Как рассчитать диаметр труб для отопления

Задолго до монтажа системы отопления нужно выбрать ее тип, а затем подобрать диаметр труб для отопления частного дома и нарисовать схему, чтобы приобрести материалы. Иногда в подборе диаметров труб оказывают помощь опытные мастера – монтажники, которые могут без всяких формул на глазок определить, где какой трубопровод проложить. Но по-настоящему грамотных специалистов не так уж много, а идти по пути сотрудничества с проектной организацией хоть и правильно, но бывает весьма дорого. Расчет сечения труб вы можете сделать самостоятельно, если потратите некоторое время и внимательно прочитаете данную статью.

Что нужно для расчета?

Чтобы рассчитать диаметр труб, надо знать тепловую мощность, необходимую для обогрева каждого помещения. Наверняка она уже была определена во время подбора котельной установки, но если же нет, то ориентировочно количество теплоты можно посчитать по объему комнаты. Делается это просто: на каждый кубометр помещения надо положить 40 Вт теплоты, тогда расход тепла будет равен объему, помноженному на 40, результат получите в Ваттах.

Далее, следует определиться с типом системы отопления, выбрав один из двух существующих:

Двухтрубные системы в частном доме предпочтительнее и являются более популярными, хотя и однотрубные схемы имеют право на существование. Следует отметить, что законы движения жидкости одинаковы как в однотрубной системе, так и в двухтрубной, поэтому для нахождения диаметров магистралей этот вопрос не слишком важен. Гораздо больший интерес представляет способ перемещения теплоносителя, коих тоже два:

• конвекционный, происходящий за счет разности веса горячей и остывшей воды (самотечные системы);
• принудительный, когда теплоноситель побуждается к движению циркуляционным насосом.

Различие между этими двумя способами заключается в том, что в первом случае жидкость проходит по трубам медленно, а во втором, под действием насоса, – гораздо быстрее. Скорость движения теплоносителя – один из важнейших параметров, участвующих в расчете, от нее зависит пропускная способность магистрали. Диапазон рекомендуемых скоростей лежит в пределах от 0.3 до 0.7 м/с. Когда планируется система отопления с принудительной циркуляцией, то это значение можно принять равным 0.7 м/с, а при самотечной – 0.3 м/с.

При скорости воды ниже указанного предела в ней станут появляться пузырьки воздуха, а размер трубы получится слишком большим и неоправданным экономически. Если же скорость будет высокой, то появится шум в трубопроводах и резко возрастет гидравлическое сопротивление всей сети, стандартный циркуляционный насос может с ним не справиться.

Порядок расчета

Начинать расчет диаметра трубы для отопления надо с прорисовки схемы. Надо начертить план каждого этажа здания и отразить на нем все ветви системы. Это все делается в виде эскиза, от руки, а чтобы вам было лучше понятно, лист бумаги возьмите побольше. Когда схема готова, представьте себе абстрактную картинку, где горячая вода из котла растекается по трубопроводам и несет с собой тепло в каждое помещение. Так вот, наши трубы должны пропустить достаточное количество этой воды, чтобы тепла хватило на каждую комнату.

Цель расчета – выяснить расход теплоносителя и пропускную способность магистралей, сопоставив ее со стандартными диаметрами труб.

Считать начинаем от самого дальнего помещения, где находится тупик отопительной системы. Массовый расход теплоносителя определяем по формуле:

G = 0.86 Q / Δt , где:

• G – искомый массовый расход воды, кг/ч;
• Q – количество теплоты, необходимое для обогрева помещения, Вт;
• Δt– разница температур в подающем и обратном трубопроводах, в расчетах всегда принимается равной 20 ºС.

Мы определили массу жидкости, протекающей в нашу комнату, а чтобы выбрать нужный диаметр труб, нужно знать ее объем. Так как вода — горячая с максимальной температурой 80 ºС, то и плотность ее меньше, значит, надо посчитать объемный расход (л/ч), разделив массу на плотность:

Для справки. Плотность воды при температуре 80 ºС составляет 971.6 кг/м3.

Зная объем протекающего теплоносителя, можем вычислить площадь поперечного сечения:

А = V / (3600ϑ)

• А – площадь сечения трубы, м2;
• V – объемный расход теплоносителя, м3/ч;
• ϑ– скорость движения воды, м/с.

Далее, диаметр металлопластиковых труб для отопления, как и теплопроводов из других материалов, рассчитывается через формулу площади круга:

D = √ 4А / π

Пример. В дальнюю комнату надо подать 3000 Вт теплоты, циркуляция теплоносителя — естественная. Массовый расход получится 0.86 х 3000 / 20 = 129 кг/ч, объемный – 129 / 971.6 = 0.13 м3/ч. Площадь сечения трубы будет: 0.13 / (3600 х 0.3) = 0.00012 м2, а ее диаметр – √4 х 0.00012 / 3.14 = 0.012 м или 12 мм.

Полученную цифру ставим на схеме около дальнего помещения и переходим к следующему, что ближе к котлу. В нем производим такие же вычисления, только надо учесть тот факт, что тепло для обеих комнат поставляется по одной трубе. Поэтому вначале надо сложить тепловую мощность на обогрев этих двух помещений, а результат подставлять в первую формулу вычисления массового расхода теплоносителя. По окончании переходим еще ближе к котлу, складывая теплоту для 3 комнат и так далее.

Если изложенный способ кому-то покажется громоздким, то выбор диаметра труб для отопления производится с помощью готовых таблиц. Однако зачастую представленная в них информация неполная либо дана в такой форме, что обычному домовладельцу трудно разобраться в цифрах. Вот одна из таких таблиц:

Как видите, расчетные диаметры здесь представлены с определенным промежутком, хотя стандартный ряд внутренних размеров идет в таком порядке: ДУ 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50 и так далее. Кстати, хорошо заметно, насколько трубы для отопления с естественной циркуляцией получаются большего диаметра, чем когда в системе стоит циркуляционный насос. Чтобы в этом убедиться, достаточно сравнить пропускную способность любого размера труб при скорости теплоносителя 0.3 и 0.7 м/с.

Получив результаты, подбираем трубу по размеру из стандартного ряда, принимая ближайший больший диаметр. Надо учесть, что в обозначении стальных водогазопроводных труб указан внутренний размер изделия, а в электросварных – наружный. Такую же маркировку имеют металлопластиковые, полиэтиленовые и полипропиленовые трубы, поэтому для определения внутреннего диаметра надо от наружного габарита отнять 2 толщины стенок.

Производить расчеты вручную бывает не всегда удобно, процесс отнимает много времени. Для упрощения работы 4 простых формулы, изложенные выше, рекомендуется ввести в Exel и выполнять вычисления с помощью этой программы. Тогда вы будете уверены в полученных результатах и будете точно знать, какие для отопления следует использовать трубы.

Какой правильный диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией

Важным пунктом расчета системы отопления является выбор диаметра труб. Учитывается ряд факторов, зависящих от типа подключения отопительных элементов, необходимой мощности системы, параметров котла и т.п.

Начинать рассчитывать диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией необходимо с выбора конкретного способа подключения системы и ее основных параметров.
В ходе расчетов уже можно будет делать выводы о целесообразности применения того или иного диаметра или же корректировать параметры системы, исходя из экономических, технологических или даже эстетических соображений.

Что учитывается при расчете

Основные критерии, которые важно учесть:

• объем теплоносителя, достаточного для заполнения системы;
• длина отопительного контура;
• номинальная скорость потока теплоносителя;
• требуемая продуктивность, кВт;
• циркуляционное давление;
• сопротивление труб и фитинга в отопительном контуре.

Для каждого параметра имеется диапазон приемлемых значений. Расчет при этом должен дать размер трубы системы отопления, удовлетворяющий всем требованиям и обеспечивающий оптимальные параметры.

Расчеты касаются внутреннего диаметра. Уже после получения нужного размера выбирается подходящий номинал, имеющийся в продаже, далее подбирается материал. От этого зависит толщина стенок, внешний диаметр и внешний вид.

Параметры отопления, используемые для расчета диаметра труб

• объем контура отопления;
• скорость движения теплоносителя;
• теплоемкость;
• перепад давления горячего и остывшего теплоносителя;
• высота контура.

Объем жидкости в системе с естественной циркуляцией, сам по себе, не играет ключевой роли.

Чем больше теплоносителя, тем больше тратится топлива для нагрева, однако за счет увеличенного объема повышается давление циркуляции, что способствует росту КПД отопления.

Диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией выбирается по возможности большим. Особенно, когда нет возможности повысить общую высоту контура.

Нужно распределять трубы и радиаторы таким образом, чтобы сократить путь от котла к радиатору. Слишком длинные линии на подаче, хоть и обеспечат больший напор в системе, однако снизят эффективность обогрева в дальних ее точках. При этом влияние оказывает только высота участка.

Скорость жидкости ограничивается в пределах 0,4-0,6 м/с, что позволит снизить до минимума сопротивление в трубах. Желательно поддерживать переходной тип движения воды в трубах между ламинарным (равномерным) и турбулентным (с завихрениями).

При естественной циркуляции важен напор циркуляции. Жидкость движется исключительно под действием сил гравитации. Горячий теплоноситель поступает в трубы, расположенные выше котла, например под потолком или на чердаке.

В радиаторах тепло переходит к внутреннему воздуху помещения.

Холодная вода имеет большую плотность и тяжелее горячей, потому она опускается, создавая естественный поток, стекая в котел, где вновь нагревается, образуя неразрывный цикл.

Основной параметр, влияющий на эффективность отопления – это высота уровня воды в системе, разница между уровнями подвода и отвода воды от радиатора.

Именно она задает необходимый циркуляционный напор под действием сил тяжести. Для двухтрубного горизонтального подключения высота считается между средней линией радиатора и средней линией котла, потому логично, что котел должен располагаться значительно ниже.

Для одноэтажного дома это означает расположение котла в подвальном помещении.

Высота при вертикальном распределении обозначает разницу уровней подводящей линии и обратной, при условии, что котел находится именно на уровне отводящей линии или немного ниже. Однако часто технически невозможно распределить котел и радиаторы на достаточной разнице высот, потому следует уменьшать сопротивление контура, в том числе увеличивать диаметр труб.

Иногда достаточно установить разгонный коллектор, «Л»-образный участок труб,ы дополнительно повышающий высоту контура отопления. Формировать его следует непосредственно от котла вверх и от верхней точки по пологому пути к первому радиатору в контуре.

Расчет сопротивления подбор оптимального диаметра трубы

Имея на руках все вышеперечисленные данные, начинается подбор сечения, часто не за один подход.

Выполнив разметку прокладки в соответствии со схемой подключения, берется условный размер в сечении, например в 1 дюйм.

После этого рассчитывается сопротивление системы и сравнивается с напором, создаваемым гравитацией при номинальном значении нагрева теплоносителя и температуры остывшей обратки.

• Если напора не хватает, то увеличивается сечение, и расчеты повторяются.
• Если скорость движения воды слишком низкая или объем теплоносителя слишком большой, то уменьшается сечение, и расчет повторяется заново.

Сопротивление трубопровода легче выразить как потерю напора в метрах водяного столба. Используется простая формула:

В формуле присутствует все ключевые параметры, такие как скорость течения, диаметры труб в системе отопления и их протяженность.

Сложность возникает с коэффициентом λ (гидравлического трения), который легче всего узнать из справочных данных для того типа труб, который выбран в качестве основного при проектировании.

В противном случае потребуется объемный и сложный путь расчета с применением Числа Рейнольдса, формул Блазиуса и Конакова, Альтшуля и Никурадзе.

Задача состоит в том, чтобы при естественной циркуляции сопротивление контура было меньше или равно напору, создаваемому разницей уровней.

Чтобы определиться, какой размер трубы выбрать для отопления с естественной циркуляцией, надо взять самый длинный контур от котла до дальнего радиатора и сравнивать расчетную потерю напора при условии, что и напор получается наименьший.

Имеется в виду, что при распределении маршрутов в отоплении с естественной циркуляцией все подводящие линии располагаются с небольшим обязательным уклоном от места ближайшего к котлу и к дальнему подводу последнего радиатора.

Составляет уклон примерно 1 см на каждый метр или не менее 0,5%.

Получив результаты

В ходе расчетов определяется оптимальный размер трубы. Однако следует учитывать, что окончательное проектирование должно выполняться профессионалам и с применением значительно более сложных формул и схем.

Учитываются и количество колен, способ подключения, оптимизация по затратам, экономической целесообразности и даже эстетического вида.

При выборе диаметра учитывается разделение труб на основные и подводящие, наличие запорной арматуры и регулирующих приборов, с помощью которых настраивается обогрев в отдельных комнатах.

Удалось ли Вам самостоятельно выполнить подбор диаметра трубы для отопления? Как вариант, можно попробовать пересчитать параметры своего существующего отопления и определить его эффективность. Возможно, стоит пересмотреть некоторые моменты для достижения лучших показателей, особенно в экономии. Свои результаты, а также мнение о данной инструкции оставляйте в комментариях под статьей.

Частая ошибка старых систем отопления с естественной циркуляцией связана с разводкой труб. Колена формировались слишком угловатым и с заужением сечения, что приводит к существенному повышению гидродинамического сопротивления. Для снижения сопротивления необходимо соблюсти правильный радиус разворота (для стальных труб это 2-2,5D) и использовать трубогиб для сохранения профиля труб.

Как определить диаметр трубы для отопления с принудительной и естественной циркуляцией

Система отопления в частном доме может быть с принудительной или естественной циркуляцией. В зависимости от типа системы методика расчета диаметра трубы и подбора других параметров отопления различны.

Расчет диаметра труб отопления актуален в процессе индивидуального или частного строительства. Чтобы правильно определить размеры системы, следует знать: из чего магистрали состоят (полимер, чугун, медь, сталь), характеристики теплоносителя, его способ движения по трубам.

Внедрение нагнетающего насоса в конструкцию отопления намного улучшает качество теплоотдачи и экономит топливо. Естественный оборот теплоносителя в системе – классический метод, применяемый в большинстве частных домов на паровом (котельном) отоплении.

И в том, и в другом случае при реконструкции или новом строительстве важно правильно выбрать диаметр труб, чтобы не допустить неприятных моментов в последующей эксплуатации.

Диаметр трубы – важнейший показатель, который ограничивает общую теплоотдачу системы, определяет сложность и длину трубопровода, число радиаторов. Зная численное значение этого параметра, можно легко рассчитать возможные потери энергии.

Зависимость КПД отопления от диаметра трубопроводов

Полноценная работа энергетической системы зависит от критериев:

1. Свойства движимой жидкости (теплоносителя).
2. Материал труб.
3. Скорость потока.
4. Пропускное сечение или диаметр труб.
5. Наличие насоса в схеме.

Неверное утверждение, что чем больше сечение трубы, тем больше жидкости оно пропустит. В данном случае увеличение просвета магистрали будет способствовать понижению давления, и как следствие, скорости потока теплоносителя. Это может привести к полной остановке оборота жидкости в системе и нулевому КПД.

Если в схему включить насос, при большом диаметре трубы и увеличенной длине магистралей его мощности может быть недостаточно, чтобы обеспечить нужный напор. При перебоях с электричеством применение насоса в системе просто бесполезно – отопление будет отсутствовать полностью, сколько не нагревай котел.

Для индивидуальных построек с централизованным отоплением диаметр труб выбирается такой же, как для городских квартир. В домах с паровым отоплением от котла требуется тщательно рассчитывать диаметр.

Учитываются длина магистралей, возраст и материал труб, число включенных в схему водоподачи сантехприборов и радиаторов, схема отопления (одно-, двухтрубная).

В таблице 1 представлены примерные потери теплоносителя в зависимости от материала и срока эксплуатации трубопроводов.

Сталь новая 133х5	60	1,4	3,6
Сталь новая 133х5	60	1,4	6,84
ПЭ 100 110х6,6 (SDR 17)	60	2,26	4,1
ПЭ 80 110х8,1 (SDR 13,6)	60	2,41	4,8
Сталь новая 245х6	400	2,6	4,3
Сталь старая 245х6	400	2,6	7,0
ПЭ 100 225х13,4 (SDR 17)	400	3,6	4,0
ПЭ 80 110х16,6 (SDR 13,6)	400	3,85	4,8
Сталь новая 630х10	3000	2,85	1,33
Сталь старая 630х10	3000	2,85	1,98
ПЭ 100 560х33,2 (SDR 17)	3000	4,35	1,96
ПЭ 80 560х41,2 (SDR 13,6)	3000	4,65	2,3
Сталь новая 820х12	4000	2,23	0,6
Сталь старая 820х10	4000	2,23	0,87
ПЭ 100 800х47,4 (SDR 17)	4000	2,85	0,59
ПЭ 80 800ъ58,8 (SDR 13,6)	4000	3,0	0,69

Чересчур маленький диаметр трубы неизбежно приведет к образованию высокого напора, что вызовет повышенную нагрузку на соединительные элементы магистрали. Кроме того, отопительная система будет шумной.

Схема разводки системы отопления

Для правильного подсчета сопротивления трубопровода, а, следовательно, его диаметра, следует учитывать схему разводки системы отопления. Варианты:

• двухтрубная вертикальная;
• двухтрубная горизонтальная;
• однотрубная.

Двухтрубная система с вертикальным стояком может быть с верхним и нижним размещением магистралей. Однотрубная система за счет экономного использования длины магистралей подойдет для обогрева с естественной циркуляцией, двухтрубная за счет двойного набора труб потребует включения в схему насоса.

Горизонтальная разводка предусматривает 3 типа:

• тупиковая;
• с попутным (параллельным) движением воды;
• коллекторная (или лучевая).

В схеме однотрубной разводки можно предусмотреть обходную трубу, которая будет резервной магистралью для циркуляции жидкости при отключении нескольких или всех радиаторов. В комплекте на каждый радиатор устанавливают запорные краны, позволяющие перекрыть подачу воды, когда это необходимо.

Зная схему системы отопления, можно легко посчитать общую протяженность, возможные задержки потока теплоносителя в магистрали (на изгибах, поворотах, в соединениях), и как следствие – получить численное значение сопротивления системы. По вычисленному значению потерь подобрать диаметр магистралей отопления можно по методике, рассмотренной ниже.

Выбираем трубы для системы принудительной циркуляции

Система принудительной циркуляции отопления отличается от естественной наличием нагнетающего насоса, который монтируют на выходной трубе недалеко от котла. Прибор функционирует от электросети 220 В.

Включается автоматически (через датчик) при повышении давления в системе (то есть при разогреве жидкости).

Насос быстро разгоняет по системе горячую воду, которая сохраняет энергию и через радиаторы активно передает ее в каждое помещение дома.

Отопление с принудительной циркуляцией – плюсы и минусы

Главным плюсом отопления с принудительной циркуляцией является эффективная теплопередача системы, которая осуществляется при малых затратах времени и финансов. Такой метод не потребует применения труб большого диаметра.

С другой стороны, для насоса в системе отопления важно обеспечить бесперебойное электропитание. Иначе отопление просто не будет работать при значительной площади дома.

Как определить диаметр трубы для отопления с принудительной циркуляцией по таблице

Начинают расчет с определения общей площади помещения, которое требуется обогревать в зимнее время, то есть это вся жилая часть дома. Норматив теплопередачи отопительной системы – 1 кВт на каждые 10 кв. м. (при стенах с утеплением и высоте потолка до 3 м). То есть для помещения площадью 35 кв.м.

норма составит 3,5 кВт. Чтобы обеспечить запас тепловой энергии, добавляем 20 %, что дает в итоге 4,2 кВт. По таблице 2 определяем близкое значение к 4200 – это трубы диаметром 10 мм (показатель теплоты 4471 Вт), 8 мм (показатель 4496 Вт), 12 мм (4598 Вт).

Для этих чисел характерны следующие значения скорости потока теплоносителя (в данном случае воды): 0,7; 0,5; 1,1 м/с. Практические показатели нормальной работы системы отопления – скорость горячей воды от 0,4 до 0,7 м/с. С учетом этого условия оставляем для выбора трубы диаметром 10 и 12 мм.

Учитывая расход воды, экономичнее будет применить трубу диаметром 10 мм. Именно это изделие будет включено в проект.

Важно различать диаметры, по которым осуществляется выбор: наружный, внутренний, условный проход. Как правило, стальные трубы подбирают по внутреннему диаметру, полипропиленовые – по наружному.

Новичок может столкнуться с проблемой определения диаметра, маркированного в дюймах – этот нюанс актуален для стальных изделий.

Перевод дюймовой размерности в метрическую осуществляется также через таблицы.

Расчет диаметра трубы для отопления с насосом

При расчете труб отопления важнейшими характеристиками являются:

1. Количество (объем) воды, загружаемой в систему обогрева.
2. Длина магистралей общая.
3. Скорость потока в системе (идеальная 0,4-0,7 м/с).
4. Теплопередача системы в кВт.
5. Мощность насоса.
6. Давление в системе при выключенном насосе (естественный оборот).
7. Сопротивление системы.

Чтобы правильно высчитать диаметр трубы, нужно учесть ограничения, которые способствуют снижению КПД обогрева: общее сопротивление фитингов, изгибов, поворотов, а также скорость подачи воды. Для расчета используется формула:

где Н – высота, которая определяет нулевое давление (отсутствие напора) водяного столба при прочих условиях, м;

• λ – коэффициент сопротивляемости труб;
• L – длина (протяженность) системы;
• D – внутренний диаметр (искомая величина в данном случае), м;
• V – скорость потока, м/с;
• g – константа, ускорение своб. падения, g=9,81 м/с2.

Расчет ведется на минимальные потери тепловой мощности, то есть проверяются несколько значений диаметра трубы на min сопротивление.

Сложность получается с коэффициентом гидравлического сопротивления – для его определения требуются таблицы либо длинный расчет с применением формул Блазиуса и Альтшуля, Конакова и Никурадзе.

Конечным значением потерь можно считать число, меньшее примерно на 20% напора, создаваемого нагнетающим насосом.

При вычислении диаметра труб для отопления L принимается равной протяженности магистрали от котла к радиаторам и в обратную сторону без учета дублирующихся участков, размещенных параллельно.

Весь расчет в итоге сводится к тому, чтобы сравнить полученное расчетным путем значение сопротивления с напором, нагнетаемым насосом. При этом придется, возможно, не раз просчитывать формулу, используя различные значения внутреннего диаметра. Начинайте с трубы сечением 1 дюйм.

Упрощенный расчет диаметра трубы отопления

Для системы с принудительной циркуляцией актуальна еще одна формула:

• D = √354•(0,86•Q/∆dt)/V,
• где D – искомый внутренний диаметр, м;
• V – скорость потока, м/с;
• ∆dt – разница температур воды на входе и на выходе;
• Q – энергия, отдаваемая системой, кВт.

Для подсчета используется перепад температур, равный примерно 20 град. То есть на входе в систему от котла температура жидкости около 90 град., при перемещении через систему потери тепла составляют 20-25 град. и на обратке вода уже будет прохладнее (65-70 град.).

Расчет параметров системы отопления с естественной циркуляцией

Расчет диаметра трубы для системы без насоса основан на разнице температуры и давления теплоносителя на входе от котла и в обратной магистрали. Важно учитывать, что жидкость движется по трубам посредством естественной силы гравитации, усиленной напором разогретой воды.

В этом случае котел размещают внизу, а радиаторы – много выше уровня нагревательного прибора. Движение теплоносителя подчиняется законам физики: более плотная холодная вода спускается вниз, уступая место горячей. Так осуществляется естественная циркуляция в системе отопления.

Как выбрать диаметр магистрали для отопления с естественной циркуляцией

В отличие от систем с принудительной циркуляцией, для естественного оборота воды потребуется габаритное сечение трубы. Чем больший объем жидкости будет циркулировать по трубам, тем больше теплоэнергии поступит в помещения в единицу времени вследствие увеличения скорости и давления теплоносителя. С другой стороны, повышенный объем воды в системе потребует больше топлива для разогрева.

Для системы с естественным движением теплоносителя оптимальное значение скорости потока 0,4-0,6 м/с. Этому исходнику соответствуют min значения сопротивлений фитингов, изгибов трубопровода.

Расчет давления в системе с естественной циркуляцией

Разница давления между точкой входа и обраткой для системы естественной циркуляции определяется по формуле:

• Δpt= h•g•(ρот – ρпт),
• где h – высота подъема воды от котла, м;
• g – ускорение падения, g=9,81 м/с2;
• ρот – плотность воды в обратке;
• ρпт – плотность жидкости в подающей трубе.

Так как главной движущей силой в системе отопления с естественным оборотом является сила тяжести, создаваемая перепадом уровней подвода воды к радиатору и от него, то очевидно, что котел будет находиться значительно ниже (например, в подвале дома).

Нужно обязательно выполнять уклон от точки входа у котла и до конца ряда радиаторов. Уклон – не менее 0,5 промиле (или 1 см на каждый погонный метр магистрали).

Расчет диаметра трубы в системе с естественным оборотом

Расчет диаметра трубопровода в системе обогрева с естественной циркуляцией выполняется по той же формуле, что и для отопления с насосом. Выбирается диаметр исходя из полученных минимальных значений потерь.

То есть в исходную формулу подставляют сначала одно значение сечения, проверяют на сопротивление системы. Затем второе, третье и далее значения.

Так до момента, пока рассчитанный диаметр не будет удовлетворять условиям.

Гравитационная система отопления. Все, что нужно о ней знать

Приветствую всех читателей моего блога! Сегодня в этой статье я расскажу вам о гравитационных системах отопления. А конкретно о том, как они работают и где их целесообразно применять.

Постараюсь, как обычно, быть кратким, но информативным, чтобы без лишней «воды» дать вам основное, что нужно о них знать. Для краткости я буду использовать либо жаргонизм «гравитационка», либо сокращение ГСО.

Делается это для того, чтобы не перегружать текст длинными словами. Итак, поехали!

Принцип работы гравитационной системы отопления

ГСО — наиболее архаичная система водяного отопления. Впервые ее применили в первой половине 19 века для обогрева оранжерей. Физический принцип ее действия основывается на том, что разогретая жидкость расширяется и меняется ее плотность (жидкость становится «легче»).

Внутри котла происходит разделение по плотности — нагретый теплоноситель поднимается по подающей магистрали, а холодный стремится вниз по обратной в сторону котла. Из-за эффекта непрерывности струи начинается круговое движение жидкости — циркуляция.

Скорость циркуляции в ГСО зависит от разницы уровней (ниже на рисунке обозначено как H) центра нагрева (котла) и центра охлаждения (радиаторов). Чем больше разница уровней, тем больше будет скорость жидкости внутри системы.

Как устроена гравитационная система отопления

Устроена ГСО достаточно просто. Чтобы не томить вас лишними словами сразу перейдем к рисунку:

На рисунке изображена двухтрубная гравитационная система (ранее я уже писал статью про двухтрубные и однотрубные системы рекомендую ее к прочтению). В самой верхней точке системы располагают в классическом варианте расширительный бак открытого типа.

От котла вверх уходит подающая труба (на рисунке горячая магистраль), по которой разогретый теплоноситель идет к приборам отопления. В них он остывает и идет обратно в котел по обратной трубе (на рисунке обратная магистраль). В двухтрубной ГСО магистрали прокладываются с соблюдением уклонов.

У подающей магистрали уклоны делаются в сторону отопительных приборов, у обратной магистрали уклон идет в сторону котла.

Теперь давайте рассмотрим однотрубный вариант гравитационной системы отопления:

Работает однотрубная ГСО также, как и двухтрубная. Отличием здесь будет наличие разгонного коллектора — специальной трубы в, которой увеличивается скорость теплоносителя под действием силы тяжести.

Из-за последовательного прохождения радиаторов, температура теплоносителя снижается от начального радиатора к конечному.

Чтобы это компенсировать необходимо увеличивать количество секций у последних радиаторов, а это не всегда возможна из-за ограниченности пространства.

Возможен также вариант ГСО с мембранным расширительным баком вместо открытого. В этом случае желательно, чтобы котел был рассчитан на давление 3 атмосферы, так как придется устанавливать группу безопасности на подающую магистраль.

Предохранительный клапан в стандартной группе безопасности как раз рассчитан на 3 атмосферы. Если же ваш котел рассчитан на открытую систему (на давление 1 — 1,5 атм), то при установке мембранного бака и стандартной группы он может выйти из строя.

Мембранный расширительный бак может быть расположен в любом удобном месте ГСО, а в верхней точке системы необходимо установить воздухоотводчик.

Давайте двигаться дальше. Поговорим о том, как рассчитывать гравитационную систему и как выбирать диаметр труб для нее.

Расчет параметров гравитационной системы отопления

Если вы собрались сделать гравитационную систему отопления, то вам необходимо сделать хотя-бы минимум расчетов. А лучше вообще сделать полноценный проект.

Это будет идеал и если ваш бюджет потерпит такие траты, то я их весьма рекомендую. Возможно уже на этапе проекта инженер выявит возможные сложности в реализации и вам удастся избежать переделок.

Итак, давайте начнем рассматривать формулы!

Первая формула, которая нам понадобится:

pниж = pвер + ρgh

Расшифровывается она следующим образом:

• pниж — давление на нижнем уровне.
• pвер — давление на верхнем уровне.
• ρ — плотность жидкости.
• g — ускорение свободного падения 9,8 м/с².
• h — разность высот между уровнями.

По этой формуле определяется гидростатическое давление в системе отопления. Из нее следует очевидный вывод, что давление в системе будет тем больше, чем больше ее высота. Но теплоноситель (в частном случае вода) циркулирует по ГСО и этот момент учитывает равенство Бернулли, которое выглядит так:

Уравнение Бернулли показывает, что полное давление зависит не только от высоты, но и от скорости движения жидкости в системе.

Однако, вклад гидродинамического давления в полное значительно меньше, чем гидростатического (менее 5%) поэтому им пренебрегают для простоты расчетов.

Как известно, циркуляция в ГСО происходит из-за разности давлений, создаваемых горячей и холодной водой. Эта разность называется естественным циркуляционным давлением и вычисляется по следующей короткой и простой формуле:

Δp = pхол — pгор = gh(ρхол — ρгор).

Расшифровывается это так:

• ρхол — плотность холодной воды.
• ρгор — плотность горячей воды.
• Δp — естественное циркуляционное давление.

Плотности воды при определенных значениях температуры являются справочными величинами, которые просто узнать из справочников. Эта формула подходит для расчета естественного циркуляционного давления в одноэтажном доме, где имеется один центр охлаждения. в двухэтажном доме таких центров будет уже 2 и формула примет следующий вид:

Δp = g〈h1(ρ1 — ρг) + h2(ρ2 — ρг)〉,

• h1, ρ1 — уровень центра охлаждения плотность воды на первом этаже.
• h2, ρ2 — уровень центра охлаждения плотность воды на втором этаже.

После расчета естественного циркуляционного давления необходимо рассчитать расход воды. Делается это следующим образом:

Расшифровка здесь такая:

• G — расход теплоносителя кг/сек.
• Q — количество теплоты, генерируемое котлом.
• С — удельная теплоемкость.
• Δt — разность температур между горячим и остывшим теплоносителем.

Для наглядности предлагаю посмотреть короткое видео с примером расчета ГСО:

Выбор труб для гравитационной системы отопления

При выборе труб нам необходимо, чтобы они обеспечивали необходимый расход воды, а естественного циркуляционного давления должно хватать для компенсации потерь на трение о стенки и преодоление местных сопротивлений (тройники, отводы, вентиля и так далее). Падение давления, вызванное трением определяется по равенству Дарси Вейсбаха:

• ΔP — падение давления на участке трубопровода.
• λ — коэффициент потерь на трение по длине участка. Табличная величина.
• L — длина участка.
• D — диаметр трубы на участке.
• V — скорость жидкости в трубе.
• ρ — плотность жидкости.

Общие потери давления в системе будут определяться как сумма потерь на всех участках труб и местных сопротивлениях (потери в местных сопротивлениях находятся по формуле ΔPарматура = ξ*(v²ρ/2), где ξ — табличные коэффициенты) . Об этом я писал в своей статье, посвященной гидравлическим расчетам. Для того, чтобы появилась циркуляция, естественное давление циркуляции должно превысить общие потери давления в ГСО:

Δp ≥ ΔP + ΔPарматура

Для того, чтобы сэкономить время, строители давно разработали специальные таблицы, которым можно быстро выбрать необходимый диаметр трубы.

Скажу сразу, что в ГСО металлическая труба начинается от 50-го диаметра, а пластиковые трубы могут использоваться начиная от диаметра 63 мм. Их самым главным недостатком будет их цена.

Кроме того, есть определенные сложности с их монтажом. Тут нужно будет привлекать опытного человека, который сможет соблюсти все уклоны и прочие нюансы системы.

Итоги статьи

Эта статья, конечно же, не претендует на полноту освещения вопроса и призвана дать читателю только начальные знания о гравитационных системах отопления. Поэтому прошу не судить строго. Главным преимуществом такого отопления является его независимость от работы насосов и долговечность системы.

Ее наиболее удобно применять в глухих уголках нашей страны, где могут возникать долгие перебои с электроэнергией. Главный недостаток ГСО — высока начальная стоимость материалов и сложности монтажа. Но долгий срок ее службы вполне все окупает.

Правильный расчет системы отопления с естественной циркуляцией

Экология потребления. Усадьба: истема отопления с естественной вентиляцией проще монтируется, дольше служит, работает устойчиво, а благодаря отсутствию насоса — бесшумна и независима от наличия электроэнергии.

Автономная система отопления дома может выполняется с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.При принудительном способе вода в трубах двигается под воздействием насоса, при естественном — циркуляция осуществляется благодаря разнице в весе между горячей и охлажденной водой.

Нагретая в котле вода расширяется, ее удельный вес уменьшается, теплоноситель поднимается по стояку вверх, далее двигается по горизонтальной трубе, проложенной с уклоном, попадает в стояк и проходит через радиаторы отопления, где охлаждается.

Охлажденная вода становится тяжелее и опускается вниз к котлу.

Система отопления с естественной вентиляцией проще монтируется, дольше служит, работает устойчиво, а благодаря отсутствию насоса — бесшумна и независима от наличия электроэнергии.

Недостатками данной системы являются:

• ограничения в объеме отапливаемых помещений
• замедленное включение в работу
• необходимость прокладки труб большего диаметра, что повышает расход материалов
• опасность замерзания труб в неотапливаемых помещениях из-за низкой скорости движения теплоносителя.

Однотрубные системы

Однотрубные системы отопления, в отличии от двухтрубных систем отопления с естественной циркуляцией проще и дешевле монтируются, требуют меньше труб, поэтому разводка не портит интерьер помещения.

Монтаж осуществляется по схеме с верхней разводкой (как правило, по чердаку). Далее вода по стояку последовательно поступает в радиаторы отопления верхних и нижних этажей.

В отопительные приборы нижних этажей поступает вода меньшей температуры.

Чтобы обеспечить равномерное отопление помещений, на верхних этажах параллельно батареям отопления устанавливаются байпасы — отрезки труб с регулирующей арматурой, а на нижних — радиаторы с большим количеством секций.

Традиционно вентили устанавливаются как на байпасе, так и на входе в радиатор. Сейчас используют трехходовые краны, устанавливаемые в точке соединения подводящей трубы с перемычкой.

Применение современных контроллеров позволяет автоматизировать процесс управления краном.

К монтажу однотрубных систем отопления с естественной циркуляцией предъявляются повышенные требования, так как несоблюдение правил может привести к уменьшению скорости движения теплоносителя или отсутствию его циркуляции.

Необходимо прокладывать трубы, строго выдерживая угол наклона, выполнять разводку с минимумом поворотов, создающих сопротивление потоку теплоносителя, использовать трубы проектного сечения.

Расчет системы

Расчет системы водяного отопления с естественной циркуляцией достаточно сложен и включает:

• определение мощности котла
• приборов отопления
• выбор диаметра труб

Полный расчет мощности котла основан на подсчете потерь тепла через крышу, полы, стены и проемы здания в зависимости от их площади, материала изготовления и разницы температур в доме и на улице.

Упрощенный расчет можно выполнить по формуле:

• Wк — мощность котла (кВт)
• Wуд — удельная мощность на 10 кв. метров дома (кВт)
• S — общая площадь дома (кв. м.).

Удельная мощность зависит от климатической зоны и составляет:

• для подмосковья 1,2 — 1,5 кВт
• для северных районов — 1,5 — 2 кВт
• для южных — 0,7 — 0,9 кВт.

Система отопления заполняется водой исходя из соотношения: не менее 15 литров на киловатт мощности котла.

Мощность радиаторов можно определить по той же формуле, подставив в нее величины площадей отапливаемых комнат или исходя из объема помещений — на отопление одного кубометра комнаты требуется около 40 ватт мощности.

Мощность радиаторов, расположенных на первом этаже увеличивают на 15 — 20%.

Расчет диаметра труб производится следующим образом:

1. На основании перепадов высот и длин труб, разницы температур теплоносителя на входе и выходе котла определяется циркуляционное давление.
2. Затем вычисляют потери давления на линейных участках трубопровода, поворотах и в отопительных приборах для определенного диаметра труб.
3. Если потери превышают величину циркуляционного давления, выбирают трубы большего диаметра и повторяют расчет.

Методика расчета описана в многостраничных методических указаниях и вряд ли по силам человеку без специального образования, но выход есть.

Программы расчета систем отопления можно найти в интернете. Введя в программу свои исходные данные можно получить вполне приемлемые результаты. Это относится как к расчету мощности, так и к определению диаметров труб.

От правильности выбора схемы отопления, мощности котла и радиаторов, диаметра труб во многом зависит эффективность работы всей системы.

Лучше потратить время на расчеты или поручить их специалистам, чем жить в холодном доме или тратить силы и деньги на устранение допущенных ошибок. опубликовано econet.ru

Системы отопления с естественной циркуляцией

Самотечной или самоточной принято называть систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Действительно, в ней вода или антифриз движется без использования циркуляционных насосов, естественным образом, за счет создания разности давления между нагретой жидкостью, устремляющейся вверх, и холодной жидкостью, опускающейся вниз.

Самотечные системы отопления просты в эксплуатации и надежны. Им не страшны перебои с электричеством и не нужно дорогостоящее техническое обслуживание.

Все это делает их идеальным выбором для отопления небольших домов, дач и даже квартир. Однако эффективны они при радиусе действия не более 30 м по горизонтали.

Иными словами, самый удаленный от котла отопительный прибор может находиться на расстоянии не более 30 м.

Еще один недостаток состоит в высоком риске замерзания воды в расширительном баке, обычно открытым и располагаемым за пределами отапливаемого помещения (на крыше или на чердаке).

Из чего состоит самотечная система отопления

Система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (самотечная) состоит из следующих элементов:

• Теплогенератора: это может быть котел, дровяная печь с теплообменником или любой другой водоподогреватель
• Подающего трубопровода
• Обратного трубопровода, диаметр которого должен быть больше диаметра подающего трубопровода
• Расширительного бака
• Радиаторов отопления

Принцип действия самотечной системы отопления

Вода, заполняющая систему отопления, поступает в котел и нагревается. Наиболее нагретые массы воды, в соответствии с законами физики, устремляются вверх и поступают в подающий трубопровод.

При этом создается разряжение в нижней части котла, в которое устремляется поток холодной воды из обратного трубопровода.

В результате создается направленное движение теплоносителя в системе отопления, тем более интенсивное, чем выше разница температур между горячей и холодной водой.

Дополнительное давление в системе отопления создается с помощью расширительного бачка, располагаемого в ее самой высокой точке. Еще одна его функция состоит в резервировании воды, расширяющейся при нагревании т уменьшающейся в объеме при охлаждении.

Горячая вода, поднявшись по стояку отопления, растекается по отопительным приборам, заполняет их, остывает и стекает в обратный трубопровод, откуда вновь поступает в котел.

Во время движения воды по трубопроводу между ней и стенками труб возникает трение, создающее сопротивление самотечному движению воды. Для его уменьшения подающий и обратный трубопровод делают с небольшим уклоном в сторону основного направления движения теплоносителя.

Так, к примеру, подающий трубопровод имеет уклон от котла, а обратный трубопровод, наоборот, к котлу. Также в самотечной системе отопления, в отличие от систем с принудительной циркуляцией теплоносителя, используют трубы большего диаметра, а подключение радиаторов производится сверху, создавая условия для естественного истечения жидкости.

Как регулировать скорость движения теплоносителя в самотечной системе отопления?

Следует отметить, что самотечная система отопления является саморегулирующейся, стремящейся к состоянию покоя.

Это значит, что нагретая вода, делая круг по отопительной системе, остывает и ее температура становится равной температуре воздуха в отапливаемом помещении.

Чем холоднее в доме, тем сильнее остынет теплоноситель и тем большей будет разница температур между нагревом подачи и обратки, что приведет к ускорению движения теплоносителя.

И наоборот, чем теплее в доме, тем меньше остынет теплоноситель и тем медленнее будет его движение.

Энциклопедия сантехника Расчет естественной циркуляции. Гравитационный напор

Многие полагают, что естественная циркуляция существует только в системах отопления с естественной циркуляцией.

Естественная циркуляция присутствует даже в системах отопления с принудительной циркуляцией.

Принудительная циркуляция – это система отопления с насосом. А естественная циркуляция – без насоса.

В этой статье я научу Вас находить естественный напор в системах отопления.

Представим циркуляционное кольцо в виде четырех труб разделенных отводами.

Нам необходимо найти силу, которая будет заставлять теплоноситель двигаться. Данная сила называется гравитационным напором. Принимаем во внимание, что весь вертикальный столб одной температуры.

• t1=60 градусов Цельсия
• t2=40 градусов Цельсия
• Теплоноситель = обычная вода
• H = 6 метров.

• F=g•H•(ρ2-ρ1), [Па]
• g – ускорение свободного падения 9,81 м/с2
• Н – высота столба
• ρ1 и ρ2 – плотность воды при разных значениях температуры.
• Согласно справочнику:
• ρ2(60) = 983 кг/м3
• ρ1(40) = 992 кг/м3
• F=9.81•6•(992-983)=530 Па
• 530 Па = 0,05 м.в.ст.

Ответ: Естественный напор составляет 530 Па или 0.05 м.в.ст.

Из реального примера

Распространенные насосы в частных домах в среднем до 6 м.в.ст. Напор, получаемый естественной циркуляцией, составит 0,05 м.в.ст. Это очень мало. Но даже такой напор может заставить двигаться теплоноситель. И чем больше диаметр трубы, тем меньше сопротивление и соответственно больше расход.

Рассмотрим приближенный к реальности вариант

• t1=60 градусов Цельсия
• t2=40 градусов Цельсия
• Теплоноситель = обычная вода
• H = 3 метра.

• ρ2(60) = 983 кг/м3
• ρ1(40) = 992 кг/м3
• F=9.81•3•(992-983)=265 Па
• 265 Па = 0,027 м.в.ст.

Ответ: Естественный напор составляет 265 Па или 0.027 м.в.ст.

Давайте для примера рассчитаем, какой расход будет в этой схеме при естественной циркуляции без насоса.

Трубой будет являться сталь с внутренним диаметром 25 мм, такой же диаметр, как и у секционного радиатора. Примем, для упрощенного расчета, что сопротивления радиатора и котла равны нулю. Мы посчитаем только сопротивление трубопровода и найдем расход. Примем, что перепад температур между подающим и обратным теплоносителем равно 20 градусов Цельсия.

Чтобы найти расход, воспользуемся калькулятором гидравлического сопротивления. Нам необходимо найти расход при известном сопротивлении. То есть сопротивлением будет являться значение естественного напора 265 Па.

Подставляя расход такой, который бы создал сопротивление равное 265 Па или 0,027м.в.ст.

Стальная труба 25мм длиной 8 метров. Температуру задаем среднюю 50 градусов. Равнопроходных отводов 4 шт. Перепад высот не указываем.

Ответ: Расход равен 5,4 литр/мин.

То есть при расходе 5,4 литр/мин. калькулятор выдал результат сопротивления: 265 Па или 0,027м.в.ст.

Если рассчитать что при расходе 5,4 литра в минуту тратится 20 градусов, то это означает, что в радиаторе теплоноситель теряет около 7,4 кВт.

Если радиатор не тратит такое количество тепла, то перепад по температуре будет меньше и соответственно естественный напор будет меньше.

Существуют способы, как найти точный расход через радиатор, но необходимо связать еще некоторые законы по теплопотерям через радиатор.

Это то, что если в радиаторе будет мало теряться температуры, то температурный перепад будет меньше. Соответственно гравитационный напор будет меньше. А за ним и расход.

Но если данный радиатор потребляет такое количество тепла, что при расходе в 5,4 литра в минуту расходуется 20 градусов, то решение верное.

Естественно данная задача только для примера. И теплопотери радиатора вымышленные. Вы можете подставлять различные данные по перепаду температур и соответственно находить для своей схемы пригодные параметры.

Что касается сопротивления котлов, и радиаторов, то их можно посчитать в различных программах или самому по формулам. Можно данные по сопротивлениям найти в справочниках.