Как выполнить расчет диаметра трубы для отопления правильно

Как выполнить расчет

Прежде всего, определяемся с исходными данными, которые нужны для его выполнения:

• Толщина стенки водопроводных труб.
• Внутренний проходной диаметр.
• Номинальный размер проводящих элементов.
• Величина условного прохода трубопровода.

Учитываются также длина водопроводной сети и давление воды внутри системы. Следует отметить, что параметры горячего водоснабжения и отопления отличаются от таковых касательно водопровода холодного. Основные направления расхода воды загородного дома учитывают удовлетворение всех потребностей проживающих. При этом подсчет должен учитывать пиковые нагрузки на водопровод, когда одновременно происходит приготовление пищи, стирка машиной, полив огорода и прочие расходы жидкости. Именно для таких условий и рассчитывается диаметр трубы для водоснабжения, иначе живительной влаги может не доставать. На основании многолетних наблюдений за расходом воды установлено ее потребление в количестве 3 кубометра в час. Расчет размера трубы водопровода можно произвести, исходя из следующего соотношения: Q – расход жидкости, литров/ сек, его величина составляет 0,34; V – скорость потока жидкости, м/сек, максимальное значение составляет 1,5; S – площадь поперечного сечения трубы, м/сек.

Вооружившись школьным калькулятором, производим несколько преобразований и получаем результат: внутренний проходной диаметр должен быть не менее 18 миллиметров. Это результат расчета, его нужно округлить до ближайшего стандартного значения условного прохода (Ду), который составляет 20 мм. Однако есть более простая методика, при которой нет необходимости использовать калькулятор для каких-либо расчетов. Это простой подбор по таблице значений:

Значение условного прохода трубопровода, мм	Величина расхода, литр/сек
10	0,121
15	0,358
20	0,715
25	1,45
32	2,35
40	3,55
50	6,2

При пользовании данными таблицы следует понимать, что условный проход приблизительно равен внутреннему диаметру водогазопроводной трубы по ГОСТ 3262-80. У труб пластиковых этот показатель равен наружному диаметру. Что касается проходного размера, его следует принимать равным предыдущему показателю по шкале размеров. Так, пластиковая труба 50 будет иметь условный проход Ду 40.

Как видно из приведенного выше, сам по себе расчет прост, его можно воспроизвести для фактических условий с использованием простого калькулятора. Но проще всего найти в интернете нужную программу, представляющую собой специальный калькулятор для целевого расчета нужного параметра. В стартовую табличку этой программы вводятся фактические исходные данные после чего, нажатием кнопки, получается конечный результат. Расчет диаметра трубопровода по расходу чрез онлайн калькулятор дает наиболее достоверные результаты, пригодные для практического применения. Успехов вам!

Устройство внутренней канализации в доме

Ванну, например, необходимо устанавливать так, чтобы она имела маленький уклон в сторону водосливного отверстия. Все приборы типа раковины или той же ванны должны снабжаться устройствами, не позволяющими проникновение в систему крупных предметов, а так же чистками. Это необходимо, понятное дело, для простоты обслуживания системы в случае ее засорения. Неплохо посмотреть, какие фитинги сегодня выпускает промышленность. Это лучше всего сделать в той торговой организации, где вы планируете приобрести необходимые материалы. Сделать это нужно для того, чтобы не изобретать велосипед: промышленность уже учла все, даже самые изысканные вкусы покупателей. К тому же, вы уточните, каких размеров продают различные трубы. Это будет необходимо для составления конечного списка закупки.

Еще раз немного об уклонах и диаметрах труб.

• Исходя из реальных условий потребления воды, можно считать, что фановые трубы, применяемые для сточных вод, имеют диаметр 50 мм, а для фекальных не менее 110 мм. При этом диаметр труб стояков должен быть не менее диаметра подключенных к нему труб.
• При расчете системы не забывайте, что система работает самотеком, то есть высота трубы все больше растет с удалением от точки выхода в стояк. Смотрите за тем, чтобы не получилось так, что прибор установлен ниже, чем находится фановая труба. Особенно это касается ванн унитазов и различных душевых. Предпочтительно устанавливать эти приборы по возможности ближе к выходу системы.

Как вычислить площадь поперечного сечения трубы

Для круглой трубы площадь поперечного сечения рассчитывается с использованием площади круга по следующей формуле:

Sтр = ∏ х R2;

Где:

1. R – внутренние радиус трубы;
2. ∏ – постоянная величина 3,14.

Пример:

Sтр Ø = 90 мм, или R = 90 / 2 = 45 мм или 4,5 см. Согласно формуле, Sтр = 2 х 20,25 см2 = 40,5 см2, где 20,25 – это 4,5 см в квадрате.

Параметры трубопровода

Площадь сечения профилированной трубы Sпр нужно рассчитывать по формуле, применяемой для вычисления площади прямоугольной фигуры:

Sпр = a х b;

Где:

a и b – стороны прямоугольной профилированной трубы. При сечении трубопровода 40 х 60 мм параметр Sпр = 40 мм х 60 мм = 2400 мм2 (20 см2, или 0,002 м2).

Пропускная способность водопроводной трубы

Водопроводные трубы в доме используются чаще всего. А так как на них идёт большая нагрузка, то и расчет пропускной способности водопроводной магистрали становится важным условием надежной эксплуатации.

Проходимость трубы в зависимости от диаметра

Диаметр – не самый важный параметр при расчете проходимости трубы, однако тоже влияет на ее значение. Чем больше внутренний диаметр трубы, тем выше проходимость, а также ниже шанс появления засоров и пробок. Однако помимо диаметра нужно учитывать коэффициент трения воды о стенки трубы (табличное значение для каждого материала), протяженность магистрали и разницу давлений жидкости на входе и выходе. Кроме того, на проходимость будет сильно влиять число колен и фитингов в трубопроводе.

Нюансы при выборе диаметра труб системы отопления

Описание диаметров труб

При выборе диаметра труб отопления принято ориентироваться на следующие характеристики:

1. внутренний диаметр – главный параметр, определяющий размер изделий;
2. вешний диаметр – в зависимости от этого показателя происходит классификация труб:

• малый диаметр – от 5 до 102 мм;
• средний – от 102 до 406 мм;
• большой – более 406 мм.

1. условный диаметр – значение диаметра, округленное до целых чисел и выражающееся в дюймах (например, 1″, 2″и т. д.), иногда в долях дюйма (например, 3/4″).

Увеличенный или малый диаметр

Если вас интересует, как рассчитать диаметр трубы отопления, обратите внимание на наши рекомендации. Наружное и внутреннее сечение трубы будут отличаться на величину, равную толщине стенки этой трубы. Причем толщина разнится в зависимости от материала изготовления изделий

Причем толщина разнится в зависимости от материала изготовления изделий.

График зависимости теплового потока от наружного диаметра трубы отопления

Профессионалы полагают, что при монтаже принудительной системы отопления диаметр труб должен быть как можно более малым. И это неспроста:

1. чем меньше диаметр пластиковых труб для системы отопления, тем меньшее количество теплоносителя нужно нагревать (экономия времени на нагрев и денег на энергоносители);
2. с уменьшением сечения труб замедляется скорость движения воды в системе;
3. трубы малого диаметра проще монтировать;
4. трубопроводы из труб небольших диаметров являются экономически более выгодными.

Однако это не означает, что нужно вопреки проекту отопительной системы приобретать трубы диаметром меньшим, чем получился у при расчете. Если трубы будут чересчур малы, это сделает работу системы шумной и малоэффективной.

Существуют конкретные значения, описывающие идеальную скорость движения теплоносителя в системе отопления – это интервал от 0,3 до 0,7 м/с. Советуем равняться именно на них.

Способы проведения расчетов

Разрабатывая проекты для крупномасштабных объектов профессионалы пользуются специальными инженерными программами для составления схем и чертежей будущих сетей отопления и горячего/холодного водоснабжения. Для более простых задач на уровне частного сектора можно найти решения с помощью калькуляторов, которые опубликованы на сайтах производителей и продавцов. Третий вариант – проведение расчетов посредством готовых формул и табличных данных, например, про скорость воды в трубах.

Можно поступить еще проще – отталкиваться от распространенных решений, которые проверены на разных объектах, имеются доказательства их эффективности. Однако рекомендованные схемы в индивидуальном строительстве не всегда исправно работают. Так, если допустить при подборе превышение диаметра трубопровода, то отопление будет отличаться малой теплоотдачей, а вода протекать с низким напором. Напротив, использование зауженных каналов способствует увеличению давления и отопительная система будет хорошо согревать дом. Но при этом на трубы и фитинги оказывается большая нагрузка, что сокращает срок исправной службы коммуникаций из-за ускоренного износа.

Использование фитингов для оптимизации расположения разных каналов Источник kanaliza.ru

Зачем нужен расчет паропровода

Правильный выбор диаметра трубопровода пара обеспечивает корректную и эффективную работу пароконденсатной системы в целом. Если подбирать его размеры «на глазок», можно столкнуться со следующими проблемами: 

• Трубопровод пара с малым диаметром спровоцирует значительные потери давления, гораздо ниже расчетных. Повысится скорость пара, что может привести к шумам в паропроводе. Возможно увеличение количества гидроударов, которые также надо компенсировать, а значит придется дополнительно устанавливать предохранительные клапаны.

• Если сделать паропровод слишком большого диаметра, в первую очередь это приведет к повышению общей стоимости трубопровода. Кроме того, это чревато  увеличенными потерями тепла в окружающую среду и образованием значительного количества конденсата, а значит потребуется больше конденсатоотводчиков, вентилей, паровых сепараторов и т.д. 

Есть два способа расчета диаметра паропровода — метод падения давления и более простой метод скоростей.

Сечение

Расчет сечения трубы водопровода может быть выполнен двумя способами:

1. Подбором по таблице значений.
2. Расчетом по максимальной допустимой скорости потока.

Подбор по таблице

Собственно, таблица не требует каких-либо комментариев.

Условный проход трубы, мм	Расход, л/с
10	0,12
15	0,36
20	0,72
25	1,44
32	2,4
40	3,6
50	6

Скажем, для расхода в 0,34 л/с достаточно трубы ДУ15.

Расчет по скорости потока

Расчет диаметра водопровода по расходу воды через него может быть выполнен с использованием двух простых формул:

1. Формулы расчета площади сечения по его радиусу.
2. Формулы расчета расхода через известное сечение при известной скорости потока.

Первая формула имеет вид S = π r ^2. В ней:

• S – искомая площадь сечения.
• π – число “пи” (примерно 3,1415).
• r – радиус сечения (половина ДУ или внутреннего диаметра трубы).

Вторая формула выглядит как Q = VS, где:

• Q – расход;
• V – скорость потока;
• S – площадь сечения.

Для удобства вычислений все величины переводятся в СИ – метры, квадратные метры, метры в секунду и кубические метры в секунду.

Давайте своими руками рассчитаем минимальный ДУ трубы для следующих вводных данных:

• Расход через нее составляет все те же 0,34 литра в секунду.
• Скорость потока, используемая в вычислениях – максимально допустимые 1,5 м/с.

1. Расход в величинах СИ будет равным 0,00034 м3/с.
2. Площадь сечения согласно второй формулы должна быть не менее 0,00034/1,5=0,00027 м2.
3. Квадрат радиуса согласно первой формулы равен 0,00027/3,1415=0,000086.
4. Извлекаем из этого числа квадратный корень. Радиус равен 0,0092 метра.
5. Чтобы получить ДУ или внутренний диаметр, умножаем радиус на два. Результат – 0,0184 метра, или 18 миллиметров. Как легко заметить, он близок к полученному первым способом, хоть и не совпадает с ним в точности.

Как рассчитать расход воды по сечению трубы?

При проектировании инженерных коммуникаций, таких как отопление, водоснабжение и канализация, необходимо учитывать принятые нормы, приведенные в соответствующей документации.

Расчет расхода воды по сечению трубы – довольно сложный инженерный процесс, требующий специальных знаний. Но в случаях, когда индивидуальное строительство ведется собственными силами, без привлечения строительных фирм, многие расчеты приходится делать самостоятельно.

Чем больший объем воды проходит через трубу в единицу времени, тем больше получается расход. Существует довольно много критериев, которые влияют на этот показатель. Основные из них следующие:

• диаметр внутреннего сечения;
• материал, из которого изготовлен водопровод;
• скорость течения жидкости, которая, в свою очередь, зависит от давления;
• наличие поворотов и затворов в водопроводной системе.

Однако размер сечения трубы действительно достаточно сильно влияет на расход воды в трубопроводе. Если пренебречь дополнительными факторами, можно предложить для расчета следующую формулу:

где q – расход воды, л/с;

d – диаметр внутреннего сечения трубы, см;

V – скорость течения воды, м/с.

Если питание системы водоснабжения осуществляется из водонапорной башни, без дополнительного нагнетания с помощью насоса, то скорость течения будет в пределах примерно от 0,7 до 1,9 м/с. Если же используется какой-либо нагнетатель, то в его паспорте должно указываться создаваемое давление и скорость прохождения жидкости.

В дополнение к вышеприведенной формуле отметим, что довольно большое влияние на производительность трубопровода оказывает сопротивление внутренних стенок. Пластиковые трубы имеют более гладкую поверхность, чем стальные, поэтому коэффициент сопротивления в них ниже. К тому же они не подвержены коррозии, что тоже положительно влияет на их пропускную способность.

Материал трубы – важная составляющая при расчётах диаметра

Недостаточно определиться с внутренним диаметром трубопровода, необходимо также уметь смотреть в будущее. Некоторые материалы, из которых изготавливаются трубы, подвержены коррозии, загрязнениям и влиянию вредных микроорганизмов. Данные факторы будут существенно сказываться на пропускной способности в дальнейшем.

Чаще всего выбирают пластиковую продукцию, так именно этот материал наименее склонен к изменению внутреннего диаметра, даже после длительного периода эксплуатации. Пластик не подвергается коррозии, на стенках труб из данного материала не откладываются вредные отложения, соответственно не изменяется пропускная способность. К сожалению, во время резких перепадов температуры, пластик склонен к изменению линейных размеров.

Металлопластиковые трубопроводы имеют все вышеописанные положительные стороны, но не изменяют своих размеров при температурных скачках. Диаметр данной продукции не изменяется даже после длительного срока эксплуатации.

Стальные и чугунные трубы практически не применяются в современном строительстве, так как имеют массу негативных качеств. Данным материалам свойственно возникновение коррозии, а также большой вес. С появлением коррозии, на стенках труб всё чаще оседают различного рода загрязнения, что приводит к перепадам давления. Разное давление в системе обеспечивает возникновение неисправностей. Единственным плюсом этого материала является то, что он не меняет своей структуры даже при частых температурных перепадах.

Постановка задачи

Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя. Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

• минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
• круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
• форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
• процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

• условный (номинальный) диаметр – D_N;
• давление номинальное – P_N;
• рабочее допустимое (избыточное) давление;
• материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
• физико-химические свойства рабочей среды;
• комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
• изоляционные материалы трубопровода.

Условный диаметр (проход) трубопровода (D_N) – это условная  безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода. Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.Номинальный диаметр выбирается по значению внутреннего диаметра трубопровода. Это то значение, которое наиболее близко к реальному диаметру непосредственно трубы.

Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

Зависимость водного давления от диаметра трубопровода

Между давлением водного потока и трубным диаметром наблюдается прямая зависимость, описываемая законом Бернулли.

Согласно нему при возрастании давления воды скорость течения снижается, и наоборот.

При пропускании постоянного водного потока через трубы с различным сечением обнаруживается, что в узких частях давление меньше, чем в широких.

При переходе воды из широкой части в узкую, давление снижается, и наоборот.

В трубах с различным сечением за одинаковый промежуток времени протекает равный объем воды. Поэтому на широких участках она течет медленнее, чем по узким.

Таблица соотношения

Водорасход напрямую зависит от пропускной способности. Это такая величина, которая показывает максимальный объем, проходящий через систему за определенный временной промежуток и при определенном давлении.

Для труб с разным диаметром такая величина разнится. Подробная информация указана в таблице ниже:

Расход воды через трубу при нужном давлении

Основная задача расчёта объёма потребления воды в трубе по её сечению (диаметру) – это подобрать трубы так, чтобы водорасход не был слишком большой, а напор оставался хороший. При этом необходимо учесть:

• диаметры (ДУ внутреннего сечения),
• потери напора на рассчитываемом участке,
• скорость гидропотока,
• максимальное давление,
• влияние поворотов и затворов в системе,
• материал (характеристики стенок трубопровода) и длину и т.д..

Подбор диаметра трубы по расходу воды с помощью таблицы считается более простым, но менее точным способом, чем измерение и расчёт по давлению, скорости воды и прочим параметрам в трубопроводе, сделанный по месту.

Табличные стандартные данные и средние показатели по основным параметрам

Для определения расчётного максимального расхода воды через трубу приводится таблица для 9 самых распространённых диаметров при различных показателях давления.

Среднее значение давления в большинстве стояках находится в интервале 1,5-2,5 атмосфер. Существующая зависимость от количества этажей (особенно заметная в высотных домах) регулируется путём разделения системы водообеспечения на несколько сегментов. Водонагнетение с помощью насосов влияет и на изменение скорости гидропотока. Кроме того, при обращении к таблицам в расчёте водопотребления учитывают не только число кранов, но и количество водонагревателей, ванн и др. источников.

Изменение характеристик проходимости крана с помощью регуляторов водорасхода, экономителей, аналогичных WaterSave ( http://water-save.com/ ), в таблицах не фиксируются и при расчёте расхода воды на (по) трубе, как правило, не учитываются.

Способы вычисления зависимостей водорасхода и диаметра трубопровода

С помощью нижеприведённых формул можно как рассчитать расход воды в трубе, так и, определить зависимость диаметра трубы от расхода воды.

В данной формуле водорасхода:

• под q принимается расход в л/с,
• V – определяет скорость гидропотока в м/с,
• d – внутреннее сечение (диаметр в см).

Зная водорасход и d сечения, можно, применив обратные вычисления, установить скорость, или, зная расход и скорость – определить диаметр. В случае наличия дополнительного нагнетателя (например, в высотных зданиях), создаваемое им давление и скорость гидропотока указываются в паспорте прибора. Без дополнительного нагнетания скорость потока чаще всего варьируется в интервале 0,8-1,5 м/сек.

Для более точных вычислений принимают во внимание потери напора, используя формулу Дарси:

Для вычисления необходимо дополнительно установить:

• длину трубопровода (L),
• коэффициент потерь, который зависит от шероховатостей стенок трубопровода, турбулентности, кривизны и участков с запорной арматурой (λ),
• вязкость жидкости (ρ).

Зависимость между значением D трубопровода, скоростью гидропотока (V) и водорасходом (q) с учётом угла уклона (i) можно выразить в таблице, где две известные величины соединяются прямой линией, а значение искомой величины будет видно на пересечении шкалы и прямой.

Для технического обоснования также строят графики зависимости эксплуатационных и капитальных затрат с определением оптимального значения D, которое устанавливается в точке пересечения кривых эксплуатационных и капитальных затрат.

Расчёт расхода воды через трубу с учётом падения давления можно проводить с помощью онлайн-калькуляторов. Для гидравлического расчёта, как и в формуле, нужно учесть коэффициент потерь, что предполагает выбор:

способа расчёта сопротивления,
материала и вида трубопроводных систем (сталь, чугун, асбоценмент, железобетон, пластмасса), где принимается во внимание, что, например, пластиковые поверхности менее шероховатые, чем стальные, и не подвергаются коррозии,
внутреннего диаметры,
длины участка,
падения напора на каждый метр трубопровода.

В некоторых калькуляторах учитываются дополнительные характеристики трубопроводных систем, например:

• новые или не новые с битумным покрытием или без внутреннего защитного покрытия,
• с внешним пластиковым или полимерцементным покрытием,
• с внешним цементно-песчаным покрытием, нанесённым разными методами и др.

Краткий вывод

Итак, видно, что выбор необходимого размера зависит от многих параметров, от потока воды, от потребляемого ее количества, от некоторых свойств самих изделий. Расчет оптимального значения, в своем полном содержании, связывает все эти параметры воедино, то есть он должен учитывать все их. Однако для домашнего водопровода приведенного выше варианта вполне достаточно.

Поскольку потери давления во много обусловлены наличием в системе разных углов, тройников и подобных элементов. Чтобы учесть и этот фактор, как показывает практика, необходимо просто добавить к конечному числу еще 10% процентов. Надо сказать и то, что на все остальные факторы, которые не учитывались при производстве расчетов, так же следует добавлять те же 10%.