Розрахунок діаметра труб для теплої підлоги

Розрахунок діаметра труб для «теплої підлоги»

При належній якості монтажної балансування діаметр трубопроводу не так вже важливий з точки зору забезпечення задовільної роботи системи «тепла підлога». Але від вибору діаметру трубопроводу залежить вартість цієї системи. Проектувальник повинен мати в своєму розпорядженні аналітичний метод вибору діаметра поліетиленового трубопроводу, що укладається в «тепла підлога».

Табл. 1. Характеристики опору 1 п.м. поліетиленової труби

Табл. 2. Рекомендовані значення витрати теплоносія і відповідні швидкості в трубах (з умови «неперевищення» швидкості 1 м / с в фітингах трубопроводів)

Мал. 1. Діаграма питомих втрат тиску для поліетиленових труб

Діаметр трубопроводу, що укладається в «теплі підлоги», зазвичай призначають без розрахунку з подальшою перевіркою гідравлічного опору змійовика. Часто у всіх кімнатах однієї квартири або житлового будинку застосовують труби одного діаметру, незалежно від величини розрахункових тепловтрат і необхідної витрати теплоносія, вважаючи, що необхідна витрата теплоносія буде забезпечений відповідною настроюванням балансування арматури, яка поставляється в основному в комплекті з іншими аксесуарами «теплої підлоги».

Незважаючи на торжество цифрових технологій, що виявляється нині в будь-яких сферах техніки, гідравлічні розрахунки трубопроводів грунтуються всі ще на графічних побудовах або таблицях, властивих той час, коли не було комп`ютерів, а логарифмічна лінійка, про існування якої нинішня молодь, можливо, і не знає, була єдиним засобом, що допомагали інженеру в його розрахунках.

На рис. 1 представлений графік для вибору діаметра поліетиленових трубопроводів гріючої підлоги, рекомендований однією з провідних європейських фірм. Бездоганна репутація цієї фірми не дає підстав для будь-яких сумнівів в абсолютній достовірності фізичних залежностей, покладених в основу графічних побудов, і з цієї причини аналітична залежність, про яку йде мова в цій статті, спирається на дані цього графіка. При турбулентному русі води величина питомої гідравлічного опору? P [кПа], віднесена до 1 п.м. труби, виражається квадратичною залежністю від витрати води G [т / ч]:

?p = SG2, (1)

де S - характеристика опору, кПа / (т / год) 2. Характер руху рідини в гладких поліетиленових трубах в режимах, характерних для гріючої підлоги, не цілком турбулентний, і тому величина S, строго кажучи, не є постійною. В інтервалі характерних для «теплої підлоги» швидкостей води 0,3-0,7 м / с максимальні і мінімальні питомі значення S відрізняються від середнього значення не більше ніж на 10-12%. Тому можна з допустимою похибкою орієнтуватися на питомі (віднесені до одного метру) значення SD, обчислені для кожного значення внутрішнього діаметра Dвн [мм] за формулою:

SD =? P / G2, кПа / (м? (М3 / год) 2), (2)

де? p і G - питома втрата тиску [кПа], і витрата води [м3 / ч], певні по діаграмі рис. 1 в точці перетину лінії Dвн і швидкості 0,5 м / с. Результати обчислень за цією формулою представлені в табл. 1. Дані таблиці дозволяють визначити аналітично функцію SD = f1 (Dвн) у вигляді:

SD = 4? 106Dвн-5,26. (3)

Для вирішення практичних завдань більш важливою є зворотна функція Dвн = f2 (SD), а за допомогою електронних таблиць MS Excel визначено, що ця залежність з високим ступенем точності описується рівнянням:

Dвн = 18SD-0,19. (4)

Якщо величина Dвн [мм], а витрата води G [м3 / ч], то швидкість води в трубопроводі v [м / с] визначається за формулою:

v = 354G / D2вн. (5)

де 354 - постійна величина, що має розмірність [ч? мм2с-1м-2] .Звичайно швидкість води в трубі обчислюють, щоб співвіднести її з рекомендованими мінімальними і максимальними значеннями. За мінімальну швидкість беруть 0,25 м / с, вважаючи, що при більш низьких швидкостях можуть створитися умови для скупчення повітряних бульбашок і осідання бруду в трубках, а максимальні швидкості перевищувати не можна з міркувань шумності.

Стосовно до поліетиленових труб критична максимальна швидкість буде мати місце не в трубі, а в сполучних деталях, запресованих в трубу. На це, зокрема, звернуто увагу проектувальників в статті В.В. Буглова (АВОК, №8 / 2009), де рекомендовано перевіряти діаметри поліетиленових труб по швидкості води в сполучних деталях (фітингах) трубопроводу.

Відповідно до цією рекомендацією в табл. 2 представлені значення максимальних витрат і швидкостей води в поліетиленових трубах різних діаметрів, розраховані з умови «неперевищення» швидкості 1 м / с в фітингах трубопроводів, що випускаються виробниками, чия продукція найбільш широко представлена ​​в Україні. Якщо в формулу (4) ввести всі необхідні для розрахунку вихідні дані, то внутрішній діаметр труби Dвн [мм], можна визначити за формулою:

Dвн = 18 [? P / (LG2)] - 0,19, (6)

де? p - перепад тисків, кПа- L - довжина змійовика, м- G - розрахункова витрата води, м3 / ч.Простая залежність (6) служить зручним інструментом для аналітичного визначення діаметра поліетиленового трубопроводу. Пояснимо це на прикладі. Згідно тепловому і гідравлічного розрахунку (наприклад, [1]), через змійовик довжиною L = 85 м, покладений в конструкцію «теплої підлоги», повинен циркулювати теплоносій з витратою G = 0,2 м3 / год.

Циркуляційний насос системи опалення розвиває тиск, яке дозволяє використовувати не більше 15 кПа на подолання гідравлічного опору змійовика. Необхідно вибрати відповідний для умов завдання діаметр поліетиленового трубопровода.По формулою (6) розраховуємо: Dвн = 18? [15 / (85? 0,22)] - 0,19 = 13,6 мм. Залишається вибрати найближчий по каталогу фірмипроізводітелі типорозмір труби з внутрішнім діаметром, що перевищує 13,6 мм.

Наприклад, Ф20? 2 з внутрішнім діаметром 16 мм. Швидкість води в трубопроводі визначається за формулою (5): v = (354? 0,2) / 162 = 0,276 м / c. Швидкість води не перевищує граничного (табл. 2) значення 0,32 м / с, і це підтверджує правильність прийнятого діаметра труби. Питома характеристика опору прийнятої в проекті труби складе, по табл. 1 або за формулою (3), 1,85 кПа / [м? (М3 / год) 2], а характеристика опору змійовика довжиною 85 м, відповідно: 1,85? 85 = 157 кПа / (м3 / год) 2.

При цьому розрахункові втрати тиску в змійовику, розраховані за формулою (1), складуть 157? 0,22 = 6,3 кПа. При наявному тиску 15 кПа надлишковий тиск 15 - 6,3 = 8,7 кПа, потрібно погасити балансувальним клапаном, який зазвичай встановлюють на розподільному колекторі системи. Користуючись характеристикою фірмового балансування клапана і, знаючи величину надлишкового тиску (в нашому прикладі 8,7 кПа), проектувальник визначає налагоджувальне число поворотів головки клапана і вносить в проект відповідне позначення.

Перш ускладненими формулами інженери практично не користувалися, вважаючи за краще всякого роду номограми і діаграми. Це і зрозуміло, тому що не кожен дослідник володів математичними методами, без яких відобразити складні залежності в аналітичній формі було вельми складно. З іншого боку, багато проектувальників, озброєні лише логарифмічними лінійками, боячись помилитися, уникали складних обчислень, пов`язаних з логарифмування або з іншими математичними діями, відмінними від чотирьох, відомих з дитинства.

Тепер же в розпорядженні кожного проектувальника є електронні таблиці MS Excel, що дозволяють легко проводити численні і різноманітні розрахунки.