Как рассчитать диаметр трубы для отопления: простой алгоритм для принудительной циркуляции

Как рассчитать диаметр трубы отопления, какой должна быть подводка к радиатору, а каким – розлив? Понятно, что гидравлические и теплотехнические расчеты исключительно сложны; однако, быть может, существует какой-то упрощенный алгоритм, пусть даже дающий приблизительный результат?

Давайте разбираться.

Наша задача – подобрать оптимальное сечение трубопровода.

Описание

Действительно, мы можем предложить читателю простейшую схему приблизительного расчета. Она сводится к использованию таблицы зависимости теплового потока при постоянной дельте температур от диаметра трубопровода и скорости теплоносителя (читайте также статью “Какие трубы для отопления лучше: анализ 4-х наиболее распространённых вариантов”).

С учетом того, что шаг диаметра применяющихся в отопительных системах трубопроводов достаточно велик, погрешность мало повлияет на результат.

Однако нужно понимать, что мы намеренно пренебрегаем рядом факторов.

• Материал трубы влияет на ее гидравлическое сопротивление. Сталь с ее шероховатостью будет тормозить поток сильнее, чем гладкий полипропилен.

Заметьте: со временем разница в гидравлическом сопротивлении будет увеличиваться. Стальная поверхность станет постепенно обрастать ржавчиной и известковыми отложениями, а пластик останется таким же гладким и через 30 лет эксплуатации.

• Каждый поворот или переход диаметра дополнительно увеличивает гидравлическое сопротивление.
• То же действие на него оказывает запорная арматура. Напор неизбежно будет падать на каждом вентиле и дросселе.

Повороты, фитинги и запорная арматура вызывают падение напора.

Есть и хорошие новости. Поскольку значение теплового потока дано для фиксированных значений скорости теплоносителя, оно останется неизменным при любых изменениях конфигурации системы отопления.

Наша задача  сводится лишь к тому, чтобы обеспечить соответствующие значения скорости; сделать это позволит использование многоступенчатого циркуляционного насоса, цена которого ненамного выше, чем у односкоростного.

Начальные параметры

Итак, как подобрать диаметр труб для отопления?

Для начала нужно определиться с граничными условиями.

• Для расчетов мы используем типичную для автономной радиаторной системы отопления дельту температур в 20С. Как правило, температура подачи поддерживается на уровне примерно 75С, обратки – 55С. Тем самым мы обеспечиваем максимальный ресурс полимерных элементов трубопровода, высокую эффективность теплообмена и избегаем образования конденсата на теплообменнике в котле.

Уточним: разумеется, речь идет о твердотопливном и газовом отопительном оборудовании. По понятным причинам электрокотел образования конденсата на теплообменнике не боится.

В электрокотле отсутствуют пламя и теплообменник, на котором могут конденсироваться продукты сгорания.

• Скорость теплоносителя в норме должна составлять примерно 0,6 – 1 метр в секунду. При меньших значениях дельта температуры в контуре сколь-нибудь большой протяженности неизбежно превысит 20 градусов. При большей (1,5 м/с и более) – станет заметным гидравлический шум.

Расчет

Собственно расчет того, какой диаметр трубы нужен для отопления, складывается из двух операций.

1. Вначале мы рассчитываем потребность в тепловой мощности для дома в целом или отдельного помещения.
2. Затем мы сверяемся с таблицей, по которой для необходимого теплового потока и скорости теплоносителя подбираем диаметр.

Тепловая мощность

Инструкция по расчету потребности в тепле частного дома выглядит следующим образом:

1. В качестве базового значения берутся 60 ватт на кубометр внутреннего объема помещения.

Заметьте: при расчете потребности в тепле квартиры это значение уменьшается до 40 Вт/м3. Ограждающие конструкции дома контактируют с холодной улицей; квартира же окружена теплыми помещениями.

2. Каждое окно добавляет к потребности в тепле 100 ватт; дверь, ведущая на улицу – 200.
3. Наконец, в теплом и холодном климате реальные теплопотери будут различаться. Для компенсации этого фактора вводится региональный коэффициент: 0,7-0,9 для южных регионов (Краснодарский край, Крым), 1,2 – 1,3 для центральных регионов (Московская и Ленинградская области), 1,5 для Дальнего Востока и 2,0 для Якутии и Чукотки.

На фото – якутское село Оймякон. Средняя температура января – -46,4С.

Давайте в качестве примера рассчитаем потребность в тепле одного этажа дома размерами 6 х 12 х 3,2 метра с четырьмя окнами и двумя дверьми.

Место дислокации – Крым.

1. Объем помещения равен 6 х 12 х 3,2 = 230,4 м3. Умножаем на 60 Вт/м3: 230,4 х 60 = 13824 Вт.
2. Четыре окна и две двери на улицу увеличат потребность в тепле до 13824 + (100 х 4) + (200 х 2 ) = 14624 Вт.
3. Крым с его теплыми зимами внесет свои коррективы: 14624 х 0,7 = 10236,8 Вт, или 10 КВт.

Теплая зима существенно уменьшает затраты на отопление.

Диаметр

Теперь остался сущий пустяк – на основе потребности в тепле решить, какой диаметр трубы выбрать для отопления. Для этой цели нам потребуются справочные данные.

Очевидно, для наших целей достаточно прокладки розлива трубой с внутренним диаметром 15 миллиметров при скорости потока теплоносителя 0,7 м/с.

Нюансы

• Как несложно заметить, расчет своими руками подводок для отдельных отопительных приборов мощностью 1-3 КВт с помощью этой таблицы невозможен. Однако он и не требуется: трубы с внутренним диаметром меньше 12 мм вы просто-напросто не купите в магазине.
• Для полимерных и металлопластиковых труб продавцами обычно указывается не внутренний, а наружный диаметр. Не забудьте учесть толщину их стенок.

Наружный и внутренний диаметры для полипропиленовых труб.

• Если розлив однотрубной системы должен иметь постоянный диаметр, то в случае двухтрубной схемы сечение может редуцироваться по мере удаления от котла. Расчет выполняется отдельно для каждого участка с учетом его потребности в тепле.

Заключение

Надеемся, что приведенная схема расчетов поможет читателю избежать лишних проблем и затрат при сооружении системы отопления в собственном доме.

Как обычно, видео в этой статье предложит дополнительную информацию. Успехов!