Делаем трубопроводы систем отопления самостоятельно: расчет, монтаж, требования и диаметр труб

Подбор диаметра труб отопления — Teplopraktik

Диаметр труб отопления зависит от того какой объем теплоносителя будет проходить через них. Очевидно, что на главном подающем трубопроводе, идущем от отопительного котла, диаметр будет больше, на ветке с тремя радиаторами он будет еще меньше, а на конечном радиаторе он будет самым маленьким. Соответственно диаметр трубы будет зависеть от общей тепловой мощности радиаторов, который питает данный трубопровод.

Кроме того диаметр трубопровода зависит от скорости движения теплоносителя в системе и от перепада температур подача/обратка. Чем выше этот перепад, тем меньше требуется диаметр трубопровода. Стандартный перепад температур – 20°С. В более комфортных системах этот перепад меньше – 10°С.

Отопительная система с циркуляционным насосом характеризуется высокой скоростью теплоносителя, система же с естественной циркуляцией обладает низкой скоростью, поэтому это обязательно надо учитывать при подборе труб отопления. Не стоит закладывать в расчет трубопроводов слишком большую скорость движения воды в трубах, т.к. это создаст различные неприятные шумы и журчание в трубах. При слишком низкой скорости же возникает риск образования воздушных пробок в системе. Скорость движения в трубах должна быть в пределах 0,4 – 0,6 м/с. Самотечная система характеризуется значительно более низкой скоростью теплоносителя, поэтому диаметр труб нужно выбирать больше.

Поэтому ниже мы укажем таблицы подбора диаметра труб для различных систем с указанными параметрами. В таблице используется подбор диаметра труб из различных материалов. Стальные трубы ВГП имеют обозначение по внутреннему диаметру, тогда как полипропиленовые, металлопластиковые и трубы из сшитого полиэтилена имеют обозначение по наружному диаметру. Это учтено в таблице подбора диаметров трубопроводов.

Пример использования: двухтрубная система с циркуляционным насосом, общая мощность 18 кВт.

Разводка выполнена полипропиленовой трубой, условное обозначение — ПП.

Как видим из схемы — вначале из котла выходит полипропиленовая труба, диаметром 40мм, внутренний просвет у нее 25мм, что соответствует металлической ВГП трубе в 1 дюйм (25мм). Далее идет отвод на бойлер (4 кВт) и теплые полы (2 кВт) двух ПП труб, диаметром 16мм. После этого часть теплоносителя отделилась, поэтому нет необходимости в такой толстой трубе. На отопление 1-ого и 2-ого этажей уже пойдет более тонкая труба — 32мм, она пойдет до первого тройника. На тройнике отделяется ветка на 1-ый этаж, диаметром 25мм, и на 2-ой этаж, также диаметром 25мм. К конечным радиаторам уже подходит полипропиленовая труба диаметром 16мм. И на 3-х последних радиаторах также идет заужение подающей трубы до 16мм.

В однотрубной системе, в отличие от двухтрубной по одному трубопроводу подается весь теплоноситель системы. Поэтому в такой системе весь трубопровод (после ответвления трубы на бойлер и теплый пол) будет диаметром 32мм, а к отдельным радиаторам от основного трубопровода будут подходить трубы 16мм.

teplopraktik.ru

Выбор ПП труб отопления

Отопительные системы создаются из полипропиленовых труб с армированием и слоем из антидиффузионного материала, закрывающего доступ кислорода

Поэтому нужно обращать внимание на маркировку

ПП трубы

Если необходимо полимерный тепловой контур соединить с твердотопливным котлом. Сначала монтируется участок на подаче и возврате длиною не меньше 1,5 м из стали или меди.

Как подобрать диаметр

Точный подбор сечений и длин отдельных участков трубопроводной системы осуществляется с помощью гидравлического расчета. Если площадь дома не превышает 250 м², вычислительный процесс можно не проводить.

Диаметр подбирается исходя из требуемой общей мощности батарей. При этом сечения магистральных труб и стояков будут больше по сравнению с такими же размерами подводящих и отводящих участков возле каждого радиатора.

Гидравлический расчет позволяет определить:

• требуемый объем теплоносителя; 
• потери напора во всей трубопроводной системе и на участках от котла или насосного агрегата до каждой батареи.

Для определения расхода нагретой воды тепловые потери дома делятся на произведение теплоемкости теплоносителя и разности его температур на выходе и входе в теплогенерирующую установку

Скорость перемещения воды рассчитывается отношением ее расхода на определенном участке к площади сечения трубопровода.

Потеря напора вычисляются путем произведения длины трубы с одинаковым диаметром и удельной потери на трение. Последнее значение берется из справочной литературы или узнается у производителя.

Для фитингов, арматуры и оборудования рассчитываются потери сопротивления. Искомая величина определяется произведением плотности теплоносителя, его скорости в квадрате, которая делится на два, и специального коэффициента, указывающегося компанией-производителем.

Все полученные значения сопротивлений суммируются. Результат сравнивается с контрольными величинами. Безошибочный гидравлический расчет смогут выполнить специалисты с квалификацией.

Определение характеристик смеси

Поскольку в условии
задачи не оговаривается изменение
температуры, принимаем поток изотермическим,
т.е. с сохранением температуры 30°С на
всем протяжении. Состав смеси бензола
и толуола позволяет определить плотность
и вязкость смеси.

Плотность при 30 С:
бензола ρ_б
= 868,5 кг/м3
и плотность толуола ρ_т
= 856,5 кг/м3,
тогда плотность смеси: ρ_см
= 0,7* ρ_б
+ 0,3* ρ_т
= 0,7*868,5 + 0,3*856,5 = 864,9 кг/м3
.

Вязкость при 30 С:
бензола μ_б
= 5,6*10-4
Па*с и вязкость толуола μ_т
= 5,22*10-4
Па*с, тогда вязкость смеси: lg
μ_см
= 0,7*lg
μ_б
+ 0,3*lg
μ_т
= 0,7*lg
(5,6*10-4)
+ 0,3*lg
(5,22*10-4)
= — 3,261, а μ_см
= 5,48*10-4
Па*с .

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)

Начинаем расчет.

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)

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.

Источники

• https://zen.yandex.ru/media/eurosantehnik/kak-podobrat-diametr-trub-dlia-otopleniia-doma-5ad33cf2a936f4899b1a4970
• https://poweredhouse.ru/raschet-trub-otopleniya/
• https://samstroy.com/%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%87%D0%B5%D1%82%D0%B0-%D0%B4%D0%B8%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B0-%D1%82%D1%80%D1%83%D0%B1-%D0%B4%D0%BB%D1%8F-%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC-%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB/
• https://teplospec.com/montazh-remont/kak-sdelat-raschet-diametra-truby-dlya-otopleniya-primery-dlya-raznykh-sistem.html
• https://vseotrube.ru/otoplenie/podbor-diametra
• http://teplosten24.ru/raschet-diametra-trub-dlya-otopleniya-chastnogo-doma.html
• https://trubyda.ru/dlya-otopleniya/kakoj-diametr-luchshe
• https://truby-moskva.ru/diametr-trub-iz-polipropilena-dlya-otopleniya.html

Прокладка металлических труб

Ну и на десерт оставил описание процесса прокладки металлических труб. Вдруг кто-то решит делать гравитационную однотрубную систему отопления на небольшой дачке за городом. Или в качестве источника тепла будет использовать твердотопливный котел.

О технологии сваривания металлических труб я уже рассказывал вам, так что можете найти эту статью и подробно там все изучить. Здесь же остановлюсь на описании преимуществ использования металлических труб, а то некоторые относятся к ним слишком уж пренебрежительно.

Итак:

• Могут использоваться для транспортировки очень горячего теплоносителя. Температура воды внутри может достигать 100 градусов Цельсия. Это особенно хорошо в том случае, когда вы планируете отапливать дачу или домик самодельным котлом на дровах или угле.
• Подходят для прокладки однотрубных систем отопления с естественным током теплоносителя. Опять же, для маленькой дачи это отличный вариант и стоимость материалов и работы будет невысокой.
• Главное, после прокладки металлических труб хорошо покрасить их и следить, чтобы в системе не было воздуха, иначе они быстро придут в негодность из-за коррозии.

3.5 Гидравлический расчет систем отопления

3.5.1 При гидравлическом расчете
падение давления DР в системе отопления
складывается из потерь давления R на трение по длине трубопровода lи потерь давления Z
на преодоление местных сопротивлений

, (2)

3.5.2 Потери давления R, Па/м, по
длине можно определить по формуле

, (3)

где l — коэффициент сопротивления по длине;

V — скорость течения воды, м/с;

d_р — расчетный диаметр трубы, м.

3.5.3 Коэффициент сопротивления по длине
l
следует определять по формуле

, (4)

где b— число подобия
режимов течения воды;

К_э — коэффициент
эквивалентной шероховатости, м, принимается равным 1,0 ×10-6 м;

Re_ф — фактическое
число Рейнольдса.

3.5.4 Расчетный диаметр трубы d_р следует определять
по формуле

, (5)

где d_н — наружный
диаметр трубы, м;

Dd_н — допуск на наружный диаметр трубы, м;

S — толщина стенки трубы, м;

DS— допуск на толщину
стенки трубы, м.

3.5.5 Фактическое число Рейнольдса Re_ф определяется по
формуле

, (6)

где n_t— коэффициент
кинематической вязкости воды, м2/с, принимается с учетом температуры
воды (таблица 2).

Таблица 2

3.5.6 Число Рейнольдса Re_кв,
соответствующее началу квадратичной области гидравлических сопротивлений при
турбулентном движении воды, определяется по формуле

, (7)

3.5.7 Число подобия режимов течения
воды bопределяют по формуле

, (8)

3.5.8 При проведении приближенных
гидравлических расчетов по определению падения давления, вызванного
гидравлическим сопротивлением труб, следует пользоваться номограммами (), рассчитанными
для средней температуры воды 80 °С.

3.5.9 При средней температуре
теплоносителя, отличной от 80 °С, следует учесть поправочный коэффициент a
(), равный

, (9)

где R_t— удельная линейная потеря давления при средней
расчетной температуре воды t, °C, и расходе G, Па/м;

R — значение удельной линейной потери давления () при t=80 °С и при
том же значении G, Па/м.

3.5.10 Для приближенных гидравлических
расчетов систем отопления с использованием труб ПЭ-С и соединительных латунных
деталей величину потери давления Z рекомендуется принимать равной 30 %
общей величины потерь давления в трубах.

3.5.11 Величину потери давления Z
на соединительных деталях и запорно-регулирующей арматуре следует принимать по
данным предприятий-изготовителей.

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.

Прокладка трубопроводов внутри здания

После монтажа наружной магистрали осуществляем монтаж системы внутри здания. Существуют следующие способы, которыми осуществляется установка коммуникаций в частном доме:

• Открытый – в этом случае коммуникации располагаем методом наружного крепления к стене. Такие схемы выгодны при использовании труб в виде прямых отрезков – трубы в бухтах при таком метода смотрятся неэстетично. Открытый способ применим при проектировании отопления в деревянном доме.
• Закрытый, при котором прячем коммуникации в стене.
• Закрытый, при котором прячем коммуникации в пол. Эта схема используется, например, при устройстве водяного пола с подогревом.
• Закрытый, при котором прячем контур в специальные декоративные элементы, вроде коробов из вагонки или гипсокартона, которые монтируются на стене. Эта схема может применяться в деревянном или каркасном частном доме.

Открытая схема монтажа требует, чтобы крепления к стене были настолько частыми, чтобы позволить избежать провисания коммуникаций.

Необходимо знать, что наряду с жёсткими, используются и скользящие крепления – они необходимы для того, чтобы компенсировать температурное расширение полипропилена. Жёсткие крепления к стене используются обязательно в местах подключения к стоякам.

Если есть желание сделать коммуникации невидимыми глазу, можно расположить их в межэтажных пространствах либо прятать в пол. Если мы применяем в деревянном частном доме скрытую прокладку, необходимо обеспечить доступ к каждому соединению системы – это необходимо для проведения ремонтных работ.

Существует также вариант разместить их в специальном коробе из вагонки или гипсокартона. В таком случае монтируем из металлического профиля каркас, крепим его к стене, внутри располагаем контур отопления.

Снаружи обшиваем вагонкой, гипсокартоном либо другим облицовочным материалом. Все крепления осуществляем при помощи самонарезов. Такая схема даёт возможность простого доступа к любому участку контура.

При монтаже системы в каркасном частном доме может использоваться та же открытая схема. Проводить трубопровод через каркасные стены можем, проделывая в них небольшие отверстия, прокладывая контур и замазывая цементом.

Либо можем спрятать коммуникации в пространство между каркасной стеной и гипсокартонным финишным покрытием. Как вариант можно предложить декоративный короб из гипсокартона, аналогичный тому, который предлагался для использования в деревянном здании.

Если речь идёт не о деревянном доме, можем использовать скрытое расположение трубопровода в стенах. Пошагово процесс выглядит следующим образом:

• Выполняем на стенах разметку, по которой будем укладывать контур.
• При помощи перфоратора выдалбливаем в стене штробы.
• Необходимо учесть коэффициент расширения полимерных изделий – для этого снабжаем их компенсаторами.
• Укладываем контур в штробы, используем крепления на клипсах при помощи дюбелей, выполняем все соединения.
• Необходимо обеспечить утепление контура для компенсации теплопотерь, которые возникают при использовании такого метода.
• Проверяем систему на герметичность, пустив по контуру воду. При необходимости устраняем течи, если они есть.
• Убедившись в полной герметичности системы, замазываем каналы раствором из цемента.
• Необходимо обеспечить доступ ко всем соединениям для проведения ремонтных работ в случаем возникновения необходимости.

Скрытый способ укладки трубопровода в пол выполняется аналогично тому, который был описан для стен. Он состоит из следующих этапов:

• Выполняем на полу разметку укладки трубопровода.
• Вырезаем при помощи перфоратора штробы – следим за тем, чтобы их глубина была больше диаметра контура.
• Укладываем контур в вырезанные каналы и тщательно утепляем.
• Проверяем систему на герметичность, пустив в контур воду.
• Убедившись в герметичности всех соединений, замазываем каналы цементным раствором. Необходимо, чтобы толщина и прочность цемента позволяли выдержать вес человека – в противном случае есть вероятность повредить трубу.
• По верху кладём финишное покрытие – ламинат или линолеум.