывать без резки и без дополнительных соединений. Для сварки используют специальный аппарат, разогревающий детали. Места спайки в готовой конструкции не видны невооруженным взглядом.

Пластиковые модели для частного дома Источник teplomir.in.ua

Пластик не требователен к качеству жидкости в отопительной системе. Сырье не вступает в химическую реакцию, поэтому не ржавеет и не разрушается от коррозии. Идеально ровные стенки не снижают скорость теплоносителя и не покрываются налетом.

В отоплении используют армированные полимерные трубы, узнать которые можно по маркировке на поверхности (PPR-FR-PPR, PPR-GR-PPR). В качестве укрепляющего материала выступает стекловолокно или алюминий.

Решение для отопления Источник oboiman.ru

Практические рекомендации

Неправильный выбор диаметров изделий чреват многими неприятностями: протечками (из-за гидродинамических ударов или превышения давления в магистрали), повышенным расходом эл/энергии (топлива) по причине низкой эффективности системы и рядом других. Поэтому монтировать ее по принципу «как у соседа (кума, свояка)» не следует.

Если контур состоит из разнородных труб, то придется делать специальные расчеты для каждого участка (линии) трассы. Отдельно – для пластика, металла (сталь, медь), применять различные коэффициенты и так далее.

Решить такую задачу может лишь специалист. В подобных ситуациях самостоятельно заниматься расчетами не стоит, так как ошибка может быть весьма значительной. Услуги профессионала обойдутся гораздо дешевле, чем последующая переделка коммуникаций, да еще и в отопительный сезон.

Подключение всех приборов (расширительный бак, батареи и других) контура осуществляется трубами одного сечения.

Для исключения образования воздушных пробок (в случае некоторых ошибок в расчетах) на каждой линии следует установить так называемые воздухоотводчики.

Какие диаметры бывают

В технических параметрах отопительных труб используют разные виды сечения. При учете монтажных конструкций и занимаемой площади берут внешний диаметр со стенками. Внутренние характеристики указывают размер просветов, поэтому подходят при расчете пропускной способности сети. Условный вариант является усреднением в большую сторону пространства внутри.

В магазинах трубы помечают по наружному сечению, часто в дюймах (25,4 мм). Внутренние параметры варьируются в зависимости от толщины стенок, материала и назначения детали. Внешние характеристики у стальных шовных моделей на 3-4 % толще, чем у полимерных и бесшовных конструкций. Медные виды самые тонкие, меньше остальных на 1-2 мм.

Разбор популярных видов Источник alchevsk.ua

Размер труб для отопления влияет на задачи, которые элемент должен выполнять. Параметры популярных диаметров варьируются от 16 до 40 мм:

• 16. Используют для подсоединения одной или двух батарей.
• 20. Уместны при монтаже 1 радиатора или группы до 5 шт. Общая предельная мощность – 7 кВт.
• 25. Модели применяют для установки отопительных конструкций тупиковой схемы разводки.
• 32. Используют для обустройства инженерной сети целого этажа или коттеджа, общей пропускной способностью до 19 кВт.
• 40. Подходит для 20 батарей, мощностью до 30 кВт.

От выбора сечения отопительных труб зависит пропускные возможности системы, гидро- и теплопотери. Необъемный теплоноситель быстро греется, а маленький размер обеспечивает лучшее сопротивление и низкий шум. Элементы небольшого диаметра по стоимости дешевле, чем крупные. Слишком компактные модели создают усиленную нагрузку на арматуру, что приводит к порывам.

Поиск соответствующих данных

Что касается поиска оптимальных справочных данных, то почти все сайты производителей комплектующих отопительных систем предоставляют эту информацию. В тех случаях, когда подходящие значения не были найдены, существует специальная система подбора диаметров. Эта методика основана на вычислениях, а не на усредненных закономерностях, построенных на обработке данных об огромном количестве отопительных систем. Расчет теплоносителя по сечению трубы разработан сантехниками с практическим опытом проведения монтажных работ, и применяется для обустройства небольших контуров внутри жилищ.

В подавляющем большинстве случаев отопительные котлы оснащаются двумя размерами подающих и обратных патрубков: ¾ и ½ дюйма. Этот размер принимается за основу для выполнения разводки до первого разветвления. В дальнейшем каждое новое разветвление служит поводом для уменьшения диаметра на одну позицию. Этот метод позволяет провести расчет сечения труб в квартире. Речь идет о небольших системах в 3-8 радиаторов. Обычно такие схемы состоят из двух-трех линий с 1-2 батареями. Подобным образом можно рассчитывать и небольшие частные коттеджи. При наличии двух и более этажей приходится использовать справочные данные.

Виды движения теплоносителя

Скорость перемещения потока горячей воды в трубах – один из важных параметров, который позволяет высчитать диаметр деталей. Рекомендуемое движение варьируется от 0,26 до 1,4 м/сек. Уже при 1,5 снижается теплоотдача и увеличивается шум в инженерной сети. Существуют 2 вида, в которых надо разобраться.

Варианты размера труб Источник prootoplenie.com

Конвекционный

Вариант с естественной циркуляцией подходит для твердотопливных котлов. Принцип работы основан на физических законах. Плотность холодной жидкости меньше, чем у горячей. Прохладная влага, стекая по трубе, вытесняет теплую вверх. Скорость перемещения в таких сетях – 0,2 м/сек.

Небольшой поток перемещения при конвекционной циркуляции становится причиной образования пробок воздушных и снижению объема переносимого тепла. Решить проблемы помогут бак расширительный и краны Маевского.

Система с конвекционным движением Источник aniko-gas.ru

Диаметр деталей для отопления с конвекционной циркуляцией должен совпадать с выходным патрубком котла. Самое большое стартовое сечение выдерживают до первой развилки. При разводке постепенно уменьшают размеры труб. В последнем узле характеристики элементов варьируются в пределах 16-19 мм.

Принудительный

В контуре циркуляцию осуществляют при помощи насоса и коллектора, которые входят в конструкцию котла (газового, электрического). Пользователь может самостоятельно контролировать скорость теплоносителя. В инженерных сетях поддерживаются параметры в пределах 0,7-1,2 м/сек.

В вариантах с циркуляцией принудительной целесообразно использовать трубы небольшого диаметра. В контуре с малым объемом быстрее и легче греть воду, что увеличивает КПД конструкции. Установка и маскировка тонких деталей намного проще, чем толстых аналогов.

Принудительная циркуляция в системе Источник eco-kotly.ru

Сечение сетей с циркуляцией принудительной часто зависит от схемы подсоединения обогрева. Размер при лучевой подводке от оборудования к трубам – 19 мм, при однотрубной и двухтрубной – 25 мм. Параметр не является окончательным и рассчитывается по характеристикам котла и коттеджа.

Примеры

Разбираемся на примерах.

Расчет для двухтрубного контура

Дано:

• Двухэтажный дом площадью в 340м².
• Строительный материал – инкерманский камень (природный известняк), характеризуемый низкой теплопроводностью. → Коэффициент утепления дома = 1.
• Толщина стен – 40 см.
• Окна – пластиковые, однокамерные.
• Теплопотери 1 этажа – 20 кВт; второго – 18 кВт.
• Двухтрубный контур с отдельным крылом на каждом этаже.
• Материал труб – полипропилен.
• Температура подачи — 80⁰C.
• Температура на выходе — 60⁰C.
• Дельта температур — 20⁰C.
• Высота потолков – 3 м.
• Регион – Крым (юг).
• Средняя температура пяти самых холодных дней зимы – (-12⁰C).

Расчёт:

1. 340×3=1020 (м³) – объём помещения;
2. 20- (-12)=32 (⁰C) – разница (дельта) температур между помещением и улицей;
3. 1020×1×32/860≈38 (кВт) – мощность отопительного контура;
4. Определение сечения трубы на первом участке от котла до разветвления. Согласно таблице, приведённой ниже, для передачи тепловой мощности в 38 кВт подходят трубы с сечением в 50, 63 или 75 мм. Первый вариант предпочтительнее, т.к. обеспечивает наибольшую скорость движения носителя.
5. Для разводки потока носителя на первый и второй этаж, справочники предписывать трубы с диаметром в 32 мм и 40 мм для мощностей 18 и 20 кВт соответственно.
6. На каждом этаже контур делится на две магистрали с равноценной нагрузкой по 10 и 9 кВт соответственно и сечением в 25 мм.
7. По мере снижения нагрузки вследствие остывания теплоносителя диаметр труб следует уменьшить до 20 мм (на первом этаже – после второго радиатора, на втором – после третьего).
8. Обратная разводка производится в той же последовательности.

Для вычисления по формуле D = √354х(0.86хQ/∆t)/V, берём скорость носителя в 0,6 м/с. Получаем следующие данные √354х(0.86×38/20)/0,6≈31 мм. Это номинальный диаметр трубопровода. Для реализации на практике следует подбирать различные диаметру труб на разных участках трубопровода, которые в среднем сведутся к расчётным данным согласно алгоритму, описанному в пунктах 4-7.

Определение диаметра труб для однотрубной системы с принудительной циркуляцией

Как и в предыдущем случае, расчёт производится по обозначенной схеме. Единственное исключение заключается в действии насосного оборудования, увеличивающего скорость движения носителя и обеспечивающего равномерность его температуры в контуре.

1. Значительное снижение мощности (до 8,5 кВт) происходит только на четвёртом радиаторе, где и осуществляется переход на диаметр в 15 мм.
2. После пятого радиатора происходит переход на сечение в 12 мм.

Важно! Использование труб из другого материала внесут свои коррективы в расчёт, т.к. каждый материал обладает разным уровнем теплопроводности. Особенно принципиально учитывать потери тепла металлического трубопровода.

Системы отопления

Чтобы правильно вычислить диаметр труб, надо учитывать схему разводки. Сопротивление влияет на параметры отопительного оборудования и характеристики деталей (сечение, материал). В коттедже используют 2 разновидности систем обогрева.

Двухтрубная

Отопительный вариант с вертикальным стояком по размещению труб может быть как верхним, так и нижним. К каждому радиатору подключают 2 элемента: для подвода горячей и отвода холодной влаги. Горизонтальная разводка бывает:

• тупиковой;
• параллельной;
• лучевой (коллекторной).

Сон кроликов

Наблюдать за спящим кроликом – это настоящее умиление! Когда зверьки спят, их мордашки и ушки находятся в постоянном движении. Нам смешно, но на самом деле, это важная природная особенность. Таким образом, питомцы улавливают вокруг себя различные запахи и звуки, пытаясь учуять хищника.

Не менее забавно и интересно наблюдать за их позой во сне. Например, когда зверьки расслаблены и удовлетворены, они спят на животике или на боку, вытягивая задние лапки. Некоторые любят, когда спят, присесть, накрыв свою мордашку ушами.

Мощность котла

В загородном доме обогрев комнат производят при помощи оборудования газового или электрического, реже – твердотопливных моделей. Отталкиваясь от размера пространства обогреваемого проводят расчет мощности. Для качественного отопления жилья нужно 0,1 кВт тепловой энергии на квадрат. Параметры могут изменяться из-за климатических особенностей или щадящего режима до 1,3.

На мощность котла влияет материал, из которых сделаны стены и наличие теплоизоляции. Увеличенная теплопроводность в сочетании с тонкостью перегородок усиливает тепловые потери загородного дома. Даже самая продуктивная модель не справится с обогревом здания.

На что обращать внимание Источник eco-kotly.ru

На качество отопления влияет наличие второго контура в котле. При включении горячей воды для бытовых нужд снижается производительность в инженерной системе. У конструкций с такой опцией параметры должны быть выше, чем у одноконтурных аналогов.

Мощность котла зависит от видов топлива. Самым практичным считается газовое оборудование. Наиболее дорогими являются электрические, самыми неудобными – твердотопливные. Для оптимизации циркуляции теплоносителя и для решения проблемы с воздушными пробками используют насосы.

Двухтрубный контур

Оборудования для конструирования разводки двухтрубного вида отопления нужно больше. Дополнительно требуется больше финансовых средств и монтажных работ.

В подобной схеме горячая вода распределяется равномерно и заодно в ней можно легко регулировать и настраивать функционирование системы.

Нагревается теплоноситель посредством двухконтурного котла за счет энергии газа.

При монтаже двухтрубной разводки необходимо установить на верхних позициях специальные автостравливающие клапаны. В одноэтажном доме подобные элементы устанавливаются на самой последней батарее.

Посредством терморегуляторов регулируется температура.

Большие помещения лучше оборудовать двухтрубным типом разводки и циркуляционным насосом. При площади меньше 100 кв. м однотрубный тип с естественным движением жидкости в системе сможет в полной мере обеспечить обогрев помещения.

Для исключения ошибок рекомендуется доверять создание проекта и монтаж системы отопления профессиональным сантехникам.