Независимо от типа коммуникаций, автономная это система или централизованная, физические параметры отдельных элементов обслуживающей сети важно предварительно правильно определить. Рассмотрим, как можно самостоятельно произвести расчет диаметра трубопровода по расходу воды или требуемой теплоотдаче жидкого теплоносителя. Ознакомимся с основными формулами без учета инженерных тонкостей, которые в частном секторе могут быть упущены.
Автономная система из разных труб Источник promtu.ru
Способы проведения расчетов
Разрабатывая проекты для крупномасштабных объектов профессионалы пользуются специальными инженерными программами для составления схем и чертежей будущих сетей отопления и горячего/холодного водоснабжения. Для более простых задач на уровне частного сектора можно найти решения с помощью калькуляторов, которые опубликованы на сайтах производителей и продавцов. Третий вариант – проведение расчетов посредством готовых формул и табличных данных, например, про скорость воды в трубах.
Можно поступить еще проще – отталкиваться от распространенных решений, которые проверены на разных объектах, имеются доказательства их эффективности. Однако рекомендованные схемы в индивидуальном строительстве не всегда исправно работают. Так, если допустить при подборе превышение диаметра трубопровода, то отопление будет отличаться малой теплоотдачей, а вода протекать с низким напором. Напротив, использование зауженных каналов способствует увеличению давления и отопительная система будет хорошо согревать дом. Но при этом на трубы и фитинги оказывается большая нагрузка, что сокращает срок исправной службы коммуникаций из-за ускоренного износа.
Использование фитингов для оптимизации расположения разных каналов Источник kanaliza.ru
Факторы, влияющие на выбор
На выбор труб влияет ряд факторов, среди них оптимальная температура и давление воды. Нужно правильно подобрать давление теплоносителя и температуру, выбирая автономное отопление. Какие значения будут использоваться, зависит от того, какой показатель теплопередачи у батарей.
Чугунные радиаторы имеют наименьший коэффициент теплопередачи, наиболее высокий же — у алюминиевых изделий. При температуре жидкости, не превышающей +75°C (наиболее оптимальный показатель), следует учитывать паспортную тепловую мощность при подсчете необходимого количества радиаторов и их секций. Но при постоянно меняющейся температуре воздуха на улице нужно делать регулировку подогрева теплоносителя таким образом, чтобы в помещении все время была комфортная температура, и не происходило излишнего расхода энергии.
Кроме температуры, для нормального функционирования необходимо контролировать в трубах давление и сделать расчет их подходящего диаметра. Давление 1,5-2 атмосферы является наиболее оптимальным. При его повышении до 3 единиц у всей схемы может произойти сбой в функционировании и могут возникнуть протекание и разрывы. Поэтому для периодической проверки давления в цепи при монтировании нужно оставлять свободный промежуток для установки манометров. Применяя расширительные баки, имеется возможность понизить напор.
Монтаж отопительной системы можно производить одно- и двухтрубной схемами. Чтобы в помещении было комфортно, наиболее подходящий вариант следует выбирать еще при составлении проекта.
Дешевле обойдется однотрубная разводка, но если цена не влияет на выбор и нужна высокая эффективность работы, тогда подойдет двухтрубная схема.
Что нужно учитывать при расчетах водоснабжения
В инженерных программах и калькуляторах уже заложены все необходимые данные, которые должны быть использованы для получения искомых результатов. Поэтому рассмотрим детальнее третий способ вычислений по готовым формулам. Так, диаметр трубы рассчитывается с учетом пропускной способности трубопровода и скорости потока жидкости в трубе:
Здесь под условными обозначениями подразумевается:
- d – искомый размер поперечного сечения канала относительно внутренних стенок;
- q – расход транспортируемой жидкости в литрах или кг в секунду или в час;
- v – скорость потока в м/с;
- π – постоянная величина (отношение длины окружности к диаметру).
Для определения расхода воды или пропускной способности трубопровода используется следующая формула: q = 5 × q(0) × k.
Здесь под q(0) подразумевается нормативное значение, которое можно найти действующих СНиП. Например, для ванной комнаты это 0,25, для смесителя на кухне – 0,12, а для сливного бачка на унитазе достаточно 0,1 единицы. Коэффициент k нужен, когда к исследуемой магистрали подключается несколько точек потребления.
Многоканальная сеть для обслуживания различных точек потребления Источник planlook.ru
Его можно определить так: k = N × P. Здесь:
- f – объем потребляемой воды;
- N – количество точек потребления жидкости;
- P – значение вероятности одновременного действия нескольких сантехнических приборов.
В свою очередь для определения вероятности существует своя формула: P = qhrμ × u/(q(0) × 3600 × N). Если не вдаваться в подробности, то произведение qhrμ – это максимальный расход воды за час. Этот показатель нормативный, информация имеется в СНиП. В качестве примера: Объем потребления холодной воды должен составлять в пределах 5,6 литров, а общий с горячей – порядка 15,6 л/с. Под u в формуле подразумевается количество человек, которые постоянно пользуются водопроводом.
Пример расположения точек потребления воды в доме для небольшой семьи Источник jaxtr.com
Проходимость труб
По санитарным нормам, которые учитываются организациями при составлении квитанций без счетчиков, на одного человека в сутки приходится порядка 360 литров воды. Однако расход в зависимости от установленных каналов с круглым сечением может отличаться от норматива. На фактический результат оказывает влияние несколько факторов, среди которых базовыми считаются:
- Длина магистрали. На протяжении всего пути на движущуюся жидкость оказывается сопротивление со стороны внутренних стенок трубы. Иначе это явление называется потерей напора. То есть по мере продвижения скорость воды в трубопроводе снижается. В итоге чем сильнее разница между напором в начале и в конце конкретного прямого участка, тем больше времени пройдет перед поступлением в водопровод новой порции жидкости. Это особенно заметно в старых системах, где с внутренней стороны на металлической поверхности постепенно появляются ржавчина и наросты.
Пример разных прямых отрезков в системе Источник septik-centr76.ru
- Диаметр. Здесь также имеет значение момент сопротивления. С одной стороны в трубах с малым сечением затормаживающий эффект оказывается небольшой поверхностной площадью. С другой же показатели выше чем в более широких каналах из-за пропорционально разного объема транспортируемой жидкости. То есть во втором случае при аналогичном потреблении человек получит быстрее нужный литраж, чем через тонкий трубопровод.
- Состав. Современный рынок представляют изделия для коммуникационных систем транспортировки воды, которые изготавливаются различных материалов. Так, полипропиленовые стенки оказывают заметно меньше влияния на снижение скорости потока, чем стальные.
- Долговечность. Существенная разница имеется в длительности сохранения изначально заданных эксплуатационных условий. На шероховатом металле может появиться коррозия, наросты, что способствует уменьшению поперечного сечения магистрали. То есть изначальные расчеты диаметра трубы по расходу в итоге окажутся несправедливыми. На гладких полимерных стенках подобные явления отсутствуют. Их срок службы может превосходить старые аналоги с разницей до 200 раз.
Пример засора металлической трубы Источник ytimg.com
- Узловые соединения. Любые участки с фитингами независимо от способа монтажа, повороты и разделения оказывают дополнительное сопротивление.
В сводных таблицах указана пропускная способность водопроводных каналов в зависимости от поперечного сечения трубы (Ду – номинальный или условный диаметр) и скорости движения жидкости в трубопроводе под тем или иным давлением.
| Давление | Пропускная способность или расход воды (кг/ч) при скорости потока ниже 0,15 м/с | |||
| Па/м | Мбар/м | 15 мм | 20 мм | 25 мм |
| 90 | 0,9 | 173 | 403 | 745 |
| 92,5 | 0,925 | 176 | 407 | 756 |
| 95 | 0,95 | 176 | 414 | 767 |
| 97,5 | 0,975 | 180 | 421 | 778 |
| 100 | 1 | 184 | 425 | 788 |
| 120 | 1,2 | 202 | 511 | 943 |
| 140 | 1,4 | 220 | 511 | 943 |
| 160 | 1,6 | 234 | 547 | 1015 |
| 180 | 1,8 | 252 | 583 | 1080 |
| 200 | 2 | 266 | 619 | 1151 |
| 220 | 2,2 | 281 | 652 | 1202 |
| 240 | 2,4 | 288 | 660 | 1256 |
| 260 | 2,6 | 306 | 713 | 1310 |
| 280 | 2,8 | 317 | 742 | 1364 |
| 300 | 3 | 331 | 767 | 1415 |
Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на инженерных системах (отоплении, водоснабжении, канализации и прочих) и сопутствующих работах
| Давление | Пропускная способность или расход воды (кг/ч) при скорости потока в пределах 0,15 м/с | |||||
| Па/м | Мбар/м | 32 мм | 40 мм | 50 мм | 65 мм | 80 мм |
| 90 | 0,9 | 1627 | 2488 | 4716 | 9612 | 14940 |
| 92,5 | 0,925 | 1652 | 2524 | 4788 | 9756 | 15156 |
| 95 | 0,95 | 1678 | 2560 | 4860 | 9900 | 15372 |
| 97,5 | 0,975 | 1699 | 2596 | 4932 | 10044 | 15552 |
| 100 | 1 | 1724 | 2632 | 5004 | 10152 | 15768 |
| 120 | 1,2 | 1897 | 2898 | 5508 | 11196 | 17352 |
| 140 | 1,4 | 2059 | 3143 | 5976 | 12132 | 18792 |
| 160 | 1,6 | 2210 | 3373 | 6408 | 12996 | 20160 |
| 180 | 1,8 | 2354 | 3589 | 6804 | 13824 | 21420 |
| 200 | 2 | 2486 | 3780 | 7200 | 14580 | 22644 |
| 220 | 2,2 | 2617 | 3996 | 7560 | 15336 | 23760 |
| 240 | 2,4 | 2740 | 4176 | 7920 | 16056 | 24876 |
| 260 | 2,6 | 2855 | 4356 | 8244 | 16740 | 25920 |
| 280 | 2,8 | 2970 | 4356 | 8566 | 17338 | 26928 |
| 300 | 3 | 3076 | 4680 | 8992 | 18000 | 27900 |
| Давление | Пропускная способность или расход воды (кг/ч) при скорости потока свыше 0,3 м/с | |
| Па/м | Мбар/м | 100 мм |
| 90 | 0,9 | 30240 |
| 92,5 | 0,925 | 30672 |
| 95 | 0,95 | 31104 |
| 97,5 | 0,975 | 31500 |
| 100 | 1 | 31932 |
| 120 | 1,2 | 35100 |
| 140 | 1,4 | 38160 |
| 160 | 1,6 | 40680 |
| 180 | 1,8 | 43200 |
| 200 | 2 | 45720 |
| 220 | 2,2 | 47880 |
| 240 | 2,4 | 50400 |
| 260 | 2,6 | 52200 |
| 280 | 2,8 | 54360 |
| 300 | 3 | |
Скорость потока в каналах с круглым сечением зависит кроме прочего от характера транспортируемой жидкости. Например, для вязкой среды самотечной оптимальным считается 0,1-0,5 м/с, а для более жидкой – 0,5-1 м/с. Показатели увеличиваются, если использовать устройства для принудительной транспортировки. Так, в условиях нагнетания скорость может достигать 0,8-2 м/с, а при всасывании – 1,5-3 м/с.
Пример проведения самостоятельных расчетов
Рассмотрим как рассчитать диаметр трубы для коттеджа, в котором проживает 4 человека. В список точек потребления входят ванная, душевая кабинка и унитаз, на кухне установлена стиральная машинка и посудомоечное оборудование. Так как имеется несколько пользователей и факт одновременной работы разного оборудования, сначала нужно определить вероятность. По имеющимся данным получится P = 5,6 × 4/(0,25 × 3600 × 6) = 0,00415.
Расход воды в каждом из помещений получится такой:
- ванная – q = 5 × 0,25 × 0,00415 = 0,00519 л/с;
- кухня – q = 5 × 0,12 × 0,00415 = 0,00249 л/с;
- туалет – q = 5 × 0,1 × 0,00415 = 0,00208 л/с.
Следующий шаг – определение нужного диаметра трубопровода.
Проверить сечение трубы можно обычной линейкой Источник kipmu.ru
Скорость потока в трубе можно точно вычислить с параллельным расчетом потерь, коэффициента гидравлического трения и других требуемых величин. Проще, несмотря на погрешности, взять информацию из готовых таблиц. Ведь на строительном рынке не существует заготовок, которые отличаются от стандартизованных сечений.
Если за ориентир взять напорный водопровод и продвижение жидкости со скоростью 3 м/с, то по расчетам получатся такие варианты оптимальных диаметров труб.
Ванная – примерно 45 мм:
Кухня – примерно 33 мм:
Туалет – примерно 30 мм:
Характеристики водопроводных труб
Конструкция водопровода не может работать без труб, поэтому не будет ошибкой утверждение, что именно они являются важнейшим элементом этой системы. В строительстве чаще всего используются пластиковые, металлопластиковые и металлические трубы.
Несмотря на различия, обусловленные разными материалами изготовления, все трубы имеют одинаковые размерные характеристики, перечень которых выглядит так:
- Внутренний диаметр, который должен быть одинаковым в местах всех соединений, чтобы конструкция была цельной;
- Диаметр условного прохода – номинальный показатель, необходимый для монтажа водопровода;
- Толщина стенок;
- Длина трубы.
Правильный подбор труб с точки зрения размерных характеристик нужен не только для их монтажа – подходящие для обустройства водопровода элементы позволят создать конструкцию, с которой не будет проблем в процессе эксплуатации. Если диаметр пластиковой водопроводной трубы слишком мал, в ней будут возникать водяные завихрения, из-за чего конструкция будет шуметь и периодически выходить из строя.
Отопительная система
Здесь главная задача, которую необходимо решить с помощью жидкого теплоносителя – обеспечить нагревательные приборы нужным количеством тепла. Перед тем, как рассчитывать диаметр трубы, понадобится определить теплопотери дома, выбрать радиаторы с оптимальной мощностью. Также понадобятся данные о длине трубопровода и схеме рабочей системы (способ циркуляции воды, с одним или двумя каналами).
Двухтрубная схема автономного отопления Источник kupisantehniky.ru
Для вычисления диаметра труб отопления можно использовать такую формулу:
Здесь:
- d – искомая величина внутреннего диаметра;
- Q – нагрузка на конкретный участок системы относительно необходимого количества подаваемого тепла;
- Δt° – разница между температурами на подаче и обратке;
- V – скорость потока теплоносителя на обслуживаемом участке.
В автономных системах отопления жидкость может перемещаться со скоростью от 0,2 до 1,5 м/с. При этом оптимальными на практике значениями являются 0,3-0,7 м/с. При меньшей скорости повышается вероятность завоздушивания системы, при большей система работает шумнее.
Ниже представлена таблица с оптимальными значениями скорости горячей воды в полипропиленовых трубах в зависимости от количества тепла до 20 кВт (в кВт) и наружного диаметра канала (в мм). Здесь учитывается рабочий режим 80/60 и разница температур в 20 градусов по Цельсию.
| Тепло | 20 | 25 | 23 | 40 | 50 | 63 | 75 |
| 3 | 0,2 | 0,1 | 0 | ||||
| 4 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0 | |||
| 5 | 0,4 | 0,2 | 0,1 | 0 | |||
| 6 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0 | ||
| 7 | 0,5 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0 | ||
| 8 | 0,6 | 0,4 | 0,2 | 0,1 | 0 | ||
| 9 | 0,7 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0 | |
| 10 | 0,7 | 0,5 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | ||
| 11 | 0,8 | 0,5 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | ||
| 12 | 0,9 | 0,6 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | ||
| 13 | 1 | 0,6 | 0,4 | 0,2 | 0,1 | ||
| 14 | 1 | 0,7 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | |
| 15 | 1,1 | 0,7 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | |
| 16 | 1,2 | 0,8 | 0,5 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | |
| 17 | 1,2 | 0,8 | 0,5 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | |
| 18 | 1,3 | 0,8 | 0,5 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | |
| 19 | 1,4 | 0,9 | 0,5 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | |
| 20 | 1,5 | 0,9 | 0,6 | 0,4 | 0,2 | 0,1 | |
Общие данные
Сегодня есть несколько вариантов отопительных систем, но водяное отопление уже не один десяток лет является самым популярным методом.
Особенно эффективным считается вариант, в котором происходит принудительная циркуляция теплоносителя. При ее выборе можно с уверенностью говорить о качестве обогрева помещения даже большого метража.
Перед проектированием отопительной системы стоит определиться с материалом, из которого будут изготовлены трубы и составляющие элементы.
На сегодняшний день широкое применение нашли: стальные, полипропиленовые, металлопластиковые и медные изделия.
Правильно рассчитанный диаметр влияет на оптимальную длину трубопровода, количество возможных к подключению радиаторов и прогноз тепловых потерь во время роботы.
Коротко о главном
От диаметра трубопровода зависит скорость подачи содержимого за отчетный период времени и срок эксплуатации коммуникаций.
Вычислить оптимальный размер сечения на том или ином участке системы можно с помощью специальных инженерных программ, калькуляторов в интернете или самостоятельно используя несколько формул.
Рассчитывая диаметр каналов для водоснабжения, учитываются скорость потока, давление, требуемый расход воды на обслуживание сантехнического оборудования и проживающих в доме людей, полив огорода или цветника.
Определяя диаметр труб для сборки отопительной системы необходимо выяснить нагрузку или количество нужного тепла для компенсации теплопотерь, разницу температур на подаче и обратке, скорость движение теплоносителя.
Какой диаметр трубы выбрать для водоснабжения в частном доме
Как было показано выше, трубный диаметр задается фиксированными значениями из стандартизированного числового ряда со значительной разбежкой. Это делает его точный подсчет по формулам, таблицам и онлайн-калькуляторам в подавляющем большинстве случаев бессмысленной процедурой. Даже самый простой вариант определения диаметра по пропускной способности труб и суммирования водопотребления одновременно включенного сантехнического оборудования (таблица 3.) не стоит потраченного времени и давно проведен специалистами-монтажниками.
Снаружи
Если для частного дома смонтирована система индивидуального водоснабжения, то вода от погружного или поверхностного электронасоса поступает в него по подземному трубопроводу из полиэтилена низкого давления ПНД.
Выходные патрубки большинства насосов рассчитаны на подключение труб диаметром 1 или 1 1/4 дюйма, то есть наружными диаметрами 25 и 32 мм. Так как трубопровод от электронасосов запрещено заужать, то перед монтажниками нет выбора, какие трубы использовать.
Иногда, если выход электронасоса имеет выходной патрубок в 1 дюйм (25 мм), а расстояние до дома слишком велико, для снижения гидравлических потерь использует трубопровод большего диаметра в 1 1/4 дюйма (32 мм).
Аналогичным образом поступают и при подключении от централизованной водопроводной магистрали. В подавляющем большинстве случаев перед монтажниками не стоит вопрос, какую трубу выбирать. Достаточно использования двух видов — 25-ой или 32-ой ПНД-трубы.
Рис. 5 Один из вариантов коллекторной разводки и соответствующих ему труб из тонкостенного металлопластика (для ПП все диаметры следует увеличить на один типоразмер)
