Трубы для системы отопления в частном доме

Приветствую, камрады! Знаете ли вы, какой диаметр трубы нужен для отопления частного дома? Если вас заинтересовал заголовок статьи, то, вероятно, не знаете. Я собираюсь исправить этот недочет и познакомить вас с предельно простыми и понятными схемами расчетов системы отопления. Итак, в путь.

Наша задача — научиться рассчитывать размеры трубопроводов в автономной системе отопления.

Шаг за шагом

Чтобы вычислить размер труб на разных участках отопительной системы, нужно знать:

1. Потребность в тепле всего дома. Она определяет мощность котла или другого источника тепла и диаметр розлива на входе и выходе из его теплообменника;
2. Тепловую нагрузку на отдельные участки контура. Она складывается из суммарной мощности отопительных приборов и определяется теплопотерями отапливаемого помещения или группы помещений.

Вычисляем мощность котла

Простая схема

Советские СНиПы полувековой давности предлагали рассчитывать тепловую мощность системы отопления, исходя из нормы в 100 ватт на квадратный метр. Скажем, дому площадью 150 м2 нужен источник тепла мощностью 150х100=15000 ватт, или 15 кВт. Точка.

Расчет отопления по площади: 1 киловатт мощности котла или отопительного прибора соответствует 10 квадратным метрам.

Схема понятна, проста и… дает огромные погрешности. Дело в том, что она полностью игнорирует ряд факторов, очень сильно влияющих на теплопотери:

• Высоту потолка. В квартирах домов постройки 60-90 годов 20 века она была типовой — 2,5 метра. В коттеджах же можно встретить разброс от 2,4 до 4 и более метров. Между тем с увеличением высоты потолка увеличиваются отапливаемый объем, площадь стен (через которые теряется тепло) и, соответственно, растут затраты энергии на обогрев;

Для дома со вторым светом простой расчет отопления по площади абсолютно непригоден благодаря большой высоте потолков.

• Качество утепления стен. Здание из газобетона с внешним утеплением пенопластом или минеральной ватой будет терять куда меньше тепла, чем дачный домик со стенами в один кирпич;

Когда создавался СНиП, предлагающий рассчитывать отопление по норме 100 Вт/м 2 , стандартом де-факто были типичные для домов сталинской постройки кирпичные стены толщиной в 2 кирпича (с учетом толщины кладочных швов — 51-52 сантиметра).

Толщину стен сталинки легко измерить в оконном проеме: она чуть больше суммарной длины двух кирпичей (2х25 см).

• Площадь и структуру остекления. Через окна в общем случае теряется намного больше тепла, чем через стены, поэтому, чем больше их площадь — тем больше тепла нужно для обогрева. При этом окна могут сильно различаться теплопроводностью: тройной энергосберегающий стеклопакет пропускает в 8-10 раз меньше тепла, чем одиночное остекление;
• Климатические условия. При неизменном качестве утепления теплопотери прямо пропорциональны разнице температуры между домом, который мы отапливаем, и наружным воздухом. При +20 в доме расход тепла в 0 °С и -40 °С на улице будут различаться ровно в три раза. Нормативы СНиП, верные для европейской части России, в равной степени непригодны для теплых и холодных регионов.

Чем ниже уличная температура, тем большие теплопотери приходится компенсировать отоплению.

Точная схема

Как учесть все переменные при проектировании отопительной системы коттеджа?

Очень просто. В расчетах нужно учесть:

1. Объем отапливаемого помещения. Он равен произведению отапливаемой площади на высоту потолка;
2. Качество утепления стен и теплопотери через окна;

Утепление фасада и установка многокамерных окон может сократить теплопотери в несколько раз.

1. Максимальную разницу температуры с улицей.

Формула для расчета имеет вид Q=V*K*Dt/860. В ней:

• Q — рассчитываемая мощность (кВт);
• V — объем дома или отдельного помещения, которое нам предстоит отапливать (м3);
• K — коэффициент рассеивания тепла, определяющийся качеством утепления стен и структурой остекления окон;
• Dt — разница между температурой в доме (в расчетах ее принимают соответствующей санитарным нормам) и нижним пиком зимних температур (читай — температурой пяти самых холодных дней самого холодного месяца).

Подчеркиваю: в расчетах учитывается температура самой холодной пятидневки, а не абсолютный минимум температуры. Экстремальные заморозки случаются с периодичностью раз в несколько десятилетий, и закладывать их в проект, мягко говоря, накладно.

Где взять значения санитарных норм и зимних минимумов температуры?

С первым параметром все просто: он равен +18 °С в регионах со средним минимумом зимней температуры выше -31 градуса и +20 °С в более холодной климатической зоне.

Действующие санитарные нормы температуры для жилых комнат и вспомогательных помещений.

Источником информации о температурах самых холодных пятидневок для разных регионов страны для вас может стать СНиП 23-01-99, посвященный строительной климатологии. Если вам не хочется рыться в нормативной документации — просто найдите свой город на карте строкой ниже.

Распределение температур самых холодных пятидневок зимы по территории России.

Чему равен коэффициент теплопотерь?

Он подбирается из следующих диапазонов значений:

Изображение	Коэффициент и описание постройки
	0,6-0,9: утепленный фасад, тройные и/или энергосберегающие окна.
	1-1,9: стены в 2 кирпича и двойные стеклопакеты.
	2-2,9: стены — 25 см кирпичной кладки или 10 см бруса, окна — с одиночным остеклением.
	3-4: постройка с металлическими стенами без утепления.

Давайте еще раз своими руками рассчитаем суммарную мощность отопительной системы для дома площадью 150 квадратов, уточнив ряд дополнительных параметров:

• Дом расположен в Севастополе (температура самых холодных пяти дней зимы — -14 градусов);
• Его стены сложены из инкерманского камня (местной осадочной породы с хорошими теплоизолирующими качествами) и имеют толщину 40 см;
• Высота потолка — 3,2 метра;
• Окна — пластиковые, с однокамерными стеклопакетами.

Однокамерные пластиковые окна типичны для Крыма и вообще для теплых регионов страны.

Приступим к расчету.

Объем помещения равен 150х3,2=480 кубометров.

Коэффициент утепления с учетом крайне низкой теплопроводности инкерманского камня принимаем равным единице (1,0).

Дельта температур между домом и улицей равна 20 — -14 = 34 °С.

Подставляем значения в формулу: Q = 480*1*34/860 =19 (с округлением) киловатт.

Вычисляем мощность отдельного контура

Тепловая нагрузка на каждом отдельном участке контура отопления равна сумме значений мощности подключенных к нему отопительных приборов. Если в комнате стоит два радиатора по 1,5 кВт каждый, то она создает нагрузку на контур, равную 1,5+1,5=3 киловаттам.

В угловой комнате установлены два панельных радиатора мощностью 1,5 кВт каждый.

Суммарная мощность всех отопительных приборов в доме должна быть равной номинальной мощности котла или незначительно превышать ее.

Где взять информацию о мощности приборов?

Для панельных, пластинчатых радиаторов и конвекторов — только в сопроводительной документации или на официальном сайте производителя.

В случае секционных радиаторов можно использовать в расчетах следующие значения мощности на одну секцию:

Изображение	Тип радиатора и номинальная тепловая мощность секции
	Чугунный: 140-160 Вт.
	Биметаллический: 180-190 Вт.
	Алюминиевый: 200-210 Вт.

Как всегда, есть нюанс. Производители указывают мощность для вполне конкретного режима работы — для дельты температуры между поверхностью радиатора и окружающим воздухом в 70 градусов.

На практике этот режим достижим только в системе центрального отопления и только в пик холодов: при температуре на подаче отопления 95 °С ближние к элеваторному узлу батареи могут нагреться до 90 градусов при температуре воздуха в квартирах 20 °С.

Температурный график центрального отопления. В радиаторы поступает смесь теплоносителя из подачи и обратки (средняя линия).

Фактическая тепловая мощность секции будет уменьшаться пропорционально разнице температур между отапливаемым помещением и теплоносителем. При +60 на поверхности радиатора и +25 в комнате дельта температур будет равна 35 градусам, а тепловая мощность каждой секции упадет относительно номинальной ровно вдвое.

Расчет диаметра розлива и подводок к радиаторам выполняется для самой высокой температуры теплоносителя, с которой планируется эксплуатировать отопительную систему, и минимальной температуры в помещении. В этом случае в проект закладывается максимально возможная тепловая нагрузка.

В автономной системе отопления типична температура теплоносителя в 50-75 градусов.

Давайте разберем расчет нагрузки на отдельный отопительный контур на примере.

Дано:

• Комната отапливается двумя радиаторами с номинальной мощностью 1,5 кВт каждый;
• Система отопления будет работать с температурой подачи 75 градусов;
• Воздух в комнате может остывать до +18 °С.

Дельта температур равна 75-18=57 °С, или 57/70=0,81 от той, при которой радиатор отдает номинальную мощность.

Фактическая мощность радиаторов (то есть максимальная тепловая нагрузка на контур) равна 3*0,81=2,43.

Вычисляем диаметр трубы

На расчетный диаметр труб для системы отопления оказывают влияние два параметра:

1. Тепловая нагрузка, которую мы только что научились рассчитывать;
2. Скорость теплоносителя в контуре. Чем быстрее он движется, тем больше тепла переносится за единицу времени при неизменном внутреннем сечении трубы.

Современные циркуляционные насосы позволяют регулировать производительность и, соответственно, скорость теплоносителя.

В системе с циркуляционным насосом выгоднее не увеличивать диаметр розлива и подводок, а ускорить циркуляцию, поставив более производительный насос. Цена погонного метра трубы при росте диаметра увеличивается нелинейно, поэтому ставить толстые трубы накладно.

Однако здесь есть ограничивающий фактор — гидравлические шумы. При скорости свыше 0,7 м/с появляется шум на дросселях, а при 1,5 м/с и выше — на поворотах и фитинговых соединениях. Поэтому в расчеты закладывается скорость циркуляции в 0,4-0,6 м/с.

Дросселирующая арматура при высокой скорости теплоносителя станет источником сильного шума.

Внутренний диаметр трубы рассчитывается по формуле D=√354*(0,86*Q/Dt)/V. В ней:

• D — искомый диаметр (мм);
• Q — тепловая нагрузка (кВт);
• Dt — разница температур на входе и выходе контура (°С);

Типичный перепад температуры между подачей и обраткой в автономном контуре — 20 градусов.

• V — скорость теплоносителя (м/с).

Так, при мощности котла 12 кВт, дельте температур 20 градусов и скорости воды в контуре 0,6 м/с минимальный внутренний диаметр розлива равен √354*(0,86*12/20)/0,6=17,4 мм.

У стальной трубы ее номинальный размер (ДУ, или DN) примерно равен внутреннему диаметру. С учетом реальной линейки размеров внутреннему диаметру 17,4 мм соответствует водогазопроводная труба ДУ 20.

Размеры стальных водопроводных труб. Слева направо: номинальный размер, внешний диаметр, толщина стенки.

Для подводок к радиаторам и небольших отопительных контуров трудно рассчитать перепад температуры между подачей и обраткой. В этом случае проще подобрать размеры труб по таблице:

Взаимная зависимость диаметра трубопровода, тепловой нагрузки и скорости теплоносителя.

В частных домах монтаж системы отопления чаще выполняется не стальными трубами, а пластиковыми и металлопластиковыми. Причина — более низкая цена погонного метра полипропиленовых или металлополимерных труб по сравнению со стальными. Эти изделия используют другую систему обозначений размера: для них указывается внешний диаметр.

Полипропиленовые трубы маркируются внешним диаметром. На фото для монтажа подводки к радиатору использована труба размером 20 мм.

На пропускную способность розлива или подводки влияет только внутреннее сечение трубы . Чтобы рассчитать внутренний диаметр, отнимите от наружного диаметра две толщины стенки. Оба параметра всегда указываются в маркировке.

В маркировке пластиковых труб указываются внешний диаметр и толщина стенок.

Пример: нам нужна труба с внутренним диаметром 17,4 мм. Стенка армированной полипропиленовой трубы размера 25 мм имеет толщину 3,2 мм. Внутренний диаметр трубы равен 25-(3,2*2)=18,6 мм.

Вердикт: подходит.

Патрубок на выходе 12-киловаттного электрического котла. Внешний диаметр — 25 миллиметров.

Особый случай

Гравитационная отопительная система имеет пару особенностей:

• Избыточное давление в системе отсутствует. Контур сообщается с атмосферой через открытый расширительный бачок;
• Вместо насоса теплоноситель приводится в движение естественной конвекцией: нагретая котлом вода вытесняется в верхнюю точку отопительного розлива и возвращается к котлу через розлив самотеком, по пути отдавая тепло батареям.

Так устроена открытая отопительная система с естественной циркуляцией.

Достоинства гравитационной схемы отопления — полная энергонезависимость и абсолютная безопасность. Закипевшая в теплообменнике котла вода не вызовет его взрыв: пар покинет контур через открытый расширительный бак.

Оборотная сторона достоинств естественной циркуляции — минимальный гидравлический напор в контуре. Последствия низкого напора — медленная циркуляция воды и неравномерный нагрев радиаторов.

Чтобы компенсировать низкий напор, нужно уменьшить до минимума гидравлическое сопротивление розлива.

Как это сделать?

Инструкция очевидна: надо увеличить его диаметр. Потеря напора в трубе обратно пропорциональна ее внутреннему сечению.

Внутренний диаметр отопительного розлива в гравитационной системе не должен быть меньше 32-40 миллиметров.

Розлив в системе с естественной циркуляцией. Обратите внимание на диаметр трубы.

Заключение

Надеюсь, что этот материал поможет читателю в проектировании собственной отопительной системы. Узнать больше о методиках расчета отопления вам поможет видео в этой статье. Жду ваших дополнений к ней. Успехов, камрады!