Výpočet průměru ocelové trubky pro vytápění a zásobování vodou doma

Ahoj! Z nějakého důvodu většina lidí vybírá průměry topných trubek podle oka. Zazněl názor, že je třeba vzít větší průměr potrubí s rezervou a vše bude v pořádku! Ale ne, hydraulika takhle nefunguje. Jsem Igor Diaghilev, společnost Teplomir, Novosibirsk. Více než pětadvacet let se věnuji topným systémům v soukromých domech a chalupách. Nyní vám řeknu, jak správně a zároveň velmi jednoduše zvolit průměr topné trubky. V čem je vlastně problém, proč je tak důležité zvolit správný průměr potrubí? Co se stane, když je průměr menší nebo větší, než je požadováno? Ve skutečnosti je výběr správného průměru to nejdůležitější při návrhu topného systému. Od toho se odvíjí vše – zda bude topný systém vůbec fungovat, bude se snadno spouštět, nebo bude neustále větrat a zastavovat se. Bude stačit normální levné čerpadlo, aby systém dobře fungoval, nebo budete muset koupit výkonnější čerpadlo? Trubky budou nebo nebudou hučet. Jak rychle se systém zahřeje, budou dobře fungovat všechny radiátory, nejen blízké, ale i vzdálené. Proto navrhuji tento plán. Nejprve se podíváme na výběr pomocí tabulky průměrů. Poté probereme problémy nesprávné volby průměrů. Přečtěte si až do konce a budete vědět, jak nešlápnout na hrábě, které většina samostavitelů tolik miluje. A také vám dám průměrovou kalkulačku a řeknu vám, jak ji používat. S ním můžete ověřit správnost tabulkového výběru a vypočítat případné další průměry pro polypropylenové a kovoplastové trubky.

Výběrová tabulka

Pojďme se tedy seznámit s tabulkou výběru. Postavil jsem stůl pro nejoblíbenější průměry kovoplastových trubek 16 mm, 20 mm a 26 mm. Zde jsou ve sloupci zcela vlevo. Jsou zcela dostatečné pro instalaci topného systému většiny soukromých domů. Šestnáctá trubka s vnitřním průměrem 12 mm, dvacátá s vnitřním průměrem 16 mm a dvacátá šestá s vnitřním průměrem 20 mm.

Průměry trubek tvoří čáry s informací o tom, kolik tepelné energie lze těmito trubkami propustit. Nejvyšší číslo v článku je výkon ve wattech. Je to uvedeno v záhlaví. Nižší je spotřeba vody v kilogramech. Kolik vody je potřeba k přenosu tohoto tepelného výkonu, s teplotním rozdílem mezi přívodem a zpátečkou, ΔT, 20°C. Pro zjednodušení výběru průměru topné trubky se používají dva hlavní parametry. První, jak jsem řekl, je tepelný výkon, který je potřeba přenést potrubím a druhý je průtok, kterým musí chladicí kapalina potrubím protékat. Rozsah přípustné rychlosti proudění je poměrně velký, od 0,2 m/s do 1,5 m/s. Nedoporučuje se však používat celý tento sortiment v malých systémech soukromých domů. Rychlost 0,2 m/s je velmi nízká. Při této rychlosti proud chladicí kapaliny nebude schopen protlačit vzduchové bubliny potrubím a systém se provzdušní. A při rychlosti větší než 1,5 m/s se proud vody v potrubí již stává turbulentním, potrubí začíná hučet. Pokud je rychlost příliš vysoká, eroze potrubí se výrazně zrychlí, zejména v rozích a ohybech. Proud vody může doslova otřít armatury do otvorů. Proto je lepší snížit použitelný rozsah rychlosti proudění v potrubí soukromých domů. Vzal jsem maximální dosah od 0,3 m do 1 m, na stole je zvýrazněn žlutě. A uprostřed, zeleně, je zvýrazněn optimální rozsah, od 0,4 m/s do 0,6 m/s. Nabízí se logická otázka: pokud existuje optimální rozsah, tak proč se obtěžovat se zbytkem? Řekněme, že máme 15 kW systém. V tabulce najdeme blízkou hodnotu – zde, v zelené zóně, 15,7 kW, při rychlosti 0,6 m/s na 26. potrubí. To je ono, vezmeme 26. trubku a půjdeme každý svou cestou a uděláme z toho celý systém? Ne, nerozcházíme se. Faktem je, že ne vždy je možné se vejít do optimálního rozsahu v různých částech topného systému musíte používat jiné rychlosti; Na začátku systému je možné a dokonce nutné použít vysoké otáčky, ale na koncových úsecích a přívodech do radiátorů otáčky minimální. Obvykle lze topný systém rozdělit na tři části. První částí je kotelní sekce, potrubí z kotle do první větve, například do prvního a druhého patra. V tomto úseku můžete bez obav používat maximální rychlost: 1-1,5 m/s. Následuje střední část, jedná se o potrubí s maximální délkou, používají doporučenou rychlost ze zeleného rozmezí 0,4-0,6 m/s. A třetí část jsou koncové sekce, to jsou poslední dva nebo tři radiátory a přívody k samotným radiátorům. Budou nevyhnutelně produkovat nejnižší rychlost. Dobře, dost žvanění, podívejme se na konkrétní příklad. Řekněme, že máme nejoblíbenější plynový kotel, 24 kW. V zelené řadě pro potrubí o průměru 26 je při rychlosti 0,6 m maximální výkon pouze 15,7 kW. Ukazuje se, že musíte vzít trubku o dalším průměru, 32 mm? V žádném případě! Při připojení dvacetičtyř kilowattového kotle s 26. trubkou bude rychlost proudění o něco menší než 1 m/s. Je někde tady.

Pro sekci kotle je to zcela přijatelná rychlost. Ukážu vám jasný příklad. Zde visí kvalitní italský kotel 24 kW. Jeho výměník tepla je spojen s 18. měděnou trubkou. Tloušťka stěny trubky 1 mm, vnitřní průměr 16 mm.

Při ΔT mezi průtokem a zpátečkou 20°C bude rychlost proudění v tomto potrubí 1,43 m/s! Hodně, ale v normálních mezích. A v kotli je to docela přijatelné, ale pro výměník tepla je to naopak dobré! Vyšší rychlost, lepší přenos tepla, žádné stagnující oblasti ve výměníku tepla, méně vodního kamene a usazenin. Kotel tedy bezpečně spojíme s 26. trubkou, na oči to bude stačit. Kromě toho je sekce kotle vždy velmi krátká, nemá smysl instalovat celý topný systém s trubkou stejného průměru, největší a tedy nejdražší.

Podívejme se na tabulku na příkladu topného systému v domě s kotlem 24 kW. Řekněme, že má 2 patra a 16 hliníkových radiátorů, osm radiátorů na patro. Všechny radiátory jsou stejné, hliníkové, každý s 8 sekcemi, aby bylo počítání jednodušší. Výkon jedné sekce je 175 W, tepelný výkon celého systému je 22,4 kW.

Topný systém je slepý dvoutrubkový. Obrysy obou pater se rozdvojují. Větve křídel na patrech jsou záměrně nestejné. Navíc ve druhém patře jde rozdělení hned do levého a pravého křídla a v prvním patře jde rozdělení téměř na úplný konec. Kroutím, kroutím, chci zmást. To usnadní pochopení důležitosti výběru správných průměrů. Pokud jsou průměry vybrány správně, je díky tomu již dosaženo předběžného vyvážení systému a po spuštění se všechny radiátory začnou okamžitě zahřívat, a to i bez individuálního vyvážení. Vracíme se do prostoru kotle. Vracíme se do prostoru kotle. Toto je část potrubí, před odbočením do prvního a druhého patra. Už jsme se o něm rozhodli; spojuje nás 26. potrubí. Výkon tohoto systému je 22,4 kW. V tabulce vybereme nejbližší hodnotu, 23,5 kW. Rychlost proudění v potrubí je 0,9 m/s a při našem výkonu to bude ještě méně, vynikající. Nainstalujeme 26. odpaliště na odbočení a také začínáme kreslit obrysy podlah s 26. trubkou. Tepelný výkon na našich podlahových okruzích je stejný, polovina z celkových 11,2 kW. To znamená, že rychlost bude dvakrát nižší a nyní se okamžitě dostáváme do zeleného pásma, rychlost při 11 kW bude v rozmezí 0,4-0,5 m/s. Ve druhém patře se náš okruh hned rozdvojuje, na jedné větvi jsou tři zářiče o celkovém výkonu 4,2 kW, na druhé větvi je 5 zářičů, o celkovém výkonu 7 kilowattů. Podívejme se na znamení. Najdeme 4,2 kilowattu. Tady jsou, uprostřed zelené řady, a průměr trubky je pouze 16! Je to děsivé, že spojovat tři radiátory s 16. trubkou? Neboj se, udělal jsem to stokrát. Bude to ještě horší. Na druhé větvi máme 7 kW, hledej v tabulce. Zde jsou, v zeleném rozsahu, na lince s 20 mm trubkou, rychlost mezi 0,4 a 0,5 m/s. To znamená, že na pobočku ve druhém patře instalujeme odpaliště 26x16x20. Pro tři radiátory máme odbočku o průměru 16 mm, pro pět radiátorů odbočku o průměru 20 mm. Po odbočení k prvnímu radiátoru na dvacáté trubce opět zkontrolujeme zbývající výkon. Čtyři radiátory, 5,6 kW. kde je máme? A tady jsou, na 16. dýmce. Mírně překračují zelený rozsah, ale rychlost je až 0,7 m/s! Takže po prvním radiátoru přecházíme na 16. potrubí? Ne, pojďme hrát na jistotu. Je tu jeden bod, který při tabulkovém výběru nebereme v úvahu. Jedná se o hydraulický odpor potrubí. Čím delší je potrubí, tím větší je jeho odpor. A může se stát, že z hlediska výkonu a rychlosti proudění se zdánlivě míjíme, ale odpor se velmi zvýší a tlak čerpadla nebude stačit. Pokud je tedy větev dlouhá, pak je lepší přejít na 16. průměr ne po prvním radiátoru, ale po druhém. Ukazuje se, že 20. trubka jde do druhého radiátoru a zbývající tři radiátory spojujeme s 16. Přesouváme se do prvního patra. Začněme pro změnu sbírat trubky od konce v prvním patře. Ve skutečnosti je to správné. Zde máme dvě malé větve se dvěma radiátory, každý 2,8 kW. Tyto páry radiátorů spojujeme 16. trubkou. Zde se tyto větve sbíhají, což znamená, že jejich výkon se sčítá, 2,8 + 2,8 = 5,6 kW. S touto silou jsme se již setkali ve druhém patře, pamatujte, síla je hraniční. I zde hrajeme na jistotu, tím spíše, že toto je téměř konec větve, přecházíme na dvacátou dýmku. A pak po každém ťuknutí do radiátoru zvýšíme jeho výkon a zkontrolujeme otáčky. 5,8 + 1,4 – 7 kW – normální, 7 + 1,4 = 8,4 kW, výborný, 8,4 + 1,4 = 9,8 kW, výborný, stále v zeleném rozmezí, pohání 20. potrubí. Zbývá poslední radiátor, nebo první radiátor na této větvi od kotle. Společně s ním si pamatujeme, že obvodový výkon každého patra je 11,2 kW. Vše je správně, přechod na 26. potrubí je právě zde. Výběr je kompletní, můžete sestavit specifikaci materiálů. Přejděme k problémům, co se stane, když průměr zašroubujete nahoru nebo dolů. S malým průměrem je na první pohled vše intuitivní; Ve skutečnosti s největší pravděpodobností může. Ale zároveň bude mít topný systém velký odpor, voda v potrubí se bude pohybovat velmi vysokou rychlostí a potrubí bude hučet. Hučící trubky a radiátory, víte, tak to je. Na radiátorech lze rychlost potlačit vyvažovači, ale s trubkami se nedá nic dělat. Pokud na potrubí nasadíte vyvažovací ventil a snížíte otáčky na normální, pak nebude dostatek tepla pro vzdálené radiátory v tomto okruhu. Co je špatného na příliš velkém průměru? Je to paradox, ale příliš velký průměr trubky nezpůsobuje o nic méně problémů, ne-li více, než trubka, která je příliš malá. Za prvé, cena, trubky s velkým průměrem jsou dražší. Zdálo by se – no a co, investovat jednou a dál si užívat výhod dýmky s rezervou. Ale nejsou to žádné výhody, jsou to jen vyhozené peníze. A to nejen na potrubí, ale i na všechny armatury – kulové kohouty, lapače bahna, zpětný ventil, armatury. Cenový rozdíl mezi 3/4″ kulovým ventilem a 1″ kulovým ventilem je velmi významný. A pokud systému stačí 3/4″ kování, co je lepší koupit, jednopalcové čínské spotřební zboží nebo kvalitní italské či německé kování menší velikosti za stejné peníze? Odpověď je zřejmá. Počáteční náklady, neustále zvýšené tepelné ztráty, větrání systému, dlouhé zahřívání, silné ochlazení chladiva do posledních radiátorů, zvětšené čerpadlo, náklady na čerpadlo, neustálá zvýšená spotřeba elektřiny – můžete vyjmenovat a vyjmenovat. U čerpadel je ještě jeden bod – topný systém s předimenzovaným průměrem je systém s velmi nízkým odporem. A když čerpadlo pracuje na maximální výkon a minimální tlak, je to pro čerpadlo špatné. Je to paradox, ale čerpadlo začne spotřebovávat více energie a zahřívat se. U výkonných čerpadel obecně charakteristiky udávají minimální tlak, se kterým musí pracovat, protože při práci na velké díře prostě vyhoří. Čerpadla pro domácnost jsou odolnější, ale tento bod je třeba vzít v úvahu. A teď můj oblíbený – Kroky! Také termín ze slovníku praktiků, kteří vybírají průměry podle oka. Slyšel jsi, že? Často se tomu říká přechod z většího průměru na menší. Už jen tento termín mě děsí. Obzvláště to milují takzvaní tikhelmanští lidé. Slyšeli jste o takové sektě? Sekta Tihelman je kultem magického topného systému, který se sám reguluje a vždy funguje. Ale ukázalo se, že ne vždy to funguje. Pak ti nejzkušenější specialisté Tikhelman sdílejí odhalení – musíme udělat krok. Nikdo neví, kde a proč to udělat, takže se to určuje pomocí nejrůznějších šamanských rituálů. Tikhelmanschik jí v noci muchomůrky a ráno oznámí: „Ten krok je třeba udělat po prostředním radiátoru v systému! Ptají se ho: “Co když je počet radiátorů sudý?” – “Tak já nevím, přineste více muchomůrek!” Nebo to dělají na základě všemožných legend a smluv. „Arkhip Filimonovich mi odkázal, abych postavil schod po třetí baterii! A Arkhip Filimonovič dělal topení pro Dzeržinského sám!“ V každém případě nyní víte, že přechod průměrů se neprovádí na nějakém tajném místě, ale na velmi specifickém místě. Což se určí výpočtem. Tam, kde dochází k výraznému přechodu tepelného výkonu nahoru nebo dolů. Celkový výkon otopných těles zbývajících v okruhu se sníží na hodnotu, při které průtok v aktuálním průměru klesne pod kritickou hodnotu – to znamená, že zde je potřeba zmenšit průměr potrubí. No, právě jsi to všechno viděl. Dále přecházím k jednomu z hlavních parametrů pro výpočet průměru potrubí, tepelného výkonu radiátorů, průtoku, výběru čerpadla a vůbec všeho. Toto je ΔT, teplotní rozdíl mezi přívodem a zpátečkou. Proč dvacet stupňů?

Kalkulačka

Takže ΔT 20 stupňů. Začněme kotlem. Pamatujete si, jak jsem řekl, že má trubku o průměru 18 s vnitřním průměrem 16? Začněme si hrát s kalkulačkou, kterou jsem vám slíbil.

V oblasti vlevo zadáme počáteční údaje. Vezměme maximální teplotu 75°C, rozdíl je 20°C, což znamená zpátečku 55°C a výkon kotle 24 kW a zapíšeme to ve W. Vnitřní průměr je 16 mm, shoduje se s vnitřním průměrem dvacátého kovoplastového potrubí s rychlostí 1,43 m/s.

Nyní změníme ΔT z 20°C na 15°C, teplotu zpátečky nastavíme na 60°C. A rychlost v potrubí o vnitřním průměru 16 mm okamžitě vyletěla ke stropu, 1,9 m! Proč? Ale protože se nám výrazně zvýšila spotřeba. Bylo 1032 kg/h, stalo se 1376 kg/h.

Ale kotlové čerpadlo v tomto kotli tolik pumpovat nemůže. No a co? To znamená, že při stejném průtoku chladiva a snížení rozdílu na 15°C se sníží tepelný výkon kotle. No to je logické, průtok vody výměníkem je stejný a každý litr co vyteče z bojleru se ohřeje ne o 20°C, ale o 15°C. Nebudu se klamat výpočty, hned řeknu – pokud při ΔT 20°C kotel vyrobí 24 kW, tak při ΔT 15°C již kotel nebude vyrábět 24 kW, ale pouze 18 kW. Bomba, že? To samé s topným systémem. Výkon radiátorů, které jste si zakoupili, je uveden na základě ΔT 20°C. Vybrali jste jej však podle jmenovitého výkonu, který vychází ze 100 W/m²? Takže když snížíte ΔT, nebudete mít žádných 100 W/m². Méně delta, méně výkonu, více delta, více výkonu. Díky bohu, výkon celého systému, výkon radiátorů, výkon kotle je vybrán do nejchladnějšího počasí. Tady je -37°C. To znamená, že topný systém funguje na plný výkon, jen když je venku -37°C a v domě je zima. A když je venku rozumné počasí – 15-20°C, v místnosti je teplo, 23-24°C, radiátory už nevydávají tolik tepla, kolik mohou, pak výkon vašeho topného systému výrazně klesne. A to je pak, že ΔT se sám o sobě stane 15 °C i 10 °C. Se stejnými radiátory a stejnými průměry potrubí. Co když se to začne dít, když venku mrzne? Pokud jsou trubky odebírány s velkou rezervou, rozdíl mezi dodávkou a návratem je malý, co se stane? Kotel se začne cyklicky zapínat a vypínat. Dům je studený, ale kotel se vypne, protože zpátečka je horká. Nikdy jsi o tom neslyšel? Všude kolem. Ale to teď mít nebudete. Už je jasné, proč nemá smysl dělat zásoby průměrů? Systém považujeme za nejchladnější období, je to doslova 5 dní v roce, nejtěžší období zimy. Pouze v tomto okamžiku systém pracuje na maximální výkon a pouze v tomto okamžiku bude mezi přívodem a zpátečkou rozdíl 20 stupňů. Pokud to není jasné ani teď a bojíte se chyb, objednejte si u nás projekt. Přesně spočítáme tepelné ztráty vašeho domova, konkrétně pro váš region. Vybereme správná topná zařízení na základě vámi požadované teploty v místnostech. Vezměme v úvahu jejich skutečnou sílu pro vaše podmínky, a ne tu, kterou uvádí výrobce v reklamním prospektu. Vraťme se ke kalkulačce. Teoreticky by po příkladu s kotlem mělo být vše jasné, ale pojďme to konsolidovat.

Nastavte teplotu přívodu. Nastavte teplotu zpátečky. Nastavte požadovaný topný výkon. Například 3 radiátory z našeho stolního výběru, každý 1,4 kW, celkem 4,2 kW. Zde je rychlost pro polypropylenovou trubku 20 0,37 metru, pro kov-plast 0,44 metru, je to normální, používáme to.

Možná si říkáte – na polypropylen na 3 radiátory je 20. trubka málo! Ano, ne trochu, to je normální. Musíte pájet opatrněji a neroztavit otvory. Je potřeba vyzkoušet, splnit technologické požadavky, dodržet přesné teplotní podmínky, dobu ohřevu, délku, jak dlouho trubku vtlačíte do tvarovky, pak bude vše v pořádku. No, nebo prostě nepracujte s polypropylenem, velmi pracnou trubkou, s velmi velkým vlivem lidského faktoru a kvalitu pájení je téměř nemožné zkontrolovat. Nemám rád, když nevidím, co se děje.

Dále řekněme našich osm radiátorů, 11,2 kW. Píšeme 11200, spotřeba vody 482 kg. 32. nebo 25. trubka pro polypropylen, 26. pro kov-plast.

Při organizaci zásobování vodou a autonomního topného systému pro soukromý dům je nezbytným krokem výpočet průměru potrubí, který lze provést pomocí vzorců, tabulek a pomocí online kalkulaček. Přesný výpočet, který bere v úvahu všechny faktory ovlivňující výběr velikosti sekce, mohou provést pouze odborníci. Tento článek pojednává o zjednodušených možnostech.

Základní pravidla pro výběr průměrů potrubí pro topný systém

• obecné tepelné ztráty doma;
• výkon topných zařízení instalovaných ve všech místnostech;
• délka potrubí;
• způsob zapojení systému (jednotrubkové, dvoutrubkové);
• cirkulační metoda (přirozená, nucená).

Důsledky výběru příliš malých trubek:

• potrubí je vystaveno nadměrnému zatížení, což výrazně zkracuje jeho provozní dobu;
• hluk v topném systému;
• Ve špičkách bude dodávka tepla nedostatečná.

Instalace trubek s velkou rezervou velikosti průřezu vede k:

• finanční překročení;
• snížení rychlosti proudění, které může způsobit usazeniny na vnitřních stěnách potrubí, což povede ke snížení propustnosti;
• příliš vysoká setrvačnost systému;
• zvýšení pravděpodobnosti větrání, což způsobuje předčasné opotřebení topných zařízení.

Výpočet průměru topné trubky dle tabulky

Pro stanovení optimálního vnitřního průměru potrubí za konkrétních podmínek je nutné znát požadovanou rychlost chladicí kapaliny a požadovaný tepelný výkon.

• Za optimální rychlost chladicí kapaliny se považuje rozmezí 0,3-0,7 m/s.
• Množství tepla pro budovy s výškou stropu do 3 m se vypočítá přibližně takto: na 10 m 2 plochy je potřeba 1 kW tepelné energie. To je velmi přibližná teoretická hodnota, která se velmi liší v závislosti na stupni tepelné izolace objektu. Přesnou hodnotu může určit pouze odborník. U budov s průměrnou izolací a tepelně izolovanými dveřmi a okny se obvykle akceptuje zvyšující se bezpečnostní faktor 1,2.

Tabulka shody mezi vnitřním průměrem potrubí topného systému, průtokem chladiva a požadovaným tepelným výkonem (u dvoutrubkových systémů s nuceným oběhem) s rozdílem teplot v přívodním a vratném potrubí 20°C

Vnitřní průměr, mm

Tepelný tok v kW pro rychlosti chladiva v m/s

0,4

0,5

0,6

Příklad výpočtu průměru potrubí topného systému

Předpokládejme, že je nutné určit průměr potrubí pro budovu o rozloze 50 m2. Požadovaný tepelný výkon je 5 kW, s bezpečnostním faktorem 5×1,2 = 6 kW. Optimální vnitřní průměr dle tabulky je 15 mm. U polypropylenových trubek, které jsou klasifikovány podle vnějšího průměru, odpovídá vnitřní průměr 15 mm výrobkům s vnějším průřezem 20 mm. Pro přívod chladicí kapaliny do radiátorů se používá potrubí o průměru 20 mm. Pro stoupačky jsou vhodné sekce 25-32 mm.

U systémů s přirozenou cirkulací výpočty obvykle ukazují, že optimální jsou trubky s vnitřním průměrem 30-40 mm.

Stanovení optimálního průřezu vodovodních systémů

Odborný výpočet průměru potrubí se provádí s ohledem na spotřebu vody, počet závitů a spojů a délku vodovodního potrubí. Pro elektroinstalaci v bytě se zřídka používají speciální výpočtové vzorce, ale volí se rozměry vnitřního průřezu:

• pro stoupačky – 20-25 mm;
• pro přívod do vodních bodů – 10-15 mm.

Pro složitá schémata zapojení s velkým počtem spojů, závitů, významnou délkou systému nebo poklesem tlaku ve srovnání se standardní hodnotou se používají trubky se zvýšenou velikostí průřezu.