Как проводится расчет диаметра трубы для отопления по упрощенной схеме

В России первые эффективные устройства водяного отопления зданий разработал русский ученый П.Г. Соболевский в 1834–1841 году. Он впервые провел расчет диаметра трубы для отопления.

Калькулятор водяного теплого пола – наглядный пример

На самом деле, самый надежный калькулятор в этом процессе  – наглядный расчет водяного теплого пола. Дело в том, что площадь, которая будет прогреваться, не всегда соответствует площади помещения. Так, трубы контура не рекомендуется прокладывать под тяжелой мебелью.

Если вы задаетесь вопросом, как рассчитать теплый водяной пол, запаситесь миллиметровой бумагой. На листе с разметкой нарисуйте план помещения с соблюдением удобного вам масштаба, например, один квадратик будет равен ½ метра. На бумаге вы сможете отметить зоны под мебелью, а также набросать рисунок контура.

Существует два варианта укладки труб под теплоноситель: змейка и спираль. В первом случае будет гораздо легче спроектировать расположение труб, однако учтите, что эффективность такой системы может быть под вопросом. Дело в том, что теплоноситель будет отдавать температуру по мере продвижения по контуру. Поскольку он расположен вдоль помещения, то ближайшая к началу контура часть будет всегда прогреваться лучше, чем более удаленная. В этом случае вы должны обязательно учитывать, какие участки комнаты будут менее эксплуатируемыми.

Калькулятор водяного теплого пола – наглядный пример

Спираль сложнее спроектировать, однако ее эффективность на порядок выше. От врезки труба направляется сразу к центру комнаты, а оттуда уже расходится по периметру. Спираль также более предпочтительна при использовании труб с большим радиусом изгиба. К слову, стоят они на порядок дешевле, чем более гибкие варианты.

Равномерность прогрева зависит от расстояния между линиями контура. Чем больше диаметр трубы, тем большая зона прогревается, однако мало кто использует трубы диаметром больше, чем 16 мм. В этом случае по сторонам от линии прогревается по 10 см поверхности. Чем больше диаметр, тем больше придется делать толщину пола.

Ошибки новичков — рекомендации профессионалов

Многие пользователи калькулятора онлайн расчета водяного теплого пола допускают существенные ошибки, которые влияют на конечные результаты. Вот некоторые погрешности пользователей:

  • На один контур рассчитана труба длиной не более 120 м.
  • Если теплые полы будут в нескольких комнатах, то средняя длина контура должна быть приблизительно одинаковой, отклонения не должны превышать 15 м.
  • Расстояние между ветками выбирается в соответствии с температурным режимом системы отопления, чаще всего это будет зависеть от региона территории.
  • Средне значение расстояние от стен до контура составляет 20 см, плюс-минус 5 см.

Что нужно знать, отправляясь за необходимыми строительными материалами?

Экструдированный пенополистирол является наилучшим материалом в случае утепления пола, он отличается долговечностью и монолитностью структуры. Сверху утеплителя следует уложить гидроизоляцию, достаточно будет полиэтиленовой пленки, а вдоль стен нужно уложить демпферную ленту.

Арматура является основой для крепления труб и бетонной стяжки, скобы для труб – еще один обязательный элемент. Также следует взять распределяющийся коллектор, который позволит экономно и эффективно распределить теплоноситель.

Данные для расчёта

От величины шага укладки контура зависит уровень подогрева

Перед тем, как рассчитать теплый водяной пол, необходимо собрать исходные данные.

Данные для расчёта

Шаг, с которым укладывается контур, составляет от 100 до 300 мм. Величина шага регулирует уровень подогрева. Теплоотдача теплого пола при маленьком шаге будет высокой, а при большом – низкой. Расстояние между трубками более 300 мм делать не рекомендуется, так как пол будет прогреваться не равномерно. Менее 100 мм не позволит сама трубка. При большом изгибе она может переломиться.

Читайте также:  Как правильно класть теплый пол водяной и электрический

Расход трубы в зависимости от шага представлен в таблице.

Шаг Кол-во трубы на 1 м2
1 100 мм. 10 п. м.
2 150 мм. 6,7 п. м.
3 200 мм. 5 п. м.
4 250 мм. 4 п. м.
5 300 мм. 3,4 п. м.

Длинна всей системы зависит от диаметра трубы

Данные для расчёта

Трубы теплого пола бывают разных диаметров. В зависимости от величины данного параметра подбирается длина всей системы.

Для труб диметром 2 см максимальная длина трубы не должна превышать 120 м.

При использовании труб меньшего диаметра максимально допустимый метраж будет снижаться.

Так, трубопровод диаметром 1,6 см будет иметь максимальную длину только 100 м. Расчет длины трубы для теплого пола необходимо производить с учётом шага и сечения трубопровода.

Данные для расчёта

Оптимальная температура пола — от 27 до 35 градусов

Перед тем, как рассчитать водяной теплоноситель, необходимо определить, какой уровень температуры в помещении будет оптимальным. Температуру поверхности пола рекомендуется рассчитывать в пределах от 27 до 35°С в зависимости от вида покрытия и назначения помещения.

Так, для полов из паркета или ламината подходит температура 27°С. При устройстве покрытий из кафеля в ванной комнате или на кухне можно сделать температуру пола порядка 33°С. Покрытие с самой высокой температурой 35°С рекомендуется укладывать по периметру наружных стен. В жилой комнате температура напольного покрытия должна быть 29°С.

Расчет теплого пола невозможен без определения теплопотерь. При этом учитываются такие параметры, как:

Данные для расчёта
  • высота этажа;
  • планируемый уровень температуры пола;
  • климатические параметры региона проживания;
  • размеры периметра, высоты и площади помещения;
  • наличие и мощность существующих источников отопления;
  • качественный состав материалов, из которых выполнены внешние ограждающие конструкции дома.

Следует знать, что передача тепла от нагревательного элемента через стяжку пола не проходит без потерь, поэтому расчётная температура теплоносителя должна быть на 10-15°С выше, чем та температура покрытия, которая необходима в итоге.

Порядок расчета

Начинать расчет диаметра трубы для отопления надо с прорисовки схемы. Надо начертить план каждого этажа здания и отразить на нем все ветви системы. Это все делается в виде эскиза, от руки, а чтобы вам было лучше понятно, лист бумаги возьмите побольше. Когда схема готова, представьте себе абстрактную картинку, где горячая вода из котла растекается по трубопроводам и несет с собой тепло в каждое помещение. Так вот, наши трубы должны пропустить достаточное количество этой воды, чтобы тепла хватило на каждую комнату.

Считать начинаем от самого дальнего помещения, где находится тупик отопительной системы. Массовый расход теплоносителя определяем по формуле:

G = Q / Δt , где:

  • G – искомый массовый расход воды, кг/ч;
  • Q – количество теплоты, необходимое для обогрева помещения, Вт;
  •  Δt– разница температур в подающем и обратном трубопроводах, в расчетах всегда принимается равной 20 ºС.

Мы определили массу жидкости, протекающей в нашу комнату, а чтобы выбрать нужный диаметр труб, нужно знать ее объем. Так как вода — горячая с максимальной температурой 80 ºС, то и плотность ее меньше, значит, надо посчитать объемный расход (л/ч), разделив массу на плотность:

V = G / ρ

Для справки. Плотность воды при температуре 80 ºС составляет 971.6 кг/м3.

Зная объем протекающего теплоносителя, можем вычислить площадь поперечного сечения:

А = V / (3600ϑ)

В этой формуле:

  • А – площадь сечения трубы, м2;
  • V – объемный расход теплоносителя, м3/ч;
  •  ϑ– скорость движения воды, м/с.

Далее, диаметр металлопластиковых труб для отопления, как и теплопроводов из других материалов, рассчитывается через формулу площади круга:

D = √ 4А / π

Пример. В дальнюю комнату надо подать 3000 Вт теплоты, циркуляция теплоносителя — естественная. Массовый расход получится х 3000 / 20 = 129 кг/ч, объемный – 129 / 971.6 = м3/ч. Площадь сечения трубы будет: / (3600 х 0.3) = м2, а ее диаметр – √4 х  / = м или 12 мм.

Полученную цифру ставим на схеме около дальнего помещения и переходим к следующему, что ближе к котлу. В нем производим такие же вычисления, только надо учесть тот факт, что тепло для обеих комнат поставляется по одной трубе. Поэтому вначале надо сложить тепловую мощность на обогрев этих двух помещений, а результат подставлять в первую формулу вычисления массового расхода теплоносителя. По окончании переходим еще ближе к котлу, складывая теплоту для 3 комнат и так далее.

Если изложенный способ кому-то покажется громоздким, то выбор диаметра труб для отопления производится с помощью готовых таблиц. Однако зачастую представленная в них информация неполная либо дана в такой форме, что обычному домовладельцу трудно разобраться в цифрах. Вот одна из таких таблиц:

Как видите, расчетные диаметры здесь представлены с определенным промежутком, хотя стандартный ряд внутренних размеров идет в таком порядке: ДУ 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50 и так далее. Кстати, хорошо заметно, насколько трубы для отопления с естественной циркуляцией получаются большего диаметра, чем когда в системе стоит циркуляционный насос. Чтобы в этом убедиться, достаточно сравнить пропускную способность любого размера труб при скорости теплоносителя 0.3 и 0.7 м/с.

Получив результаты, подбираем трубу по размеру из стандартного ряда, принимая ближайший больший диаметр. Надо учесть, что в обозначении стальных водогазопроводных труб указан внутренний размер изделия, а в электросварных – наружный. Такую же маркировку имеют металлопластиковые, полиэтиленовые и полипропиленовые трубы, поэтому для определения внутреннего диаметра надо от наружного габарита отнять 2 толщины стенок.

Рекомендуем: Как сделать отопление в частном доме – подробное руководство Как сделать двухтрубную систему отопления Как сделать гидравлический расчет системы отопления

Медные трубы

Самая высокая степень теплоотдачи у трубной продукции, произведенной из меди. При обустройстве теплого пола можно использовать медные изделия, у которых диаметр составляет от 14 до16 миллиметров.

Но у такой трубной продукции имеется несколько отрицательных характеристик:

  1. Высокая цена – в среднем один погонный метр трубы из меди обойдется в 2 – 2,5 раза дороже стоимости пластикового и металлопластикового изделий.
  2. Сложный монтаж – медным трубам непросто придать заданную форму, поэтому при укладке конструкции пола с обогревом пользуются сваркой.

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.

Расчет отопительного коллектора

На этом принципе основан расчет коллектора. Он должен иметь величину поперечного сечения, равную или допустимо большую суммы площадей сечений всех отводящих веток. Размер сечения сборной гребенки должен быть не меньше суммы площадей подводящих трубопроводов.

Это условие описывается данной формулой:

S = S, + S,, + S,,, + … + Sn

Где:

  • S — площадь сечения коллектора или гребенки;
  • S, … — Sn — площади сечений исходящих или входящих веток.

Формула расчета площади сечения

За основу берется формула вычисления площади круга, а в данном случае — сечения коллектора (гребенки). Сумма площадей сечений отходящих труб и дает нужный результат — величину отопительного коллектора.

Sколл = π × Dколл²/4, тогда формула расчета принимает вид:

π × Dколл²/4 = π × d,²/4 + π × d,,²/4 + π × d,,,²/4 + …+ π × dn²/4,

где:

  • Dколл — диаметр коллектора;
  • π — число Пи;
  • d, — dn – внутренние диаметры отводящих веток.
Расчет отопительного коллектора

Чтобы упростить формулу, надо сократить число пи и взять все под корень квадратный:

Dколл = 2 × √ (d,²/4 + d,,²/4 + d,,,²/4 +…+dn²/4).

По этой формуле можно рассчитать коллектор любой сложности и конфигурации. В случае, если все отходящие ветки отопления имеют одинаковый диаметр, формула принимает следующий вид:

Dколл = 2 × √ (dобщ²/4 × N),

где:

  • N — количество отводящих от гребенки труб;
  • dобщ – диаметр каждой отводящей трубы.

Если при расчете получается дробное число, его следует округлять в большую сторону. Это нужно для того, чтобы не произошло заужение сечения коллектора и снижение мощности системы.

Дополнительные требования к конструкции коллектора

При расчете всех параметров коллектора должны выполняться два условия: расстояние между входной и выходной группами веток равно шести диаметрам, а отводы отопительных контуров удалены друг от друга на три размера.

Схема подключения коллектора в систему отопления коттеджа.

Факторы, влияющие на выбор труб

Выбор диаметра труб для отопления частного дома играет действительно важную роль, поскольку от этого параметра будет зависеть пропускная способность теплосистемы, а также ее тепловые и гидравлические потери. Помимо этого, обязательно следует учитывать масштаб монтируемой системы, а именно количество радиаторов и помещений, требующих обогрева. Многие думают, что чем больше диаметр трубы для отопления частного дома, тем больше ее пропускная способность, а значит, количество радиаторов можно будет увеличить.

Однако повысить эффективность таким способом вряд ли удастся. Мало того что покупка труб с неоправданно большим сечением повлечет дополнительные расходы, так еще и появится риск падения давления в системе до критического значения и, как следствие, снижение КПД.

Расчет сопротивления контура отопления и подбор оптимального диаметра трубы

Опорные данные уже получены и учтены. Теперь необходимо определить оптимальный маршрут для разводки труб к местам установки радиаторов, количество фитингов, колен и поворотов трубы. Для начала берется приблизительный диаметр трубы, например ¾ дюйма. Для этого размера подбираются диаметры магистральных, коллекторных участков и подводов к теплообменникам и рассчитывается сопротивление контура отопления. Полученное значение сравнивается с производительностью выбранного циркуляционного насоса, которое должно быть минимум на 25% больше.

Когда вычисленная скорость движения жидкости получается слишком низкой или завышен объем теплоносителя, то переходят на меньший опорный диаметр и расчеты повторяются. Аналогично и с увеличением.

На практике сопротивление труб выражается метрами. Обозначается условная потеря напора эквивалентная высоте водяного столба. Применяется формула:

H = λ(L/D)(V2/2g),

где H – высота соответствующая потере напора, λ – сопротивление метра трубы, L – полный маршрут контура отопления, D – искомый диаметр, притом именно внутренний, V – скорость течения теплоносителя, g – ускорение свободного падения.

Задача состоит в том, чтобы значение потери напора была меньше примерно на 20% от создаваемого напора насосом принудительной циркуляции.

Берется суммарная протяженность трубопровода от котла к радиаторам по самому продолжительному пути и обратно без учета параллельных отводов.

Если используется основная коллекторная труба большего диаметра и отводы к радиаторам меньшим сечением, то расчет выполняется дважды по протяженности каждого типа труб и результаты суммируются.

Расчет для разных типов помещений

В каждом помещении, в зависимости от его особенностей, требуется различная мощность подогрева пола. Наибольшей она должна быть в прохладных комнатах, а также на лоджии или балконе. В таком помещении мощность не может быть менее 180 Вт/м2. В ванной или санузле – не менее 140 Вт/м2 из-за высоких показателей влажности.

На заметку! Мощность системы теплого пола не может быть невысокой, если под обустраиваемой комнатой находятся не отапливаемые помещения.

Что касается электрического пола, в этом случае минимальная мощность должна быть равна 120 Вт/м2.

Электрический теплый пол под плитку

Таблица. Мощность системы подогрева пола в случае использования ее как дополнительного источника тепла.

Помещение Мощность, Вт/м кв.
Балкон и лоджия 180
Ванная, санузел 140-150
Жилые комнаты и кухня, расположенные на 2 и выше этажах 120-130
Жилые комнаты и кухня, расположенные на 1 этаже 140-150
Dartshouse - точечный ремонт вашего дома