Розрахунок діаметра труб для опалення з природною циркуляцією

Важливим пунктом розрахунків системи опалення є вибір діаметра труб. Враховується низка факторів, що залежать від типу підключення опалювальних елементів, необхідної потужності системи, параметрів котла тощо. Починати розраховувати діаметр труб для опалення із природною циркуляцією необхідно з вибору конкретного способу підключення системи та її основних параметрів. У ході розрахунків вже можна буде робити висновки про доцільність застосування того чи іншого діаметра або коригувати параметри системи, виходячи з економічних, технологічних або навіть естетичних міркувань.

Що враховується під час розрахунку

Основні критерії, які важливо врахувати:

обсяг теплоносія, достатнього для заповнення системи;
довжина опалювального контуру;
номінальна швидкість потоку теплоносія;
потрібна продуктивність, кВт;
циркуляційний тиск;
опір труб та фітингу в опалювальному контурі.

Для кожного параметра є діапазон прийнятних значень. Розрахунок при цьому повинен дати розмір труби системи опалення, що відповідає всім вимогам і забезпечує оптимальні параметри.

Розрахунки стосуються внутрішнього діаметра. Вже після отримання потрібного розміру вибирається відповідний номінал, що є у продажу, далі підбирається матеріал. Від цього залежить товщина стінок, зовнішній діаметр та зовнішній вигляд.

Параметри опалення, які використовуються для розрахунку діаметра труб

об'єм контуру опалення;
швидкість руху теплоносія;
теплоємність;
перепад тиску гарячого та остиглого теплоносія;
висота контуру.

Об'єм рідини в системі з природною циркуляцією,сам собою, не грає ключової ролі. Чим більше теплоносія, тим більше витрачається палива для нагрівання, проте за рахунок збільшеного обсягу підвищується тиск циркуляції, що сприяє зростанню ККД опалення.

Діаметр труб для опалення з природною циркуляцією вибирається якомога більшим. Особливо коли немає можливості підвищити загальну висоту контуру.

Потрібно розподіляти труби та радіатори таким чином, щоб скоротити шлях від котла до радіатора. Занадто довгі лінії на подачі, хоч і забезпечать більший напір у системі, проте зменшать ефективність обігріву в далеких точках. При цьому вплив має лише висота ділянки.

Швидкість рідини обмежується в межах 0,4-0,6 м/с, що дозволить знизити до мінімуму опір у трубах. Бажано підтримувати перехідний тип руху води в трубах між ламінарним (рівномірним) та турбулентним (із завихреннями).

Потрібна потужність розраховується за формулою:

де V - обсяг приміщення в метрах кубічних, dt - перепад температури на вулиці та в приміщенні, k - коефіцієнт тепловтрат для огороджувальних конструкцій приміщення. Це наближена формула розрахунку.

При природній циркуляції важливий тиск циркуляції. Рідина рухається виключно під впливом сил гравітації. Гарячий теплоносій надходить у труби, розташовані вище котла, наприклад, під стелею або на горищі. У радіаторах тепло переходить до внутрішнього повітря приміщення. Холодна вода має велику щільність і важче за гарячу, тому вона опускається, створюючи природний потік, стікаючи в котел, де знову нагрівається, утворюючи нерозривний цикл

Основна формула напору природної циркуляції:

де h – висота в метрах, g – прискорення вільного падіння, ρпт та ρот – густина води в середньомузначенні в трубопроводі, що подає, і зворотному.

Схема для розрахунку висоти рівня води

Основний параметр, що впливає на ефективність опалення – це висота рівня води в системі, різниця між рівнями підведення та відведення води від радіатора. Саме вона задає необхідний циркуляційний тиск під дією сил тяжіння. Для двотрубного горизонтального підключення висота вважається між середньою лінією радіатора і середньою лінією котла, тому логічно, що котел повинен бути значно нижчим. Для одноповерхового будинку це означає розташування котла у підвальному приміщенні.

Висота при вертикальному розподілі позначає різницю рівнів лінії підведення і зворотної, за умови, що котел знаходиться саме на рівні лінії відведення або трохи нижче. Однак часто технічно неможливо розподілити котел і радіатори на достатню різницю висот, тому слід зменшувати опір контуру, у тому числі збільшувати діаметр труб.

Іноді достатньо встановити розгінний колектор, «Л»-подібна ділянка труб, що додатково підвищує висоту контуру опалення. Формувати його слід безпосередньо від котла вгору і від верхньої точки по пологому шляху до першого радіатора в контурі.

Розрахунок опору підбір оптимального діаметра труби

Маючи на руках усі перелічені вище дані, починається підбір перерізу, часто не за один підхід. Виконавши розмітку прокладки відповідно до схеми підключення, береться умовний розмір перерізу, наприклад в 1 дюйм. Після цього розраховується опір системи і порівнюється з напором, що створюється гравітацією при номінальному значенні нагрівання теплоносія і температури охолодженої обратки.

Якщо натиску не вистачає, то збільшується перетин, і повторюються розрахунки.
Якщошвидкість руху води занадто низька або об'єм теплоносія занадто великий, то зменшується переріз і розрахунок повторюється заново.

Опір трубопроводу легше висловити, як втрату напору в метрах водяного стовпа.Використовується проста формула:

де H – умовна висота дорівнює опору контуру, λ – коефіцієнт шорсткості, Lк – довжина контуру, Dт – внутрішній діаметр каналу, V – швидкість руху рідини, g – прискорення вільного падіння.

У формулі є всі ключові параметри, такі як швидкість течії, діаметри труб у системі опалення та їх протяжність. Складність виникає з коефіцієнтом λ (гідравлічного тертя), який найлегше дізнатися з довідкових даних для типу труб, який обраний в якості основного при проектуванні. В іншому випадку знадобиться об'ємний і складний шлях розрахунку із застосуванням Числа Рейнольдса, формул Блазіуса та Конакова, Альтшуля та Нікурадзе.

Завдання полягає в тому, щоб при природній циркуляції опір контуру був меншим або дорівнює натиску, що створюється різницею рівнів.

Щоб визначитися, який розмір труби вибрати для опалення з природною циркуляцією, треба взяти найдовший контур від котла до далекого радіатора і порівнювати розрахункову втрату напору за умови, що натиск виходить найменший. Мається на увазі, що при розподілі маршрутів в опаленні з природною циркуляцією всі лінії, що підводять, розташовуються з невеликим обов'язковим ухилом від місця найближчого до котла і до далекого підведення останнього радіатора. Складає ухил приблизно 1 см на кожен метр або не менше ніж 0,5%.

Отримавши результати

У результаті розрахунків визначається оптимальний розмір труби. Однак слід враховувати, що остаточнепроектування має виконуватися професіоналам і із застосуванням значно складніших формул та схем. Враховуються і кількість колін, спосіб підключення, оптимізація за витратами, економічну доцільність і навіть естетичний вигляд. При виборі діаметра враховується поділ труб на основні та підвідні, наявність запірної арматури та регулюючих приладів, за допомогою яких налаштовується обігрів в окремих кімнатах.

Часта помилка старих систем опалення з природною циркуляцією пов'язана із розведенням труб. Коліна формувалися занадто незграбним і із завуженням перерізу, що призводить до суттєвого підвищення гідродинамічного опору. Для зниження опору необхідно дотриматися правильний радіус розвороту (для сталевих труб це 2-2,5D) і використовувати трубогиб для збереження профілю труб.