Диаметр труб для отопления в частном доме: просто о сложном

Приветствую, камрады! Знаете ли вы, какой диаметр трубы нужен для отопления частного дома? Если вас заинтересовал заголовок статьи, то, вероятно, не знаете. Я собираюсь исправить этот недочет и познакомить вас с предельно простыми и понятными схемами расчетов системы отопления. Итак, в путь.

Наша задача — научиться рассчитывать размеры трубопроводов в автономной системе отопления.

Наша задача — научиться рассчитывать размеры трубопроводов в автономной системе отопления.

Шаг за шагом

Чтобы вычислить размер труб на разных участках отопительной системы, нужно знать:

  1. Потребность в тепле всего дома. Она определяет мощность котла или другого источника тепла и диаметр розлива на входе и выходе из его теплообменника;
  2. Тепловую нагрузку на отдельные участки контура. Она складывается из суммарной мощности отопительных приборов и определяется теплопотерями отапливаемого помещения или группы помещений.

Вычисляем мощность котла

Простая схема

Советские СНиПы полувековой давности предлагали рассчитывать тепловую мощность системы отопления, исходя из нормы в 100 ватт на квадратный метр. Скажем, дому площадью 150 м2 нужен источник тепла мощностью 150х100=15000 ватт, или 15 кВт. Точка.

Расчет отопления по площади: 1 киловатт мощности котла или отопительного прибора соответствует 10 квадратным метрам.

Расчет отопления по площади: 1 киловатт мощности котла или отопительного прибора соответствует 10 квадратным метрам.

Схема понятна, проста и… дает огромные погрешности. Дело в том, что она полностью игнорирует ряд факторов, очень сильно влияющих на теплопотери:

  • Высоту потолка. В квартирах домов постройки 60-90 годов 20 века она была типовой — 2,5 метра. В коттеджах же можно встретить разброс от 2,4 до 4 и более метров. Между тем с увеличением высоты потолка увеличиваются отапливаемый объем, площадь стен (через которые теряется тепло) и, соответственно, растут затраты энергии на обогрев;
Для дома со вторым светом простой расчет отопления по площади абсолютно непригоден благодаря большой высоте потолков.

Для дома со вторым светом простой расчет отопления по площади абсолютно непригоден благодаря большой высоте потолков.

  • Качество утепления стен. Здание из газобетона с внешним утеплением пенопластом или минеральной ватой будет терять куда меньше тепла, чем дачный домик со стенами в один кирпич;

Когда создавался СНиП, предлагающий рассчитывать отопление по норме 100 Вт/м 2 , стандартом де-факто были типичные для домов сталинской постройки кирпичные стены толщиной в 2 кирпича (с учетом толщины кладочных швов — 51-52 сантиметра).

Толщину стен сталинки легко измерить в оконном проеме: она чуть больше суммарной длины двух кирпичей (2х25 см).

Толщину стен сталинки легко измерить в оконном проеме: она чуть больше суммарной длины двух кирпичей (2х25 см).

  • Площадь и структуру остекления. Через окна в общем случае теряется намного больше тепла, чем через стены, поэтому, чем больше их площадь — тем больше тепла нужно для обогрева. При этом окна могут сильно различаться теплопроводностью: тройной энергосберегающий стеклопакет пропускает в 8-10 раз меньше тепла, чем одиночное остекление;
  • Климатические условия. При неизменном качестве утепления теплопотери прямо пропорциональны разнице температуры между домом, который мы отапливаем, и наружным воздухом. При +20 в доме расход тепла в 0 °С и -40 °С на улице будут различаться ровно в три раза. Нормативы СНиП, верные для европейской части России, в равной степени непригодны для теплых и холодных регионов.
Чем ниже уличная температура, тем большие теплопотери приходится компенсировать отоплению.

Чем ниже уличная температура, тем большие теплопотери приходится компенсировать отоплению.

Точная схема

Как учесть все переменные при проектировании отопительной системы коттеджа?

Очень просто. В расчетах нужно учесть:

  1. Объем отапливаемого помещения. Он равен произведению отапливаемой площади на высоту потолка;
  2. Качество утепления стен и теплопотери через окна;
Утепление фасада и установка многокамерных окон может сократить теплопотери в несколько раз.

Утепление фасада и установка многокамерных окон может сократить теплопотери в несколько раз.

  1. Максимальную разницу температуры с улицей.

Формула для расчета имеет вид Q=V*K*Dt/860. В ней:

  • Q — рассчитываемая мощность (кВт);
  • V — объем дома или отдельного помещения, которое нам предстоит отапливать (м3);
  • K — коэффициент рассеивания тепла, определяющийся качеством утепления стен и структурой остекления окон;
  • Dt — разница между температурой в доме (в расчетах ее принимают соответствующей санитарным нормам) и нижним пиком зимних температур (читай — температурой пяти самых холодных дней самого холодного месяца).

Подчеркиваю: в расчетах учитывается температура самой холодной пятидневки, а не абсолютный минимум температуры. Экстремальные заморозки случаются с периодичностью раз в несколько десятилетий, и закладывать их в проект, мягко говоря, накладно.

Где взять значения санитарных норм и зимних минимумов температуры?

С первым параметром все просто: он равен +18 °С в регионах со средним минимумом зимней температуры выше -31 градуса и +20 °С в более холодной климатической зоне.

Действующие санитарные нормы температуры для жилых комнат и вспомогательных помещений.

Действующие санитарные нормы температуры для жилых комнат и вспомогательных помещений.

Источником информации о температурах самых холодных пятидневок для разных регионов страны для вас может стать СНиП 23-01-99, посвященный строительной климатологии. Если вам не хочется рыться в нормативной документации — просто найдите свой город на карте строкой ниже.

Распределение температур самых холодных пятидневок зимы по территории России.

Распределение температур самых холодных пятидневок зимы по территории России.

Чему равен коэффициент теплопотерь?

Он подбирается из следующих диапазонов значений:

Изображение Коэффициент и описание постройки
ываываыплороп1 0,6-0,9: утепленный фасад, тройные и/или энергосберегающие окна.
ываываыплороп2 1-1,9: стены в 2 кирпича и двойные стеклопакеты.
ываываыплороп3 2-2,9: стены — 25 см кирпичной кладки или 10 см бруса, окна — с одиночным остеклением.
ываываыплороп4 3-4: постройка с металлическими стенами без утепления.

Давайте еще раз своими руками рассчитаем суммарную мощность отопительной системы для дома площадью 150 квадратов, уточнив ряд дополнительных параметров:

  • Дом расположен в Севастополе (температура самых холодных пяти дней зимы — -14 градусов);
  • Его стены сложены из инкерманского камня (местной осадочной породы с хорошими теплоизолирующими качествами) и имеют толщину 40 см;
  • Высота потолка — 3,2 метра;
  • Окна — пластиковые, с однокамерными стеклопакетами.
Однокамерные пластиковые окна типичны для Крыма и вообще для теплых регионов страны.

Однокамерные пластиковые окна типичны для Крыма и вообще для теплых регионов страны.

Приступим к расчету.

Объем помещения равен 150х3,2=480 кубометров.

Коэффициент утепления с учетом крайне низкой теплопроводности инкерманского камня принимаем равным единице (1,0).

Дельта температур между домом и улицей равна 20 — -14 = 34 °С.

Подставляем значения в формулу: Q = 480*1*34/860 =19 (с округлением) киловатт.

Вычисляем мощность отдельного контура

Тепловая нагрузка на каждом отдельном участке контура отопления равна сумме значений мощности подключенных к нему отопительных приборов. Если в комнате стоит два радиатора по 1,5 кВт каждый, то она создает нагрузку на контур, равную 1,5+1,5=3 киловаттам.

В угловой комнате установлены два панельных радиатора мощностью 1,5 кВт каждый.

В угловой комнате установлены два панельных радиатора мощностью 1,5 кВт каждый.

Суммарная мощность всех отопительных приборов в доме должна быть равной номинальной мощности котла или незначительно превышать ее.

Где взять информацию о мощности приборов?

Для панельных, пластинчатых радиаторов и конвекторов — только в сопроводительной документации или на официальном сайте производителя.

В случае секционных радиаторов можно использовать в расчетах следующие значения мощности на одну секцию:

Изображение Тип радиатора и номинальная тепловая мощность секции
вапавывапрдо1 Чугунный: 140-160 Вт.
вапавывапрдо2 Биметаллический: 180-190 Вт.
вапавывапрдо3 Алюминиевый: 200-210 Вт.

Как всегда, есть нюанс. Производители указывают мощность для вполне конкретного режима работы — для дельты температуры между поверхностью радиатора и окружающим воздухом в 70 градусов.

На практике этот режим достижим только в системе центрального отопления и только в пик холодов: при температуре на подаче отопления 95 °С ближние к элеваторному узлу батареи могут нагреться до 90 градусов при температуре воздуха в квартирах 20 °С.

Температурный график центрального отопления. В радиаторы поступает смесь теплоносителя из подачи и обратки (средняя линия).

Температурный график центрального отопления. В радиаторы поступает смесь теплоносителя из подачи и обратки (средняя линия).

Фактическая тепловая мощность секции будет уменьшаться пропорционально разнице температур между отапливаемым помещением и теплоносителем. При +60 на поверхности радиатора и +25 в комнате дельта температур будет равна 35 градусам, а тепловая мощность каждой секции упадет относительно номинальной ровно вдвое.

Расчет диаметра розлива и подводок к радиаторам выполняется для самой высокой температуры теплоносителя, с которой планируется эксплуатировать отопительную систему, и минимальной температуры в помещении. В этом случае в проект закладывается максимально возможная тепловая нагрузка.

В автономной системе отопления типична температура теплоносителя в 50-75 градусов.

В автономной системе отопления типична температура теплоносителя в 50-75 градусов.

Давайте разберем расчет нагрузки на отдельный отопительный контур на примере.

Дано:

  • Комната отапливается двумя радиаторами с номинальной мощностью 1,5 кВт каждый;
  • Система отопления будет работать с температурой подачи 75 градусов;
  • Воздух в комнате может остывать до +18 °С.

Дельта температур равна 75-18=57 °С, или 57/70=0,81 от той, при которой радиатор отдает номинальную мощность.

Фактическая мощность радиаторов (то есть максимальная тепловая нагрузка на контур) равна 3*0,81=2,43.

Вычисляем диаметр трубы

На расчетный диаметр труб для системы отопления оказывают влияние два параметра:

  1. Тепловая нагрузка, которую мы только что научились рассчитывать;
  2. Скорость теплоносителя в контуре. Чем быстрее он движется, тем больше тепла переносится за единицу времени при неизменном внутреннем сечении трубы.
Современные циркуляционные насосы позволяют регулировать производительность и, соответственно, скорость теплоносителя.

Современные циркуляционные насосы позволяют регулировать производительность и, соответственно, скорость теплоносителя.

В системе с циркуляционным насосом выгоднее не увеличивать диаметр розлива и подводок, а ускорить циркуляцию, поставив более производительный насос. Цена погонного метра трубы при росте диаметра увеличивается нелинейно, поэтому ставить толстые трубы накладно.

Однако здесь есть ограничивающий фактор — гидравлические шумы. При скорости свыше 0,7 м/с появляется шум на дросселях, а при 1,5 м/с и выше — на поворотах и фитинговых соединениях. Поэтому в расчеты закладывается скорость циркуляции в 0,4-0,6 м/с.

Дросселирующая арматура при высокой скорости теплоносителя станет источником сильного шума.

Дросселирующая арматура при высокой скорости теплоносителя станет источником сильного шума.

Внутренний диаметр трубы рассчитывается по формуле D=√354*(0,86*Q/Dt)/V. В ней:

  • D — искомый диаметр (мм);
  • Q — тепловая нагрузка (кВт);
  • Dt — разница температур на входе и выходе контура (°С);

Типичный перепад температуры между подачей и обраткой в автономном контуре — 20 градусов.

  • V — скорость теплоносителя (м/с).

Так, при мощности котла 12 кВт, дельте температур 20 градусов и скорости воды в контуре 0,6 м/с минимальный внутренний диаметр розлива равен √354*(0,86*12/20)/0,6=17,4 мм.

У стальной трубы ее номинальный размер (ДУ, или DN) примерно равен внутреннему диаметру. С учетом реальной линейки размеров внутреннему диаметру 17,4 мм соответствует водогазопроводная труба ДУ 20.

Размеры стальных водопроводных труб. Слева направо: номинальный размер, внешний диаметр, толщина стенки.

Размеры стальных водопроводных труб. Слева направо: номинальный размер, внешний диаметр, толщина стенки.

Для подводок к радиаторам и небольших отопительных контуров трудно рассчитать перепад температуры между подачей и обраткой. В этом случае проще подобрать размеры труб по таблице:

Взаимная зависимость диаметра трубопровода, тепловой нагрузки и скорости теплоносителя.

Взаимная зависимость диаметра трубопровода, тепловой нагрузки и скорости теплоносителя.

В частных домах монтаж системы отопления чаще выполняется не стальными трубами, а пластиковыми и металлопластиковыми. Причина — более низкая цена погонного метра полипропиленовых или металлополимерных труб по сравнению со стальными. Эти изделия используют другую систему обозначений размера: для них указывается внешний диаметр.

Полипропиленовые трубы маркируются внешним диаметром. На фото для монтажа подводки к радиатору использована труба размером 20 мм.

Полипропиленовые трубы маркируются внешним диаметром. На фото для монтажа подводки к радиатору использована труба размером 20 мм.

На пропускную способность розлива или подводки влияет только внутреннее сечение трубы . Чтобы рассчитать внутренний диаметр, отнимите от наружного диаметра две толщины стенки. Оба параметра всегда указываются в маркировке.

В маркировке пластиковых труб указываются внешний диаметр и толщина стенок.

В маркировке пластиковых труб указываются внешний диаметр и толщина стенок.

Пример: нам нужна труба с внутренним диаметром 17,4 мм. Стенка армированной полипропиленовой трубы размера 25 мм имеет толщину 3,2 мм. Внутренний диаметр трубы равен 25-(3,2*2)=18,6 мм.

Вердикт: подходит.

Патрубок на выходе 12-киловаттного электрического котла. Внешний диаметр — 25 миллиметров.

Патрубок на выходе 12-киловаттного электрического котла. Внешний диаметр — 25 миллиметров.

Особый случай

Гравитационная отопительная система имеет пару особенностей:

  • Избыточное давление в системе отсутствует. Контур сообщается с атмосферой через открытый расширительный бачок;
  • Вместо насоса теплоноситель приводится в движение естественной конвекцией: нагретая котлом вода вытесняется в верхнюю точку отопительного розлива и возвращается к котлу через розлив самотеком, по пути отдавая тепло батареям.
Так устроена открытая отопительная система с естественной циркуляцией.

Так устроена открытая отопительная система с естественной циркуляцией.

Достоинства гравитационной схемы отопления — полная энергонезависимость и абсолютная безопасность. Закипевшая в теплообменнике котла вода не вызовет его взрыв: пар покинет контур через открытый расширительный бак.

Оборотная сторона достоинств естественной циркуляции — минимальный гидравлический напор в контуре. Последствия низкого напора — медленная циркуляция воды и неравномерный нагрев радиаторов.

Чтобы компенсировать низкий напор, нужно уменьшить до минимума гидравлическое сопротивление розлива.

Как это сделать?

Инструкция очевидна: надо увеличить его диаметр. Потеря напора в трубе обратно пропорциональна ее внутреннему сечению.

Внутренний диаметр отопительного розлива в гравитационной системе не должен быть меньше 32-40 миллиметров.

Розлив в системе с естественной циркуляцией. Обратите внимание на диаметр трубы.

Розлив в системе с естественной циркуляцией. Обратите внимание на диаметр трубы.

Заключение

Надеюсь, что этот материал поможет читателю в проектировании собственной отопительной системы. Узнать больше о методиках расчета отопления вам поможет видео в этой статье. Жду ваших дополнений к ней. Успехов, камрады!



Поделиться
Советуем прочитать
Чем и как заполнить систему отопления в частном доме: выбор теплоносителя, решения для открытой и закрытой систем Заливка ППУ в полость стен — простой способ сделать свой дом в разы теплее Напыляемый пенополиуретан: 2 вида ППУ и технология самостоятельного утепления

Как выполнить монтаж отопления в квартире или частном доме

получите бесплатный пошаговый видео-курс

+ бонусные уроки:

  • Выбор радиатора отопления
  • Где установить радиатор отопления
  • Котел отопления
  • Расчет отопления частного дома
  • Выбор труб для отопления

... и еще несколько сюрпризов:)


Подписывайся на наши новости Вконтакте!




X
2013, Otoplenie-Gid.ru
Ваш гид по отоплению своими руками
Карта сайта
Реклама на сайте
Связь с администрацией: [email protected]

Please leave this field empty.

Задайте вопрос эксперту

Обязательно приложите ФОТОГРАФИЮ проблемы! Чем яснее проблема - тем проще ответить эксперту









Удалить

Удалить

Удалить

Удалить

Добавить файл

Ответ эксперта придет вам на почту. Обычно время ответа от 30 минут до 2 суток

Top