Особенности устройства и примеры схем отопления с насосной циркуляцией

Выбирая способ обогрева жилища в зимний период, среднестатистический домовладелец стремится убить 2 зайцев: смонтировать эффективно работающую схему с наименьшими вложениями. Распространенное решение — водяная однотрубная система отопления, подходящая для небольших частных домов площадью 50…250 м². В определенных условиях она потребует меньших затрат, нежели другие, более современные типы разводок – коллекторная, двухтрубная и петля Тихельмана.

Устройство и принцип раздачи теплоносителя

Система называется однотрубной, поскольку нагретая вода подается и уходит из радиаторов отопления по единому коллектору. Трубопровод является общим для всех батарей, подсоединенных к магистральной ветви. То есть, входная и выходная подводка каждого отопительного прибора подключается к одной трубе, как показано на примере схемы теплоснабжения одноэтажного здания.

Как работает однотрубная радиаторная система отопления:

1. Поступающий от котла прогретый теплоноситель достигает первой батареи и делится тройником на два неравных потока. Основная масса воды продолжает двигаться прямо по магистрали, меньшая часть затекает в радиатор (примерно 1/3).
2. Отдав тепло стенкам батареи и охладившись на 10—15 °С (в зависимости от мощности и реальной отдачи радиатора), малый поток через выходящий патрубок возвращается в общий коллектор.
3. Смешиваясь с основным потоком, охлажденный теплоноситель снижает его температуру на 0.5—1.5 градуса. Смешанная вода доставляется к следующему отопительному прибору, где цикл теплообмена и охлаждения главного потока повторяется.
4. В результате каждая последующая батарея получает теплоноситель с более низкой температурой. В конце остывшая вода направляется обратно в котел по той же магистрали.

Важный момент. Чтобы схема отопления работала стабильно, диаметр раздающей трубы должен значительно превышать размеры радиаторных подводок. Правило не касается вертикальных стояков с верхним розливом, где теплоносителю помогает течь вниз сила тяжести (читайте ниже о видах систем).

Чем ниже температура циркулирующей воды, тем меньше тепла достается последним обогревателям. Проблема решается тремя способами:

• в конце магистрали ставятся батареи повышенной мощности – наращивается число секций либо увеличивается площадь панельных стальных радиаторов;
• путем увеличения диаметра трубы и производительности насоса повышается расход теплоносителя через основной коллектор;
• комбинация двух предыдущих вариантов.

Подключение радиаторов к единой распределяющей магистрали – главное отличие однотрубной разводки от остальных двухтрубных систем, где подача и возврат теплоносителя организован по двум раздельным ветвям.

Схемы однотрубных систем

Для обогрева загородных коттеджей и квартир многоэтажных домов применяется всего 2 типа однотрубных схем:

1. Классическая ленинградская система отопления с нижней горизонтальной разводкой представлена выше на первой картинке.
2. Радиаторная сеть с вертикальными стояками.

«Ленинградка» предусматривает подключение радиаторов к общей кольцевой магистрали, проложенной горизонтально над полом. Классика жанра – нижнее боковое присоединение обеих подводок. При более современном подходе трубы подключаются к батарее диагонально, мастера-монтажники практикуют оба метода.

Вторая схема применяется в многоквартирных и двухэтажных частных домах. Сквозь перекрытия проходят вертикальные одинарные стояки, к ним схеме присоединены батареи на каждом этаже. Подача воды в стояки предусматривается из нижнего или верхнего горизонтального коллектора.

Примечание. Обратите внимание: общая линия «ленинградки» с горизонтальной нижней разводкой — цельная труба, не меняющая диаметр на всем протяжении. На однотрубных стояках предусмотрены перемычки – байпасы, пропускающие часть теплоносителя мимо батарей.

Оба типа разводок могут функционировать с принудительной и естественной циркуляцией воды (самотеком). Схемы видоизменяются в зависимости от условий эксплуатации:

1. Для работы «ленинградки» в самотечном режиме придется нарастить внутреннее сечение кольцевого коллектора до 40—50 мм, сделать уклоны и поднять от котла вертикальный разгонный участок, иначе протока через радиаторы не будет. Открытый расширительный бак подсоединяется к высшей точке, как изображено на принципиальной схеме отопления одноэтажного дома.
   

2. Реализовывать самотечный принцип в двухэтажном здании лучше по схеме со стояками, проходящими сквозь нужные комнаты. Труба подачи Ø40—50 мм поднимается прямо к расширительной емкости, установленной на чердаке. В стороны от нее расходятся горизонтальные ветви с уклонами, подающие сверху воду к стоякам и радиаторам. На подъеме можно смонтировать байпасный узел с циркуляционным насосом.
   

3. Закрытая одноконтурная разводка с напорной циркуляцией представлена в начале этого раздела. В двухэтажном доме «ленинградку» нужно сделать двухконтурной – предусмотреть отдельную горизонтальную петлю с подачей теплоносителя через перекрытие, как показано на аксонометрической схеме.

Изначально ленинградская система задумывалась как дешевый вариант подачи тепла к приборам конвекционного отопления. Но при желании к магистрали можно подключить небольшой контур водяного теплого пола. Понадобится второй циркуляционный насос, обратный и трехходовой клапан, регулирующий температуру воды.

Важно. Контур напольного обогрева допускается присоединять в конце магистрали, за последним радиатором. Одно условие: необходимо обеспечить в коллекторе требуемый расход теплоносителя – увеличить диаметр и повысить производительность главного насоса. Иначе теплый пол отнимет часть тепла у батарей.

Сравнение по цене монтажа

Приверженцы однотрубных отопительных сетей любят напоминать о дешевизне данного типа разводки. Уменьшение затрат по сравнению с двухтрубной схемой обосновывается вдвое меньшим количеством труб. Мы утверждаем следующее: «ленинградка» обойдется дешевле тупиковой системы в одном случае — если паять отопление из полипропилена.

Докажем наше утверждение расчетами – возьмем в качестве примера одноэтажное жилище размерами 10 х 10 м = 100 м² (в плане). Нанесем на чертеж раскладку «ленинградки», посчитаем фитинги с трубами, затем сделаем аналогичную прикидку тупиковой разводки.

Итак, для устройства однотрубного отопления понадобится:

• труба Ду20 на коллектор (снаружи Ø25 мм) – 40 м;
• тр. Ду25 Ø32 мм на обратку – 10 м;
• тр. Ду10 Ø16 мм на подводки – 8 м;
• тройник 25 х 25 х 16 (наружный размер) – 16 штук;
• тройник 25 х 25 х 20 – 1 шт.

Справка. Перемычку обратки, идущую по коридору, можно не делать. Тогда для 9 радиаторов придется нарастить сечение кольцевой магистрали до размера Ду25 (наружный – 32 мм).

Ориентируясь по следующей планировке, выясним потребность в трубах и фитингах для двухтрубной сети:

• тр. Ду15 Ø20 мм – 68 метров (магистрали);
• тр. Ду10 Ø16 мм – 22 м (подводки радиаторов);
• тройник 20 х 20 х 16 мм – 16 шт.

Теперь найдем актуальные цены на сантехнические фитинги и трубы из 3 материалов: армированный полипропилен PP-R, металлопластик PEX–AL–PEX и сшитый полиэтилен PEX от известных производителей. Результаты расчетов занесем в таблицу:

Примечание. Мы не учитываем стоимость батарей, радиаторных кранов и монтажа однотрубной «ленинградки» — предположим, что вы собираете систему своими руками. Стоимость определена в рублях РФ, но данный факт особой роли не играет, соотношение цен сохранится для любой страны.

Как видите, затраты на полипропиленовые тройники и трубы практически одинаковы для обеих схем – плечевая оказалась дороже всего на 330 руб. По другим материалам однозначно выигрывает двухтрубная разводка. Причина кроется в диаметрах – цены труб большего сечения резко увеличиваются сравнительно с «ходовыми» размерами 16 и 20 мм.

Вы можете взять более дешевую сантехнику других производителей и выполнить расчет – соотношение вряд ли изменится. Заметьте, мы пропустили отводы 90° для поворотов труб и остальную мелочевку, поскольку не знаем точное количество. Если скрупулезно подсчитать все материалы, стоимость «ленинградки» увеличится еще больше. К аналогичным выводам пришел эксперт, демонстрирующий расчеты на видео:

Плюсы и минусы однотрубных разводок

Постараемся дать объективную оценку и выделим реальные достоинства однотрубных водяных систем:

1. Закрытую схему с мембранным расширительным бачком проще монтировать. Одна труба прокладывается быстрее, чем две.
2. Одинарную магистраль либо стояк проще упрятать в стены, нежели двухтрубные ветви (пример ниже на фото). Ложка дегтя: кольцевой коллектор пересекает дверные проемы, затрудняющие прокладку.
3. Отопительная сеть со стояками незаменима, когда необходимо организовать самотек в здании на 2—3 этажа. Нет смысла проходить сквозь перекрытие двумя трубопроводами, одной вертикальной лини вполне достаточно.
4. Монтаж обходится дешево в одном случае: когда самотечная схема системы отопления применяется в одноэтажном частном доме. Экономия достигается за счет прокладки одной магистрали вместо двух (вспомните, для самотека априори нужны трубы больших диаметров Ø48—57 мм).
5. Система закрытого типа поддается автоматическому регулированию посредством радиаторных термостатических вентилей. Оговорка: надо учитывать специфику работы отопительных приборов и правильно подобрать арматуру. Ниже мы вернемся к данному вопросу.

Примечание. Прямое подключение участка теплых полов нельзя отнести к преимуществам данной схемы. Нагревательный контур столь же просто подсоединяется к двухтрубной разводке.

Главная проблема «ленинградки» – остывание теплоносителя по мере продвижения к дальним батареям. Невозможно наращивать секции радиаторов и сечение магистрали до бесконечности, оптимальное количество приборов – 4—5 шт. на одном контуре.

Перечислим другие недостатки:

1. Гидравлическая неустойчивость — влияние одной батареи на работу остальных. Если перекрыть первый радиаторный вентиль, последующие приборы получат более горячую воду и станут перегревать комнаты.
2. Чтобы теплоноситель хорошо затекал в радиаторы при закрытой ленинградской схеме, нужно применять полнопроходную арматуру на ответвлениях. Увеличение гидравлического сопротивления подводки заставляет течь воду дальше по прямой, расход теплоносителя через батарею уменьшается.
   

3. «Ленинградка» и вертикальная разводка дороже двухтрубной плечевой схемы. Если прибавить затраты на дополнительные радиаторные секции, то стоимость монтажа из сшитого полиэтилена сравнится с лучевой системой, где фитинги не применяются, зато есть распределительная гребенка.
4. Схема сложна в расчете и настройке (балансировке). Мощность и площадь поверхности теплоотдачи батарей надо определить максимально точно.

Дополнительный минус самотечных разводок – большие диаметры труб, проложенных с уклоном 3—5 мм на погонный метр. Выходящие из потолков стояки торчат на виду и портят интерьер помещений. Замуровать трубопроводы в стены не всегда возможно, приходится изощряться и делать декоративные короба.

Советы по выбору диаметров труб и подключению

Однотрубный вариант отопления можно спроектировать и смонтировать самостоятельно, не прибегая к сложным расчетам гидравлики. Упростим задачу и дадим полезные рекомендации по устройству одноконтурных систем:

1. Максимальное число нагревательных приборов на одной петле закрытой «ленинградки» – 5 шт. Чтобы доставить к батареям нужный объем теплоносителя, хватит трубы Ø25 мм (Ду20). Подводки делаем из патрубков Ø16 мм.
2. Если в силу объективных причин количество радиаторов на 1 кольце закрытой системы необходимо увеличить, сечение магистрали наращивается до диаметра 32 мм (Ду25), подводки – до 20 мм. Ставить на один трубопровод более 7 батарей экономически нецелесообразно, дешевле проложить 2 меньших линии.
   

3. Минимальный диаметр горизонтального коллектора при естественной циркуляции – Ду40, наружный – Ø48 мм. В двухэтажном доме разгонный стояк и начало раздающих ветвей делается из трубы Ду50 (Ø57 мм), отдаленные участки уменьшаются до размера Ду32. Вертикальные линии до радиаторов – Ду20—25 в зависимости от тепловой мощности обогревателей.
4. Для автоматического регулирования теплоотдачи подбирайте полнопроходные клапаны с термоголовками. В стандартных радиаторных вентилях отверстие чересчур маленькое.
5. Подключение к настенному либо напольному газовому котлу производится по типовой схеме, изображенной внизу на картинке. Похожим образом делается обвязка электрического водогрейного аппарата.
6. К твердотопливному котлу «ленинградку» лучше присоединять через трехходовой смесительный клапан и буферную емкость. Поскольку в системе слишком мало теплоносителя, существует риск перегрева и закипания. Самотечную разводку, вмещающую более 200 литров воды, допускается подключать к ТТ-котлу напрямую.

Важное уточнение. При сборке домовой сети теплоснабжения часто используются полипропиленовые трубы PN 22—28, армированные стекловолокном, алюминиевой фольгой или базальтовым волокном. В сортаменте ППР-труб STABI отсутствует типоразмер 16 мм, минимальный внешний диаметр составляет 20 мм. Соответственно, радиаторные подводки делаются сечением 20 х 2.8 мм.

Перечисленные рекомендации помогут правильно организовать отопление, если применять однотрубные разводки с умом. Разбор распространенных ошибок и вопросов касательно монтажа «ленинградки» смотрите в очередном видео:

Напоследок о сфере применения

Чтобы избежать проблем в процессе эксплуатации, используйте однотрубные сети отопления в подходящих условиях:

1. «Ленинградка» хорошо работает в одноэтажных дачах и небольших домиках площадью до 150 м². Если квадратура не превышает 70 м², достаточно одного общего кольца для всех батарей, в противном случае система делится на 2 контура либо прокладывается трубопровод большего сечения.
2. В 2-этажном здании можно собрать гравитационную однотрубную схему открытого типа либо закрытый вариант с нижней разводкой – на выбор. В случае перебоев с электроснабжением предпочтительнее организовать самотек и поставить циркуляционный насос на байпасе.
3. Самотек с разгонным коллектором, применяемый в одноэтажных постройках, отличается инерционностью. Радиаторы прогреваются медленно, вода сильно остывает из-за малой скорости течения, котел работает в экстремальном режиме. Эту схему лучше не использовать вовсе, она морально устарела и без насоса нормально работать не будет.
   

4. Не стесняйтесь делить «ленинградку» на 2—3 отдельных поэтажных петли с оптимальным числом батарей на каждой. Не объединяйте радиаторы всех этажей в единый циркуляционный контур – последние приборы останутся холодными.
5. Однотрубная ленинградская система – подходящий вариант для устройства автономного отопления 2—3—комнатной квартиры.

Совет. Не стоит монтировать однотрубную разводку в жилых домах большой площади и сложной конфигурации с разносторонним и многоуровневым расположением комнат.

Мастера, доказывающие незаменимость однотрубных систем отопления, часто ссылаются на многоэтажные дома советской постройки, мол, там по 20 батарей на стояке работает. Но забывают упомянуть о давлении и производительности насосов централизованной сети, недостижимой в частных домах. Не слушайте горе-специалистов и применяйте оптимальные варианты систем – двухтрубную, коллекторную либо попутную.

Доброго денёчка!

Как известно, энергоэфективность системы отопления зависит не только от мощности котла и количества радиаторов. Это достаточно сложный параметр, завязанный на климатическом режиме региона, материалах, из которых построен дом, качестве и количестве отопительного оборудования и арматуры. И отопительные трубы играют в теплосистеме роль одной из «первых скрипок».

Какой диаметр трубы лучше использовать для отопления частного дома, чтобы циркуляция теплоносителя в контуре была максимально эффективна? Как правило, для этого используются специальные программы, однако, существует альтернативные концепции, позволяющие производить эту операцию самостоятельно. Мы приоткроем «завесу тайны» и расскажем максимально просто о сложных схемах расчётов, позволяющих оптимизировать обогрев дома таким образом, чтобы в нём было тепло и комфортно и при этом не приходилось выбрасывать деньги на ветер.

Влияние типа и размера трубы на работу системы

Так ли уж важен диаметр трубы? Как показывает практика, чрезвычайно! От него зависит ряд факторов, обеспечивающих высокий КПД всего контура:

• Пропускная способность и коэффициент теплоотдачи. Т.е. общий объём теплоносителя, находящегося в магистрали в определённый период времени и подлежащего нагреву.
• Давление теплоносителя в контуре, температура и скорость его движения.
• Гидравлические потери, возникающие на участках стыковки труб и элементов различного сечения. Чем больше подобных переходов, тем значительнее потери.
• Уровень шума теплосистемы.

Выделяют несколько видов диаметра:

• Внешний. Учитывает сечение внутренней полости и толщину стенок трубы. Используется при проектировании теплосистемы.
• Внутренний. Отражает значение поперечного сечения внутренней полости трубы. Определяет пропускную способность трубопровода.
• Номинальный (условный). Представляет собой усреднённое значение внутренних диаметров, полученное в результате вычислений.

Чтобы теплосистема работала полноценно, кроме сечения труб, следует учитывать ещё ряд факторов:

• Свойства теплоносителя, в качестве которого выступает вода, антифриз или пар.
• Материал, из которого изготовлены трубы.
• Скорость движения теплоносителя.
• Тип системы отопления: одно- или двухтрубная.
• Тип циркуляции: естественная или принудительная.

Материал труб

Прежде чем определять, какой диаметр трубы лучше подойдет для отопления частного дома, необходимо решить из какого материала будет выполнен сам трубопровод. Это позволяет обозначить способ монтажа, стоимость проекта и заранее спрогнозировать возможные теплопотери. Прежде всего, трубы подразделяются на металлические и полимерные.

Металлические

• Сталь (чёрная, нержавеющая, оцинкованная).

Характеризуются отменной прочностью и устойчивостью к механическим повреждениям. Срок эксплуатации – не менее 15 лет (при антикоррозийной обработке до 50 лет).

Рабочая температура — 130⁰C. Максимальное давление в трубе — до 30 атмосфер. Не горючи. Однако тяжелы, сложны в монтаже (потребуется специальное оборудование и существенные временные затраты), подвержены коррозии. Высокий коэффициент теплопередачи повышает теплопотери ещё на этапе транспортировки теплоносителя к радиаторам. Требуется постмонтажная окраска. Внутренняя поверхность шероховата, что провоцирует накопление отложений внутри системы.

Нержавейка не нуждается в окрашивании и не подвержена коррозийным процессам, что существенно продлевает срок эксплуатации самих труб и отопительного контура в целом.

• Медь.

Максимальная температура рабочей среды — 250⁰C. Рабочее давление – 30 атмосфер и более. Эксплуатационный ресурс  – более 100 лет. Высокая устойчивость к замерзанию носителя  и коррозии.

Последнее накладывает ограничение на совместное использование меди с другими материалами (алюминием, сталью, нержавейкой); медь совместима только с латунью. Гладкость внутренних стен предотвращает образование налёта и не ухудшает пропускную способность трубопровода, что снижает гидравлическое сопротивление и даёт возможность использования труб меньшего диаметра. Пластичность, лёгкий вес и простая технология соединения (пайка, фитинги). Малая толщина стенок и соединительных фитингов сводит на нет гидравлические потери.

Самый значимый недостаток – крайне высокая стоимость, цена на медные трубы превышает цену на пластиковые аналоги в 5-7 раз. Кроме того мягкость материала делает его уязвимым в отношении находящихся в теплосистеме механических частиц (примесей), которые в результате абразивного трения приводят к износу труб изнутри. Чтобы продлить срок жизни медных труб, систему рекомендуется укомплектовывать специальными фильтрами.

Высокая теплопроводность меди для предотвращения теплопотерь требует обустройства изоляционных рукавов, однако она же делает его незаменимым материалом для систем «тёплых полов».

Полимерные

Могут быть полиэтиленовыми, полипропиленовыми, металлопластиковыми. Каждая модификация обладает собственными техническими характеристиками в зависимости от технологии производства, используемых добавок и специфики строения.

Срок службы – 30 лет. Температура носителя — 95⁰C (кратковременно — 130⁰C); излишний нагрев приводит к деформации труб, сокращая эксплуатационный ресурс. Характеризуются недостаточной устойчивостью к замерзанию теплоносителя, в результате чего разрываются. Гладкость внутреннего покрытия предотвращает образование налёта, улучшая тем самым гидродинамические показатели трубопровода.

Пластичность материала позволяет прокладывать трубы без использования резки, сокращая тем самым количество фитинговых соединений. Пластик не вступает в реакцию с бетоном и не ржавеет, что позволяет скрыть теплопровод  в полу и обустраивать «тёплые полы». Особым преимуществом пластиковых труб считается хорошие звукоизоляционные свойства.

Полиэтиленовые трубы под воздействием высоких температур склонны к значительному линейному расширению, что требует обустройства дополнительных компенсационных петель и точек крепления.

Полипропиленовые аналоги должны содержать в структуре «антидиффузный слой», предотвращающий завоздушивание контура.

Уровень давления в контуре предопределяет не только диаметр полимерных труб, но и толщину стенок, которая варьируется в диапазоне от 1,8 до 3 мм. Фитинговые соединения упрощают монтаж контура, но увеличивают гидравлические потери.

Решая, какой диаметр выбрать, следует учитывать специфику маркировки различных труб:

• пластиковые и медные маркируются по внешнему сечению;
• стальные и металлопластиковые – по внутреннему;
• часто сечение обозначается в дюймах, для проведения расчёта их требуется перевести в миллиметры. 1 дюйм = 25,4 мм.

Чтобы определить внутренний диаметр трубы, зная размеры внешнего сечения и толщины стенок, следует от внешнего диаметра отминусовать удвоенное значение толщины стенок.

Оптимальный размер, температура и давление

При обустройстве небольшого отопительного контура стандартного типа некоторые рекомендации специалистов позволят обойтись без сложных вычислений:

• Для трубопроводов с естественной циркуляцией носителя рекомендуется использовать трубы с внутренним сечением в 30-40 мм. Увеличение параметров грозит необоснованным расходом теплоносителя, снижению скорости его движения и падением внутриконтурного давления.
• Слишком малый диаметр труб вызовет перегруз внутри магистрали, что может спровоцировать её прорыв в местах соединительных элементов.
• Чтобы обеспечить необходимую скорость движения теплоносителя и нужное давление внутри контура с принудительной циркуляцией, предпочтение отдаётся трубам с сечением не более 30 мм. Чем больше сечение трубы и длиннее магистраль, тем мощнее выбирается циркуляционный насос.

Важно! Обустройство эффективной теплосистемы предполагает использование на разных участках магистрали труб различного сечения.

Уровень рабочего давления контура не должен превышать предел устойчивости:

• встроенного в котёл теплообменника (max — 3 атм или 0,3 Мпа);
• или 0,6 Мпа (при радиаторной схеме).

Оптимальным для теплосистем с циркулярным насосом считается показатель в диапазоне от 1,5 до 2,5 атм. В условиях естественной циркуляции – от 0,7 до 1,5 атм. Превышение норматива неизбежно станет причиной аварии. Чтобы контролировать уровень давления в теплосистемах обустраиваются расширительные баки и манометры.

Автономное отопление позволяет регулировать температуру теплоносителя самостоятельно в зависимости от сезона и индивидуальных потребностей жильцов дома. Оптимальной считается температура в диапазоне от 70 до 80⁰C, в паровых теплосистемах – 120-130⁰C. Наилучшим решением станет использование газовых или электрических котлов, позволяющих контролировать и регулировать нагрев контура, чего не скажешь о твердотопливном оборудовании.

Конструктивные особенности отопительных систем также предопределяют особенности температурного режима:

• максимальный нагрев носителя в одноконтурной разводке — 105⁰C, в двухконтурной — 95⁰C.
• в пластиковых трубопроводах температура носителя ограничивается 95⁰C, в стальных — 130⁰C.

Разница температуры между подачей и обраткой – 20⁰C.

Мощность котла и контура

На эффективность работы котла, выполняющего одну из ключевых ролей в теплосистеме, влияет не только диаметр труб, но и:

• вид используемого топлива;
• месторасположение котла (вынос котельного блока за пределы дома требует повышенной мощности, большего сечения и утепления магистрали на участке вне помещения);
• уровень теплоизоляции внешних стен дома;
• использование отопительного контура для горячего водоснабжения.

Выбирая котёл, следует учитывать вышеозначенные факторы и делать запас мощности в 1,5-2 раза.

Методики расчета

Как рассчитать диаметр труб отопления? Существует несколько методик:

1. По специальным таблицам. Однако их использование всё равно предполагает проведение предварительных вычислений: мощности теплосистемы, скорости движения теплоносителя, а также теплопотерь по ходу магистрали.
2. По тепловой мощности.
3. По коэффициенту сопротивления.

Что нужно знать для расчета

Для проведения расчёта потребуются следующие данные:

• Потребность в тепле (тепловая мощность) всего дома и каждого помещения в отдельности;
• Суммарная мощность используемых отопительных приборов (котла и радиаторов).
• Тепловая нагрузка на отдельные участки контура.
• Суммарные теплопотери дома и каждой комнаты по отдельности в максимально холодный зимний период.
• Значение сопротивления. Оно определяется по схеме разводки, длине магистрали, количестве и форме изгибов, соединений, поворотов.
• Общий объём теплоносителя, загружаемый в тепломагистраль.
• Скорость движения потока.
• Мощность циркуляционного насоса (для отопления принудительного типа).
• Давление в магистрали.

Расчёт сечения труб для теплосистем с принудительной циркуляцией воздуха:

Порядок расчета

1. Вычисление требуемой тепловой мощности.
2. Определение скорости циркуляции носителя в теплосистеме.
3. Расчёт сопротивления отопительного контура.
4. Вычисление необходимого сечения трубопровода.
5. Вычисление оптимального диаметра отопительного коллектора (при необходимости).

Вычисление тепловой мощности системы

Способ 1. Самый простой способ расчёта тепловой мощности базируется на установленном нормативе в 100 ватт на 1м² помещения. Т.е. при площади дома в 180м², мощность отопительного контура составит 18000 ватт или 18 кВт (180×100=18000).

Способ 2. Ниже приведена формула, позволяющая откорректировать данные с учётом запаса мощности на случай сильных морозов:

Однако данные методики характеризуется рядом погрешностей, т.к. не учитывает спектр факторов, влияющих на теплопотери:

• высоту потолков, которая может варьироваться в диапазоне от 2 до 4 и более метров, а значит, объём отапливаемых помещений даже при одинаковой площади не будет постоянным.
• качество утепления фасада дома и процент потерь тепла через внешние стены, двери и окна, пол и крышу;

• теплопроводность стеклопакетов и материалов, из которых построен дом.

• Климатические условия регионов.

Способ 3. Представленный ниже метод учитывает все необходимые факторы.

1. Подсчитывается объём дома целиком или каждой комнаты по отдельности по формуле:

V = h×S,

где:

• V – Объём обогреваемого помещения.
• h – Высота потолков.
• S – Площадь обогреваемого помещения.

1. Рассчитывается суммарная мощность контура:

Часто применяется и следующая формула:

При этом региональный поправочный коэффициент берётся из следующей таблицы:

Поправочный коэффициент теплопотерь (К) напрямую зависит от теплоизоляции здания. Принято пользоваться следующими усреднёнными значениями:

• При минимальной теплоизоляции (типовая деревянная или металлоконструкция из тонкого листа) в расчёт берётся коэффициент в диапазоне от 3 до 4;
• Одинарная кирпичная кладка – 2-2,9;
• Средний уровень утепления (двойная кирпичная кладка) – 1-1,9;
• Высококачественная теплоизоляция фасада – 0,6-0,9.

Скорость воды в трубах

Равномерность распределения тепловой энергии по элементам контура зависит от того, с какой скоростью движется жидкость, и чем меньше диаметр трубопровода, тем быстрее происходит его перемещение. Существуют ограничения скоростных показателей:

• не меньше 0,25 м/сек, иначе в контуре образовываются воздушные пробки, препятствующие движению теплоносителя и провоцирующие потери тепла. При недостаточном напоре воздушные пробки не дойдут до установленных кранов Маевского и воздухоотводчиков, а, значит, они будут бесполезны;
• не более 1,5 м/сек, иначе циркуляция носителя сопровождается шумом.

Эталонный показатель скорости потока — от 0,36 до 0,7 м/сек.

На это следует ориентироваться, выбирая подходящее сечение труб. Посредством установки циркуляционного насоса появляется возможность контролировать циркуляцию теплоносителя в контуре, не увеличивая диаметр трубопровода.

Расчёт сопротивления отопительного контура

При расчёте сечения труб по коэффициенту сопротивления, первым делом определяется давление в трубопроводе:

Затем, подставляя значения диаметров труб, подбирается минимальное значение теплопотерь. Соответственно, тот диаметр, который будет удовлетворять приемлемым условиям сопротивления, и будет искомым.

Расчет отопительного коллектора

Если теплосистема предусматривает обустройство распределительного коллектора, то определение его диаметра основано на подсчёте сечений подключаемых к нему трубопроводов:

Расстояние же между патрубками коллектора должно быть равно их утроенному диаметру.

Примеры

Разбираемся на примерах.

Расчет для двухтрубного контура

Дано:

• Двухэтажный дом площадью в 340м².
• Строительный материал – инкерманский камень (природный известняк), характеризуемый низкой теплопроводностью. → Коэффициент утепления дома = 1.
• Толщина стен – 40 см.
• Окна – пластиковые, однокамерные.
• Теплопотери 1 этажа – 20 кВт; второго – 18 кВт.
• Двухтрубный контур с отдельным крылом на каждом этаже.
• Материал труб – полипропилен.
• Температура подачи — 80⁰C.
• Температура на выходе — 60⁰C.
• Дельта температур — 20⁰C.
• Высота потолков – 3 м.
• Регион – Крым (юг).
• Средняя температура пяти самых холодных дней зимы – (-12⁰C).

Расчёт:

1. 340×3=1020 (м³) – объём помещения;
2. 20- (-12)=32 (⁰C) – разница (дельта) температур между помещением и улицей;
3. 1020×1×32/860≈38 (кВт) – мощность отопительного контура;
4. Определение сечения трубы на первом участке от котла до разветвления. Согласно таблице, приведённой ниже, для передачи тепловой мощности в 38 кВт подходят трубы с сечением в 50, 63 или 75 мм. Первый вариант предпочтительнее, т.к. обеспечивает наибольшую скорость движения носителя.
5. Для разводки потока носителя на первый и второй этаж, справочники предписывать трубы с диаметром в 32 мм и 40 мм для мощностей 18 и 20 кВт соответственно.
6. На каждом этаже контур делится на две магистрали с равноценной нагрузкой по 10 и 9 кВт соответственно и сечением в 25 мм.
7. По мере снижения нагрузки вследствие остывания теплоносителя диаметр труб следует уменьшить до 20 мм (на первом этаже – после второго радиатора, на втором – после третьего).
8. Обратная разводка производится в той же последовательности.

Для вычисления по формуле D = √354х(0.86хQ/∆t)/V, берём скорость носителя в 0,6 м/с. Получаем следующие данные √354х(0.86×38/20)/0,6≈31 мм. Это номинальный диаметр трубопровода. Для реализации на практике следует подбирать различные диаметру труб на разных участках трубопровода, которые в среднем сведутся к расчётным данным согласно алгоритму, описанному в пунктах 4-7.

Определение диаметра труб для однотрубной системы с принудительной циркуляцией

Как и в предыдущем случае, расчёт производится по обозначенной схеме. Единственное исключение заключается в действии насосного оборудования, увеличивающего скорость движения носителя и обеспечивающего равномерность его температуры в контуре.

1. Значительное снижение мощности (до 8,5 кВт) происходит только на четвёртом радиаторе, где и осуществляется переход на диаметр в 15 мм.
2. После пятого радиатора происходит переход на сечение в 12 мм.

Важно! Использование труб из другого материала внесут свои коррективы в расчёт, т.к. каждый материал обладает разным уровнем теплопроводности. Особенно принципиально учитывать потери тепла металлического трубопровода.

Особенности расчета сечения металлических труб

Теплосистемы, выполненные из металлических труб, должны учитывать коэффициент потерь тепла через стенки. Особенно это важно при значительной протяжённости трубопровода, когда теплопотери на каждом погонном метре могут иметь катастрофические последствия для конечных радиаторов.

Металл	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м×град)
Сталь	45,4
Чугун	62,8
Медь	389,6
Латунь	85,5

Посредством закладывания в энергосистему запаса мощности и правильного выбора диаметра труб удаётся не допустить существенных утечек тепла.

Как подобрать диаметр трубы для отопления

Производимые расчёты позволяют определить сечения трубопровода в удельных (приблизительных) значениях. Помимо сложных формул существуют специальные таблицы, упрощающие определение нужного сечения при знании основных параметров теплосистемы.

С помощью таблицы  и значений тепловой мощности, режима температур подачи и обратки, а также разумной скорости теплоносителя (выделен розовым цветом), подбирается нужный диаметр труб.

Получается, произвести расчёт диаметра труб не так уж сложно. Пренебрегать эти вопросом не стоит, потому что правильно подобранное сечение трубопровода позволит создать высокоэффективную и экономичную теплосистему не только в частном доме, но и в квартире многоэтажки с индивидуальным отоплением.

А пока предлагаем посмотреть видео по теме.

Подписывайтесь на рассылку и до скорых встреч!

Знакомство с техническим термином «диаметр трубы» начинается с планирования домашней отопительной системы. Обычно с выбором вида трубопровода проблем не возникает, а вот с вычислением нужного диаметра начинаются затруднения. Приходится обращаться за разъяснениями и консультациями к опытным инженерам – сантехникам или к специалистам, практикующим монтаж автономного отопления.

Однако не всегда удается получить точный однозначный ответ — какой диаметр трубы лучше использовать для отопления частного дома. В кратком обзоре статьи содержится необходимая информация о том, как для эффективной работы домашнего отопления самостоятельно рассчитать диаметр труб.

Главные критерии выбора труб

Тепловая способность автономной отопительной сети зависит не только от бренда торговой марки котла и длины радиаторных батарей, но и от вида материала трубопроводной арматуры.

Трубы для индивидуального отопления следует выбирать по следующим критериям:

• Учет типа прокладки трубопровода. Монтаж линии разводки производится открытым и закрытым (встроенным) способом, а в случае ремонта без особых сложностей можно заменить поврежденный участок. Закрытый способ применяют для обогревательной системы «теплый пол» или когда по эстетическим требованиям дизайна интерьера трубную разводку нужно «спрятать» в конструкции стены или пола.
• Вид обогревающей сети. Это может быть автономный источник тепла или централизованная отопительная магистраль с циркуляцией теплоносителя принудительным или естественным способом.
• Показатель максимальной температуры теплоносителя. В регионах с суровыми климатическими условиями обогревательный контур рассчитывают на максимальную температуру теплоносителя.
• Конфигурация трубной разводки. Тепловая система дома с прокладкой отопления в одну линию последовательно от одного отопительного прибора к другому называется однотрубной. Двухтрубная конфигурация предусматривает прокладку труб отопления к радиаторам каждой комнаты или помещения. Вторая конфигурация дает возможность обитателям квартиры самостоятельно отключать отопительные приборы в каждом конкретном помещении.

По этим основным правилам выбирают вид отопительной трубы для каждого конкретной частного дома или квартиры.

Влияние типа и размера трубы на работу системы

Эффективная работа автономного отопления во многом зависит от правильного выбора поперечного сечения линии отопления. От этого показателя зависит пропускная способность трубопровода. Эта характеристика показывает — какое количество горячей воды при постоянной скорости теплоносителя пройдет за одну единицу времени. В контурах отопления при постоянном расходе жидкости и снижении диаметра магистрали в коммуникациях происходит увеличение скорости движения жидкости. Примером может служить домашняя отопительная сеть с котлом, оборудованным насосом с принудительной циркуляцией подогретой воды. В этом случае происходит увеличение скорости потока теплоносителя на участках линии с небольшим диаметром. На участках системы с трубами большего поперечного снижения скорость замедляется.

Качественный обогрев помещений автономной системой отопления достигается при скорости теплоносителя от 0.3 до 0.7 м/сек.

При снижении показателя ниже 0,25 м/сек появляется риск образования в системе воздушных пробок, показатель скорости выше нормативного приводит к появлению шума в системе.

Большое влияние на скорость движения теплоносителя,а также на снижение напора оказывает шероховатость внутренней полости труб. Для примера можно сравнить показатели двух видов материалов:шероховатость новой стальной трубы диаметром 50 мм составляет 0,1 мм, а полимерных изделий такого же диаметра – 0,005 мм.Скорость передвижения жидкости по новым стальным трубам ф*50 мм равна 0,7 м/сек, для полимерных труб этот показатель составляет 22 м/сек.

Разновидности труб для отопления: плюсы и минусы материала

Современные автономные системы отопления монтируются из металлических или пластиковых труб. Термин «металл» объединяет несколько видов: сталь, нержавейку или медь. Категория пластиковых труб более обширна, они изготавливаются из полипропилена, металлопластика, сшитого полиэтилена.

Таблица 1. Сравнительные эксплуатационные характеристики основных видов отопительных труб.

Материал	Температура теплоносителя, град С	Шероховатость, мм	Потери давления, Па/м	Линейное расширение, мм/м2*град
Сталь	Не ограничена	0,07	5	0.012
Металлопластик	95	0,004	1,5	От 0,025 до 0,03
Полиэтилен	90	0,007	1,8	От 0.15 до 0,17
Полипропилен	70	0,01	2,0	От 0.15 до 0,17

Металлические изделия

Несколько десятилетий назад металлическими трубопроводами были оборудованы практически все системы обогрева многоэтажных и частных домов. Для изготовления использовались следующие виды материалов:

• Стальные изделия из черного или оцинкованного металла. За счет отменной прочности и высокой устойчивости металла к механическим внешним повреждениям срок эксплуатации отопительной сети достигает 20 лет. Стальные трубы не имеют ограничения по температуре теплоносителя. Поэтому их часто использовали для парового отопления, в котором температура достигает 100 – 130 градусов. Для стальных тепловых трасс показатель максимального давления составляет 30 атмосфер. Основные недостатки: подверженность коррозии, большая масса изделий, необходимость сварки соединений, высокая теплопроводность, внутренняя шероховатость. После монтажа стальные трубы из черного металла требуют обязательной окраски.
• Нержавеющая сталь. Отопительный контур из нержавейки отличается долговечностью и гигиеничностью внешней поверхности. Внутренние полости труб не ржавеют и не «зарастают». Современные гофрированные трубные изделия из нержавеющей стали успешно применяют в системе «теплый пол». Недостаток: высокая стоимость и сложность монтажа.
• Медь. Возросшая популярность медных труб связана с высоким коэффициентом теплоотдачи материала, его прочностью и долговечностью. Основные достоинства: срок службы составляет 100 лет, значительная теплопроводность (389,6 Вт/Мк), отсутствие деформаций при перепаде температур, возможность выдерживать внутренне давление в сети от 200 до 400 атм. При длительной температурной нагрузке теплоносителя в 90 град один метр медной трубы удлиняется всего лишь на 0,1 %. Высокая эстетичность внешнего вида в сочетании с абсолютной безвредностью для человека делает медный отопительный трубопровод лидером среди металлических изделий. Главными недостатками является высокая стоимость изделий, а также сложность монтажа

В металлических трубопроводах не используют разные металлы, так как из – за разности электрических потенциалов возникает гальваническое напряжение дающее старт началу коррозии.

Полимерные трубы

В настоящее время отопительные трубы из полимеров находятся вне конкуренции. Ими заменяют устаревшие стальные трубопроводы и применяют для прокладки новых тепловых сетей многоэтажных зданий, частных домов и квартир.

В отопительных системах применяют разные модификации полимерных изделий:

• Сшитый полиэтилен. Основное достоинство – термическая устойчивость материала, прочность соединений, низкий коэффициент гидравлических потерь. Для отопления применяют изделия с внутренним армированием, сохраняющим первоначальную форму трубы при длительном воздействии теплоносителя с высокой температурой. Большой плюс полиэтиленовых коммуникаций – монтаж производится без специального инструмента и оборудования.
• Металлопластик. Трубная модификация отличается многослойной структурой из двух слоев сшитого полиэтилена, клеевой оболочкой и алюминиевой вставкой. За счет такой конструктивной особенности достигается высокая устойчивость к высокой температуре подогретой воды, появляется возможность изгибать металлопластиковую трубу в любом направлении, а значит, сокращать количество соединяющих фитингов.
• Полипропилен. Главное ограничение таких труб состоит в том, что они могут выдерживать температуру теплоносителя до 70 градусов. Значительный коэффициент теплового линейного расширения в комплексе высокой текучестью материала приводит к провисанию магистрали и ее деформациям. Поэтому полипропиленовые трубы нуждаются в установке дополнительных крепежных элементов. Основные плюсы — простота сборки и невысокая стоимость материала.

Читайте также:Отопительные полипропиленовые армированные стекловолокном трубы Полипропиленовые трубные изделия используют в системах подачи холодной воды и инженерных сетях с низким рабочим давлением. Эксплуатация в условиях повышенных температурных нагрузок накладывает…

Таблица 2. Основные различия полимерных отопительных труб.

Технические показатели  полимерных труб	Трубы из сшитого полиэтилена	Полипропиленовые трубы	Металлопластик
Стоимость 1пог. метра и соединительных фитингов	Средняя стоимость	Самая низкая стоимость	Самый дорогой вариант
Удобство монтажа	Монтаж специальными гильзами и фитингами	Монтаж специальным сварочным оборудованием	Муфтовые соединения или неразборные пресс-фитинги
Виды типоразмеров	От 12 до 25 мм	Большой выбор типоразмеров	Диаметры до 50 мм
Степень линейного удлинения	При максимальной температуре носителя 1 метр трубы удлиняется на 2 мм	Высокий коэффициент линейного удлинения. Исключение составляют армированные трубы – 0,26 -0,3мм/м	Не более о,25 мм/м
Термическая устойчивость	От 50 до 100 град.	До 120 град.	95 град.
Гибкость	В разогретом состоянии трубы хорошо гнутся	Гибкость минимальная. Для поворотов и изгибов линии требуются угловые фитинги и отводы	Хорошая гибкость
Нормативный срок службы	До 50лет	Не менее 25 лет	От 15 до 25 лет
Устойчивость при замораживании системы	Многократные цикли размораживания	Многократные цикли размораживания	До 3-х циклов

Оптимальный размер, температура и давление

В частном доме подключение отопительных элементов производится трубами различного диаметра. В качестве примера можно рассмотреть изделия из пропилена, как наиболее популярного материала создания домашней отопительной системы.

Чтобы узнать, какой диаметр полипропиленовых труб нужен для отопления частного дома нужно учитывать рекомендации:

1. Трубопроводы 16 мм рекомендованы для прокладки линии к одному или двум радиаторам.
2. 20 мм — применяют для группы радиаторов общей мощностью до 7 кВт.
3. 25 мм — выполняют подключение от 5 до 8 единиц радиаторов с общей тепловой мощностью 11 кВт.
4. 32 мм – подключается один этаж или целый дом с количество радиаторов 12 штук с тепловой мощностью до 19 кВт.
5. 40 мм – для создания тепловой сети частного дома с 20 радиаторами (30 кВт)

Средняя температура носителя в автономной системе отопления составляет от 30 до 90 градусов. При колебании наружной температуры, регулировку подогрева воды производят с учетом создания комфортных условий в помещении.

Современные источники генерации тепловой энергии оборудуются температурными терморегуляторами – программаторами, автоматически поддерживающими заданную температуру в доме или квартире.

Мощность котла и контура

В частных домах или квартирах обогрев внутренних помещений производится газовыми или электрическими котлами. Расчет необходимой тепловой мощности выполняют в зависимости от размера обогреваемой площади. Считается, что на качественный обогрев 1 м2 потребуется 0,1м кВт тепловой энергии. В зависимости от климатических особенностей, щадящего режима работы этот показатель увеличивается до 1,3 кВт /м2.

Факторы, влияющие на мощность обогревательного котла:

• Вид строительного материала ограждающих стеновых конструкций дома. Большая теплопроводность материала в сочетании недостаточной толщины наружных стен намного увеличивают тепловые потери и тогда работа котла с самой высокой мощностью будет неэффективной и неудовлетворительной.
• Использование второго контура для нагрева воды. Если заранее предусматривается такая опция, выбирается более мощный тепловой генератор.
• Вид топлива. Газовый котел считается более экономичным, однако его можно использовать только в местности, где проходит газопровод.

Читайте также:Схемы однотрубной системы отопления в частном доме Уют в доме – это не только красивая обстановка, правильно подобранные предметы интерьера, но и тепло, особенно в зимние холода. Обогрев должен обеспечиваться постоянно, что создает комфортную…

Циркуляция воды в системе обеспечивается насосом, предназначенным для оптимизации скорости горячей воды и ее обрата. Попутно решается проблема воздушных пробок, выдавливаемых постоянным потоком теплоносителя.

Используемые источники:

• https://otivent.com/odnotrubnaya-sistema-vodyanogo-otopleniya
• https://vseotrube.ru/otoplenie/podbor-diametra
• https://trubarik.ru/dlya-otopleniya/kakoj-diametr-truby-dlya-otopleniya-chastnogo-doma