Как рассчитать диаметр труб отопления: Диаметр труб системы отопления: расчет, формула, подбор

Диаметр труб для системы отопления и его расчет

При выборе труб для системы отопления специалисты учитывают не только их физические и химические характеристики. Важными критериями являются также длина и диаметр полезного сечения, от размера которого зависит гидродинамика системы трубопроводов в целом.

Расчет диаметра

При планировке отопительных трубопроводов специалисты ориентируются на инженерные расчеты, благодаря которым в руках специалистов имеются обоснованные показатели допустимых размеров труб при разных нормах рабочего давления. Конкретные числовые значения требуемых параметров позволят сделать правильный выбор материала при монтаже трубопроводов. В частности, размер сечения будет оптимальным, если его значение находится в пределах от 30 мм до 40 мм.

Инженеры получают расчетные величины в процессе решения задач по гидравлике, поэтому показатель диаметра отопительной трубы основывается на теоретических разработках и реальном опыте. При исчислении значений в качестве первичных данных используется множество параметров, полученные результаты зависят от скорости движения теплоносителя в системе, его температуры, уровня давления, суммарной длины всех трубопроводов, а также других факторов, влияющих на гидродинамику и эффективность работы.

Неверный выбор диаметра трубы отопления может повлечь за собой серьезные последствия в виде течи или прорывов, сбоя системы отопления, неправильной работы всего оборудования.

Например, труба с диаметром, превышающим в два раза требуемый по всем техническим нормам показатель, будет способствовать низкому уровню давления в системе многоквартирного дома, что приведет к нарушению циркуляции теплоносителя. Возможно, к катастрофическим последствиям это и не приведет, но в жилых помещениях температурный режим поддерживать будет сложно. Кроме того, установленные по всем правилам трубы нужного диаметра будут обладать энергоэффективностью, экономичностью, и позволят оптимизировать работу ТЭЦ, снизив нагрузку.

Сечение труб – важный показатель

Владельцы частных домов чаще всего имеют свободу выбора в отношении применяемых систем отопления. В некоторых случаях возможно подключение к центральной тепломагистрали. Автономный способ обогрева дома подразумевает установку котельного оборудования, но в обоих случаях имеет большое значение размер диаметра труб отопления, из которых смонтирована система.

Следует учитывать принципиальное отличие показателей сечения трубопроводов, используемых для принудительной или естественной циркуляции теплоносителя. При естественном способе нет потребности рассчитывать баланс и соотношение между размером диаметра трубы и мощностью насоса. Однако такая система имеет недостаток: радиус ее действия ограничен, а затраты на материалы и монтаж довольно высоки.

Еще один немаловажный факт, который следует учитывать – размер гильзы, используемой при прокладке системы трубопроводов. С ее помощью труба размещается в толще стены, при этом гильза должна иметь внутренний размер немного больший, чем внешний диаметр трубы. Следовательно, при покупке необходимых материалов для монтажа трубопровода нужно учитывать их размеры.

как правильно выбрать и рассчитать

Содержание статьи:

  • Трудности при выборе диаметра труб отопления
  • Порядок расчета сечения линий теплоснабжения
  • Расчет коллектора отопления и монтажных гильз
  • Дополнительные данные для расчета диаметра труб теплоснабжения
  • Материал для изготовления труб отопления

Правильный проект системы отопления должен учитывать все возможные факторы влияния на ее эффективность. Помимо правильного подбора основных узлов, котла, радиаторов, групп безопасности, следует правильно рассчитать сечение магистрали. Для этого нужно знать оптимальный диаметр труб отопления: как выбрать и рассчитать самостоятельно?

Трудности выбора диаметра труб отопления

Схема отопления с диаметром трубы

Казалось бы – выбор диаметра труб для отопления частного дома не сложная задача. Они должны лишь обеспечивать подачу теплоносителя от источника его нагрева к приборам теплоснабжения – радиаторам, батареям.

Но на практике неправильно подобранный диаметр коллектора отопления или подающей трубы может привести к значительному ухудшению работы всей системы. Это связано с процессами, происходящими при движении воды по магистралям. Для этого нужно знать основы физики и гидродинамики. Чтобы не вдаваться в дебри точных расчетов, можно определить основные характеристики отопления, которые напрямую зависят от сечения трубопроводов:

  • Скорость охлаждающей жидкости . Он влияет не только на увеличение шума при работе теплоснабжения, но и необходим для оптимального распределения тепла между отопительными приборами. Просто вода не должна успевать остыть до минимального уровня при достижении последнего радиатора в системе;
  • Объем охлаждающей жидкости
    . Так, диаметр труб с естественной циркуляцией отопления должен быть большим, чтобы уменьшить потери на трение жидкости о внутреннюю поверхность трубопровода. Однако вместе с этим увеличивается объем теплоносителя, что влечет за собой увеличение затрат на его подогрев;
  • Гидравлические потери . Если в системе используются пластиковые трубы разного диаметра для отопления, то в месте их соединения неизбежно возникнет перепад давления, что приведет к увеличению гидравлических потерь.

Как подобрать диаметр трубы для отопления, чтобы при монтаже не пришлось переделывать всю систему отопления из-за крайне низкого КПД? В первую очередь следует выполнить правильный расчет сечения автомобильных дорог. Для этого рекомендуется использовать специальные программы и при желании вручную проверить результат самостоятельно.

В месте соединения диаметры полипропиленовых труб отопления уменьшены за счет накладки. Уменьшение сечения зависит от степени нагрева при пайке и соблюдения технологии монтажа.

Порядок расчета сечения теплотрасс

Размеры труб

Перед расчетом диаметра трубы отопления необходимо определить их основные геометрические параметры. Для этого нужно знать основные характеристики автомобильных дорог. К ним относятся не только производительность, но и размер.

Каждый производитель указывает значение сечения трубы – диаметр. Но на самом деле это зависит от толщины стенки и материала изготовления. Перед приобретением определенной модели трубопроводов необходимо знать следующие особенности обозначения геометрических размеров:

  • Расчет диаметра полипропиленовых труб для отопления делается с учетом того, что производители указывают наружные габаритные размеры.
    Для расчета полезного сечения необходимо вычесть две толщины стенок;
  • Для стальных и медных трубопроводов указаны внутренние размеры.

Зная эти особенности, можно рассчитать диаметр коллектора отопления, труб и других комплектующих для монтажа.

При выборе полимерных труб отопления необходимо уточнить наличие в конструкции армирующего слоя. Без него при воздействии горячей воды леска не будет обладать необходимой жесткостью.

Определение тепловой мощности системы

Как подобрать диаметр труб для отопления и нужно ли это делать без расчетных данных? Для небольшой системы отопления можно обойтись без сложных расчетов. Важно только знать следующие правила:

  • Оптимальный диаметр труб при естественной циркуляции отопления должен быть от 30 до 40 мм;
  • Для закрытой системы с принудительным движением теплоносителя следует использовать трубы меньшего размера для создания оптимального давления и расхода воды.

Для точного расчета рекомендуется использовать программу для расчета диаметра труб отопления. Если их нет, можно использовать приблизительные расчеты. Сначала нужно найти тепловую мощность системы. Для этого используем следующую формулу:

Q = (V * Δt * K) 860

Где Q – расчетная тепловая мощность, кВт/ч, V – объем помещения (дома), м³, Δt 90 029 – разница температур на улице и в помещении, °С, К – расчетный коэффициент теплопотерь дома, 860 – значение для перевода полученных значений в допустимый формат кВт/ч.

Наибольшую сложность при предварительном расчете диаметра пластиковых труб для отопления вызывает поправочный коэффициент К. Он зависит от теплоизоляции дома. Лучше всего брать со стола.

Коэффициент К Степень теплоизоляции здания
3-4 Минимальная теплоизоляция
2-2,9 Минимальное утепление фасада – облицовка кирпичом.
1-1,9 Средняя теплоизоляция
0,6-0,9 Качественное утепление дома, установлены современные окна и двери

В качестве примера расчета диаметров полипропиленовых труб для отопления можно рассчитать необходимую тепловую мощность помещения общим объемом 47 м³. При этом температура наружного воздуха составит -23°С, а внутри помещения – +20°С. Соответственно, разница Δt составит 43°С. Поправочный коэффициент принят равным 1,1. Тогда необходимая тепловая мощность будет.

Q = (47*43*1,1)/860=2,585 кВт/ч

Следующим этапом выбора диаметра трубы для отопления является определение оптимальной скорости теплоносителя.

В представленных расчетах не учтена поправка на шероховатость внутренней поверхности линий.

Скорость воды в трубах

Таблица для расчета диаметра трубы отопления

Оптимальное давление теплопередачи в магистрали необходимо 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 теплоносителя в системе могут возникать посторонние шумы. Следовательно, это значение должно быть равно от 0,36 до 0,7 м/с. Если параметр меньше, неизбежны дополнительные потери тепла. При его превышении в трубопроводах и радиаторах появится строительный шум.

Для окончательного расчета диаметра трубы отопления используйте данные из таблицы ниже.

Подставляя в формулу расчета диаметра трубы отопления полученные ранее значения, можно определить, что оптимальным диаметром трубы для конкретного помещения будет 12 мм. Это всего лишь оценка. На практике специалисты рекомендуют прибавлять к полученным значениям 10-15%. Это связано с тем, что формула расчета диаметра трубы отопления может меняться из-за добавления в систему новых компонентов.
Для точного расчета вам понадобится специальная программа для расчета диаметра труб отопления. Подобные программные комплексы можно загрузить в демо-версии с ограниченными вычислительными возможностями.

Расчет коллектора отопления и монтажных муфт

Коллектор отопления

Вышеуказанная технология расчета применима ко всем видам теплоснабжения – однотрубному, двухтрубному и коллекторному. Однако для последнего необходимо произвести правильный расчет диаметра коллектора отопления.

Этот нагревательный элемент необходим для распределения теплоносителя по нескольким контурам. При этом расчет правильного диаметра коллектора отопления неразрывно связан с расчетом оптимального сечения трубопровода. Это следующий этап проектирования системы теплоснабжения.

Схема расчета резервуара

Для расчета диаметра коллектора отопления необходимо предварительно рассчитать сечение труб по приведенной выше схеме. Тогда вы можете использовать довольно простую формулу:

М0 = М1 + М2 + М3 + М4

Где М0 – требуемый диаметр коллектора, М1 , М2 , М3 , 9 0028 М4 – диаметры присоединяемых трубопроводов.

При определении высоты и оптимального расстояния между форсунками применяется принцип «трех диаметров». По его словам, удаленность труб от конструкции должна составлять 6 радиусов каждая. Суммарный диаметр коллектора отопления также равен этому значению.

Муфта для монтажа труб отопления

Но помимо этого компонента системы часто необходимо применять дополнительные. Как узнать диаметр рукава для труб отопления? Только выполнив предварительный расчет сечения автомобильных дорог. Кроме того, нужно учитывать толщину стенок и материал их изготовления. От этого будет зависеть конструкция рукава, степень его теплоизоляции.

На значение диаметра муфты для труб отопления влияет материал стенки, а также трубы. Важно учитывать возможную степень расширения при нагреве поверхности. Если диаметры пластиковых труб отопления 20 мм, то такой же параметр для втулки должен быть не менее 24 мм.

Монтаж втулки должен производиться на цементный раствор или аналогичный негорючий материал.

Дополнительные данные для расчета диаметра труб теплоснабжения

Размеры полимерных труб

После выбора диаметра труб для отопления частного дома нужно правильно выбрать материал их изготовления, а также учесть особенности системы отопления. На этот параметр влияет схема расположения линий, а также количество запорной и регулирующей арматуры.

Помимо знания диаметра труб в отоплении с естественной циркуляцией, необходимо учитывать высоту ускорительного стояка и правильно подобрать размер его сечения. Он должен находиться на высоте не менее 1,5 по отношению к другим элементам теплоснабжения. Для увеличения скорости теплоносителя диаметр полипропиленовых труб, используемых в конструкции бустера, должен быть на один размер больше диаметра магистрали.

Геометрические размеры и вес стальных труб

Также важно учитывать толщину стенок трубопроводов. Он зависит от материала изготовления и может варьироваться от 0,5 мм (сталь) до 5 мм (пластик). На выбор диаметра трубы для системы отопления частного дома влияет материал изготовления. Так, для систем с принудительной циркуляцией рекомендуется устанавливать пластиковые магистрали. Их внутренний диаметр может варьироваться от 10 до 30 мм. Подробнее о толщине стенки полимерных труб для отопления можно узнать из таблицы.

Для стальных моделей необходимо учитывать не только их геометрические размеры, но и массу. Это напрямую зависит от толщины стенки. В программах для расчета диаметра труб отопления обязательно должна быть функция расчета удельного веса 1 м. стальная линия.

Зная эти дополнительные характеристики, можно произвести максимально точный расчет параметров системы отопления, в том числе правильный подбор диаметров труб отопления.

Если вам необходимо рассчитать только сечение теплотрассы, вы можете воспользоваться бесплатными демонстрационными версиями профессиональных программ.

Материал для изготовления труб отопления

Трубопровод полимерный строительный

Помимо правильного выбора диаметров труб для теплоснабжения, необходимо знать особенности материала их изготовления.

Это повлияет на теплопотери системы, а также на сложность монтажа.

Следует помнить, что расчет диаметров труб отопления проводится только после выбора материала их изготовления. В настоящее время для комплектации систем теплоснабжения используется несколько типов трубопроводов:

  • Полимер . Изготавливаются из полипропилена или сшитого полиэтилена. Отличие заключается в дополнительных компонентах, добавляемых в процессе производства. После расчета диаметра полипропиленовых труб для теплоснабжения нужно правильно подобрать толщину их стенки. Варьируется от 1,8 до 3 мм в зависимости от параметров максимального давления в магистралях;
  • Сталь . До недавнего времени это была самая распространенная схема обогрева. Несмотря на свои более чем хорошие прочностные характеристики, стальные трубы имеют ряд существенных недостатков – сложный монтаж, постепенное поверхностное ржавление и повышенная шероховатость. В качестве альтернативы можно использовать трубы из нержавеющей стали.
    Одни их стоимость на порядок выше, чем у «черных»;
  • Медь . По техническим и эксплуатационным характеристикам оптимальным вариантом являются медные трубопроводы. Они отличаются достаточной растяжимостью, т.е. если в них замерзнет вода, то труба какое-то время будет расширяться без потери герметичности. Недостатком является высокая стоимость.

Помимо правильно подобранных и рассчитанных диаметров труб, нужно определить способ их соединения. Это также зависит от материала изготовления. Для полимеров применяют муфтовое соединение сваркой или на клеевой основе (очень редко). Стальные трубопроводы монтируются дуговой сваркой (соединение лучшего качества) или резьбовым методом.

В видеоматериале вы можете увидеть пример расчета диаметра труб в зависимости от оптимального расхода теплоносителя:

Теплопотери от труб: Полное руководство

Потери тепла из труб представляют собой серьезную проблему в системах, в которых используется транспортировка жидкости. Для поддержания требуемой температуры технологических жидкостей, защиты системы от замерзания, снижения затрат на электроэнергию и обеспечения эффективной работы крайне важно понимать факторы, способствующие потерям тепла, и внедрять эффективные решения.

Это исчерпывающее руководство дает полное представление о теплопотерях в трубах, включая факторы, влияющие на них, и способы их расчета.

Содержание

  • Типы тепловых потерь в трубах
    • Кондуктивные тепловые потери
    • Конвективные тепловые потери
    • Радиационные тепловые потери
  • Pi ping Расчет тепловых потерь

Типы тепловых потерь в трубах

Тепловые потери в трубах возникают, когда жидкость, которую они транспортируют, имеет более высокую температуру, чем температура окружающей среды. Эта передача тепла может происходить посредством одного или комбинации трех способов теплопередачи: проводимости, конвекции и излучения.

Кондуктивные потери тепла

Кондуктивные потери тепла происходят, когда тепло проходит через стенки трубы и окружающие ее изоляционные материалы. На величину кондуктивных теплопотерь влияют такие факторы, как теплопроводность материалов, их толщина и разница температур между внутренней и внешней поверхностями трубы.

Формула кондуктивной теплопередачи:

Где:

  • Q cond = количество тепла, теряемое за счет теплопроводности [Вт]
  • k = теплопроводность трубы или изоляционного материала [Вт/м-K]
  • A = площадь поверхности материала [м 2 ]
  • ΔT = разница температур материала трубы [K]
  • d = толщина материала [м]

Теплопроводность – это константа, характерная для физических свойств данного материала, которая измеряет его способность передавать тепло. Некоторые общие значения, измеренные при комнатной температуре, для материалов составляют 45 Вт/м·К для стали и 398 Вт/м-К для меди.

Кондуктивные потери тепла можно уменьшить за счет использования материалов с низкой теплопроводностью, увеличения толщины стенки трубы и применения соответствующей изоляции.

Конвективные потери тепла

Конвективные потери тепла в трубах происходят при передаче тепла от поверхности трубы к окружающей жидкости (обычно воздуху или воде) посредством конвекции. Этот вид теплопередачи возникает, когда жидкость течет по поверхности трубы, унося тепло с поверхности. Скорость конвективной теплопередачи зависит от скорости, температуры, плотности и вязкости жидкости, а также от геометрии и ориентации трубы.

Формула для конвективного теплообмена:

Где:

  • Q conv = количество тепла, теряемое за счет конвекции [Вт]
  • h conv = коэффициент конвективной теплопередачи [Вт/м 2 -K]
  • T p = температура поверхности трубы [K]
  • T = температура окружающей среды [K]

Обратите внимание, что это уравнение является чрезмерным упрощением процесса конвекции. В действительности коэффициент конвективной теплоотдачи непостоянен и зависит от перепада температур и характера течения жидкости по поверхности трубы. Особенно если разница температур велика, могут потребоваться более сложные уравнения или эмпирические корреляции для точного прогнозирования скорости конвективного теплообмена.

Как правило, эффект конвекции может быть результатом комбинации принудительной и свободной конвекции. Для расчета коэффициента конвективной теплопередачи для каждой из этих составляющих числа Нуссельта могут быть получены с использованием корреляций Черчилля и Бернштейна и Черчилля и Чу. Как только числа Нуссельта найдены, общий коэффициент конвективной теплопередачи можно рассчитать по формуле:

Где:

  • Nu вынужденная = число Нуссельта для компонента принудительной конвекции [безразмерное значение]
  • Nu свободный = число Нуссельта для компонента свободной конвекции [безразмерный]
  • k = теплопроводность окружающей среды [Вт/м-K]
  • D o = наружный диаметр трубы [м]

Конвективные потери тепла можно свести к минимуму, увеличив толщину изоляции вокруг трубы или уменьшив скорость потока жидкости на поверхности трубы.

Радиационные потери тепла

Радиационные потери тепла возникают при излучении тепла с поверхности трубы в виде электромагнитного излучения. Скорость радиационных потерь тепла зависит от температуры поверхности трубы и ее коэффициента излучения.

Помните, что формула радиационного теплообмена:

Где:

  • Q рад = количество тепла, теряемого за счет излучения [Вт]
  • ε = поверхностная излучательная способность материала трубы [безразмерная величина]
  • σ = постоянная Стефана-Больцмана (5,669 × 10 −8 Вт/м 2 -K 4 )

Обратите внимание, что коэффициент излучения поверхности — это безразмерная величина, которая представляет собой эффективность поверхности в излучении теплового излучения по сравнению с излучателем абсолютно черного тела. Его значение в основном зависит от состава материала и колеблется от 0 до 1, где 0 представляет собой поверхность, которая не излучает никакого излучения, а 1 представляет поверхность, которая излучает излучение как излучатель абсолютно черного тела.

Радиационные потери тепла можно уменьшить, используя материалы с низким коэффициентом излучения или нанося на поверхность трубы отражающее покрытие.

Расчет тепловых потерь в трубопроводах

Для учета всех режимов теплопередачи при анализе тепловых потерь компоненты, влияющие на тепловые потери, обычно представляются в терминах термического сопротивления — меры способности объекта сопротивляться теплопередаче.

Формула кондуктивного термического сопротивления трубы:

Где:

  • R cond = кондуктивное тепловое сопротивление [К/Вт]
  • r o = внешний радиус трубы [м]
  • r i = внутренний радиус трубы [м]
  • L = длина трубы [м]

Для труб с несколькими слоями изоляционных материалов теплопроводящее сопротивление каждого материала рассчитывается отдельно, а затем суммируется с общим сопротивлением системы.

С другой стороны, формула конвективного теплового сопротивления:

Где:

  • R усл = конвективное тепловое сопротивление [К/Вт]

Наконец, формула радиационного теплового сопротивления принимает следующий вид:

Где:

  • R рад = радиационное тепловое сопротивление [К/Вт]

Эти тепловые сопротивления могут быть объединены последовательно, как показано на диаграмме ниже, для расчета общих потерь тепла из труб. Тогда общее тепловое сопротивление становится:

Где:

  • R всего = общее тепловое сопротивление потери тепла [К/Вт]
  • n = количество компонентов тепловых потерь

Обратите внимание, что общий коэффициент теплопередачи может быть получен из общего теплового сопротивления по формуле:

Где:

  • U общий = общий коэффициент теплопередачи системы трубопроводов [Вт/м 2 -K]

Следовательно, как общее тепловое сопротивление, так и общий коэффициент теплопередачи можно использовать для расчета общих потерь тепла по формулам:

Где:

  • Q потери = общие потери тепла трубопроводной системы [Вт]
  • ΔT = разница температур между жидкостью и окружающей средой [K]

В практических применениях с низкими и средними температурами конвекция и излучение обычно составляют лишь 10% общих потерь тепла в системе. В частности, для излучения внешняя поверхность должна быть значительно выше температуры окружающей среды, чтобы происходили значительные потери тепла.

Вам может понравится

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *