Как выполняется расчет диаметра трубопровода

h t = λ(L/d)(v 2 /2g).

  • где L –длина трубопровода.
  • d -диаметр участка трубопровода.
  • v — средняя скорость перемещения жидкости.
  • λ -коэффициент гидравлического сопротивления, который в общем случае зависит от числа Рейнольдса (Re=v*d/ν), и относительной эквивалентной шероховатости труб (Δ/d).

Значения эквивалентной шероховатости Δ внутренней поверхности труб разных типов и видов указаны в таблице 2. А зависимости коэффициента гидравлического сопротивления λ от числа Re и относительной шероховатости Δ/d указаны в таблице 3.


В случае, когда режим движения ламинарный, то для труб некруглого сечения коэффициент гидравлического сопротивления λ находится по персональным для каждого отдельного случая формулам (табл. 4).

Если турбулентное течение развито и функционирует с достаточной степенью точности, то  при определении λ можно использовать формулы для круглой трубы с заменой диаметра d на 4 гидравлических радиуса потока Rг (d=4Rг)

Выбор подходящего диаметра труб для отопления

Провести точный расчет сечения трубопровода практически невозможно. Для этих целей применяется несколько способов, при приблизительной идентичности конечного результата. Как известно, главной задачей системы является доставка на батареи необходимого объема тепла, чтобы добиться максимальной равномерности нагрева отопительного прибора.

В принудительных контурах для этих целей задействуется трубопровод, теплоноситель и циркуляционный насос. С помощью этого набора приспособлений необходимо за фиксированное время подать нужную порцию теплоносителя. Существует два способа реализации этой задачи – использование труб меньшего диаметра в комбинации с большей скоростью движения воды, или применение системы с большим сечением, в которой интенсивность движения будет меньшей.

Причины популярности первого варианта:

  1. Меньшая цена на более тонкие трубы.
  2. Большая простота монтажа.
  3. На открытых участках такие системы менее заметны. Если же их помещать в пол или стены, посадочные места под укладку требуется меньшие.
  4. В узких трубопроводах находятся меньше жидкости. Это приводит к снижению инерционности системы и к экономии топлива.

Благодаря набору типовых диаметров и фиксированному количеству транспортируемого по ним тепла, отпадает необходимость проведения однотипных расчетов. Для этих целей были составлены специальные таблицы: они позволяют, имея на руках данные о нужном количестве тепла, скорости подачи воды и рабочей температуре нагрева контура, рассчитать нужные размеры. Чтобы определиться, какие диаметры труб бывают для отопления, необходимо отыскать нужную таблицу.

Для расчета диаметра отопительных труб применяется следующая формула: D = √354х(0.86х Q/∆t)/V, где D — искомый диаметр трубопровода (мм), ∆t° — дельта температур (разница подачи и обратки), Q — нагрузка на данный участок системы, кВт — определенное количество тепла, необходимое на обогрев помещения, V — скорость теплоносителя (м/с).

Автономные системы обычно обладают скоростью движения теплоносителя на уровне 0,2 — 1,5 м/с. Как показывает практический опыт, наиболее оптимальной скоростью в таких случаях является 0,3 м/с — 0,7 м/с. При уменьшении этого показателя возникает реальная угроза появления воздушных пробок, при увеличении – теплоноситель при движении начинает сильно шуметь.

Для подбора оптимального значения и существуют таблицы. Они содержат данные для труб из разного материала – металла, полипропилена, металлопластика, меди. При определении диаметра труб отопления, как правило, упор делался на стандартные рабочие режимы с высокими и средними температурами. Понять суть процедуры помогут некоторые примеры.

Формулы для расчета платы за отопление для жилых и нежилых помещений, расположенных в многоквартирном доме:

применяется для расчета размера платы за отопление для жилого или нежилого помещения, расположенного в многоквартирном доме, не оборудованным общедомовым прибором учета тепловой энергии, при осуществлении оплаты за отопление в течение отопительного периода — Ознакомиться

применяется для расчета объема тепловой энергии для жилого или нежилого помещения, расположенного в многоквартирном доме, не оборудованным общедомовым прибором учета тепловой энергии, при осуществлении оплаты за отопление в течение отопительного периода —

применяется для расчета размера платы за отопление для жилого или нежилого помещения, расположенного в многоквартирном доме, не оборудованным общедомовым прибором учета тепловой энергии, при осуществлении оплаты за отопление в течение календарного года (12 месяцев) — Ознакомиться

применяется для расчета объема тепловой энергии для жилого или нежилого помещения, расположенного в многоквартирном доме, не оборудованным общедомовым прибором учета тепловой энергии, при осуществлении оплаты за отопление в течение календарного года (12 месяцев) —

применяется для расчета размера платы за отопление при наличии на многоквартирном доме общедомового прибора учета тепловой энергии, и в котором ни одно жилое или нежилое  помещение не оборудовано индивидуальным прибором учета на отопление — Ознакомиться

применяется для расчета объема тепловой энергии в жилом или нежилом помещении при наличии на многоквартирном доме общедомового прибора учета тепловой энергии, и в котором ни одно жилое или нежилое  помещение не оборудовано индивидуальным прибором учета на отопление —

применяется для расчета размера платы за отопление при наличии на многоквартирном доме общедомового прибора учета тепловой энергии, и в котором хотя бы одно, но не все жилые или нежилые  помещения, оборудованы индивидуальным прибором учета на отопление — Ознакомиться

применяется для расчета объема тепловой энергии в жилом или нежилом помещении при наличии на многоквартирном доме общедомового прибора учета тепловой энергии, и в котором хотя бы одно, но не все жилые или нежилые  помещения, оборудованы индивидуальным прибором учета на отопление —

применяется для расчета размера платы за отопление при наличии на многоквартирном доме общедомового прибора учета тепловой энергии, и в котором все жилые или нежилые  помещения, оборудованы индивидуальным прибором учета на отопление — Ознакомиться

Поиск соответствующих данных

Что касается поиска оптимальных справочных данных, то почти все сайты производителей комплектующих отопительных систем предоставляют эту информацию. В тех случаях, когда подходящие значения не были найдены, существует специальная система подбора диаметров. Эта методика основана на вычислениях, а не на усредненных закономерностях, построенных на обработке данных об огромном количестве отопительных систем. Расчет теплоносителя по сечению трубы разработан сантехниками с практическим опытом проведения монтажных работ, и применяется для обустройства небольших контуров внутри жилищ.

В подавляющем большинстве случаев отопительные котлы оснащаются двумя размерами подающих и обратных патрубков: ¾ и ½ дюйма. Этот размер принимается за основу для выполнения разводки до первого разветвления. В дальнейшем каждое новое разветвление служит поводом для уменьшения диаметра на одну позицию.  Этот метод позволяет провести расчет сечения труб в квартире. Речь идет о небольших системах в 3-8 радиаторов. Обычно такие схемы состоят из двух-трех линий с 1-2 батареями. Подобным образом можно рассчитывать и небольшие частные коттеджи. При наличии двух и более этажей приходится использовать справочные данные.

Двухтрубный контур в частном доме

Для начала немного обобщим. Возьмём для примера расчет диаметра труб из полипропилена для отопления в частном доме. В основном для контура применяют изделия сечением 25 мм, а отводы к радиаторам ставят 20 мм. Благодаря тому, что размер труб для отопления в частном доме, использованных в качестве патрубков к батареям меньше, происходят следующие процессы:

скорость теплоносителя растет; улучшается циркуляция в радиаторе; батарея прогревается равномерно, что важно при нижнем подключении.

Также возможны комбинации диаметра основного контура 20 мм и отводов 16 мм.

Чтобы убедиться в вышеуказанных данных, можно провести расчет диаметра труб для отопления частного дома самостоятельно. Для этого потребуются следующие значения:

квадратура помещения.

Зная количество отапливаемых квадратных метров, мы можем рассчитать мощность котла и какой диаметр трубы выбрать для отопления. Чем мощнее нагреватель, тем большего сечения изделия можно использовать с ним в тандеме. Для обогрева одного квадратного метра помещения потребуется 0,1 кВт мощности котла. Данные справедливы если потолки составляют стандартные 2,5 м;

теплопотери.

Показатель зависит от региона и утепления стен. Суть в том, что чем больше теплопотери, тем мощнее должен быть нагреватель. Чтобы обойти сложные вычисления, которые в приблизительном расчете неуместны, просто нужно добавить 20% к мощности котла, рассчитанной выше;

скорость воды в контуре.

Допускается скорость теплоносителя в диапазоне от 0,2 до 1,5 м/с. При этом в большинстве расчетов диаметра труб для отопления с принудительной циркуляцией принято брать среднее значение в 0,6 м/с. При такой скорости исключается появление шума от трения теплоносителя об стенки;

насколько остывает теплоноситель.

Для этого от температуры подачи отнимают температуру обратки. Естественно, точных данных вы не можете знать, тем более что находитесь на этапе проектирования. Поэтому оперируйте средними данными, которые составляют 80 и 60 градусов, соответственно. Исходя из этого, теплопотери составляют 20 градусов.

Теперь сам расчет как подобрать диаметр трубы для отопления. Для этого возьмем формулу, в которой изначально есть две постоянные величины, сумма которых составляет 304,44.

Последнее действие – это извлечение корня квадратного из полученного результата. Для наглядности посчитаем, какого диаметра трубы использовать для отопления частного дома с одним этажом площадью 120 м2:

304,44 х (120 х 0,1 + 20%) / 20 / 0,6 = 368,328

Теперь вычислим корень квадратный из 368,328, что равно 19,11 мм. Перед тем как выбрать диаметр трубы для отопления, еще раз делаем акцент на том, что это так называемый условный проход. У изделий из разного материала отличается толщина стенок. Так, например, у полипропилена стенки толще, чем у металлопластика. Раз уж мы в качестве образца вяли полипропиленовый контур, продолжим рассматривать этот материал. В маркировке этих изделий указывается наружное сечение и толщина стенок. Методом отнимания узнаем нужную нам величину и подбираем в магазине.

Соотношение наружного и внутреннего диаметра полипропиленовых труб

Для удобства воспользуемся таблицей.

По результатам таблицы можно сделать вывод:

  • если достаточно номинального давления в 10 атмосфер, то подходит наружное сечение трубы для отопления в 25 мм;
  • если требуется номинальное давление в 20 или 25 атмосфер, то 32 мм.

Конструкция и свойства полипропиленовых трубопроводов.

Конструкция соединительных деталей комбинированная. Каждая деталь, в своей основе, имеет впрессованные вставки. Эти вставки изготовлены из никелированной латуни, с внутренней либо наружной резьбой и обеспечивают переход на металлический трубопровод.

Свойства полипропиленовых трубопроводов:

  • Имеют меньший вес и меньшую стоимость;
  • Монтаж не требует больших трудозатрат;
  • Эластичность материала дает больше возможностей для комбинирования;
  • Полная безопасность для воды;
  • Антикоррозийная устойчивость и отсутствие известковых отложений;
  • Долговечность;
  • Устойчивость к перепадам давления и температуры;
  • Низкая теплопроводность;
  • Высокая звукоизоляция;
  • Простота в обслуживании и эстетический вид.

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.

Гидравлический расчёт


Понятие гидравлического расчёта подразумевает определение точного объёма той жидкости, которая может пройти через водопровод, не причинив вреда системе. Для этого следует учитывать следующие факторы:

  • Материал, из которого изготовлены трубы. Современные материалы практически не меняют свой внутренний диаметр даже после длительного промежутка времени.
  • Общая длина труб. В этот параметр также входят все изгибы и стыки.
  • Общее количество потребителей. При гидравлическом расчёте следует учитывать то, что жидкость будут потреблять из всех точек.
  • Пропускную способность труб. Данный фактор очень важен и показывает, какой напор выдержит система.

Произвести гидравлический расчёт возможно с применением таблиц. Например, подходит таблица Шевелева, в который указаны все необходимые сведения о трубах, сделанных из различных материалов.

В современном строительстве предпочитают использовать специальные программы, которые позволяют оптимизировать водопроводную сеть. В них имеются все необходимые данные, пользователю достаточно выбрать определённые условия, и система произведёт гидравлический расчёт самостоятельно. Данный способ актуален при прокладке водопроводных сетей в многоквартирных домах, так как именно там имеется большое количество потребителей.

Виды сечений труб

Для прокладки водопровода или канализации в строительстве применяют трубы различных форм и сечений. Для классического водопровода могут использоваться круглые, квадратные, прямоугольные, треугольные, эллипсовидные и прочие трубы. Для канализации используют трубы круглой, полукруглой, эллиптической, полуэллиптической, яйцевидной, прямоугольной, трапецеидальной и прочих форм и сечений.

Наибольшей популярностью пользуются трубы с круглой формой поперечного сечения. Изготовление таких труб малозатратно, они обладают хорошими техническими характеристиками, а также рядом отличных технических и эксплуатационных качеств. 

Для расчета веса трубы, либо длины трубы вы можете воспользоваться трубным калькулятором.

Виды сечений трубопровода могут быть различными: 

  • а) — Круглые;
  • б) — Квадратные;
  • в) — Прямоугольные;
  • г) — Треугольные;
  • д) — Эллипсовыидные;
  • е) — Кольчатые;
  • а,b — Линейные размеры.

Далее представлены формы поперечных сечений самотечных труб и каналов, такие как:

  • а) — Круглое,
  • б) — Полукруглое,
  • в) — Шатровое,
  • г) — Банкетное,
  • д) — Яйце­видное (овондальное),
  • е) — Эллиптическое,
  • ж) — Полукруглое с прямыми вставками;
  • э) — Яйцевидное перевернутое,
  • и) — Лотковое,
  • к) — Пятиуголь­ное,
  • л) — Прямоугольное,
  • м) — Трапецеидальное

Расчет сечения трубопровода

Формула площади поперечного сечения трубы будет зависеть от того, какова форма этого сечения. Для расчета сечения трубопровода необходимо вычислить площадь круга с диаметром, который равен наружному диаметру трубы, после чего вычесть толщину ее стенок.

Площадь круга рассчитывается по формуле: S = Pi*(R2) или S=Pi*(D/2-N)2,

где

  • R — радиус круга, равный половине ее внутреннего диаметра;
  • S — искомое значение;
  • Pi — число «пи», которое обычно округляют до 3,14.
  • D и N- наружный диаметр и толщина стенки трубы.

В качестве примера производим расчет площади внутреннего сечения круглого трубопровода с внутренним диаметром, в 100 мм.

Радиус, данной трубы, будет составлять 50 мм, или 0,05 м.

Площадь трубы будет равна 3,14 х 0,052 = 0,00785 м2.

Внимание: рассчитывая проходимость самотечных трубопроводов (например, бытовой канализации) принимайте в расчет не полное, а так называемое живое сечение потока, которое ограничено средним уровнем воды

  • а) — полное сечение,
  • б) — живое сечение потока в частично заполненной трубе,
  • в) — живое сечение потока в лотке.

Все необходимые данные о внутреннем диаметре ВГП труб, которые применяются при монтаже внутренних коммуникаций, можно найти в ГОСТ 3262-75, по которому эти трубы изготавливаются.

Таблица наружных диаметров труб.  

ДУ, мм

Наружный диаметр, мм

Толщина стенки труб, мм

Легких

Обыкновенных

Усиленных

15

21,3

2,5

2,8

3,2

20

26,8

2,5

2,8

3,2

25

33,6

2,8

3,2


4,0

32

42,3

2,8

3,2

4,0

40

48,0

3,0

3,5

4,0

50

60,0

3,0

3,5

4,5

65

75,5

3,2

4,0

4,5

80

88,5

3,5

4,0

4,5

90

101,3

3,5

4,0

4,5

100

114,0

4,0

4,5

5,0

125

140,0

4,0

4,5


5,5

150

165,0

4,0

4,5

5,5

Особенности труб с различными сечениями

Трубы круглого сечения очень просто очищаются от образовавшегося осадка гидравлическим способом с использованием шаров и цилиндров

По мере того увеличения диаметра трубы круглого сечения, давление грунта и временной внешней нагрузки стремительно увеличиваются. Для уменьшения усилия в стенках труб, своду придают полуэллиптическое сечение.

Иногда может использоваться яйцевидная форма сечения, труба такого сечения способна высокие статические и динамические нагрузки, но такая трубы имеет и недостатки: для монтажа труб с таким сечением необходима большая высота канала и глубина заложения, чем для труб круглого сечения при одинаковой пропускной способности.

Нюансы определения диаметра металлических труб

При проектировании больших систем теплоснабжения, для создания которых задействуют металлические трубы, следует учитывать теплопотери, происходящие через стенки. Размер потерь небольшой, но при условии значительной протяженности контура они приводят к тому, что температура теплоносителя на последних в ряду радиаторах станет низкой, если диаметр выбран неправильно.

Для примера приведен расчет для 40-миллиметровой стальной трубы, имеющей толщину стенки, равную 1,4 миллиметра– для этого пользуются формулой:

q = kх3,14х (tв – tп), где:

q – теплопотери на одном метре трубы;

k – линейный коэффициент передачи тепла, в данном расчете он равен 0,272 Втхм/с);

tв – температура рабочей среды в трубе – 80 градусов;

tп – температура воздуха в комнате – 22 градуса.

Подставив значения в формулу, получим:

q = 0,272х3,15х(80-22)= 49 Вт/с

Результат расчета говорит о том, что на каждом метре трубопровода теплопотери составляют около 50 Вт тепла. Когда длина отопительного контура большая, такая величина может стать критической. Следует помнить, что, чем большим будет сечение, тем значительнее получатся потери.

Если имеется необходимость их учесть, тогда при вычислении теплопотерь нужно к снижению тепловой нагрузки на отопительном приборе приплюсовать потери на трубопроводе и согласно полученной сумме определить искомый диаметр.

Обычно для систем автономного теплоснабжения данные значения не являются критичными. Кстати, при расчете потерь тепла и производительности отопительного оборудования, полученные цифры округляют в большую сторону.

Благодаря этому создается определенный запас, что позволяет не задумываться над тем, как рассчитать диаметр труб отопления частного дома и выполнять сложные расчеты, а воспользоваться уже имеющимися таблицами.

А как следует поступить, если таблицы, которые нужны, не удалось найти? Можно использовать нижеописанный метод подбора диаметра или действовать иначе. Известно, что при маркировке трубной продукции производители указывают различные внутренние или наружные размеры, а их с некоторой долей погрешности допустимо приравнивать.

Существует таблица, согласно которой можно отыскать тип и маркировку, когда известен внутренний диаметр. В ней также имеется информация относительно соответствующего размера изделия из других материалов.

Например, требуется рассчитать диаметр МП труб. Таблицу для металлопластиковой трубной продукции не удалось отыскать, но имеется для полипропилена. Поступают так: подбирают размеры для изделий из ППР и в таблице ищут аналоги для МП. Безусловно, погрешность будет, но для конструкций обогрева с принудительной циркуляцией это допускается.

h м = ζ v 2 /2g.

При развитом турбулентном режиме ζ = const, что позволяет ввести в расчеты понятие эквивалентной длины местного сопротивления Lэкв. т.е. такой длины прямого трубопровода, для которого h= hм. В данном случае потери напора в местных сопротивлениях учитываются тем, что к фактической длине трубопровода добавляется сумма их эквивалентных длин

Lпр =L + Lэкв.

где Lпр – приведенная длина трубопровода.

Зависимость потерь напора h1-2 от расхода называется характеристикой трубопровода.

В случаях когда движение жидкости в трубопроводе обеспечивает центробежный насос, то для определения расхода в системе насос – трубопровод выстраивается характеристика трубопровода h =h(Q) с учетом разности отметок ∆z (h1-2 + ∆z  при z1< z2 и h1-2 — ∆z при z1>z2) накладывается на напорную характеристику насоса H=H(Q), которая приведена в паспортных данных насоса (смотреть рисунок). Точка пересечения таких кривых указывает на максимально возможный расход в системе.  

Как рассчитать диаметр трубопровода

Для расчёта внутреннего диаметра трубопровода потребуются данные, которые можно почерпнуть из таблиц и технической литературы

Для проведения точных вычислений необходимо внимание и знание специфики проводимых операций. При правильном расчёт взаимосвязь между трубопроводом и протекающей по нему жидкости будет оптимальной

Следует знать, что при повышении скорости транспортируемой жидкости, возможно уменьшение внутреннего диаметра труб. Стоимость системы при этом факторе становится более низкой. Но нельзя быть уверенным, что скорость потока будет однородной. Поэтому, диаметр трубопровода должен обладать определённым запасом.

Для водопроводных труб круглого сечения, используют следующую формулу:

Q = (πd²/4)•w

Где Q является параметром расхода воды, d – это диаметр трубопровода, а w – скорость потока. Преобразовав формулу, можно получить её следующий вид:

d = √(4Q/πw)

Скорость потока воды определяется исходя из количества потребителей. Более сложные формулы в своей структуре имеют ещё один немаловажный фактор – коэффициент гидравлического трения. Такие формулы обладают громоздкой структурой и требуют большего времени на расчёты, но на выходе получаются точные цифры.

В современном строительстве предпочитают использовать либо табличный метод, либо прибегать к помощи компьютерных программ. Цифровые устройства обеспечивают введение большого количества параметров, что позволяет сделать расчёты точными, с минимальными погрешностями.


С этим читают