Инженерные калькуляторы отопление · водоснабжение

Диаметр трубы отопления

Методика: расход из теплового баланса, потери давления по формуле Дарси — Вейсбаха с коэффициентом трения по Колбруку — Уайту, проверка скорости по СП 60.13330.2020, приложение И (допустимая скорость движения теплохладоносителя по условиям шума).

Расход

Труба

Ограничение по шуму — приложение И СП 60.13330.2020

Скорость в выбранной трубе
— м/с
—
Расход— кг/ч · — л/мин
Допустимая скорость по приложению И— м/с
Удельные потери давления R— Па/м
Потери на участке— кПа
Число Рейнольдса—
Коэффициент трения λ—

Все типоразмеры при этом расходе

Подходящие по скорости отмечены. Обычно берут наименьший диаметр, у которого и скорость в пределах допустимой, и удельные потери не выше 100–250 Па/м.

О расчёте

Как считается

Расход и скорость. Массовый расход — из теплового баланса, скорость — из объёмного расхода и площади сечения:

G = 3,6 · Q / (c · Δt) кг/ч v = 4 · G / (ρ · π · d² · 3600) · 10⁶ м/с, при d в мм

Потери давления — формула Дарси — Вейсбаха:

R = λ · ρ · v² / (2 · d) Па/м λ — коэффициент гидравлического трения d — внутренний диаметр, м

Коэффициент трения при ламинарном режиме (Re < 2320) равен 64/Re, при турбулентном находится итерациями из формулы Колбрука — Уайта:

1/√λ = −2 · lg( k / (3,7 · d) + 2,51 / (Re · √λ) ) k — эквивалентная шероховатость стенки Re = v · d / ν, ν — кинематическая вязкость

Плотность и вязкость воды берутся по температуре из табличных значений при атмосферном давлении.

Ограничение скорости. Приложение И СП 60.13330.2020 задаёт допустимую скорость не абстрактно, а по условиям шума: она зависит от допустимого уровня шума в помещении, от суммы коэффициентов местных сопротивлений узла и от того, шаровые там краны или вентили. Разброс большой — от 0,4 до 1,5 м/с.

Отдельно от нормы существует экономическое ограничение: при удельных потерях выше 250 Па/м насос приходится брать заметно мощнее, поэтому магистрали обычно считают на 100–250 Па/м.

Допущения
  • Считается прямой участок постоянного диаметра. Местные сопротивления — отводы, тройники, арматура — в удельные потери не входят и учитываются отдельно (см. расчёт насоса).
  • Течение принято установившимся и изотермическим на длине участка.
  • Шероховатость — справочное значение для материала, а не измеренное для конкретной трубы. Для полимерных труб она мала и на результат влияет слабо, для стальных с отложениями — влияет сильно.
  • Свойства теплоносителя — воды. Для раствора гликоля вязкость выше, потери больше — см. расчёт гликолевой смеси.
  • Внутренний диаметр вычисляется как d = D − 2·e из маркировки трубы и не учитывает сужение в фитингах. У пресс-фитингов и особенно у полипропилена с внутренней пайкой проход заметно уже трубы.
Где может ошибаться
  • Фитинги полипропилена. Сварной раструбный фитинг сужает проход: у трубы 20×3,4 внутренний диаметр 13,2 мм, а в месте сварки бывает и 10 мм. На участке с большим числом соединений фактические потери выше расчётных заметно.
  • Скорость по шуму — не единственное ограничение. В стальных трубах при скорости выше примерно 1,5 м/с усиливается эрозионный износ, а при очень малой скорости (менее 0,2 м/с) плохо удаляется воздух: СП 60 разрешает непроточные воздухосборники именно при скорости менее 0,1 м/с.
  • Расход по нагрузке. Если участок питает несколько приборов, нагрузку берут суммарную по всем, а не по одному. На магистрали ошибка тут даёт занижение диаметра сразу на два типоразмера.
  • Гликоль. Раствор 40 % при 40 °C вязче воды примерно вдвое, потери давления выше на 20–40 %, а из-за меньшей теплоёмкости нужен ещё и больший расход. Двойная ошибка в одну сторону.
  • Отложения. В старой стальной системе шероховатость вырастает на порядок, а проходное сечение уменьшается. Расчёт по новой трубе для такой системы неприменим.