Расчет труб отопления в частном доме по мощности

расчет труб отопления

Расчет труб отопления и системы в целом заключается в определении тепловой мощности, выборе диаметров всех трубных элементов (гидравлический расчет), определении размеров отопительных приборов (тепловой расчет) и подборе оборудования.

При разработке системы отопления в первую очередь необходимо составить схему на основе плана дома. На схеме прорисовываются:

  • Расположение котлов (или иных теплогенераторов).
  • Циркуляционных насосов.
  • Места прохождения теплопроводов.
  • Места установки отопительных предметов.

Отталкиваясь от схемы и просчитав тепловую мощность системы, можно более детально рассчитать диаметр труб отопления.

Расчет тепловой мощности системы отопления

Тепловая мощность системы отопления — это количество теплоты, которое необходимо выработать в доме для комфортной жизнедеятельности в холодное время года.

Теплотехнический расчет дома

Существует зависимость между общей площадью обогрева и мощностью котла. При этом, мощность котла должна быть больше или равняться мощности всех отопительных приборов (радиаторов). Стандартный теплотехнический расчет для жилых помещений следующий: 100 Вт мощности на 1 м² отапливаемой площади плюс 15 — 20 % запаса.

Рассмотрим в качестве примера дом площадью 120 м². В данном случае мощность котла должна составлять: 100 Вт × 120 + 15 % = 13800 Вт = 13,8 кВт. Если котел (двухконтурный) будет использоваться и для горячего водоснабжения, то его требуемая мощность должно быть увеличена соразмерно предполагаемому расходу подогретой воды.

Расчет количества и мощности приборов отопления (радиаторов) необходимо проводить индивидуально для каждого помещения. Каждый радиатор имеет определенную тепловую мощность. В секционных радиаторах общая мощность складывается из мощности всех используемых секций.

В несложных отопительных системах приведенных способов расчета мощности бывает достаточно. Исключение — здания с нестандартной архитектурой, имеющие большие площади остекления, высокие потолки и другие источники дополнительных теплопотерь. В этом случае потребуется более детальный анализ и расчет с использованием повышающих коэффициентов.

Теплотехнический расчет с учетом тепловых потерь дома

Расчет тепловых потерь дома необходимо выполнять для каждого помещения в отдельности, с учетом окон, дверей и внешних стен.

Более детально для данных теплопотерь используют следующие данные:

  • Толщину и материал стен, покрытий.
  • Конструкцию и материал кровельного покрытия.
  • Тип и материал фундамента.
  • Тип остекления.
  • Тип стяжек пола.

Важно учитывать наличие в ограждающих конструкциях теплоизолирующего слоя, его состав и толщину.

Для определения минимально необходимой мощности отопительной системы с учетом тепловых потерь можно воспользоваться следующей формулой:

Qт(кВт×ч) = V × ΔT × K ⁄ 860, где:

— тепловая нагрузка на помещение.

V — объем обогреваемого помещения (ширина × длина × высота), м³.

ΔT — разница между температурой воздуха вне помещения и необходимой температурой внутри помещения, °C.

K — коэффициент тепловых потерь строения.

860 — перевод коэффициента в кВт×ч.

Коэффициент тепловых потерь строения K зависит от типа конструкции и изоляции помещения:

K Тип конструкции
3 — 4 Дом без теплоизоляции — упрощенная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа.
2 — 2,9 Дом с низкой теплоизоляцией — упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши.
1 — 1,9 Средняя теплоизоляция — стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей.
0,6 — 0,9 Высокая теплоизоляция — улучшенная конструкция, кирпичные стены с теплоизоляцией, небольшое число окон, утепленный пол, кровельный пирог с высококачественной теплоизоляцией.

Разница между температурой воздуха вне помещения и необходимой температурой внутри помещения ΔT определяется исходя из конкретных погодных условий и требуемого уровня комфорта в доме. Например, если температура снаружи -20 °C, а внутри планируется +20 °C, то ΔT = 40 °C.

Расчет диаметра труб отопления

Определившись с количеством радиаторов и их тепловой мощностью, можно переходить к подбору размеров подводящих труб.

Прежде чем переходить к расчету диаметра труб, стоит затронуть тему выбора нужного материала. В системах с высоким давлением придется отказаться от применения пластиковых труб. Для систем отопления с максимальной температурой выше 90 °C предпочтительнее стальная или медная труба. Для систем с температурой теплоносителя ниже 80 °C можно выбрать металлопластиковую или полимерную трубу.

Системы отопления частных домов характеризуются невысоким давлением (0,15 — 0,3 мПа) и температурой теплоносителя не выше 90 °C. В данном случае использование недорогих и надежных полимерных труб оправдано (по сравнению с металлическими).

Чтобы нужное количество теплоты пришло в радиатор без задержки, следует подобрать диаметры подводящих труб радиаторов так, чтобы они соответствовали расходу воды, необходимому каждой отдельно взятой зоне.

Расчет диаметра труб отопления проводится по следующей формуле:

D = √(354 × (0,86 × Q ⁄ Δt°) ⁄ V), где:

D — диаметр трубопровода, мм.

Q — нагрузка на данный участок трубопровода, кВт.

Δt° — разница температур подачи и обратки, °C.

V — скорость теплоносителя, м⁄с.

Разница температур (Δt°) десятисекционного радиатора отопления между подачей и обраткой в зависимости от скорости потока обычно варьирует в пределах 10 — 20 °C.

Минимальным значением скорости теплоносителя (V) рекомендуется считать 0,2 — 0,25 м⁄с. На меньших скоростях начинается процесс выделения избыточного воздуха, содержащегося в теплоносителе. Верхний порог скорости теплоносителя 0,6 — 1,5 м⁄с. Такие скорости позволяют избежать возникновения гидравлических шумов в трубопроводах. Оптимальным значением скорости движения теплоносителя считается диапазон 0,3 — 0,7 м⁄с.

Для более детального анализа скорости движения жидкости нужно учитывать материал труб и коэффициент шероховатости внутренней поверхности. Так, для трубопроводов из стали оптимальной считается скорость потока 0,25 — 0,5 м⁄с, для полимерных и медных труб — 0,25 — 0,7 м⁄с.

Пример расчета диаметра труб отопления по заданным параметрам

Исходные данные:

  • Комната площадью 20 м², с высотой потолков 2,8 м.
  • Дом кирпичный неутепленный. Коэффициент тепловых потерь строения примем 1,5.
  • В комнате есть одно окно ПВХ с двойным стеклопакетом.
  • На улице -18 °C, внутри планируется +20 °С. Разница 38 °С.

Решение: 

В первую очередь определяем минимально необходимую тепловую мощность по ранее рассмотренной формуле Qт(кВт×ч) = V × ΔT × K ⁄ 860.

Получаем Qт = (20 м² × 2,8 м) × 38 °С × 1,5 ⁄ 860 = 3,71 кВт×ч = 3710 Вт×ч. 

Теперь можно переходить к формуле D = √(354 × (0,86 × Q ⁄Δt°) ⁄ V)Δt° — разницу температур подачи и обратки примем 20°С. V — скорость теплоносителя примем 0,5 м⁄с.

Получаем D = √(354 × (0,86 × 3,71 кВт ⁄ 20 °С) ⁄ 0,5 м⁄с) = 10,6 мм. В данном случае рекомендуется выбрать трубу с внутренним диаметром 12 мм.

Таблица диаметров труб для отопления дома

Таблица расчета диаметра трубы для двухтрубной системы отопления с расчетными параметрами (Δt° = 20 °С, плотность воды 971 кг ⁄ м³, удельная теплоемкость воды 4,2 кДж ⁄ (кг × °С)):

Диаметр трубы внутренний, мм Тепловой поток / расход воды Скорость потока, м/с
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
8 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час

409

18

818

35

1226

53

1635

70

2044

88

2453

105

2861

123

3270

141

3679

158

4088

176

4496

193

10 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час

639

27

1277

55

1916

82

2555

110

3193

137

3832

165

4471

192

5109

220

5748

247

6387

275

7025

302

12 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час

920

40

1839

79

2759

119

3679

158

4598

198

5518

237

6438

277

728

316

8277

356

9197

395

10117

435

15 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час

1437

62

2874

124

4311

185

5748

247

7185

309

8622

371

10059

433

11496

494

12933

556

14370

618

15807

680

20 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час

2555

110

5109

220

7664

330

10219

439

12774

549

15328

659

17883

769

20438

879

22992

989

25547

1099

28102

1208

25 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час

3992

172

7983

343

11975

515

15967

687

19959

858

23950

1030

27942

1202

31934

1373

35926

1545

39917

1716

43909

1999

32 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час

6540

281

13080

562

19620

844

26160

1125

32700

1406

39240

1687

45780

1969

53220

2250

58860

2534

65401

2812

71941

3093

40 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час

10219

439

20438

879

30656

1318

40875

1758

51094

2197

61343

2636

71532

3076

81751

3515

91969

3955

102188

4394

112407

4834

50 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час

15967

687

31934

1373

47901

2060

63868

2746

79835

3433

95802

4120

111768

4806

127735

5493

143702

6179

159669

6866

175636

7552

70 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час

31295

1346

62590

2691

93885

4037

125181

5383

156476

6729

187771

8074

219066

9420

250361

10766

281656

12111

312952

13457

344247

14803

100 ΔW, Вт

Q, кг ⁄ час

63868

2746

127735

5493

191603

8239

255471

10985

319338

13732

383206

16478

447074

19224

510941

21971

574809

24717

638677

27463

702544

30210

На основании предыдущего примера и данной таблицы выберем диаметр трубы отопления. Нам известно, что минимально необходимая тепловая мощность для комнаты площадью 20 м² равна 3710 Вт × час. Смотрим таблицу и ищем ближайшее значение, которое соответствует рассчитанному тепловому потоку и оптимальной скорости движения жидкости. Получаем внутренний диаметр трубы 12 мм, который при скорости движения теплоносителя 0,5 м ⁄ с обеспечит расход 198 кг ⁄ час.

Расчет диаметра трубы отопления для магистрали

Расчет системы отопления производится после того, как определены теплопотери каждого отапливаемого помещения, выбран тип нагревательных приборов, они размещены на плане этажей, определены вид системы и места расположения магистралей и стояков.

Рассмотрим простой пример:

расчет труб отопления магистрали
Посчитав суммарную требуемую мощность, можно определить диаметр трубы по таблице: 

Диаметр труб, дюймов Расход теплоносителя, л ⁄ мин Тепловая нагрузка, кВт
1 ⁄ 2 5,7 5,5
3 ⁄ 4 15 14,6
1 30 29,3

В помещении А мощность тепловой нагрузки составляет 3,3 кВт, соответственно, нужный диаметр трубы 1 ⁄ 2 дюйма (2).

В помещении В мощность тепловой нагрузки составляет 16,4 кВт, соответственно, нужный диаметр трубы 3 ⁄ 4 дюйма (1).

Для магистрали (3) необходимо сложить суммарные мощности помещения А и В. Получаем 20,2 кВт. Соответственно, диаметр труб должен быть 1 дюйм.

Правильный выбор диаметра труб отопления поможет сэкономить средства. Чем меньше диаметр труб, тем меньше цена на фитинги к ним. Однако, не стоит необоснованно занижать сечение труб — это приведет к снижению коэффициента полезного действия (КПД) всей отопительной системы.

подписка на дзен