Подбор диаметра трубы для отопления: правила расчета и особенности выбора

Содержание

Как рассчитать диаметр труб для отопления частного дома

Заужение диаметра трубы отопления последствия

Правильный выбор: расчет диаметра трубы для отопления

Перед тем как устанавливать отопление в доме, сперва следует правильно произвести расчет диаметра труб Расчет будет рассматриваться на системах с принудительной вентиляцией. В таковых системах движение теплоносителя обеспечивает постоянно работающий циркуляционный насос. Когда выбирается диаметр труб, учитывается, что главная их задача – обеспечение доставки нужного количества тепла к приборам обогрева.

Данные: как рассчитать диаметр трубы для отопления

Для расчета диаметра трубопровода понадобятся такие данные: это и общие теплопотери жилища, и протяженность трубопровода, и расчет мощности радиаторов каждой комнаты, а также способ разводки. Развода может быть однотрубной, двухтрубной, иметь принудительную или естественную вентиляцию.

Также обратите внимание на маркировку у медных и полипропиленовых труб наружного диаметра. Внутренний же можно вычислить, отняв толщину стенки. У металлопластиковых и стальных труб внутренний размер проставляется при маркировке.

К сожалению, рассчитать точно сечение труб невозможно. Так или иначе, а придется выбирать вам из пары вариантов. Этот момент стоит пояснить: к радиаторам нужно доставить определенное количество тепла, добившись при этом равномерного нагрева батарей. Если речь идет о системах с принудительной вентиляцией, то делается это при помощи труб, насоса и самого теплоносителя. Все, что нужно – это прогнать за некий временной промежуток нужное количество теплоносителя.

Получается, что можно выбрать трубы меньшего диаметра, и теплоноситель подавать с большей скоростью. Можно сделать также выбор в пользу труб большего сечения, но интенсивность подачи теплоносителя уменьшить. Предпочтителен первый вариант.

Выбор скорости воды в системе отопления

Большая скорость воды и трубы меньшего диаметра – это наиболее частый выбор. Если увеличить диаметр трубы, то уменьшится скорость движения. Но последний вариант не так част, уменьшение движения не очень выгодно.

При выборе труб также следует учитывать и возможную скорость воды в системе отопления

Почему высокая скорость и меньший диаметр трубы выгоднее:

Изделия меньшего диаметра стоят меньше;
Работать с трубами меньшего диаметра в домашних условиях проще;
Если прокладка открытая, они не так сильно привлекают внимание, а если укладка идет в стены или пол, то потребуются штробы меньшие по размеру;
Небольшой диаметр обеспечивает меньшее количество теплоносителя в трубе, а это, в свою очередь, снижает инерционность системы, что экономит топливо.

Разработаны специальные таблицы, по которых определяется размер труб для дома. Такая таблица учитывает требуемое количество тепла, а также скорость движения теплоносителя, а также температурные показатели работы системы. Получается, чтобы осуществить подбор труб нужного сечения, находится необходимая таблица, и по ней подбирается диаметр. Сегодня может найтись и подходящая онлайн-программа, которая заменяет таблицу.

Схема разводки отопительной системы и диаметр труб для отопления

Схема разводки отопления всегда учитывается. Она может быть двухтрубной вертикальной, двухтрубной горизонтальной и однотрубной. Двухтрубная система предполагает как верхнее, так и нижнее размещение магистралей. А вот однотрубная система учитывает экономное использование длины магистралей, таковая подходит для отопления с естественной циркуляцией. Тогда двухтрубная потребуют обязательного включения насоса в схему.

Горизонтальная разводка бывает трех типов:

Тупиковая;
Лучевая или коллекторная;
С параллельным движением воды.

К слову, в схеме однотрубной системы может быть и так называемая обходная труба. Она станет дополнительной магистралью для циркуляции жидкости, если отключился один или несколько радиаторов. Обычно на всякий радиатор устанавливаются запорные краны, которые позволяют перекрыть водную подачу в случае необходимости.

Какие могут быть последствия: заужение диаметра трубы отопления

Заужение диаметра трубы крайне нежелательно. Когда происходит разводка по дому, рекомендовано использовать одинаковый типоразмер – увеличить или уменьшить его не стоит. Возможным исключением будет только большая длина циркуляционного контура. Но и в этом случае нужно быть внимательным.

Многие специалисты не рекомендуют заужать диаметр труб, поскольку это может пагубно отразиться на всей системе отопления

Но почему же при замене стальной трубы на пластиковую заужается размер? Здесь все просто: при одинаковом внутреннем диаметре наружный же диаметр самих пластиковых труб больше. А значит отверстия в стенах и перекрытиях придется расширять, причем, серьезно – с 25 до 32 мм. А ведь для этого будет нужен специнструмент. Потому проще в эти отверстия пропустить трубы потоньше.

Но в этой же ситуации получается, что жильцы, которые произвели такую замену труб, на автоматике «украли» у своих соседей по данному стояку примерно 40% тепла и воды, проходящие по трубам. Потому стоит понимать, что толщина труб, самовольно заменяемая в тепловой системе – не вопрос частного решения, делать этого нельзя. Если стальные трубы меняются на пластиковые, расширять отверстия в перекрытиях, как ни крути, а придется.

Есть и такой вариант в данной ситуации. Можно при замене стояков в старые отверстия пропустить новые отрезочки стальных труб того же диаметра, длина их будет 50-60 см (это зависит от такого параметра, как толщина перекрытия). А потом они соединяются муфтами с пластиковыми трубами. Этот вариант вполне приемлем.

Расчет диаметра трубы для отопления: как рассчитать, скорость воды в системе, последствия заужения, теплоноситель

Расчет диаметра трубы для отопления предваряет расчет общих потерь тепла, мощности котла и мощности радиаторов для каждого помещения. Также выбирается способ разводки, составляется схема и расчеты.

Источник: teploclass.ru

trubyisantehnika.ru

Расчет веса

С расчетом веса трубы все просто: надо знать, сколько весит погонный метр, затем эту величину умножить на длину в метрах. Вес круглых стальных труб есть в справочниках, так как этот вид металлопроката стандартизован. Масса одного погонного метра зависит от диаметра и толщины стенки. Один момент: стандартный вес дан для стали плотностью 7,85 г/см2 — это тот вид, который рекомендован ГОСТом.

В таблице Д — наружный диаметр, условный проход — внутренний диаметр, И еще один важный момент: указана масса обычных стального проката, оцинкованные на 3% тяжелее.

как рассчитать, скорость воды в системе, последствия заужения, теплоноситель

Данные: как рассчитать диаметр трубы для отопления

Также обратите внимание на маркировку у медных и полипропиленовых труб наружного диаметра. Внутренний же можно вычислить, отняв толщину стенки. У металлопластиковых и стальных труб внутренний размер проставляется при маркировке.

Выбор скорости воды в системе отопления

При выборе труб также следует учитывать и возможную скорость воды в системе отопления

Почему высокая скорость и меньший диаметр трубы выгоднее:

Изделия меньшего диаметра стоят меньше;
Работать с трубами меньшего диаметра в домашних условиях проще;
Если прокладка открытая, они не так сильно привлекают внимание, а если укладка идет в стены или пол, то потребуются штробы меньшие по размеру;
Небольшой диаметр обеспечивает меньшее количество теплоносителя в трубе, а это, в свою очередь, снижает инерционность системы, что экономит топливо.

Схема разводки отопительной системы и диаметр труб для отопления

Горизонтальная разводка бывает трех типов:

Тупиковая;
Лучевая или коллекторная;
С параллельным движением воды.

Какие могут быть последствия: заужение диаметра трубы отопления

Но почему же при замене стальной трубы на пластиковую заужается размер? Здесь все просто: при одинаковом внутреннем диаметре наружный же диаметр самих пластиковых труб больше. А значит отверстия в стенах и перекрытиях придется расширять, причем, серьезно – с 25 до 32 мм. А ведь для этого будет нужен специнструмент. Потому проще в эти отверстия пропустить трубы потоньше.

Правильный расчет диаметра трубы для отопления (видео)

Если вы некомпетентны в вопросах расчета диаметра труб, обратки, схем и выбора теплоносителя, лучше позвать специалистов, попросить их прокомментировать свою работу.

Удачных проектов!

Добавить комментарий

teploclass. ru

какой выбрать, последствия заужения к квартире, подбор по таблице

Отопление дома или квартиры — не такая простая инженерная система, как может показаться на первый взгляд. При составлении проекта требуется провести много расчётов, в частности, нужного диаметра трубопровода.

Правильно подобрать диаметр — это залог надёжной, комфортной и эффективной системы обогрева помещений.

К примеру, отопление без насоса, где теплоноситель циркулирует самотёком, вообще может не заработать при слишком узких трубах, а схема с принудительной циркуляцией при занижении диаметра будет шуметь или не прогревать помещения до нужной температуры. Поэтому следует воспользоваться правилами расчёта, которые позволят привести теплопотери к минимуму.

Odnoklassniki

Влияние диаметра труб на КПД для системы отопления в частном доме

Ошибочно полагаться на принцип «больше — лучше» при выборе сечения трубопровода. Слишком большое сечение трубы ведёт к снижению давления в ней, а значит и скорости теплоносителя и теплового потока.

Более того, если диаметр слишком велик, у насоса попросту может не хватить производительности для перемещения такого большого объёма теплоносителя.

Важно! Больший объём теплоносителя в системе подразумевает высокую суммарную теплоёмкость, а значит времени и энергии на его подогрев будет затрачиваться больше, что также влияет на КПД не в лучшую сторону.

Подбор сечения трубы: таблица

Оптимальное сечение трубы должно быть минимально возможным для данной конфигурации (см. таблицу) по следующим причинам:

маленький объём теплоносителя быстрее нагревается;
меньший просвет создаёт большее сопрот

ogon.guru

Как высчитать площадь поперечного сечения

Формула нахождения площади сечения круглой трубы

Если труба круглая, площадь сечения считать надо по формуле площади круга: S = π*R2. Где R — радиус (внутренний), π — 3,14. Итого, надо возвести радиус в квадрат и умножить его на 3,14.

Например, площадь сечения трубы диаметром 90 мм. Находим радиус — 90 мм / 2 = 45 мм. В сантиметрах это 4,5 см. Возводим в квадрат: 4,5 * 4,5 = 2,025 см2, подставляем в формулу S = 2 * 20,25 см2 = 40,5 см2.

Площадь сечения профилированной трубы считается по формуле площади прямоугольника: S = a * b, где a и b — длины сторон прямоугольника. Если считать сечение профиля 40 х 50 мм, получим S = 40 мм * 50 мм = 2000 мм2 или 20 см2 или 0,002 м2.

Статья по теме: Почему стиральная машина не сливает воду и что делать?

Расчет диаметра трубы для отопления – ответственный этап — Учебник сантехника

В то время, когда речь идет о монтаже отопительной системы, то частенько труба выбирается легко на основании советов привычных либо рекомендаций продавцов в магазине. Расчет диаметра трубы для отопления выполняется далеко не всегда.

Выбирая типоразмер наугад, имеется риск того, что отопительная система будет работать неэффективно.

Влияние диаметра на работу отопления

Инструкция по монтажу отопительной системы вряд ли затрагивает вопросы расчета трубопровода (определите кроме этого как вычислить диаметр трубы для отопления).

В это же время, при перемещении по трубе теплоноситель сталкивается с несколькими видами сопротивлений и это необходимо учитывать при подборе типоразмера:

трение о стены. За счет этого часть скорости теряется,
утраты скорости при поворотах. Разводку по квартире нереально выполнить без поворотов (к тому же имеется повороты под углом 90?),
изменение диаметров. В случае если при разводке по квартире постараться применять различные типоразмеры, то сопротивление перемещению потока будет наблюдаться еще и в местах сопряжения различных типоразмеров.

Обратите внимание! Заужение диаметра трубы отопления нежелательно. При разводке по дому необходимо применять одинаковый типоразмер. Исключение допускается при громадной длины циркуляционного контура, при таких условиях возможно расширить скорость перемещения теплоносителя за счет уменьшения D.

Что же касается самого трубопровода, то основной его чёртом, воздействующей на перемещение теплоносителя, возможно назвать внутренний диаметр (Двн). Чем он меньше, тем больше давление и напротив – с ростом Двн давление в системе падает. Это необходимо учитывать, в то время, когда выполняется подбор диаметра трубы для отопления.

С этим явлением и связана частая ошибка сантехников-любителей. Они уверены в том, что в случае если забрать размер побольше, то через радиаторы будет проходить комната и большее количество теплоносителя стремительнее прогреется.

На самом же деле эффект будет противоположный – из-за падения давления батареи останутся прохладными. При таких условиях выручить может установка более замечательного циркуляционного насоса, но цена для того чтобы решения высока, значительно несложнее верно подобрать необходимый диаметр.

Пример расчета отопительной системы

В большинстве случаев, выполняется упрощенный расчет исходя из таких параметров как количество помещения, уровень его утепленности, разницы потока температур и скорости теплоносителя в подводящем и отводящем трубопроводе.

Диаметр трубы для отопления с принудительной циркуляцией определяется в таковой последовательности:

определяется суммарное количество тепла, которое нужно подать в помещение (тепловая мощность, кВт), возможно ориентироваться и на табличные данные,

задавшись скоростью перемещения воды, определяют оптимальный D.

Расчет тепловой мощности

Как пример будет выступать стандартная помещение с размерами 4,8х5,0х3,0м. Отопительный контур с принудительной циркуляцией, нужно выполнить расчет диаметров труб отопления для разводки по квартире. Главная расчетная формула выглядит так:

в формуле использованы такие обозначения:

V – количество помещения. В примере он равен 3,8•4,0•3,0 = 45,6м3,
?t– отличие между температурой на улице и в помещении. В примере принято 53?С,

К –особый коэффициент, определяющий степень утепленности здания. В общем случае его значение находится в диапазоне от 0,6-0,9 (употребляется действенная теплоизоляция, кровля и пол утеплены, установлены как минимум двойные стеклопакеты) до 3-4 (постройки без теплоизоляции, к примеру, бытовки). В примере употребляется промежуточный вариант – квартира имеет стандартную теплоизоляцию (К = 1,0 – 1,9), принято К = 1,1.

Итого тепловая мощность должна быть равна 45,6•53•1,1/860 = 3,09кВт.

Возможно воспользоваться табличными данными.

Определение диаметра

Диаметр труб отопления определяется по формуле

Где использованы обозначения:

?t– отличие температур теплоносителя в подающем и отводящем трубопроводах. Учитывая то, что подается вода при температуре порядка 90-95?С, а остыть она успевает до 65-70?С, перепад температур возможно принять равным 20?С,
v –скорость перемещения воды. Нежелательно, дабы она превышала значение 1,5 м/с, а минимальный допустимый порог – 0,25 м/с. Рекомендуется остановиться на промежуточном значении скорости 0,8 – 1,3 м/с.

Обратите внимание! Неверный выбор диаметра трубы для отопления может привести к падению скорости ниже минимального порога, что со своей стороны приведёт к образованию воздушных пробок. В следствии эффективность работы станет нулевой.

Значение Dвн в примере составит v354•(0,86•3,09/20)/1,3 = 36,18 мм. В случае если обратить внимание на типоразмеры, к примеру, ПП трубопровода, то видно, что для того чтобы Dвн нет. При таких условиях выбирается легко ближайший диаметр пропиленовых труб для отопления.

В этом примере возможно выбрать PN25 с Двн 33,2 мм, это приведет к маленькому повышению скорости перемещения теплоносителя, но она все равно останется в допустимых пределах.

Особенности отопительных систем с естественной циркуляцией

Основное их отличие пребывает в том, что в них не употребляется циркуляционный насос для давления. Жидкость перемещается самотеком, по окончании нагрева она вытесняется наверх, после этого проходит через радиаторы, остывает и возвращается к котлу.

В сравнении с системами с принудительной циркуляцией, диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией должен быть больше. База расчета в этом случае пребывает в том, дабы циркуляционное давление превышало утраты на местные сопротивления и трение.

Чтобы любой раз не высчитывать значение циркуляционного давления, существуют особые таблицы, составленные для различных перепадов температур. К примеру, в случае если протяженность трубопровода от котла до радиатора образовывает 4,0 м, а перепад температур – 20?С (70?С в отводящем и 90?С в подающем), то циркуляционное давление составит 488 Па. Исходя из этого подбирается скорость теплоносителя, методом трансформации D.

При исполнении расчетов своими руками необходим и проверочный расчет. Другими словами вычисления ведутся в обратном порядке, цель проверки – установить не превышают ли утраты на местные сопротивления и трение циркуляционное давление.

Подведение итогов

Расчет трубопровода отопления – очень важная задача на этапе проектирования. Информация в статье разрешит самостоятельно выполнить расчет отопительной системы, так что комфортный микроклимат в доме гарантирован (см.кроме этого статью ‘Какие конкретно трубы для отопления лучше: анализ 4-х наиболее распространённых вариантов’).

На видео в данной статье расчет трубопровода ведется по допустимой скорости.

Загрузка…

partner-tomsk. ru

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.

Разница температур подача/обратка — 20°С, скорость воды 0,5 м/с — СТАНДАРТНАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ
Тепловая нагрузка, кВт	Необходимый внутренний диаметр трубы, мм	Подбор трубы для необходимого внутреннего диаметра:
Тепловая нагрузка, кВт	Необходимый внутренний диаметр трубы, мм	ВГП стальные	Полипропилен	Сшитый полиэтилен
50	39	1,5 дюйма (40мм)	50	50
40	35	1,5 дюйма (40мм)	50	50
30	30	1,25 дюйма (32мм), дюйм с четвертью)	40	40
20	25	1 дюйм (25мм)	32	32
15	21	1 дюйм (25мм)	32	32
12	19	3/4 дюйма (20мм)	25	25
10	17	3/4 дюйма (20мм)	25	25
8	16	3/4 дюйма (20мм)	25	25
6	14	1/2 дюйма (15мм)	20	20
5	12	1/2 дюйма (15мм)	20	20
4	11	1/2 дюйма (15мм)	20	20
3	10	3/8 дюйма (10мм)	16	16
2	8	3/8 дюйма (10мм)	16	16
1	6	3/8 дюйма (10мм)	16	16

Разница температур подача/обратка — 10°С, скорость воды 0,5 м/с — НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ
Тепловая нагрузка, кВт	Необходимый внутренний диаметр трубы, мм	Подбор трубы для необходимого внутреннего диаметра:
Тепловая нагрузка, кВт	Необходимый внутренний диаметр трубы, мм	ВГП стальные	Полипропилен	Сшитый полиэтилен
50	55	2 дюйма (50мм)	63	63
40	48	2 дюйма (50мм)	63	63
30	43	2 дюйма (50мм), либо 1,5 дюйма (40мм)	63	63
20	35	1,5 дюйма (40мм)	50	50
15	30	1,25 дюйма (32мм)	40	40
12	27	1,25 дюйма (32мм)	40	40
10	25	1 дюйм (25мм)	32	32
8	22	1 дюйм (25мм)	32	32
6	19	3/4 дюйма (20мм)	25	25
5	17	3/4 дюйма (20мм)	25	25
4	16	1/2 дюйма (15мм)	20	20
3	13	1/2 дюйма (15мм)	20	20
2	11	1/2 дюйма (15мм)	16	16
1	8	1/2 дюйма (15мм)	16	16

Разница температур подача/обратка — 20°С, скорость воды 0,2 м/с — САМОТЕЧНАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ
Тепловая нагрузка, кВт	Необходимый внутренний диаметр трубы, мм	Подбор трубы для необходимого внутреннего диаметра:
Тепловая нагрузка, кВт	Необходимый внутренний диаметр трубы, мм	ВГП стальные	Полипропилен	Сшитый полиэтилен
30	48	2 дюйма (50мм)	63	63
20	39	1,5 дюйма (40мм)	50	50
15	34	1,5 дюйма (40мм)	50	50
12	30	1,25 дюйма (32мм), (дюйм с четвертью)	40	40
10	28	1,25 дюйма (32мм), (дюйм с четвертью)	40	40
8	25	1 дюйм (25мм)	32	32
6	21	3/4 дюйма (20мм)	25	25
5	19	3/4 дюйма (20мм)	25	25
4	17	3/4 дюйма (20мм)	25	25
3	15	3/4 дюйма (20мм))	25	25
2	12	1/2 дюйма (15мм)	20	20
1	10	1/2 дюйма (15мм)	20	20

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

Расчет площади поверхности трубы

Труба представляет собой очень длинный цилиндр, и площадь поверхность трубы рассчитывается как площадь цилиндра. Для вычислений потребуется радиус (внутренний или наружный — зависит от того, какую поверхность вам надо рассчитать) и длина отрезка, который вам необходим.

Формула расчета боковой поверхности трубы

Чтобы найти боковую площадь цилиндра, перемножаем радиус и длину, полученное значение умножаем на два, а потом — на число «Пи», получаем искомую величину. При желании можно рассчитать поверхность одного метра, ее потом можно умножать на нужную длину.

Статья по теме: Строительство погреба

Для примера рассчитаем наружную поверхность куска трубы длиной 5 метров, с диаметром 12 см. Для начала высчитаем диаметр: делим диаметр на 2, получаем 6 см. Теперь все величины надо привести к одним единицам измерения. Так как площадь считается в квадратных метрах, то сантиметры переводим в метры. 6 см = 0,06 м. Дальше подставляем все в формулу: S = 2 * 3,14 * 0,06 * 5 = 1,884 м2. Если округлить, получится 1,9 м2.

Расчёт диаметра труб для отопления

Трубы являются одними из самых распространённых, разнообразных и необходимых изделий. Их назначения и сферы использования так многочисленны, что и перечислить сложно. Трубопроводы для выполнения самых разных задач изготавливают из металла, стекла, пластика, керамики. Размеры варьируются, могут быть от миллиметра и до огромных труб для транспортировки нефти и газа.

В данной статье разберём, как рассчитать диаметр труб для отопления. Не стоит недооценивать важность расчёта, потому что неточности в выборе трубного диаметра могут существенно ухудшить гидродинамику отопительного контура, снизить коэффициент полезного действия и стать причиной слишком высоких затрат на приобретение труб забольшого диаметра.

Ключевые параметры труб:

усреднённый диаметр;
внешний диаметр трубы;
внутренний трубный диаметр;
материал трубопровода.

Советы перед расчётом и установкой системы

Узнать необходимый диаметр трубопровода под отопление очень важно, так как именно от этого параметра зависит гидродинамическое сопротивление и пропускная способность контура. Ещё перед расчётом требуется чётко определиться с типом труб и их материалом.

Нанесённая маркировка для изделий различается. Трубы из пластика маркируют с указанием наружного диаметра, а из чугуна и стали – по внутреннему диаметру. Взять на заметку этот факт придётся, если установка трубопровода будет осуществляться комбинированным способом.

Перед самой работой также необходимо составить схему планируемой системы отопления, выбрать диаметр труб для отопления в частном доме и купить все материалы. К тому же найти комплектующие, в том числе тройники, клапаны, переходники и воздушные клапаны.

Подробнее о переходниках и фитингах можно прочитать в этой статье

Расчёт диаметра трубы для отопления должен производиться аккуратно и внимательно, в какой последовательности всё рассчитывать рассмотрим ниже.

Что нужно для расчёта

Как правило, вычисления начинают с определения тепловой мощности – Q. Необходимое количество тепла узнают произведением объёма помещения V в м³ на норму, которая равна 40 Вт/м³.

Q = V х 40 Вт/м³

Затем устанавливают тип системы отопления: одно- или двухтрубная. Для загородных домов лучше подойдёт 2-трубная, однако для будущего расчёта выбор типа системы – не самое важное.

Лучше направить своё внимание на выбор метода движения теплового носителя:

будет ли он конвекционным либо естественным;
либо же принудительным, с использованием насоса циркуляции.

Главное отличие этих методов в том, что при организации системы выбирается уклон отопительных труб при естественной циркуляции, где жидкость движется самотёком, а второй вариант подразумевает движение с помощью насоса, что делает скорость обмена тепла намного выше.

Скорость движения теплового носителя – очень важный показатель.

В зависимости от него, в том числе, выбирают диаметр труб для обогрева. Расчётные единицы для естественной циркуляции – от 0,3 м/с. Скорость движения теплоносителя зависит от напора, поэтому при выборе варианта с естественной циркуляцией он определяется высотой подъёма расширительного бачка открытого типа. Каждый метр подъёма добавляет величину давления в 0,1 атм.

Рассчитать объем расширительного бака можно тут

В случае с циркуляцией при помощи насоса выбирают величину скорости – 0,7 м/с. Высчитывая скорость необходимо идти на определённые уступки, ведь при высокой скорости появляется шум в системе и существенно повышается гидравлическое сопротивление, а при очень низкой — забольшие размеры отопительных изделий приведут к увеличению финансовых затрат. Потому зачастую выбирают меньший диаметр в связи с:

облегчённым монтажом;
относительно низкой стоимостью труб диаметра поменьше;
увеличением динамичности системы при меньшем количестве жидкости.

Расчёт по этапам

Вы определили исходные данные: нарисовали схему отопительной системы, решили с типом, вовремя рассчитали величину тепловой мощности для всех помещений? Тогда действуйте дальше. Обычно расчёт начинают с наиболее удалённого помещения.

Объёмный расход жидкости вычисляют по формуле:

G = 0.86*Q / 20: где:
G – объёмный расход теплоносителя, кг/ч;
Q – расчётное количество тепла, Вт;
20 – температурная разница в подаче и «обратке». Для расчётов равна 20 °C.

По приведённой формуле определяют массу жидкости, однако горячая вода характеризуется при 80 °C плотностью р = 971.6 кг/м³. Потому объёмный расход Vo вычисляют формуле:

Vo = G / р

При знании объёма и скорости движения нетрудно вычислить площадь поперечного сечения:

S = Vo / (3600 х Vт): где:
S – площадь поперечного сечения;
Vo – расход (объёмный) теплового носителя;
Vт – выбранная скорость потока жидкости.

И в конце производят расчёт диаметра:

D = корень квадратный из выражения 4S /3,14.

После того, как вы вычислили диаметр для дальней комнаты, рассчитать размер трубопровода для следующего помещения не составит труда. Однако стоит помнить, что через это помещение необходимо пропустить суммарное количество тепла для двух комнат и т.п. Расчёт в целом не трудный, но для тех, кто не занимался ранее подобными вычислениями, достаточно громоздок.

Потому для того, чтобы облегчить сам процесс, существуют таблицы, дающие ответ и решающие задачу – как определить диаметр трубы для отопления. Из таблиц чётко ясно: диаметр отопительных труб с естественной циркуляцией нужен большой, так как скорость движения потока 0,3 м/с. Выбирать трубы стоит по ближайшему большему диаметру, взяв на заметку несовпадение логики маркировки труб из разных материалов:

Водогазопроводные трубы из стали – прописан внутренний диаметр.
Электросварные изделия из стали – наружный диаметр.
Полиэтиленовые, металлопластиковые, из полиэтилена низкого давления, полипропиленовые трубы для отопления – диаметр наружный.

Диаметры медных и стальных труб для отопления:

Таблица диаметров труб

Каким диаметром должны быть трубы отопления полипропилен

Вы решили использовать изделия из полипропилена и не знаете, как подобрать диаметр в связи с вышеприведёнными формулами? Аналогично. Однако у труб из полипропилена большой срок службы, около века, потому система отопления, которая правильно рассчитана и качественно установлена, будет служить довольно долго. Загляните в таблицу диаметров труб для отопления.

Наружный диаметр, мм	PN10		PN20		PN30
Наружный диаметр, мм	Внутренний диаметр	Толщина стенки	Внутренний диаметр	Толщина стенки	Внутренний диаметр	Толщина стенки
16			10.6	2.7
20	16.2	1.9	13.2	3. 4	13.2	3.4
25	20.4	2.3	16.6	4.2	16.6	4.2
32	26.0	3.0	21.2	5.4	21.2	3.0
40	32.6	3.7	26.6	6.7	26.6	3.7
50	40.8	4.6	33.2	8.4	33.2	4.6
63	51.4	5.8	42	10.5	42	5.8
75	61.2	6.9	50	12.5	50	6.9
90	73.6	8.2	6	15
110	90	10	73.2	18.4

Полипропиленовые трубопроводы пользуются популярностью, так как они стоят не так дорого, как металлические, экологичны и внешне привлекательны. К тому же и установка контуров систем при применении подобных изделий становится существенно проще. Существуют специальные аппараты для сварки труб, разные переходники, фитинги, краны и иные нужные комплектующие. Процесс установки чем-то напоминает сборку системы из конструктора.

Подробнее о разновидностях и способах монтажа полипропиленовых труб для отопления читайте в этой статье

Оребрённые трубы

Такие изделия изготавливаются методом поперечно-винтовой прокатки. На них наносятся рёбра, увеличивающие площадь поверхности, которая отдаёт тепло. Применение таких труб даёт возможность сократить вес тепловых обменников, потому что тепло будет отдавать и оребрённая труба, по которой циркулирует жидкость.

Оребренная труба

Такая труба, если сравнивать её с обычной гладкой, имеет площадь теплового обмена в 2-3 раза больше. Популярности оребрённых труб мешает их высокая стоимость. Изделия выполняются из алюминия, латуни и меди. Организация системы отопления с использованием такого типа трубопроводов требует существенных денежных затрат, потому их расчёт в этой статье не будем рассматривать.

При не очень разветвлённой и сложной системе трубный диаметр можно рассчитать самостоятельно. Для этого необходимо иметь данные о тепловых потерях помещения и мощность каждого радиатора. Потом, заглянув в таблицу, можно определить сечение трубы, соответствующей подаче нужного количества тепла. Расчёт трудных многоэлементных схем лучше оставить для профессионалов. В крайнем случае, рассчитайте сами, но постарайтесь хотя бы получить консультацию.

необходимые данные и последовательность расчета

Трубы — одни из самых распространенных, разнообразных и незаменимых изделий в современном мире. Их функции и области применения так многочисленны, что только их перечисление займет всю страницу. Трубы, для выполнения разнообразнейших задач, изготовляются из металла, стекла, пластика и керамики. Размеры могут быть от долей миллиметра и до гигантских труб для транспортировки газа и нефти.

Эта статья поможет сделать подбор диаметра трубы для отопления, ведь ошибки при выборе диаметра трубы могут значительно ухудшить гидродинамику контура отопления, уменьшить КПД системы отопления и привести к неоправданным затратам на покупку труб завышенного диаметра.

Основные характеристики труб:

• усредненный диаметр;
• диаметр трубы внешний;
• диаметр трубы внутренний;

• материал трубы.

Что нужно сделать перед расчетом и монтажом системы?

Для контуров систем большое значение имеет диаметр трубы для отопления, определяющий гидродинамическое сопротивление и пропускную способность контура. Еще до начала расчета нужно четко определить тип труб и материал. Нанесенная маркировка для труб отличается. Пластиковые трубы маркируются с указанием наружного диаметра, а чугунные и стальные по внутреннему диаметру. Учитывать это обстоятельство придется, если монтаж контура будет производиться комбинированным способом.

Перед началом монтажа нужно нарисовать эскиз будущей отопительной системы, подобрать диаметр труб для отопления в частном доме и приобрести нужные материалы.
Подобрать комплектующие — краны, тройники, переходники, воздушные клапаны и т. п. Расчет диаметра трубы требует аккуратности и внимания, а последовательность расчета изложена в данной статье.

Данные необходимые для расчета

Обычно расчет диаметра труб для отопления частного дома начинается с вычисления тепловой мощности — Q. Нужное количество теплоты определяется произведением объема помещения V в м3 на норму равную 40 Вт/м3. Q = V х 40 Вт/м3. Следующим шагом определяется тип отопительной системы: двухтрубная или однотрубная. Для частных домов лучше двухтрубная система, но для дальнейшего расчета выбор типа системы не критичен.

Гораздо большее значение имеет выбранный метод движения теплоносителя:

естественный или конвекционный;
принудительный метод с применением циркуляционного насоса.

Основное отличие между этими методами в том, что выбирается при монтаже уклон труб отопления при естественной циркуляции, где жидкость движется самотеком, а второй метод предполагает движение под действием насоса, что значительно увеличивает скорость теплообмена.

Скорость движения теплоносителя — важнейший показатель.

Он влияет на выбор диаметра труб для отопления дома. Расчетные величины для естественной циркуляции — от 0,3 м/с. Скорость движения жидкости зависит от напора. Напор при выборе «самотечного» варианта определяется высотой подъема расширительного бака открытого типа. Каждый метр подъема добавляет величину давления равную 0,1 атмосферы.

При использовании принудительной циркуляции выбирается величина скорости — 0,7 м/с. Рассчитывая скорость нужно идти на определенный компромисс, т. к. при большой скорости возникнет шум в системе и значительно увеличится гидравлическое сопротивление, а при слишком малой скорости увеличенные размеры труб для отопления приведут к дополнительным финансовым затратам. Поэтому чаще всего выбирается меньший диаметр труб для отопления по следующим соображениям:

облегчается монтаж;
цена труб меньшего диаметра ниже;
при меньшем количестве теплоносителя увеличивается динамичность системы.

Последовательность расчета

Определены следующие исходные данные: эскиз системы отопления, определен тип отопительной системы, предварительно рассчитана величина Q для всех помещений. Как правило, расчет диаметра труб начинается для самого удаленного помещения.

Объемный расход теплоносителя вычисляется по формуле: G = 0.86 Q / 20 , в которой:

G – объемный расход воды, кг/ч;
Q – расчетное количество теплоты, Вт;
20 – разница температур в подаче и «обратке». Для расчетов равна 20 градусам.

По приведенной формуле определяется масса теплоносителя, но горячая вода имеет при 80 градусах плотность р = 971.6 кг/м3. Поэтому объемный расход Vo вычисляется формуле: Vo = G / р

Зная объем и скорость потока легко вычислить площадь поперечного сечения: S = Vo / (3600 х Vт), где:

S — площадь поперечного сечения;
Vo — расход (объемный) теплоносителя;
Vт — выбранная скорость движения воды.

И в завершение производится расчет диаметра по формуле:

D = корень квадратный из выражения — 4S /3,14.

После вычисления диаметра трубы для дальнего помещения, рассчитать какой диаметр трубы нужен для отопления следующего помещения, несложно. Но не следует забывать, что через это помещение нужно пропустить суммарное количество тепла для двух помещений и т. д. Принцип расчета понятен, но для тех, кому не приходилось заниматься расчетами, довольно громоздок.

Поэтому для облегчения расчетов разработаны таблицы, которые дают ответ и решают задачу — как рассчитать диаметр трубы для отопления. Подобную таблицу можно скачать в сети Интернет. Из таблиц четко видно — диаметр труб для отопления с естественной циркуляцией требуется больший, т. к. скорость движения потока 0,3 м/с. Подбирать трубу нужно по ближайшему большему диаметру, учитывая несовпадение логики маркировки труб из различных материалов:

стальные водо-газопроводные трубы — указан внутренний диаметр;
стальные электросварные трубы — наружный диаметр;
полиэтиленовые, металлопластиковые, трубы ПНД, полипропиленовые трубы — указан наружный диаметр трубы.

Применение труб из полипропилена

Если для контура отопления применить полипропиленовые трубы для отопления как выбрать диаметр согласно вышеприведенным формулам? Да точно так же. Но у полипропиленовых труб огромный срок службы, до 100 лет, поэтому отопительная система, правильно рассчитанная и аккуратно смонтированная, будет служить очень долго. На вопрос — как подобрать размеры труб для отопления, ответ можно найти по таблицам, которые можно скачать в сети Интернет.

Популярность полипропиленовых труб для создания систем отопления довольно высока, ведь они значительно дешевле металлических, экологичны и имеют неплохой внешний вид. Да и монтаж контуров систем при использовании таких труб значительно облегчается. Разработаны специальные аппараты для сваривания труб, различные переходники, фитинги, краны и другие необходимые комплектующие. Сам процесс монтажа похож на сборку системы из конструктора.

Оребренные трубы

Иногда можно встретить объявление — куплю оребрение трубы для отопления бу, дорого. Что же это такое? И почему в объявлении есть слово — дорого?

Оребренные трубы — это трубы изготовленные методом поперечно-винтовой прокатки.

На них наносятся ребра, которые увеличивают площадь поверхности отдающей тепло. Использование подобных труб позволяет сократить вес теплообменников, ведь тепло будет отдавать также труба (оребренная), по которой движется теплоноситель.

Оребренная труба, если сравнить ее с гладкой трубой, имеет площадь теплообмена в 2-3 раза большую. Широкому применению оребренных труб препятствует их высокая цена. Трубы изготовляются из алюминия, меди и латуни. Создание отопительной системы с применением оребренных труб потребует значительных финансовых затрат, поэтому их расчет в данной статье не рассматривается.

Диаметр труб для отопления. Какой и как выбрать по таблицам

Как правильно подобрать трубы для отопления? Этот вопрос волнует каждого застройщика, поскольку ошибка может нарушить работу всей системы, сделать ее неэффективной и некомфортной.

При заниженном диаметре:

Трубы испытывают повышенные нагрузки и сокращается срок их службы.
О 50-и годах, как заявляют производители, речь даже не идет.

В пиковые периоды при заниженном диаметре трубы может быть не обеспечена подача тепла в нужном количестве и в помещении будет некомфортная температура.

Но и ставить трубы на отопление с большим запасом тоже смысла нет:

Это ненужный перерасход денежных средств, снижается инвестиционная эффективность замены труб и оборудования системы отопления.

Из-за маленькой скорости потока теплоносителя в трубах могут образовываться отложения, что ведет к уменьшению их пропускной способности.

Снижается эффективность из-за большего объема системы отопления. Она приобретает повышенную инерционность.

Возможно постоянное завоздушивание, что ведет в повышенному износу радиаторов отопления, теплообменника котла и других компонентов

По сути, при правильно выбранном диаметре труб отопления теплоноситель перемещается по трубопроводам в нужном количестве и определенном диапазоне скоростей. Таким образом при выборе диаметра труб для системы радиаторного отопления с принудительной циркуляцией необходимо отталкиваться от двух значений:

тепловая мощность отопительного контура

скорость потока теплоносителя в трубопроводе

Усредненно показатель тепловой мощности часто принимают 100 Вт/м. кв., хотя правильнее заказать профессиональный расчет. Теплопотери, которые напрямую определяют тепловую мощность, зависят от многих факторов: утепление дома, тип окон и дверей с ручками http://www.mirar-group.ru, климата в регионе и других. Скорость потока зависит от расхода теплоносителя и указывается производителями труб в специальных таблицах.

Расчет диаметра труб отопления по таблице

Дабы упростить «жизнь» начинающим застройщикам, специалистами уже составлены специальные таблицы по которым можно подобрать нужный диаметр при ΔТ=20 град.С (разница температур между подачей и обраткой).
Ниже таблица подбора диаметра трубы для отопления при ΔТ=20 град. С:

Алгоритм подбора следующий:

Перемещаясь по столбцам с показателем скорости потока жидкости 0,4-0,6 находим нужный показатель теплового потока.

По крайнему левому столбцу определяем требуемый внутренний диаметр трубопровода.

По таблицам производителя, в зависимости от внутреннего диаметра, находим нужный наружный диаметр.

Пример расчета

Например, есть дом 60 кв. метров.
По среднему показателю теплопотерь 100 Вт/м.кв., требуемый тепловой поток 6000 Вт. Применяем коэффициент запаса 1,2 — 6000*1,2=7200 Вт
В таблице максимально приближенным будет значение 7185 Вт при скорости потока 0,5 м/с.
По крайнему левому столбцу внутренний диаметр трубы будет равным 15 мм.
По таблице производителя находим требуемый наружный диаметр трубы. Например, для универсальной металлопластиковой трубы TECEFlex (стр. 11) ближайшее значение в сторону увеличения — 18 мм. Это труба универсальная многослойная (PE-Xc\Al\PE) 25 мм. Аналогично смотрим ассортимент Экопластик стр. 7. Нам подойдет полипропиленовая труба Stabi 25 мм.

Соответствие тепловой мощности и диаметра

Проектировщиками и монтажниками уже подобраны оптимальные соотношения тепловой мощности и наружного диаметра отопительной пластиковой трубы (как в каталоге производителей).

Для 3000-5000 Вт — подойдет труба 20 мм

6000-9000 Вт — 25 мм

10000-15000 Вт — 32 мм

16000-21000 Вт — 40 мм

22000-32000 Вт — 50 мм

Данные показатели являются усредненными и, особенно если тепловая мощность находится вблизи пограничного значения, лучше обратиться к специалистам. Но с большой долей вероятности можно утверждать, что если требуемая тепловая мощность контура, например, 12 кВт (площадь около 120 м. кв.), то разводку системы отопления с принудительной циркуляцией нужно проводить пластиковыми трубами диаметром 32 мм.

Следует учесть, что все вышенаписанное относится только к выбору диаметра. Кроме этого, при проектировании системы отопления дома нужно выбрать трубы с учетом эксплуатационных параметров (температуры и давления), особенностей монтажа (замоноличенные, под гипсокартоном или плинтусом, открытые или другое), по типу соединения (сварка, запрессовка, обжим, пресс-соединения).

Расчет диаметра трубы для отопления

Чтобы избежать лишних расходов энергии и потерь тепла при обустройстве отопительной системы нужно правильно провести расчет диаметра трубы для отопления. Этот размер определяет габариты трубы и он обязательно учитывается при дизайне помещения.

Как проводится расчет диаметра отопительных труб?

Выбор диаметра труб для отопления проводится по различным схемам и формулам, которые можно найти в Интернете и с учетом различных факторов, таких как состав и качество теплоносителя, давление в разводящих трубах и многое другое. Нужно знать следующие параметры труб:

диаметр внутренний фасонных деталей и фитинга;
номинальная величина внутреннего диаметра;
толщина стенки трубы.

Можно в домашних условиях диаметр измерять рулеткой или обычной линейкой. Перевести полученную величину в дюймы довольно просто: руководствуйтесь тем, что один дюйм – это 25,4 мм. При расчете диаметра отталкивайтесь оттого, что при высоте потолков в помещении в 2,5 м (стандартная высота) на один метр квадратный помещения потребляется до 100 ватт мощности теплогенератора.

Все формулы и цифры запомнить трудно и именно поэтому лучше воспользоваться расчетной таблицей из Интернета, где четко указаны все характеристики отопительных приборов, используемая схема разводки труб и другие нужные параметры.

Таблика расхода и скорости движения теплоносителя, потери давления в ПЭ и стальных трубах разных диаметров.

Сечение отопительных труб

Расчет сечения трубы отопления проводится на этапе проектирования всей отопительной системы. При выборе труб нужно обязательно учитывать их длину и размер полезного сечения. Правильно выбранное сечение труб влияет на их работу, в общем. Оптимальный размер сечения для отопительных труб в загородном доме или в квартире — от 30 до 40 мм. Очень часто не опытные в этом вопросе люди выбирают трубы с сечением, который раза в два больше нормы, они считают, что так будет свободно проходить циркуляция воды.

Но сильное увеличение сечения труб очень часто приводит к тому, что давление в отопительной системе будет снижено, и радиаторы просто в квартире не будут греть.

Благодаря данной таблице, можно определить оптимальный диаметр труб для двухтрубного отопления.

На что обращать внимание при выборе диаметра?

Используемый вид подачи теплоносителя. Если планируете подключить частный дом к тепловой общегородской магистрали, то диаметр труб будет неизменным, то есть, от 30 до 40 мм. Если же у вас в доме будет свой котел, то все зависит от ваших представлений о системах отопления и советах специалистов.
Выбранная схема и вид отопительных труб. При естественной отопительной системе одноэтажного частного дома диаметр труб часто бывает больше, ведь чем толще труба – тем меньше сопротивление. К системам с циркуляцией принудительной такое правило не подойдет, и при установке в систему циркуляционного насоса размер трубы будет отличаться.
Материал труб. Производя подбор диаметра для труб, вы должны знать, что для труб из разных материалов используются разные системы измерений. К примеру, все стальные и чугунные трубы для отопления маркируются по сечению внутреннему. А вот пластиковые и медные отопительные трубы маркируются по диаметру наружному. Такую особенность нужно учесть, если в сборке отопительной системы будет применяться комбинация труб из разных материалов.

Видео: «Расчет диаметра труб отопления по скорости»

видео-инструкция как рассчитать своими руками, особенности трубопроводов, цена, фото

Как выполняется расчет диаметров трубопроводов отопления при известной мощности котла? Как подсчитать минимальный диаметр для отдельного участка контура? В этой статье нам предстоит познакомиться с формулами, используемыми при вычислениях, и сопроводить знакомство примерами расчетов.

Мы научимся вычислять внутренний диаметр трубы. Стоит помнить, что обычно они маркируются внешним.

Зачем это нужно

А в самом деле – для чего необходим расчет диаметров труб отопления? Почему просто-напросто не взять трубы заведомо избыточного размера? Ведь тем самым мы обезопасим себя от чрезмерно медленной циркуляции в контуре.

Увы, у такого подхода есть несколько серьезных недостатков.

Материалоемкость и, соответственно, цена погонного метра растет пропорционально квадрату диаметра. Расходы будут далеко не копеечными.

Заметьте: для сохранения того же рабочего давления при увеличении диаметра трубы приходится увеличивать толщину стенок, что дополнительно увеличивает материалоемкость.

Что не менее важно, увеличившийся диаметр трубопровода означает увеличение объем теплоносителя и, соответственно, выросшую тепловую инерционность системы. Она будет дольше прогреваться и дольше остывать, что не всегда желательно.
Наконец, при открытой прокладке толстых труб отопления они не очень-то украсят помещение, а при скрытой – увеличат глубину штроб в стенах или толщину стяжки на полу.

Спрятать в штробы толстые трубы заметно сложнее.

Формулы

Поскольку мы с вами, уважаемый читатель, не посягаем на получение диплома инженера-теплотехника, не станем лезть в дебри.

Упрощенный расчет диаметра трубопровода отопления выполняется по формуле D=354*(0,86*Q/Dt)/v, в которой:

D – искомое значение диаметра в сантиметрах.
Q – тепловая нагрузка на соответствующий участок контура.
Dt – дельта температур между подающим и обратным трубопроводами. В типичной автономной системе она равна примерно 20 градусам.
v – скорость потока теплоносителя в трубах.

Похоже, для продолжения нам не хватает кое-каких данных.

Чтобы выполнить расчет диаметра труб для отопления, нам нужно:

Выяснить, с какой максимальной скоростью может двигаться теплоноситель.
Научиться рассчитывать тепловую мощность всей системы и ее отдельных участков.

Скорость теплоносителя

Она должна соответствовать паре граничных условий.

С одной стороны, теплоноситель должен оборачиваться в контуре примерно три раза за час. В противном случае заветная дельта температур заметно увеличится, сделав нагрев радиаторов неравномерным. Кроме того, в сильные холода мы получим вполне реальную возможность разморозки наиболее холодных участков контура.

Медленная циркуляция привела к разморозке радиатора.

С другой стороны, избыточно большая скорость породит гидравлические шумы. Засыпать под гул воды в трубах – удовольствие, скажем так, на любителя.

Допустимым считается диапазон скоростей потока от 0,6 до 1,5 метров в секунду; при этом в расчетах обычно используется максимально допустимое значение – 1,5 м/с.

Тепловая мощность

Вот схема ее расчета для нормированного теплового сопротивления стен (для центра страны – 3,2 м2*С/Вт).

Для частного дома за базовую мощность берутся 60 ватт на кубометр помещения.
К ним добавляется 100 ватт на каждое окно и 200 – на каждую дверь.
Результат умножается на региональный коэффициент, зависящий от климатической зоны:

Средняя температура января	Коэффициент
-40	2,0
-25	1,6
-15	1,4
-5	1
0	0,8

Средняя температура января на карте страны.

Так, помещение объемом 300 м2 с тремя окнами и дверью в Краснодаре (средняя температура января – +0,6С) потребует (300*60+(3*100+200))*0,8=14800 ватт тепла.

Для зданий, тепловое сопротивление стен которых значительно отличается от нормированного, используется еще одна упрощенная схема: Q=V*Dt*K/860, где:

Q – потребность в тепловой мощности в киловаттах.
V – объем отапливаемого помещения в кубометрах.
Dt – разница температур между помещением и улицей в пик холодов.

Полезно: температуру в помещении лучше брать соответствующей санитарным нормам, уличную – среднему минимуму за последние несколько лет.

К – коэффициент утепления здания. Откуда брать его значения? Инструкция отыщется в очередной таблице.

Коэффициент утепления	Описание ограждающих конструкций
0,6 – 0,9	Пенопластовая или минераловатная шуба, утепленная кровля, энергосберегающие тройные стеклопакеты
1,-1,9	Кладка в полтора кирпича, однокамерные стеклопакеты
2 – 2,9	Кладка в кирпич, окна в деревянных рамах без утепления
3-4	Кладка в полкирпича, остекление в одну нитку

Откуда брать нагрузку для отдельного участка контура? Она рассчитывается по объему помещения, которое отапливается этим участком, одним из приведенных выше способов.

Пример расчета

Итак, в теории мы знаем, как рассчитать диаметр трубы отопления.

Давайте подтвердим теоретические знания практикой и своими руками выполним расчет для следующих условий:

Нам необходимо вычислить диаметр розлива в частном доме площадью 100 квадратных метров.
Высота потолка в доме – 2,8 метра.
Стены представляют собой кадку газобетонными блоками марки D600 толщиной 40 см с наружной пенопластовой шубой толщиной 150 мм.

Пенопластовая шуба сведет потери тепла к минимуму.

Дом расположен в Комсомольске-на-Амуре Хабаровского края (средний минимум температуры января – -30,8 С). Внутреннюю температуру примем равной +20 С.

Вначале вычислим потребность в тепловой мощности.

Утепление явно обеспечит тепловое сопротивление лучше нормированного, что заставит нас обратиться к второй из приведенных схем расчета.

Внутренний объем дома равен 100*2,8=280 м3.
Дельта температур между улицей и домом в худшем для нас случае будет равна 50 градусам.
Коэффициент утепления примем равным 0,7.
Расчетная мощность бытового отопительного котла должна быть не менее 280*50*0,7/860=11,4 КВт.

Осталось выполнить собственно расчет диаметра трубы для отопления. Он будет равным 354*(0.86*11,4/50)/1,5=2,4 см, что соответствует стальной ВГП трубе ДУ 25 или полипропиленовой трубе с внешним диаметром 32 мм.

На фото – полипропиленовый отопительный розлив.

Заключение

Позволим себе напомнить, что нами приведены предельно упрощенные схемы расчетов. Как всегда, дополнительную тематическую информацию читатель сможет обнаружить в прикрепленном к статье видео. Успехов!

Подбор диаметра труб в двухтрубной системе отопления

При двухтрубной разводке самое главное не ошибиться с выбором диаметра трубы. Иначе прогрев будет не равномерным, а то и вообще будет отсутствовать на некоторых отопительных приборах. Данный материал построен исключительно на собственном опыте работы. Если его придерживаться, то всё будет работать.

Сначала определим основные термины:

подающая труба — труба любого диаметра, по которой нагретый теплоноситель поступает к радиаторам, теплому полу, конвекторам и т.п., (См. также: Двухтрубная система отопления частного дома)
обратная труба — труба любого диаметра, по которой теплоноситель возвращается к котлу, в правильной двухтрубной системе диаметры подающей и обратной трубы равны в одинаковых точках.
плечо — отвод трубы через тройник в дополнительном направлении, плечи могут быть и у уже существующего плеча. Их всегда два, по количеству отводов у тройника.

У большинства бытовых котлов диаметр подающего и обратного патрубков равен 1-му дюйму (d25) или дюйму с четвертью (d32). Есть котлы у которых диаметр выходов составляет три четверти (d20). С такими котлами лучше строить однотрубную схему. Давайте рассмотрим линейку диметров. Она выглядит следующим образом: d32, d25, d20, d16. Главное правило формирования диаметра трубы: после каждого тройника диаметр уменьшается на одну позицию при проходе от котла к последнему радиатору. Например: у вас от котла идет труба d32. На первый радиатор у вас отходит d16. Дальше идет уже d25. На второй радиатор отходит d16. Дальше идет d20. На третий радиатор отходит d16. И на последний идет d16. Мы видим, что на трубе «висит» 4 радиатора. (См. также: Современное водяное отопление)

А что делать если радиаторов больше? Очень просто. Разводим трубу на два плеча. Из котла выходит d32. Через тройник распускаем две трубы, но уже d25. От каждой d25 отводим по d16 на радиаторы, дальше идет d20. От каждой d20 отводим d16 еще на два радиатора, дальше идет d16 еще на два радиатора. Как видите, у нас уже шесть радиаторов. Так же, совершенно достоверно могу сказать, что если сделать от d16 отвод d16 на два радиатора и кинуть дальше d16 еще на два радиатора, то такая система будет работать. Поэтому у нас уже вписывается восемь радиаторов.

Рассмотренная система будет работать без балансировки. Если же будут какие либо отклонения от данного принципа, то вам необходимо будет балансировать радиаторы, то есть при помощи вентилей ограничивать поток на наиболее горячих для того, чтобы тепло доходило до менее нагретых. Чем больше у вас радиаторов, тем менее эффективно работает система. Восемь — наиболее оптимальный вариант.

Трубы и калибровка труб | Спиракс Сарко

Расчет размеров трубопровода

Важность определения размеров трубопровода

Задача любой системы распределения жидкости – подавать жидкость под нужным давлением к месту использования. Отсюда следует, что падение давления в системе распределения является важной характеристикой.

Расчет размеров трубопровода для жидкостей

Теорема Бернулли (Даниэль Бернулли 1700–1782) обсуждается в Блоке 4 – Измерение расхода. Д’Арси (D’Arcy Thompson 1860–1948) добавил, что для возникновения потока жидкости в точке 1 должно быть больше энергии, чем в точке 2 (см. Рис. 10.2.3). Разница в энергии используется для преодоления сопротивления трения между трубой и текущей жидкостью.

Бернулли связывает изменения в общей энергии текущей жидкости с рассеянием энергии, выраженным либо в терминах потери напора hf (м), либо в единицах удельных потерь энергии g hf (Дж / кг). Само по себе это не очень полезно, если не будет возможности предсказать потери давления, которые возникнут в определенных обстоятельствах.

Здесь вводится один из наиболее важных механизмов диссипации энергии в текущей жидкости, то есть потеря общей механической энергии из-за трения о стенку однородной трубы, по которой проходит устойчивый поток жидкости.

Потери общей энергии жидкости, протекающей по круглой трубе, должны зависеть от:

L = Длина трубы (м)

D = Диаметр трубы (м)

u = Средняя скорость потока жидкости (м / с)

μ = динамическая вязкость жидкости (кг / м · с = Па · с)

курсив-p – основной текст. jpg = Плотность жидкости (кг / м³)

kS = Шероховатость стенки трубы * (м)

* Поскольку рассеяние энергии связано с напряжением сдвига на стенке трубы, природа поверхности стенки будет иметь значение, поскольку гладкая поверхность будет взаимодействовать с жидкостью иначе, чем шероховатая поверхность.

Все эти переменные собраны вместе в уравнении Д’Арси-Вейсбаха (часто называемом уравнением Д’Арси) и показаны как уравнение 10.2.1. Это уравнение также вводит безразмерный термин, называемый коэффициентом трения, который связывает абсолютную шероховатость трубы с плотностью, скоростью и вязкостью жидкости и диаметром трубы.

Термин, который связывает плотность, скорость и вязкость жидкости, а также диаметр трубы, называется числом Рейнольдса в честь Осборна Рейнольдса (1842-1912, из колледжа Оуэнс, Манчестер, Соединенное Королевство), который впервые применил этот технический подход к потерям энергии при протекании жидкости около 1883 г.

Уравнение Д’Арси (Уравнение 10. 2.1):

Читатели в некоторых частях мира могут узнать уравнение Д’Арси в несколько иной форме, как показано в уравнении 10.2.2. Уравнение 10.2.2 аналогично уравнению 10.2.1, но не содержит константы 4.

Причина разницы в типе используемого коэффициента трения. Важно использовать правильную версию уравнения Д’Арси с выбранным коэффициентом трения. Сопоставление неправильного уравнения с неправильным коэффициентом трения приведет к ошибке 400%, и поэтому важно использовать правильную комбинацию уравнения и коэффициента трения. Во многих учебниках просто не указывается, какие коэффициенты трения определены, и иногда суждение должно основываться на указанных величинах.

Уравнение 10.2.2, как правило, используется теми, кто традиционно работает в имперских единицах измерения, и до сих пор имеет тенденцию использоваться практикующими специалистами в Соединенных Штатах и регионах Тихоокеанского региона, даже если указаны метрические размеры труб. Уравнение 10. 2.1 обычно используется теми, кто традиционно работает в единицах СИ, и чаще используется европейскими специалистами-практиками. Для того же числа Рейнольдса и относительной шероховатости «коэффициент трения в британской системе мер» будет ровно в четыре раза больше, чем «коэффициент трения в системе СИ».

Коэффициенты трения могут быть определены либо с помощью диаграммы Moody, либо, для турбулентных потоков, могут быть рассчитаны с помощью уравнения 10.2.3, являющегося развитием формулы Коулбрука – Уайта.

Однако уравнение 10.2.3 трудно использовать, потому что коэффициент трения присутствует с обеих сторон уравнения, и именно по этой причине ручные расчеты, вероятно, будут выполняться с использованием диаграммы Moody.

На диаграмме Moody в стиле СИ шкала коэффициента трения обычно может находиться в диапазоне от 0.002–0,02, тогда как на диаграмме Moody в имперском стиле этот масштаб может находиться в диапазоне от 0,008 до 0,08.

Как правило, для турбулентного потока с числами Рейнольдса от 4000 до 100000 коэффициенты трения, основанные на системе СИ, будут иметь порядок, предложенный уравнением 10. 2.4, в то время как коэффициенты трения на основе британских мер будут предложенного порядка по уравнению 10.2.5.

Используемый коэффициент трения будет определять, используется ли уравнение Д’Арси: 10.2.1 или 10.2.2.

Для коэффициентов трения, основанных на системе СИ, используйте уравнение 10.2.1; для коэффициентов трения, основанных на британской системе мер, используйте уравнение 10.2.2.

Пример 10.2.1 Водопровод

Определите скорость, коэффициент трения и разницу давлений между двумя точками на расстоянии 1 км в системе горизонтальных трубопроводов постоянного диаметра 150 мм, если расход воды составляет 45 м³ / ч при 15 ° C.

По сути, коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса (R _e) текущей жидкости и относительной шероховатости (k _S / d) внутренней части трубы; первое рассчитано по уравнению 10.2.6, а последнее – из уравнения 10.2.7.

Число Рейнольдса (R _e)

Шероховатость трубы или значение ‘k _S‘ (в некоторых текстах часто цитируется как curly-e – body text. jpg) взято из стандартных таблиц, а для «промышленных стальных труб» обычно принимается равным 0,000 045. метров.

Отсюда определяется относительная шероховатость (как этого требует диаграмма Moody).

Теперь коэффициент трения можно определить по диаграмме Moody и рассчитать потерю напора на трение по соответствующему уравнению Д’Арси.

По европейскому графику Moody (Рисунок 10.2.4),

Где: k _S / D = 0,000 3 R _e = 93585: Коэффициент трения (f) = 0,005

Из графика Moody для США / Австралии (рис. 10.2.5),

Где: kS / D = 0,000 3 Re = 93585 Коэффициент трения (f) = 0,02

Такая же потеря напора на трение получается при использовании различных коэффициентов трения и соответствующих уравнений Д’Арси.

На практике, будь то водопроводные или паровые трубы, достигается баланс между размером трубы и потерей давления.

Подбор размеров труб

Подбор размеров труб для пара и конденсата – потеря давления, рекомендуемая скорость, производительность и др.

Рекламные ссылки

Производительность линий самотечного возврата конденсата

Рекомендуемая производительность (фунт / час) самотечных линий возврата конденсата

Классификация систем парового отопления

Паровые системы передают тепло по трубам от котла к потребителям в виде теплообменников, технологического оборудования и т.

Мощность конденсатопровода в

кВт

Максимальная мощность конденсатопровода в кВт Расход пара

Линии конденсата – пар мгновенного испарения

Пара мгновенного испарения, производимый в трубопроводах конденсата

Проектирование систем парового отопления

Введение в базовая конструкция систем парового отопления

Подающие насосы – паровые системы и всасывающий подъемник

Увеличение кавитации рабочего колеса с температурой воды

Коэффициент расхода

C _v по сравнению с коэффициентом потока K _v

Сравнение коэффициента потока C _v и коэффициент текучести K _v

Скорости потока жидкости в трубах

Рассчитайте скорость потока жидкости и скорости потока в трубах и трубках

Сопротивление трению в линиях конденсата – британские единицы

Трение или миллиметры Большое сопротивление в конденсатопроводах

Трубы – тепловое расширение и сжатие при охлаждении

Расширение или сжатие при нагреве или охлаждении чугуна, углеродисто-молибденовой стали, кованого железа, меди, латуни и алюминия

Трубы и трубки – температурное расширение

Трубы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении, и это расширение можно выразить формулой расширения

Трубы и трубки – содержание воды

Содержание воды в стальных и медных трубах

Падение давления в паровых трубах

Паровые трубы и диаграммы падения давления – британские и метрические единицы

Свойства насыщенного пара – британские единицы

Таблица пара с явной, скрытой и общей теплотой, а также удельным объемом при различных манометрических давлениях и температурах

Определение размеров трубопроводов для конденсата – единицы SI

Потери и потери давления в линиях возврата конденсата

Размеры труб для пара

(кг / ч)

Пар сжимаемый газ, где массовая пропускная способность трубопровода зависит от давления пара.

Определение размеров паровых труб

(фунт / ч)

Пар – это сжимаемый газ, пропускная способность трубопровода которого зависит от размера трубы и давления пара.

Рекламные ссылки

Расход пара и падение давления – График 40 Труба

Расход (фунт / ч) и падение давления на 100 футов трубы

Процесс нагрева пара – Расчет нагрузки

Расчет количества пара в непроточных процессах периодического и непрерывного нагрева

Паровая труба – онлайн-калькулятор перепада давления

Расчет потерь давления в парораспределительных трубопроводах

Паровые трубы – определение размеров

Определение размеров труб в паровых системах – большая и малая потеря пара распределительные системы

Паровые трубы – тепловое расширение

Тепловое расширение паровых труб, нагретых от комнатной до рабочей температуры (мм пр.100 м трубы)

Конденсатоотводчик – коэффициент безопасности

Выбор конденсатоотводчиков и их коэффициенты безопасности

Стальные расширительные петли

Тепловые расширительные контуры и пропускные способности стальных труб

Напряжение в кожухах паровых котлов от давления котла

Рассчитать напряжение в корпусе парового котла, вызванное давлением пара

Термическое расширение паровых труб –

дюймов

Паровые трубы, нагретые от комнатной температуры до рабочих температур – расширяются

Основы пара Часть 6: Определение размеров паровой трубы –

Автор Чад Эдмондсон (JMP) и Norman Hall (RLD)

Подобрать размер паровой трубы легко с помощью современных программ.

При использовании программы определения размеров для выбора размеров паровой трубы инженера или подрядчика просят указать емкость, давление пара и требуемую скорость. Ответ – размер трубы и падение давления на 100 футов трубы. Давайте посмотрим на эти необходимые данные. Пропускная способность – это просто максимальная скорость потока в фунтах в час или PPH.

Давление пара и размер трубы

Давление пара – это ожидаемое МИНИМАЛЬНОЕ давление пара. Инженер должен убедиться, что все оборудование, включая трубу, может выдерживать МАКСИМАЛЬНОЕ давление пара, которое может увидеть система.При выборе трубы обращайте внимание на минимальное давление. Объем пара больше при более низком давлении.

Например, предположим, что система парового отопления имеет низкое давление, что означает 15 фунтов на кв. Дюйм или меньше. Котел может иметь предохранительный клапан на 15 фунтов на квадратный дюйм, и возможно, что давление в системе может вырасти почти до 15 фунтов на квадратный дюйм до открытия клапана. Таким образом, компоненты должны выдерживать давление 15 PSIG.

Большинство систем с 15 фунтами на квадратный дюйм не работают даже близко к 15 фунтам на квадратный дюйм.Предположим на мгновение, что система работает при давлении 5 фунтов на квадратный дюйм. Пар 5 PSIG имеет объем 20 куб. Ft. /Фунт. и 15 фунтов на квадратный дюйм меньше 14 Cu. Ft. /Фунт. Если мы установим размер трубы на 15 фунтов на кв. Дюйм, она будет иметь более высокую скорость и падение давления, когда фактический объем пара на 33% больше, чем ожидалось. Размер трубы должен соответствовать минимальному давлению, ожидаемому при работе с расчетным расходом.

Какую скорость пара следует использовать для определения размера трубы?

Многие программы имеют ячейку ввода для требуемой скорости, но не предлагают никаких указаний.

В системах отопления зданий мы рекомендуем выбирать трубу от 4000 до 6000 футов в минуту (FPM). Это хороший диапазон для снижения падения давления, а также для минимизации скоростного шума в трубе. В технологических приложениях мы используем от 8000 до 12000 кадров в минуту. Обычно это происходит на заводе, где шум скорости может не быть проблемой. Всегда следует проверять падение давления.

После того, как программа предложит решение по размеру трубы, инженер проверит перепад давления на 100 футов, чтобы убедиться, что оно обеспечивает правильное давление для оборудования.

Рассмотрим пример.

ПРОБЛЕМА: Какой размер паропровода мне нужен для 4300 PPH пара при минимальном давлении 60 PSIG в медицинском здании.

РЕШЕНИЕ: Поскольку это медицинское офисное здание, мы будем стрелять со скоростью от 4000 до 6000 FPM. Используя программу подбора Хоффмана, получаем следующее решение.

Рекомендации по проектированию при использовании тепловых трубок

Джордж Мейер, Celsia Inc.

Введение

В этой статье представлены рекомендации по проектированию при использовании тепловых трубок для наиболее распространенных типов электроники: от мобильных до встроенных вычислительные и серверные приложения с рассеиваемой мощностью от 15 до 150 Вт при размерах кристалла процессора от 10 до 30 мм. Обсуждение ограничено этими условиями, поскольку приведенные рекомендации не обязательно применимы к приложениям силовой электроники. Кроме того, обсуждение сосредоточено на наиболее распространенном типе тепловых трубок, , то есть медной трубке со спеченным медным фитилем, использующим воду в качестве рабочей жидкости. Статья также не предназначена для предоставления подробного анализа надлежащей конструкции тепловых трубок и радиаторов, а скорее для предоставления рекомендаций по количеству и размеру используемых тепловых трубок, а также для предоставления рекомендаций по оценке размера радиатора и определению методов крепления. радиатора к печатной плате (PCB).Поскольку в этой статье не рассматриваются основы работы с тепловыми трубками, для тех читателей, которые не знакомы с этой технологией, хорошие обзоры могут быть найдены в [1-4].

В качестве помощи: Рис. 1 служит для обзора конструкции тепловой трубки и принципа ее работы. На внутренние стенки трубы наносится фитильная структура (спеченный порошок). Жидкость (обычно вода) добавляется в устройство и герметизируется, после чего фитиль распределяет жидкость по всему устройству.Когда к зоне испарителя подводится тепло, жидкость превращается в пар и перемещается в зону с более низким давлением, где она охлаждается и возвращается в жидкую форму. Затем капиллярное действие перераспределяет его обратно в секцию испарителя.

Рис. 1. Конструкция тепловых трубок и принцип работы.

Применение тепловых трубок следует рассматривать, когда тепловая конструкция ограничена теплопроводностью или когда нетепловые цели, такие как вес, не могут быть достигнуты с другими материалами, такими как твердый алюминий и / или медь.При проектировании тепловых трубок в тепловом решении необходимо учитывать следующие факторы:

Эффективная теплопроводность
Внутренняя структура
Физические характеристики
Радиатор

и обсуждаются в следующих разделах.

1. 0 Эффективная теплопроводность

Регулярно публикуемые данные по теплопроводности тепловых труб обычно составляют от 10 000 до 100 000 Вт / м · К [4].Это в 250-500 раз больше теплопроводности твердых меди и алюминия соответственно. Однако не стоит полагаться на эти цифры для типичных электронных приложений. В отличие от твердого металла, эффективная теплопроводность медных тепловых трубок сильно зависит от длины тепловой трубки и, в меньшей степени, от других факторов, таких как размер испарителя и конденсатора, а также количество передаваемой энергии.

На рисунке 2 показано влияние длины на эффективную теплопроводность тепловой трубы.В этом примере три тепловые трубки используются для передачи тепла от источника питания мощностью 75 Вт. В то время как теплопроводность 10 000 Вт / м · К достигается при длине тепловых трубок чуть менее 100 мм, длина 200 мм составляет менее одной трети обычно публикуемой максимальной теплопроводности, составляющей 100 000 Вт / м · К. Как видно из расчета эффективной теплопроводности в уравнении (1) , эффективная длина тепловой трубы является функцией адиабатической длины, длины испарителя и конденсатора:

K _eff = QL _eff / (A ΔT) ( 1)

где:

K _eff = Эффективная теплопроводность [Вт / м.K]

Q = передаваемая мощность [Вт]

L _eff = эффективная длина = (испаритель L + конденсатор L ) / 2 + L _{адиабатический} [м]

A = площадь поперечного сечения [м ²]

ΔT = разница температур между секциями испарителя и конденсатора [° C]

Рис. 2. Измеренная эффективная теплопроводность тепловой трубы в зависимости от длины.

2.0 Внутренняя структура

Данные о производительности тепловых трубок, указанные поставщиком, обычно подходят для стандартных приложений, но могут быть ограничены для специального использования.Даже если ограничить текущее обсуждение версиями из меди / воды / спеченного фитиля, настройка тепловых трубок может заметно повлиять на эксплуатационные и рабочие характеристики.

Изменения внутренней структуры тепловой трубы, в первую очередь пористости и толщины фитиля, позволяют настраивать тепловые трубы в соответствии с конкретными рабочими параметрами и рабочими характеристиками. Например, когда тепловая труба заданного диаметра должна работать при более высоких нагрузках или против силы тяжести, капиллярное давление в фитиле должно увеличиваться.Для более высокой пропускной способности (Q _max) это означает больший радиус пор. Для эффективной работы против силы тяжести (конденсатор ниже испарителя) это означает меньший радиус пор и / или увеличенную толщину фитиля. Кроме того, можно изменять как толщину фитиля, так и пористость по длине одной трубки. Поставщики, специализирующиеся на изготовлении тепловых трубок, будут регулярно использовать медные порошки и / или уникальные оправки, изготовленные по индивидуальному заказу, чтобы конечный продукт отвечал требованиям приложений.

3.0 Физические характеристики

В случае тепловых трубок размер обычно имеет наибольшее значение. Однако изменение внешнего вида приведет к ухудшению характеристик любой данной тепловой трубы, то есть к сплющиванию и изгибу, в дополнение к влиянию силы тяжести.

3.1 Сплющивание

Таблица 1 показывает Q _max для наиболее распространенных размеров тепловых труб в зависимости от диаметра. Как отмечалось ранее, Q _max может отличаться от производителя стандартных тепловых трубок.Таким образом, для обеспечения сопоставления данных, представленных в таблице 1 , взят из проекта, в котором принимал участие автор.

Примечание. * Горизонтальная работа, ** Используется более толстый фитиль по сравнению с тепловыми трубками от 3 до 6 мм.

Как правило, сплющенные медные тепловые трубки можно сплющивать до максимального диаметра от 30 до 60% от их первоначального диаметра. Кто-то может возразить, что более реалистична нижняя фигура, прежде чем центральная линия начнет сжиматься, но на самом деле это зависит от техники. Например, цельные паровые камеры, которые начинают свою жизнь как очень большая тепловая труба, можно сузить до 90%. В связи с этим автор хотел бы предоставить эмпирическое правило того, насколько производительность будет ухудшаться на каждые 10% уменьшения толщины, но это было бы безответственно. Почему? Ответ сводится к тому, сколько избыточного парового пространства доступно до того, как тепловая трубка будет сплющена.

Проще говоря, для наземных тепловых трубок важны два предела производительности: предел фитиля и предел пара.Предел фитиля – это способность фитиля транспортировать воду из конденсатора обратно в испаритель. Как уже упоминалось, пористость и толщина фитиля могут быть настроены для конкретных применений, что позволяет изменять значение Q _max и / или способность работать против силы тяжести. Предел пара для конкретного применения зависит от того, сколько места доступно для движения пара от испарителя к конденсатору.

Фитиль (красная) и паровая (синяя) линии на рис. 3 обозначают соответствующие ограничения для различных размеров тепловых трубок, показанных в таблице .Меньший из этих двух пределов определяет Q _max, и, как показано, предел пара выше предела фитиля, хотя и незначительно для 3-миллиметровой тепловой трубки. По мере того, как тепловые трубы сплющиваются, площадь поперечного сечения, доступная для движения пара, постепенно уменьшается, эффективно смещая предел пара. Пока предел пара превышает предел фитиля, Q _max остается неизменным. В этом примере мы решили сплющить тепловые трубки в соответствии со спецификациями Таблица 1 .Как видно из предела парообразования плоской трубы (зеленая пунктирная линия) на , рис. 3 , предельное значение паров ниже предела фитиля, что снижает Q _max. Сглаживание 3 мм только на 33% приводит к тому, что предел парообразования становится определяющим фактором, тогда как 8-миллиметровая труба должна быть сглажена более чем на 60%, чтобы это произошло.

Примечание. Если не указано иное, диаметр тепловой трубы является круглым. Рис. 3. Измеренные пределы рабочих характеристик тепловой трубы в зависимости от геометрии, фитиля и пределов пара.

3.2 Изгиб

Изгиб тепловой трубки также повлияет на максимальную пропускную способность, для чего следует помнить следующие практические правила. Во-первых, минимальный радиус изгиба в три раза больше диаметра тепловой трубы. Во-вторых, каждые 45 градусов изгиба уменьшают Q _max примерно на 2,5%. Из Таблица 1 , 8-миллиметровая тепловая трубка, сплющенная до 2,5 мм, имеет Q _max 52 Вт. Изгиб на 90 градусов приведет к дальнейшему уменьшению на 5%.Новый Q _max будет 52 – 2,55 = 49,45 Вт. Дополнительная информация о влиянии изгиба на характеристики тепловой трубы приведена в [5].

3.3 Работа против силы тяжести

На рисунке 4 показано, как относительное положение испарителя и конденсатора может повлиять как на Q _max, так и на выбор тепловой трубы. В каждом случае Q _max уменьшается примерно на 95% от одного крайнего положения к другому. В ситуациях, когда конденсатор должен располагаться ниже испарителя, используется спеченный материал для уменьшения радиуса пор и / или увеличения толщины фитиля.Например, если 8-миллиметровая тепловая трубка оптимизирована для использования против силы тяжести (-90 ^°), ее Q _max можно увеличить с 6 Вт до 25 Вт.

Примечание: Испаритель над конденсатором = -90 ° Рис. 4. Измеренный эффект характеристик круглой тепловой трубы в зависимости от ориентации и диаметра.

4.0 Выбор тепловых трубок

Следующий пример, обобщенный в , Таблица 2 , представлен, чтобы проиллюстрировать, как тепловые трубки могут быть использованы для решения тепловой проблемы для источника тепла мощностью 70 Вт с размерами 20 мм x 20 мм и для передачи тепла от испарителя к конденсатору требуется один изгиб тепловой трубы на 90 градусов. Кроме того, тепловые трубки будут работать в горизонтальном положении.

Для максимальной эффективности тепловые трубки должны полностью закрывать источник тепла, ширина которого в данном случае составляет 20 мм. Из таблицы 1 следует, что есть два варианта: три круглые трубы диаметром 6 мм или две плоские трубы диаметром 8 мм. Помните, что три конфигурации размером 6 мм будут размещены в монтажном блоке с промежутком 1-2 мм между тепловыми трубками.

Тепловые трубки могут использоваться вместе для распределения тепловой нагрузки. Конфигурация 6 мм имеет Q _max 114 Вт (3 x 38 Вт), в то время как конфигурация с плоским 8 мм имеет Q _max 104 Вт (2 x 52 Вт).

Это просто хорошая практика проектирования – предусмотреть запас прочности, и обычно рекомендуется использовать 75% номинального Q _max. Поэтому выберите 85,5 Вт для 6 мм (75% x 104 Вт) и 78 Вт для 8 мм (75% x 104 Вт)

Наконец, необходимо учесть влияние изгиба. Изгиб на 90 градусов уменьшит Q _max каждой конфигурации еще на 5%. Таким образом, результирующая величина Q _max для конфигурации 6 мм составляет чуть более 81 Вт, а для конфигурации 8 мм – 74 Вт, что выше, чем у источника тепла мощностью 70 Вт, который должен быть охлажден.

Как видно из этого анализа, обе конфигурации тепловых трубок подходят для передачи тепла от испарителя к конденсатору. Так зачем выбирать одно вместо другого? С механической точки зрения это может просто сводиться к высоте стека радиатора на испарителе, то есть конфигурация 8 мм имеет более низкий профиль, чем конфигурация 6 мм. И наоборот, эффективность конденсатора может быть повышена за счет ввода тепла в трех местах по сравнению с двумя, что требует использования конфигурации 6 мм.

5.0 Радиаторы

Существует множество вариантов, от ребер пакета на молнии до экструдированных стопок ребер, каждый со своей стоимостью и характеристиками. Хотя выбор радиатора может заметно повлиять на эффективность рассеивания тепла, наибольший прирост производительности для любого типа теплообменника дает принудительная конвекция. В таблице 3 сравниваются преимущества и недостатки диапазона радиаторов, некоторые из которых показаны на рис. 5 .

Рисунок 5. Конструкции радиаторов, характеристики которых приведены в таблице 3.

В качестве отправной точки для выбора радиатора можно использовать Уравнение (2) для оценки требуемого объема радиатора для данного приложения:

V = QR _v / ΔT (2)

где: V = объем радиатора [см ³], Q = рассеиваемое тепло [Вт], R _v = объемное тепловое сопротивление [см ³ – ° C / Вт], ΔT = максимально допустимая разница температур [° C].

В таблице 4 приведены рекомендации по диапазону объемного теплового сопротивления радиатора в зависимости от условий воздушного потока.

Независимо от того, используется ли теплообменник, расположенный локально или удаленно от источника тепла, варианты сопряжения тепловых труб с ними идентичны и включают в себя основание с пазами, монтажный блок с пазами и методы прямого контакта, как показано на рис. 6 .

Рисунок 6. Сопряжение конденсатора тепловой трубки.

Само собой разумеется, что просто припаять круглую трубу к плоской поверхности далеко не оптимально.Круглые или полукруглые канавки следует выдавить или обработать механической обработкой в радиаторе. Желательно, чтобы размер канавок был примерно на 0,1 мм больше диаметра тепловой трубки, чтобы оставалось достаточно места для припоя.

Радиатор, показанный на рис. 6 (а) , использует как локальный, так и удаленный радиатор. Экструдированный теплообменник предназначен для размещения слегка сплющенных тепловых трубок, помогая максимизировать контакт между медной монтажной пластиной и источником тепла. Блок ребер с удаленной штамповкой используется для дальнейшего повышения тепловых характеристик.Эти типы теплообменников особенно полезны, потому что трубы могут проходить непосредственно через центр пакета, уменьшая потери проводимости по длине ребер. Поскольку для этого типа ребер не требуется опорная плита, можно уменьшить вес и стоимость. Опять же, отверстия, через которые монтируются тепловые трубки, должны быть на 0,1 мм больше диаметра трубы. Если бы труба была полностью круглая у источника тепла, более толстой рифленой пластины крепления были бы необходимы, как показано на Рисунок 6 (б)

Если потери проводимости в связи с базовой пластиной и дополнительным слоем ТИМ все еще неприемлемо, дополнительно матирующие а обработка тепловых трубок обеспечивает прямой контакт с источником тепла, как показано на фиг. 6 (c) .Повышение производительности от такой конфигурации обычно приводит к снижению повышения температуры на 2-8 ° C. В случаях, когда требуется прямой контакт источника тепла с тепловыми трубами, следует рассмотреть возможность установки паровой камеры, которая также может быть установлена напрямую из-за ее улучшенной способности рассеивать тепло.

Основной причиной выбора решения с тепловыми трубками является улучшенная производительность. Таким образом, использование термоленты или эпоксидной смолы в качестве основного средства крепления радиатора к матрице не подходит. Вместо этого с тепловыми трубками часто используются три типа механических приспособлений; все они соответствуют требованиям стандартов MIL-810 и NEBS Level 3 к ударам и вибрации.

Рис. 7. Способы крепления тепловых трубок для небольших (маломощных) радиаторов.
Наконец, типичные методы крепления тепловых трубок для небольших (маломощных) радиаторов показаны на Рис. 7 . На рис. 7 (a) показана штампованная монтажная пластина. Хотя для этого требуется два отверстия в печатной плате, этот метод обеспечивает лучшую защиту от ударов и вибрации по сравнению с термолентой или эпоксидной смолой, а также с некоторым сжатием TIM – требуется сжатие до 35 Па. На рис. 7 (b) показаны подпружиненные пластиковые или стальные нажимные штифты, которые еще больше увеличивают сжатие TIM примерно до 70 Па. Установка выполняется быстро и просто, но для удаления требуется доступ к задней части печатной платы. Нажимные штифты не должны рассматриваться ни для чего, кроме требований к легким ударам и вибрации. Подпружиненные металлические винты , рис. 7 (c) , обеспечивают высочайшую степень защиты от ударов и вибрации, поскольку они являются наиболее надежным методом крепления радиатора к кристаллу и печатной плате.Они предлагают самую высокую предварительную нагрузку TIM примерно (520 Па).
Краткое изложение
Было предоставлено руководство по проектированию по использованию медных трубок с тепловыми трубками со спеченным медным фитилем с использованием воды в качестве рабочего тела. Как указано выше, при выборе тепловой трубы необходимо учитывать ряд факторов, включая эффективную теплопроводность, внутреннюю структуру и физические характеристики, а также характеристики радиатора.
Ссылки
[1] Garner, S.D., «Тепловые трубки для систем охлаждения электроники», ElectronicsCooling , сентябрь 1996 г., https://electronics-cooling.com/1996/09/heat-pipes-for-electronics-cooling-applications/, по состоянию на 15 августа, 2016.
[2] Graebner, JE, «Heat Pipe Fundamentals», ElectronicsCooling , июнь 1999 г., https://electronics-cooling.com/1999/05/heat-pipe-fundamentals/, по состоянию на 15 августа 2016 г.
[3] Загдуди М.К., «Использование систем охлаждения с тепловыми трубками в электронной промышленности», ElectronicsCooling , декабрь 2004 г., https: // electronics-Cooling.com / 2004/11 / use-of-heat-pipe-cool-systems-in-the-electronics-industry /, по состоянию на 15 августа 2016 г.
[4] Петерсон, Г.П., Введение в тепловые трубы: моделирование, Тестирование и приложения, John Wiley & Sons, Нью-Йорк, США (1994).
[5] Мейер, Г., «Как изгиб влияет на работу тепловых труб и паровой камеры?» Ноябрь 2015 г., http://celsiainc.com/blog-how-does-bending-affect-heat-pipe-vapor-chamber-performance/, по состоянию на 15 августа 2016 г.
[6] Мейер, Г., « Конструктивные особенности при использовании тепловых трубок (Pt.2) », август 2016 г., http://celsiainc. com/design-considerations-when-using-heat-pipes-pt-2/, по состоянию на 15 августа 2016 г.
Джордж Мейер
– ветеран тепловой промышленности с более чем тридцатилетним опытом работы в области управления температурным режимом электроники. В настоящее время он является генеральным директором Celsia Inc., проектной и производственной компании, специализирующейся на изготовлении нестандартных радиаторов с использованием тепловых трубок и паровых камер. Ранее г-н Мейер проработал в Thermacore двадцать восемь лет на различных руководящих должностях, включая председателя подразделения компании на Тайване.Он имеет более 70 патентов в области технологий теплоотвода и тепловых труб и является председателем тепловых конференций Semi-Therm и IMAPS в районе Сан-Франциско.
Контактная информация:
Джордж Мейер
Генеральный директор
Celsia Inc
3287 Kifer Road, Santa Clara CA, 95051
Электронная почта : gmeyer@celsiainc. com
Интернет-курсы PDH. PDH для профессиональных инженеров. PDH Engineering.
«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии
курсов.”
Russell Bailey, P.E.
Нью-Йорк
“Он укрепил мои текущие знания и научил меня еще нескольким новым вещам
, чтобы познакомить меня с новыми источниками
информации.
Стивен Дедак, П.Е.
Нью-Джерси
«Материал был очень информативным и организованным.Я многому научился и их было
очень быстро отвечает на вопросы.
Это было на высшем уровне. Будет использовать
снова. Спасибо. “
Blair Hayward, P.E.
Альберта, Канада
“Простой в использовании веб-сайт. Хорошо организованный. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.
проеду по вашей роте
имя другим на работе.”
Roy Pfleiderer, P.E.
Нью-Йорк
“Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно с учетом того, что я думал, что я уже знаком с ними
с деталями Канзас
Городская авария Хаятт »
Майкл Морган, P.E.
Техас
«Мне очень нравится ваша бизнес-модель.Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Нашел класс
информативно и полезно
на моей работе »
Вильям Сенкевич, П.Е.
Флорида
«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны. You
– лучшее, что я нашел ».
Рассел Смит, П. E.
Пенсильвания
“Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр
материал “
Jesus Sierra, P.E.
Калифорния
“Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы. На самом деле
человек узнает больше
от сбоев.”
John Scondras, P.E.
Пенсильвания
«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.
способ обучения »
Джек Лундберг, P.E.
Висконсин
“Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы, т.е. позволяете
студент, оставивший отзыв на курс
материалов до оплаты и
получает викторину. “
Arvin Swanger, P.E.
Вирджиния
“Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и
получил огромное удовольствие “.
Mehdi Rahimi, P.E.
Нью-Йорк
“Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.
на связи
курсов.”
Уильям Валериоти, P.E.
Техас
“Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о
обсуждаемых тем ».
Майкл Райан, P.E.
Пенсильвания
“Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.”
Джеральд Нотт, П. Е.
Нью-Джерси
“Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было
информативно, выгодно и экономично.
Очень рекомендую
всем инженерам »
Джеймс Шурелл, П.Е.
Огайо
«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и
не на основании какой-то неясной секции
законов, которые не применяются
до «нормальная» практика.”
Марк Каноник, П.Е.
Нью-Йорк
«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы использовать свой медицинский прибор.
организация “
Иван Харлан, П.Е.
Теннесси
«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».
Юджин Бойл, П.E.
Калифорния
“Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,
а онлайн формат был очень
доступный и простой для
использовать. Большое спасибо “.
Патрисия Адамс, P.E.
Канзас
“Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.”
Joseph Frissora, P.E.
Нью-Джерси
«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь печатный тест во время
обзор текстового материала. Я
также оценил просмотр
фактических случаев “
Jacquelyn Brooks, P.E.
Флорида
“Очень полезен документ” Общие ошибки ADA при проектировании объектов “. Модель
испытание потребовало исследований в
документ но ответы были
в наличии »
Гарольд Катлер, П.Е.
Массачусетс
«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за то, что у вас есть широкий выбор.
в транспортной инженерии, которая мне нужна
для выполнения требований
Сертификат ВОМ.”
Джозеф Гилрой, П.Е.
Иллинойс
«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».
Ричард Роудс, P.E.
Мэриленд
“Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.
Надеюсь увидеть больше 40%
курсов со скидкой.”
Кристина Николас, П. Е.
Нью-Йорк
“Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще
курсов. Процесс прост, и
намного эффективнее, чем
приходится путешествовать. “
Деннис Мейер, P.E.
Айдахо
«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов
Инженеры получат блоки PDH
в любое время.Очень удобно ».
Пол Абелла, P.E.
Аризона
«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало
время искать, где на
получить мои кредиты от “
Кристен Фаррелл, P.E.
Висконсин
«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями
и графики; определенно делает это
проще поглотить все
теорий. »
Виктор Окампо, P.Eng.
Альберта, Канада
«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по
.
мой собственный темп во время моего утро
метро
на работу.”
Клиффорд Гринблатт, П.Е.
Мэриленд
“Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять
викторина. Я бы очень рекомендовал
вам на любой PE, требующий
CE единиц. “
Марк Хардкасл, П.Е.
Миссури
«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.”
Randall Dreiling, P.E.
Миссури
«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад помочь финансово
по ваш промо-адрес электронной почты который
сниженная цена
на 40% “
Конрадо Казем, П. E.
Теннесси
«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».
Charles Fleischer, P.E.
Нью-Йорк
“Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику
коды и Нью-Мексико
правил. “
Брун Гильберт, П.E.
Калифорния
«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».
Дэвид Рейнольдс, P.E.
Канзас
“Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng
при необходимости дополнительных
Сертификация
. “
Томас Каппеллин, П.E.
Иллинойс
“У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали
мне то, за что я заплатил – много
оценено! “
Джефф Хэнслик, P. E.
Оклахома
«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.
для инженера »
Майк Зайдл, П.E.
Небраска
“Курс был по разумной цене, а материал был кратким и
в хорошем состоянии »
Glen Schwartz, P.E.
Нью-Джерси
«Вопросы подходили для уроков, а материал урока –
.
хороший справочный материал
для деревянного дизайна »
Брайан Адамс, П.E.
Миннесота
«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефону».
Роберт Велнер, P.E.
Нью-Йорк
«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве – проектирование
Строительство курс и
очень рекомендую . “
Денис Солано, P.E.
Флорида
“Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими
хорошо подготовлен. “
Юджин Брэкбилл, P.E.
Коннектикут
“Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на
.
обзор везде и
всякий раз.”
Тим Чиддикс, P.E.
Колорадо
«Отлично! Сохраняю широкий выбор тем на выбор».
Уильям Бараттино, P.E.
Вирджиния
«Процесс прямой, без глупостей. Хороший опыт».
Тайрон Бааш, П.E.
Иллинойс
“Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание
материала. Полная
и комплексное ».
Майкл Тобин, P.E.
Аризона
“Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили этот курс
поможет по телефону
работ.”
Рики Хефлин, П.Е.
Оклахома
«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».
Анджела Уотсон, P.E.
Монтана
«Легко выполнить. Никакой путаницы при прохождении теста или записи сертификата».
Кеннет Пейдж, П.E.
Мэриленд
“Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный
и отличный освежитель ».
Luan Mane, P. E.
Conneticut
“Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем
вернись, чтобы пройти викторину “
Алекс Млсна, П.E.
Индиана
«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю
это вся информация, которую я могу
использование в реальных жизненных ситуациях »
Натали Дерингер, P.E.
Южная Дакота
“Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне
успешно завершено
курс.”
Ира Бродская, П.Е.
Нью-Джерси
“Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а потом вернуться
и пройдите викторину. Очень
удобно а на моем
собственный график. “
Майкл Гладд, P.E.
Грузия
«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.”
Деннис Фундзак, П.Е.
Огайо
“Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH
Сертификат
. Спасибо за изготовление
процесс простой ».
Фред Шейбе, P.E.
Висконсин
«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и прошел
часовой PDH в
один час. “
Стив Торкильдсон, P.E.
Южная Каролина
“Мне понравилось загружать документы для проверки содержания
и пригодность, до
имея для оплаты
материал . “
Ричард Вимеленберг, P.E.
Мэриленд
«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».
Дуглас Стаффорд, П.Е.
Техас
“Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем
процесс, требующий
улучшение.”
Thomas Stalcup, P.E.
Арканзас
“Мне очень нравится удобство участия в онлайн-викторине и получение сразу
сертификат. “
Марлен Делейни, П.Е.
Иллинойс
“Учебные модули CEDengineering – это очень удобный способ доступа к информации по телефону
.
много разные технические зоны за пределами
по своей специализации без
надо ехать. “
Hector Guerrero, P.E.
Грузия
Теплица и цветоводство: Изоляция труб: мера по энергосбережению
При проведении энергетических аудитов тепличных хозяйств я часто наблюдал неизолированные трубопроводы системы горячего водоснабжения в областях, где тепло не требуется или где можно было бы добиться лучшего контроля, если бы они были изолированы.
Удивительно, сколько тепла отдает неизолированная труба. Один фермер, у которого есть два больших котла, которые обогревают плиту, подключенную к водостоку, сказал мне, что перед изоляцией подающих / обратных труб в своей котельной ему часто приходилось оставлять окна и двери открытыми, чтобы обслуживающий персонал мог там работать.После того как трубы были изолированы, им пришлось добавить дополнительное тепло, чтобы было комфортно.
Потери тепла в трубах зависят от нескольких факторов, включая диаметр и длину трубы, температуру воды внутри трубы, температуру воздуха, окружающего трубу, и продолжительность времени, в течение которого по трубе проходит горячая вода. Добавление изоляции замедляет эти потери и снижает расходы на топливо.
Оценка экономии
В Таблице 1 приведена приблизительная годовая экономия от изоляции погонного фута трубы разного диаметра с помощью 1 дюйма стекловолокна или пенопласта.Он предполагает 2000 часов работы в год, что типично для системы отопления в северном климате.
Для использования таблицы выберите диаметр трубы и умножьте длину трубы на экономию из таблицы. Например, фермер может сэкономить 372 доллара в год, изолировав 100 футов 2-дюймовой трубы системы отопления, по которой проходит вода на 180 ° F, если котел работает на природном газе стоимостью 1,05 доллара за терм. Экономия = 100 футов x 3,72 доллара США / погонный фут = 372 доллара США.
Таблица 1. Приблизительная годовая экономия топлива с изоляцией трубы (на погонный фут) *
Номинальный диаметр
Площадь (кв.фут) Потери тепла в неизолированной трубе
(БТЕ / ч-фут) Тепловые потери
1 “
Изоляция Нат. газ @
1,05 $ / THERM Мазут @
$ 3,50 / GAL Пропан @
1,75 $ / GAL
1/2 “ 0,22 кв. Футов 52 БТЕ / ч-фут 11,5 БТЕ / ч-фут 1,22 долл. США 2,83 $ 2,43
3/4 дюйма 1.05 65 13 $ 1,56 $ 3,64 $ 3,12
1 “ 1,32 82 15 2,01 долл. США $ 4,69 $ 4,02
1-1 / 4 “ 1,66 102 18 $ 2,52 $ 5,88 $ 5,04
1-1 / 2 “ 1.9 118 19 $ 2,97 $ 6.93 $ 5.94
2 “ 2,4 147 23 3,72 $ 8,68 $ 7,44
3 “ 3,5 218 30 $ 5,64 $ 13,16 $ 11,28
4 “ 4,5 279 37 $ 7.26 $ 16.94 $ 14,52
6 дюймов 6,6 409 51 $ 10,74 25,06 $ 21,48 $
* Предполагается – стальная труба, температура воды 180F, температура воздуха в помещении 70F, 2000 часов / год, изоляция из пеноматериала 1 дюйм, эффективность системы отопления 70%
Выбор изоляционного материала
Изоляционные материалы для труб выбираются в зависимости от расположения труб, максимальной температуры воды и изоляционных свойств материала.Большинство материалов доступны с фасонными деталями, которые подходят для локтей и тройников.
Все изоляционные материалы для труб являются гибкими или полужесткими, за исключением материалов, заключенных в защитную оболочку. Это упрощает их установку в труднодоступных местах. В зависимости от материала длина отдельных частей может составлять 2-6 футов. Их можно отрезать канцелярским ножом до нужной длины. Все материалы могут быть разрезаны на существующую трубу или состоять из двух частей.
Из-за низкой рабочей температуры полиэтиленовые материалы подходят для использования в системах горячего водоснабжения, но не должны использоваться там, где температура воды в котле превышает 200 ° F.Все остальные материалы могут выдерживать более высокие температуры.
В таблице 2 приведены коэффициенты изоляции для различных материалов. Чем ниже значение «k», тем лучше изоляция и тем больше экономия. За исключением труб горячего водоснабжения, которые могут содержать воду при температуре 140 ° F, все трубопроводы должны иметь изоляцию толщиной не менее 1 дюйма.
Время установки будет зависеть от материала и доступа к нему. Среднее время колеблется от 250 футов в день для маленьких размеров до 80 футов в день для больших.В некоторых теплицах могут потребоваться строительные леса или подъемник. Если подрядчик по отоплению устанавливает изоляцию, вы можете рассчитывать на оплату трудозатрат от 2,50 долларов на погонный фут для небольших размеров до примерно 4 долларов для больших размеров. Если вы будете делать это самостоятельно в периоды простоя, это может стоить значительно дешевле.
Срок окупаемости большинства закапываемых труб составляет менее 2 лет. Деньги Министерства сельского хозяйства США или штата могут быть доступны для компенсации части затрат. См .: www.dsireusa.org для получения информации о грантовых программах.
Таблица 2 Выбор изоляции труб
Материал Максимум
Температура трубы Коэффициент изоляции
“K” * Стоимость Приложение
Полиэтилен 180F 0,29 очень низкий внутренний / открытый
УФ полиэтилен 200F 0,25 очень низкий открытый / подземный
Эластомерный поролон 220 0.27 низкий в помещении
Пенополиуретан 300 0,19 средний в помещении
Ячеистое стекло 400 0,29 средний открытый / подземный
Стекловолокно 850 0,23 средний для помещений / куртка
Каменное волокно 1200 0.24 высокая в помещении
* k – проводимость в британских тепловых единицах на дюйм / час на квадратный фут – F при 75F
Джон В. Барток младший, почетный профессор и инженер сельского хозяйства
Департамент природных ресурсов и окружающей среды Университета Коннектикута, Сторрс, Коннектикут – 2015
Завод Инжиниринг | Пять распространенных ошибок при выборе размеров паропровода
Поскольку пар является сжимаемым газом; давление и объем обратно пропорциональны. По мере увеличения давления пара объем занимаемого им пространства (удельный объем) уменьшается.Таблицы пара и графики давления / удельного объема (рис. 1) полезны для правильной количественной оценки взаимосвязи между давлением пара и объемом к размеру трубопровода.
Размеры трубопровода следует выбирать с учетом скорости жидкости и падения давления. Для скорости соотношение между скоростью насыщенного пара, удельным объемом и диаметром трубы составляет:
В = (2,4QVs) / A
где:
В = Скорость, фут / мин
Q = Расход пара, фунт / час
VS = Удельный объем при давлении потока, фут3 / фунт
A = Площадь внутреннего поперечного сечения трубы, дюйм3
Для определения размера по перепаду давления используйте вариант уравнения Д’Арси, который рассчитывает потерю давления из-за трения для прямой трубы постоянного диаметра для жидкостей с достаточно постоянной плотностью.
dP = (pfLv 2 ) / (144D2g)
где:
dP = Перепад давления, фунт / кв. Дюйм
p = Плотность жидкости, фунт / фут3
f = коэффициент трения (безразмерный, см. Таблицу на предыдущей странице)
L = Длина трубы, фут
v = Скорость потока, фут / сек
D = Внутренний диаметр трубы, фут
г = Гравитационная постоянная (32.2 фут / сек2)
Поскольку значения «f» сложны, они обычно берутся из таблиц.
Постоянная скорость после PRV
Площадь поперечного сечения нижнего трубопровода должна быть больше в том же соотношении, что и изменение объема. Обратитесь к таблицам пара для определения удельного объема насыщенного пара для двух давлений, а затем рассчитайте отношение давления на выходе к давлению на входе (всегда больше 1).
Используйте уравнение скорости, чтобы найти площадь поперечного сечения стороны высокого давления для расчетной скорости и расхода.Затем умножьте площадь поперечного сечения на коэффициент, чтобы определить, какой должна быть площадь поперечного сечения стороны низкого давления. Используйте таблицы размеров труб, чтобы найти диаметр трубы для используемой спецификации труб.
Трубопровод после ловушек
С учетом пара мгновенного испарения, размеры трубопроводов для конденсата должны быть рассчитаны с учетом двухфазного потока (наличие пара и конденсата). Часть трубы будет занята паром мгновенного испарения, а остальная часть – конденсатом.
Для линий возврата конденсата и вентиляционных труб рекомендуется не более 50–66 футов / сек.Доступны программы определения размеров и номограммы, которые объединяют расчеты размеров для размера емкости мгновенного испарения, линии конденсата и линии выпуска пара мгновенного испарения в одной таблице (рис. 2). Это может помочь правильно определить размер всех компонентов двухфазного потока.
Трубопроводы возврата конденсата
Размер конденсатной линии
можно проверить с помощью легко доступных диаграмм или программ, коррелирующих расход, скорость потока, падение давления и диаметр трубы. Примените потери на трение к длине участка трубопровода и эквиваленты трения (на прямолинейной длине трубы) различных тройников, колен и других фитингов на линии к этим результатам.
Проверить производительность установленных конденсатных насосов по отношению к расходу в обратной линии. Электрические насосы обычно имеют мощность перекачки 2
.
Помимо калибровки труб
Правильный выбор размера паропровода важен не только для энергоэффективности, но и для безопасности. Подача пара хорошего качества при требуемом потреблении и давлении пользователя. Используя соответствующие инструменты, паровую систему можно настроить для оптимальных условий с минимальными потерями тепла и вниманием к техническому обслуживанию.
Эти соображения по выбору размеров подчеркивают важность периодического аудита паровой системы, особенно при изменении технологического оборудования, а также при изменении характеристик котла или рабочих условий. Этот недорогой процесс и соответствующие меры по оптимизации могут сохранить эффективность, ремонтопригодность и безопасность установки.
Подробнее:
По вопросам выбора размеров паропровода следует обращаться по телефону 800-833-3246. Для получения дополнительной информации о допуске пара мгновенного испарения в трубопроводе см. «Проектирование соединений гидравлических систем», Spirax Sarco, Inc., 12-е изд. Статья отредактировала Джозеф Л. Фощ, старший редактор, 630-288-8776, [email protected].
Данные о трении трубы
Размер трубы , дюйм 1 1/ 1 2 2 4 5 6 8-10 12–16 18-24
Коэффициент трения , f 0,027 0.025 0,023 0,022 0,021 0,019 0,018 0,017 0,016 0,015 0,014 0,013 0,012
5 типичных проблем с размером труб:
Распределительный трубопровод неправильного размера из-за неоптимальной скорости пара.