Правильный подбор диаметра труб отопления - это просто!
Здравствуйте! Почему-то большинство подбирает диаметры труб отопления на глаз. Сложилось мнение, что нужно взять диаметр трубы с запасом, побольше и все будет хорошо! Но нет, гидравлика так не работает.
Я Дягилев Игорь, компания Тепломир, Новосибирск. Я занимаюсь системами отопления в частных домах и коттеджах больше двадцати пяти лет. Сейчас я расскажу о как подобрать диаметр трубы отопления правильно и при этом очень просто.
В чем вообще проблема, почему так важно правильно подобрать диаметр труб? Что случится, если диаметр будет меньше или больше нужного? На самом деле, выбор правильного диаметра - это самое важное в проектировании системы отопления.
От него зависит все - заработает ли система отопления вообще, запустится легко или будет постоянно завоздушиваться и останавливаться. Хватит ли нормального недорогого насоса для хорошей работы системы, или придется покупать насос мощнее. Будут или не будут гудеть трубы. Как быстро будет прогреваться система, будут ли хорошо работать все радиаторы, не только ближние, но и дальние.
Поэтому, предлагаю такой план. Сначала разберем подбор по таблице диаметров. Потом обсудим проблемы неправильного выбора диаметров. Читайте до конца и вы будете знать, как не наступить на грабли, которые так любит большинство самостройщиков.
И еще я подарю вам калькулятор диаметров и расскажу, как им пользоваться. С ним вы сможете убедиться в правильности табличного подбора и рассчитывать любые другие диаметры, для полипропиленовых и металлопластиковых труб.
Таблица подбора
Итак, знакомимся с таблицей подбора. Таблицу я построил для самых популярных диаметров металлопластиковых труб, 16 мм, 20 мм и 26 мм. Вот они, в крайнем левом столбце. Их вполне достаточно для монтажа системы отопления большинства частных домов. Шестнадцатая труба, с внутренним диаметром 12 мм, двадцатая, с внутренним диаметром 16 мм, и двадцать шестая, с внутренним диаметром 20 мм.
Диаметры труб формируют строки с данными, какую тепловою мощность через эти трубы можно пропустить. Верхнее число в ячейке это мощность в ваттах. Вот в шапке указано. Нижнее, это расход воды в килограммах. Сколько воды необходимо для переноса этой тепловой мощности, при перепаде температуры между подачей и обраткой, ΔT, 20°C.
Для упрощенного подбора диаметра трубы отопления используются два основных параметра. Первый, как только сказал, это тепловая мощность, которую нужно передать по трубе и второй, это скорость потока, с которой должен течь по трубам теплоноситель.
Диапазон допустимой скорости потока достаточно большой, от 0,2 м/c до 1,5 м/с. Но пользоваться всем этим диапазоном в небольших системах частных домов не рекомендуется. Скорость 0,2 м/с сильно низкая. При такой скорости поток теплоносителя не сможет проталкивать пузыри воздуха по трубе и система завоздушится.
А при скорости больше 1,5 м/с поток воды в трубе уже становится турбулентным, труба начинает гудеть. При слишком высокой скорости сильно ускоряется эрозия трубы, особенно на углах и отводах. Поток воды может протирать фитинги буквально до дыр. Поэтому применяемый диапазон скорости потока в трубах частных домов лучше уменьшить.
Я взял максимальный диапазон от 0,3 м до 1 м, на таблице он выделен желтым цветом. А в середине, зеленым цветом, выделен оптимальный диапазон, от 0,4 м/с до 0,6 м/с.
Возникает логичный вопрос - а если есть оптимальный диапазон, то зачем вообще остальное? Допустим, есть у нас система мощностью 15 кВт.
Находим близкое значение в таблице - вот, в зеленой зоне, 15,7 кВт, на скорости 0,6 м/с на 26-й трубе.
Все, берем 26-ю трубу и расходимся, делаем всю систему из нее? Не, не расходимся.
Дело в том, что не всегда можно вписаться в оптимальный диапазон, на разных участках системы отопления приходится использовать и другие скорости. В начале системы можно и даже нужно использовать большие скорости, а на концевых участках и подводах к радиаторам минимальные.
Условно отопительную систему можно поделить на три части. Первая часть это котловой участок, трубопровод от котла до первого разветвления, например на первый и на второй этаж. На этом участке смело можно использовать максимальную скорость: 1-1,5 м/с.
Дальше средняя часть, это трубопроводы с максимальной длиной, в них используется рекомендуемая скорость из зеленого диапазона, 0,4-0,6 м/с.
И третья часть это концевые участки это последние два-три радиатора и сами подводы к радиаторам. На них неизбежно получится самая маленькая скорость.
Ладно, хватит болтать, давайте уже разберем конкретный пример. Допустим, у нас самый популярный газовый котел, 24 кВт.
В зеленом диапазоне для трубы 26-го диаметра, при скорости 0,6 м максимальная мощность всего 15,7 кВт. Получается, нужно брать трубу следующего диаметра, 32 мм? Да ни в коем случае! При подключении двадцати четырех киловаттного котла 26-й трубой скорость потока будет чуть меньше 1 м/с. Вот она где-то здесь.
Для котлового участка это вполне допустимая скорость. Покажу вам наглядный пример. Вот висит качественный итальянский котел 24 кВт. Теплообменник у него подключен 18-й медной трубой. Толщина стенки трубы 1 мм, внутренний диаметр 16 мм.
При ΔT между подачей и обраткой 20°C скорость потока в этой трубе будет 1,43 м/с! Много, но в пределах нормы. И в котле это вполне допустимо, а для теплообменника наоборот хорошо! Выше скорость, лучше теплообмен, в теплообменнике нет застойных участков, меньше накипи и отложений.
Поэтому смело подключаем котел 26-й трубой, ее хватит за глаза. Тем более что котловой участок всегда очень короткий, нет никакого смысла тянуть всю систему отопления трубой одного диаметра, причем самого большого и соответственно самого дорогого.
Давайте разберем таблицу на примере системы отопления дома с котлом 24 кВт. Допустим, в нем 2 этажа и 16 алюминиевых радиаторов, по восемь радиаторов на этаже. Все радиаторы одинаковые, алюминиевые, по 8 секций, чтобы проще было считать. Мощность одной секции 175 Вт, тепловая мощность всей системы 22,4 кВт.
Система отопления тупиковая двухтрубная. Контуры обоих этажей раздваиваются. Ветки крыльев на этажах специально неодинаковые. Причем на втором этаже раздвоение идет сразу на левое и правое крыло, а на первом этаже раздвоение почти в самом конце.
Кручу, верчу, запутать хочу. Так будет проще понять важность правильного подбора диаметров. Если диаметры подобраны верно, то за счет этого уже достигается предварительная балансировка системы, и при запуске все радиаторы начнут нагреваться сразу, даже без индивидуальной балансировки. Возвращаемся к котловому участку.
Возвращаемся к котловому участку. Это часть трубы, до разветвления на первый и второй этаж. С ним мы уже определились, он у нас подключен 26-й трубой. Мощность этой системы 22,4 кВт. Выбираем в таблице ближайшее значение, 23,5 кВт. Скорость потока в трубе 0,9 м/с, а на нашей мощности будет даже меньше, отлично. На разветвление ставим 26-е тройники и контуры этажей тоже начинаем вести 26й трубой. Тепловая мощность на поэтажных контурах у нас одинаковая, половина от общей 11,2 кВт. Значит и скорость будет в два раза меньше.И вот мы сразу попадаем в зеленый диапазон, скорость на 11 кВт будет в диапазоне 0,4-0,5 м/с. На втором этаже контур у нас раздваивается сразу, на одной ветке три радиатора общей мощностью 4,2 кВт, на другой ветке 5 радиаторов, общая мощность 7 киловатт. Смотрим табличку. Находим 4,2 киловатта. Вот они, в середине зеленого диапазона, и диаметр трубы всего 16!
Страшно, да, подключать три радиатора 16-й трубой? Не бойтесь, я сто раз так делал. Дальше еще страшнее будет.
На другой ветке у нас 7 кВт, ищем в таблице. Вот они, в зеленом диапазоне, на строке с трубой 20 мм, скорость между 0,4 и 0,5 м/с. Значит на разветвление на втором этаже ставим тройник 26х16х20. На три радиатора у нас идет ветка диаметром 16 мм, на пять радиаторов ветка диаметром 20 мм.
После ответвления на первый радиатор на двадцатой трубе снова проверяем оставшуюся мощность. Четыре радиатора, 5,6 кВт. Где они у нас? А вот они, на 16й трубе. Чуть-чуть вылезают за зеленый диапазон, но скорость при этом до 0,7 м/с! Значит после первого радиатора переходим на 16-ю трубу? Нет, давайте перестрахуемся немного.
Есть один момент, который в табличном подборе мы не учитываем. Это гидравлическое сопротивление трубы. Чем длиннее труба, тем больше ее сопротивление. И может случиться, что по мощности и скорости потока вроде проходим, а сопротивление сильно вырастет и напора насоса не хватит.
Поэтому, если ветка длинная, то лучше перейти на 16-й диаметр не после первого радиатора, а после второго. Получается, до второго радиатора у нас идет 20-я труба, а оставшиеся три радиатора разводим 16-й.
Переходим на первый этаж. Для разнообразия начнем на первом этаже подбирать трубы с конца. На самом деле это правильно.
Тут у нас две небольшие ветки по два радиатора, каждая по 2,8 кВт. Подключаем эти пары радиаторов 16-й трубой. Тут эти ветки сходятся, значит их мощность складывается, 2,8 + 2,8 = 5,6 кВт. С этой мощностью мы уже сталкивались на втором этаже, помните, мощность пограничная. Тут тоже перестраховываемся, тем более, что это почти конец ветки, переходим на двадцатую трубу.
И дальше после каждого отвода на радиатор прибавляем его мощность и проверяем скорость. 5,8 + 1,4 - 7 кВт - нормально, 7 + 1,4 = 8,4 кВт, отлично, 8,4 + 1,4 = 9,8 кВт, прекрасно, все еще в зеленом диапазоне, ведем 20-й трубой.
Остался последний радиатор, или первый радиатор на этой ветке от котла. Вместе с ним помним, мощность контура каждого этажа у нас 11,2 кВт. Все точно, переход на 26-ю трубу у нас именно здесь.
Подбор закончен, можно составлять спецификацию материалов.
Переходим к проблемам, что будет, если накосячить с диаметром, в большую или меньшую сторону. С маленьким диаметром на первый взгляд все понятно интуитивно, насос не сможет прокачать через тонкую трубу нужный объем теплоносителя.
На самом деле, скорее всего сможет. Но при этом у отопительной системы будет большое сопротивление, вода в трубах будет двигаться с очень большой скоростью и трубы будут гудеть. Гудящие трубы и радиаторы, это знаете, такое себе.
На радиаторах скорость можно задушить балансировочниками, а с трубами вы уже ничего не сделаете. Если поставить балансировочный вентиль на трубу и погасить скорость до нормальной, то тогда тепла дальним радиаторам на этом контуре не хватит.
А что не так со слишком большим диаметром? Парадокс, но от слишком большого диаметра трубы проблем не меньше, а то и больше, чем от слишком маленького.
Во-первых, цена, трубы большого диаметра дороже. Казалось бы - ну и что, вложиться один раз и дальше пользоваться преимуществами трубы с запасом. Но никаких преимуществ нет, есть только выброшенные деньги. И не только на трубу, но и на всю арматуру - шаровые краны, грязевик, обратный клапан, фитинги. Разница в цене между шаровым краном 3/4" и шаровым краном 1" очень существенная.
И если для системы достаточно арматуры размером в 3/4", что лучше купить, дюймовый китайский ширпотреб или за те же деньги качественную итальянскую или немецкую арматуру меньшего размера? Ответ очевиден.
Первоначальные затраты, постоянные увеличенные потери тепла, завоздушивание системы, долгий прогрев, сильное остывание теплоносителя к последним радиаторам, увеличенный насос, стоимость насоса, постоянное повышенное потребление электроэнергии - можно перечислять и перечислять.
Насчет насосов есть еще один момент - система отопления с завышенным диаметром это система с очень низким сопротивлением. А когда насос работает с максимальной производительностью и минимальным напором - это для насоса плохо. Парадокс, но насос при этом начнет потреблять большую мощность и греться.
Для мощных насосов вообще в характеристиках указывают минимальный напор, с которым он должен работать, потому что при работе на большую дырку он просто сгорит. Бытовые насосы более живучие, но этот момент нужно учитывать.
А теперь мое любимое - Ступеньки! Тоже термин из лексикона практиков, подбирающих диаметры на глаз. Слышали, да? Так часто называют переход с большего диаметра на меньший. От одного этого термина меня начинает корежить. Особенно его любят так называемые тихельманщики. Слышали про такую секту?
Секта тихельманщиков - это культ волшебной системы отопления, которая сама регулируется и всегда работает. Но, оказалось, что работает не всегда. Тогда самые опытные тихельманщики делятся откровением - надо делать ступеньку. Где ее делать и почему никто не знает, поэтому определяют с помощью всяких шаманских ритуалов. Наестся тихельманщик на ночь мухоморов, а утром вещает: "Ступеньку надо делать после среднего радиатора в системе!" У него спрашивают: "А если количество радиаторов четное?" -"Тогда не знаю, несите еще мухоморов!"
Или еще на основании всяких легенд и заветов делают. "Мне Архип Филимонович завещал делать ступеньку после третьей батареи! А Архип Филимонович самому Дзержинскому отопление делал!"
В любом случае, вы теперь знаете, переход диаметров делается не в каком-то секретном месте, а вполне конкретном. Которое определяется расчетом. Там, где идет значительный переход тепловой мощности в большую или меньшую сторону.
Уменьшается суммарная мощность оставшихся в контуре радиаторов до того значения, при котором скорость потока в текущем диаметре падает ниже критической - значит именно здесь и нужно диаметр трубы уменьшать. Ну, вы это все только что видели.
Дальше, перехожу к одному из главных параметров расчета диаметра трубопровода, тепловой мощности радиаторов, скорости потока, подбора насоса и вообще всего. Это ΔT, перепад температуры между подачей и обраткой. Почему двадцать градусов? Это я не ухожу в сторону, это я перехожу к разбору калькулятора.
Калькулятор
Так вот, ΔT 20 градусов. Начнем с котла. Помните я говорил, что в нем труба диаметром 18 с внутренним диаметром 16? Давайте уже начнем играть с калькулятором, который я вам обещал.
В зоне слева мы вводим исходные данные. Максимальную температуру возьмем 75°C, перепад 20°C, значит обратка 55°C, мощность котла 24 кВт пишем в Вт. Внутренний диаметр 16 мм, совпадает с внутренним диаметром двадцатой металлопластиковой трубы со скоростью 1,43 м/с.
Теперь меняем ΔT с 20°C на 15°C, ставим температуру обратки 60°C. И скорость в трубе с внутренним диаметром 16 мм сразу улетела в потолок, 1,9 м! А почему? А потому что у нас сильно вырос расход. Был 1032 кг/ч, стал 1376 кг/ч.
А котловой насос в этом котле столько прокачать не может. Значит что? А это значит, что при одном и том же расходе теплоносителя и уменьшении перепада до 15°C уменьшится тепловая мощность котла. Ну это логично, поток воды через теплообменник тот же самый, а каждый литр, который выходит из котла, нагревается не на 20°C, а на 15°C.
Не буду морочить голову с расчетами, скажу сразу - если при ΔT 20°C котел выдает 24 кВт, то при ΔT в 15°C котел будет выдавать уже не 24 кВт, а всего 18 кВт.
Бомба, да? Так и с системой отопления. Мощность радиаторов, которые вы себе купили, указана исходя из ΔT 20°C. А вы же подобрали по паспортной мощности, исходя из 100 Вт/м²? Так вот не будет у вас при уменьшении ΔT никаких 100 Вт/м². Меньше дельта, меньше мощность, больше дельта, больше мощность.
Слава Богу, мощность всей системы, мощность радиаторов, мощность котла подбирается на самую холодную погоду. У нас это -37°C. То есть отопительная система работает на полную мощность только тогда, когда на улице -37°С, а в доме холодает.
А когда на улице вменяемая погода, - 15-20°С, у вас в комнате тепло, 23-24°С, радиаторы уже не отдают столько тепла, сколько могут отдать, вот тогда мощность вашей отопительной системы сильно упадет. И именно тогда ΔT станет и 15°С и 10°С, сама собой. При тех же радиаторах и при тех же диаметрах труб.
А если такое начнет происходить еще когда на улице мороз? Если трубы взяты с большим запасом, перепад между подачей и обраткой маленький, что будет? Котел начнет тактовать, часто включаться и выключаться. В доме холодно, а котел выключается, потому что обратка приходит горячая. Ни разу не слышали? Сплошь и рядом. Но у вас то такого теперь не будет.
Понятно теперь, почему нет никакого смысла делать запасы по диаметрам? Мы считаем систему на самое холодное время, это буквально 5 дней в году, самое лютое время зимы. Только в это время система работает с максимальной мощностью, и только в это время будет перепад 20 градусов между подачей и обраткой.
Ну а если и сейчас непонятно, и вы боитесь наделать ошибок, заказывайте проект у нас. Мы точно рассчитаем теплопотери вашего дома, именно для вашего региона. Правильно подберем отопительные приборы, исходя из желаемой вами температуры в комнатах. Учтем их реальную мощность для ваших условий, а не ту, которую нарисовал производитель в рекламном буклете.
Возвращаемся к калькулятору. По идее, после примера с котлом уже все должно быть понятно, но давайте закрепим.
Задаете температуру подачи. Задаете температуру обратки. Ставите нужную тепловую мощность. Например, 3 радиатора из нашего табличного подбора, по 1,4 кВт, в сумме 4,2 кВт. Вот, для полипропиленовой трубы 20 скорость 0,37 метра, для металлопластика 0,44 метра, нормально, используем ее.
Возможно вы думаете - для полипропилена на 3 радиатора 20-й трубы мало! Да не мало, нормально. Паять надо аккуратнее, и не заплавлять отверстия. Стараться нужно, выполнять технологические требования, выдерживать точный температурный режим, время нагрева, длину, на сколько вы трубу в фитинг впеживаете, тогда все хорошо будет.
Ну или просто не работать с полипропиленом, очень трудоемкая труба, с очень большим влиянием человеческого фактора, и качество пайки практически невозможно проверить. Не люблю я такого, когда не вижу, что происходит.
Дальше, допустим наши восемь радиаторов, 11,2 кВт. Пишем 11200, расход воды 482 кг. 32-я или 25-я труба для полипропилена, 26-я для металлопластика.
Ну вроде все, все, что вспомнил рассказал. Ссылка для скачивания калькулятора с табличкой.
