Как самостоятельно вычислить диаметр трубопровода по формулам и табличным данным

Независимо от типа коммуникаций, автономная это система или централизованная, физические параметры отдельных элементов обслуживающей сети важно предварительно правильно определить. Рассмотрим, как можно самостоятельно произвести расчет диаметра трубопровода по расходу воды или требуемой теплоотдаче жидкого теплоносителя. Ознакомимся с основными формулами без учета инженерных тонкостей, которые в частном секторе могут быть упущены.

Автономная система из разных труб Источник promtu.ru

Способы проведения расчетов

Разрабатывая проекты для крупномасштабных объектов профессионалы пользуются специальными инженерными программами для составления схем и чертежей будущих сетей отопления и горячего/холодного водоснабжения. Для более простых задач на уровне частного сектора можно найти решения с помощью калькуляторов, которые опубликованы на сайтах производителей и продавцов. Третий вариант – проведение расчетов посредством готовых формул и табличных данных, например, про скорость воды в трубах.

Можно поступить еще проще – отталкиваться от распространенных решений, которые проверены на разных объектах, имеются доказательства их эффективности. Однако рекомендованные схемы в индивидуальном строительстве не всегда исправно работают. Так, если допустить при подборе превышение диаметра трубопровода, то отопление будет отличаться малой теплоотдачей, а вода протекать с низким напором. Напротив, использование зауженных каналов способствует увеличению давления и отопительная система будет хорошо согревать дом. Но при этом на трубы и фитинги оказывается большая нагрузка, что сокращает срок исправной службы коммуникаций из-за ускоренного износа.

Использование фитингов для оптимизации расположения разных каналов Источник kanaliza.ru

Оребрённые трубы

Такие изделия изготавливаются методом поперечно-винтовой прокатки. На них наносятся рёбра, увеличивающие площадь поверхности, которая отдаёт тепло. Применение таких труб даёт возможность сократить вес тепловых обменников, потому что тепло будет отдавать и оребрённая труба, по которой циркулирует жидкость.

Оребренная труба

Такая труба, если сравнивать её с обычной гладкой, имеет площадь теплового обмена в 2-3 раза больше. Популярности оребрённых труб мешает их высокая стоимость. Изделия выполняются из алюминия, латуни и меди. Организация системы отопления с использованием такого типа трубопроводов требует существенных денежных затрат, потому их расчёт в этой статье не будем рассматривать.

При не очень разветвлённой и сложной системе трубный диаметр можно рассчитать самостоятельно. Для этого необходимо иметь данные о тепловых потерях помещения и мощность каждого радиатора. Потом, заглянув в таблицу, можно определить сечение трубы, соответствующей подаче нужного количества тепла. Расчёт трудных многоэлементных схем лучше оставить для профессионалов. В крайнем случае, рассчитайте сами, но постарайтесь хотя бы получить консультацию.

Что нужно учитывать при расчетах водоснабжения

В инженерных программах и калькуляторах уже заложены все необходимые данные, которые должны быть использованы для получения искомых результатов. Поэтому рассмотрим детальнее третий способ вычислений по готовым формулам. Так, диаметр трубы рассчитывается с учетом пропускной способности трубопровода и скорости потока жидкости в трубе:

Здесь под условными обозначениями подразумевается:

• d – искомый размер поперечного сечения канала относительно внутренних стенок;
• q – расход транспортируемой жидкости в литрах или кг в секунду или в час;
• v – скорость потока в м/с;
• π – постоянная величина (отношение длины окружности к диаметру).

Для определения расхода воды или пропускной способности трубопровода используется следующая формула: q = 5 × q(0) × k.

Здесь под q(0) подразумевается нормативное значение, которое можно найти действующих СНиП. Например, для ванной комнаты это 0,25, для смесителя на кухне – 0,12, а для сливного бачка на унитазе достаточно 0,1 единицы. Коэффициент k нужен, когда к исследуемой магистрали подключается несколько точек потребления.

Многоканальная сеть для обслуживания различных точек потребления Источник planlook.ru

Его можно определить так: k = N × P. Здесь:

• f – объем потребляемой воды;
• N – количество точек потребления жидкости;
• P – значение вероятности одновременного действия нескольких сантехнических приборов.

В свою очередь для определения вероятности существует своя формула: P = qhrμ × u/(q(0) × 3600 × N). Если не вдаваться в подробности, то произведение qhrμ – это максимальный расход воды за час. Этот показатель нормативный, информация имеется в СНиП. В качестве примера: Объем потребления холодной воды должен составлять в пределах 5,6 литров, а общий с горячей – порядка 15,6 л/с. Под u в формуле подразумевается количество человек, которые постоянно пользуются водопроводом.

Пример расположения точек потребления воды в доме для небольшой семьи Источник jaxtr.com

Проходимость труб

По санитарным нормам, которые учитываются организациями при составлении квитанций без счетчиков, на одного человека в сутки приходится порядка 360 литров воды. Однако расход в зависимости от установленных каналов с круглым сечением может отличаться от норматива. На фактический результат оказывает влияние несколько факторов, среди которых базовыми считаются:

• Длина магистрали. На протяжении всего пути на движущуюся жидкость оказывается сопротивление со стороны внутренних стенок трубы. Иначе это явление называется потерей напора. То есть по мере продвижения скорость воды в трубопроводе снижается. В итоге чем сильнее разница между напором в начале и в конце конкретного прямого участка, тем больше времени пройдет перед поступлением в водопровод новой порции жидкости. Это особенно заметно в старых системах, где с внутренней стороны на металлической поверхности постепенно появляются ржавчина и наросты.

Пример разных прямых отрезков в системе Источник septik-centr76.ru

• Диаметр. Здесь также имеет значение момент сопротивления. С одной стороны в трубах с малым сечением затормаживающий эффект оказывается небольшой поверхностной площадью. С другой же показатели выше чем в более широких каналах из-за пропорционально разного объема транспортируемой жидкости. То есть во втором случае при аналогичном потреблении человек получит быстрее нужный литраж, чем через тонкий трубопровод.
• Состав. Современный рынок представляют изделия для коммуникационных систем транспортировки воды, которые изготавливаются различных материалов. Так, полипропиленовые стенки оказывают заметно меньше влияния на снижение скорости потока, чем стальные.
• Долговечность. Существенная разница имеется в длительности сохранения изначально заданных эксплуатационных условий. На шероховатом металле может появиться коррозия, наросты, что способствует уменьшению поперечного сечения магистрали. То есть изначальные расчеты диаметра трубы по расходу в итоге окажутся несправедливыми. На гладких полимерных стенках подобные явления отсутствуют. Их срок службы может превосходить старые аналоги с разницей до 200 раз.

Пример засора металлической трубы Источник ytimg.com

• Узловые соединения. Любые участки с фитингами независимо от способа монтажа, повороты и разделения оказывают дополнительное сопротивление.

В сводных таблицах указана пропускная способность водопроводных каналов в зависимости от поперечного сечения трубы (Ду – номинальный или условный диаметр) и скорости движения жидкости в трубопроводе под тем или иным давлением.

Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на инженерных системах (отоплении, водоснабжении, канализации и прочих) и сопутствующих работах

Скорость потока в каналах с круглым сечением зависит кроме прочего от характера транспортируемой жидкости. Например, для вязкой среды самотечной оптимальным считается 0,1-0,5 м/с, а для более жидкой – 0,5-1 м/с. Показатели увеличиваются, если использовать устройства для принудительной транспортировки. Так, в условиях нагнетания скорость может достигать 0,8-2 м/с, а при всасывании – 1,5-3 м/с.

Взаимосвязь характеристик

Из всех перечисленных факторов именно давление является основополагающим моментом: чем оно ниже, тем больше должен быть диаметр труб для водопровода в частном доме.

Если не предусмотреть это условие, при наличии открытого контура водоснабжения возможен шум, который возникает при сильном напоре и малом диаметре труб.

Не стоит сильно занижать напор, поскольку вода будет вытекать из крана слабой струей, что неудобно в эксплуатации.

Пример проведения самостоятельных расчетов

Рассмотрим как рассчитать диаметр трубы для коттеджа, в котором проживает 4 человека. В список точек потребления входят ванная, душевая кабинка и унитаз, на кухне установлена стиральная машинка и посудомоечное оборудование. Так как имеется несколько пользователей и факт одновременной работы разного оборудования, сначала нужно определить вероятность. По имеющимся данным получится P = 5,6 × 4/(0,25 × 3600 × 6) = 0,00415.

Расход воды в каждом из помещений получится такой:

• ванная – q = 5 × 0,25 × 0,00415 = 0,00519 л/с;
• кухня – q = 5 × 0,12 × 0,00415 = 0,00249 л/с;
• туалет – q = 5 × 0,1 × 0,00415 = 0,00208 л/с.

Следующий шаг – определение нужного диаметра трубопровода.

Проверить сечение трубы можно обычной линейкой Источник kipmu.ru

Скорость потока в трубе можно точно вычислить с параллельным расчетом потерь, коэффициента гидравлического трения и других требуемых величин. Проще, несмотря на погрешности, взять информацию из готовых таблиц. Ведь на строительном рынке не существует заготовок, которые отличаются от стандартизованных сечений.

Если за ориентир взять напорный водопровод и продвижение жидкости со скоростью 3 м/с, то по расчетам получатся такие варианты оптимальных диаметров труб.

Ванная – примерно 45 мм:

Кухня – примерно 33 мм:

Туалет – примерно 30 мм:

Расчет диаметра трубы по расходу воды

Определяем правильно расход воды

Чтобы определить диаметр трубы по расходу проходящей жидкости, понадобятся значения истинного потребления воды с учетом всех сантехнических приборов: ванны, кухонного смесителя, стиральной машины, унитаза. Рассчитывается каждый отдельный участок водопровода по формуле:

qc = 5× q0 × α, л/с

где qc – значение потребляемой воды каждым прибором;

q0 – нормируемая величина, которая определяется по СНиП. Принимаем для ванны – 0,25, для кухонного смесителя 0,12, для унитаза -0,1;

а – коэффициент, учитывающий возможность одновременной работы сантехнических приборов в помещении. Зависит от значения вероятности и количества потребителей.

a = f (N × P)

На участках магистрали, где совмещаются потоки воды для кухни и ванны, для унитаза и ванны и т.д., в формулу добавляется значение вероятности. То есть возможности одновременной работы кухонного смесителя, крана в ванной, унитаза и других приборов.

Вероятность определяется по формуле:

Р = qhr µ × u/q0 × 3600 × N,

где N – число потребителей воды (приборов);

qhr µ — максимальный часовой расход воды, который можно принять по СНиП. Выбираем для холодной воды qhr µ =5,6 л/с, общий расход 15,6 л/с;

u – количество человек, использующих сантехнику.

Пример расчета расхода воды:

В двухэтажном доме имеется 1 ванная, 1 кухня с установленными стиральной и посудомоечной машиной, душевая кабина, 1 унитаз. В доме живет семья из 5 человек. Алгоритм расчета:

1. Рассчитываем вероятность Р = 5,6 × 5/0,25 × 3600 × 6=0,00518.
2. Тогда расход воды для ванной составит qc = 5× 0,25 ×0,00518=0,006475 л/с.
3. Для кухни qc = 5× 0,12 ×0,00518=0,0031 л/с.
4. Для туалета qc = 5× 0,1 ×0,00518=0,00259 л/с.

Рассчитываем диаметр трубы

Существует прямая зависимость диаметра от объема перетекающей жидкости, которая выражается формулой:

Q = (πd²/4)•w

где Q – расход воды, м3/с;

d – диаметр трубопровода, м;

w – скорость потока, м/с.

Преобразовав формулу, можно выделить значение диаметра трубопровода, который будет соответствовать потребляемому объему воды:

Юлия Петриченко, эксперт

d = √(4Q/πw), м

Скорость потока воды можно принять по таблице 2. Существует более сложный метод расчета скорости потока – с учетом потерь и коэффициента гидравлического трения. Это довольно объемный расчет, но в итоге позволяющий получить точное значение, в отличие от табличного метода.
Таблица 2. Скорость потока жидкости в трубопроводе в зависимости от ее характеристики

Пример: Рассчитаем диаметр трубы для ванной, кухни и туалета, исходя из полученных значений расхода воды. Выбираем из таблицы 2 значение скорости потока воды в напорном водопроводе – 3 м/с.

Тогда диаметр трубопровода определяется:

для ванной d = √(4*0,006475/3,14*3)=0,052 м

для туалета d = √(4*0,00259/3,14*3)=0,033 м

для кухни d = √(4*0,0031/3,14*3)=0,036 м

Отопительная система

Здесь главная задача, которую необходимо решить с помощью жидкого теплоносителя – обеспечить нагревательные приборы нужным количеством тепла. Перед тем, как рассчитывать диаметр трубы, понадобится определить теплопотери дома, выбрать радиаторы с оптимальной мощностью. Также понадобятся данные о длине трубопровода и схеме рабочей системы (способ циркуляции воды, с одним или двумя каналами).

Двухтрубная схема автономного отопления Источник kupisantehniky.ru

Для вычисления диаметра труб отопления можно использовать такую формулу:

Здесь:

• d – искомая величина внутреннего диаметра;
• Q – нагрузка на конкретный участок системы относительно необходимого количества подаваемого тепла;
• Δt° – разница между температурами на подаче и обратке;
• V – скорость потока теплоносителя на обслуживаемом участке.

В автономных системах отопления жидкость может перемещаться со скоростью от 0,2 до 1,5 м/с. При этом оптимальными на практике значениями являются 0,3-0,7 м/с. При меньшей скорости повышается вероятность завоздушивания системы, при большей система работает шумнее.

Ниже представлена таблица с оптимальными значениями скорости горячей воды в полипропиленовых трубах в зависимости от количества тепла до 20 кВт (в кВт) и наружного диаметра канала (в мм). Здесь учитывается рабочий режим 80/60 и разница температур в 20 градусов по Цельсию.

Условие задачи

Расход на участке внутриквартальной хозяйственно-бытовой канализации составляет Q=3 л/c. Подобрать железобетонную трубу.

Расчет канализационной трубы (участка сети) заключается в назначении для него диаметра и подборе уклона, см. расчетную схему ниже:

Расчетная схема участка канализационной сети

В соответствии с СП32.13330, минимально возможный диаметр внутриквартальной канализации составляет 150 мм. Это имеется в виду внутренний диаметр.

Коротко о главном

От диаметра трубопровода зависит скорость подачи содержимого за отчетный период времени и срок эксплуатации коммуникаций.

Вычислить оптимальный размер сечения на том или ином участке системы можно с помощью специальных инженерных программ, калькуляторов в интернете или самостоятельно используя несколько формул.

Рассчитывая диаметр каналов для водоснабжения, учитываются скорость потока, давление, требуемый расход воды на обслуживание сантехнического оборудования и проживающих в доме людей, полив огорода или цветника.

Определяя диаметр труб для сборки отопительной системы необходимо выяснить нагрузку или количество нужного тепла для компенсации теплопотерь, разницу температур на подаче и обратке, скорость движение теплоносителя.

Определение оптимального сечения водопроводных систем

Профессиональный расчет диаметра трубы производится с учетом расхода воды, количества поворотов и стыков, длины водопровода. Для внутриквартирных разводок специальными расчетными формулами пользуются редко, а выбирают внутренние размеры сечения:

• для стояков – 20-25 мм;
• для подвода к точкам водоразбора – 10-15 мм.

Для сложных схем разводки, при большом количестве стыков, поворотов, значительной протяженности системы, занижении напора, по сравнению со стандартной величиной, применяют трубы с увеличенным размером сечения.