Расчет однотрубной системы отопления

Наверное, нет смысла подвергать сомнению утверждение, что автономный обогрев собственного жилища имеет ряд преимуществ перед централизованными системами отопления. Единственным недостатком можно считать достаточно большие первоначальные вложения, львиную долю которых составляет проведение гидравлического расчета однотрубной системы отопления. В этой публикации будет рассказано, как самостоятельно рассчитать однотрубную отопительную систему (СО) для небольшого помещения или частного дома.

Сбор данных и подготовительные расчеты

Прежде всего ответим, для чего нужен гидравлический расчет?

  1. Для эффективного обогрева всех помещений независимо от внешней и внутренней температуры воздуха.
  2. Для снижения эксплуатационных затрат, которые возникают в процессе работы отопительного оборудования.
  3. Для снижения затрат, связанных с приобретением оборудования и материалов. Это касается грамотного подбора диаметров трубопровода на каждом участке отопительной системы.
  4. Для снижения уровня шума, связанного с движением теплоносителя по контуру.
  5. Для стабильной работы отопительной системы.

Для того чтобы сделать расчет системы отопления (в этом повествовании будет говориться исключительно об однотрубной схеме с принудительной циркуляцией теплоносителя), необходимо получить следующие данные:

  • Необходимую мощность теплогенератора.
  • Мощность и количество радиаторов для каждого отапливаемого помещения.
  • Диаметр и протяженность отопительного контура.

Имея на руках искомые данные можно переходить к подбору циркуляционного насоса, расчетам количества теплоносителя, емкости расширительного бака и настройки группы безопасности. Теперь обо всем по порядку.

Расчет тепловой производительности котельной установки

Итак, вы решили создавать однотрубную систему отопления частного дома своими руками. Первое, что нужно сделать, чтобы узнать искомую величину мощности теплогенератора – это произвести расчет теплопотерь каждого отапливаемого помещения. Как известно, основные потери тепла исходят от:

  • Наружных стен.
  • Потолка.
  • Пола.
  • Окон.

На примере рассмотрим теплопотери угловой комнаты, с размерами 6 х 3 метра, двумя окнами 1,5 х 1,2 м, и высотой потолков 2,5 м.

  1. Наружные стены (S1) = (6 х 2,5)+(3 х 2,5)-2 (1,5 х 1,2); S1= 15+7,5-3,6=18,9 м2
  2. Окна (S2) = 2(1,5 х 1,2)= 3,6 м2
  3. Пол (S3) = 18 м2
  4. Потолок (S4) =18 м2

Применяем формулу расчета теплопотерь (Q) = k; для наружных стен k = 62; для окон k = 135; для пола k = 35; для потолка k = 27. Подставляем необходимые значения.

  1. Q1 = 18,9 х 62 = 1171,8 Вт или 1,172 кВт;
  2. Q2 = 3,6 х 135 = 486 Вт или 0,486 кВт;
  3. Q3 = 18 х 35 = 630 Вт или 0,63 кВт
  4. Q4 = 18 х 27 = 486 Вт или 0,486 кВт;

Теперь суммируем все теплопотери для выявления необходимого количества тепла, которого необходимо для конкретного помещения = 2,774 кВт;

Те же действия необходимы для каждого отдельного помещения. Суммируя теплопотери можно сделать вывод о необходимой производительности котельной установки. Есть методика менее точная, но достаточно надежная и быстрая: необходимо использовать удельную мощность котлоагрегата рекомендованную в зависимости от региона.

Тепловую производительность котельной установки можно высчитать, используя Wк = Wуд х S/10; где:

Wк = мощность котлоагрегата;

Wуд = рекомендованная удельная мощность, представленная на рис.;

S/10 = площадь обогреваемого помещения на 10 м3.

Теперь, когда, есть данные о мощности котлоагрегата, необходимого для обогрева дома, можно приступать к чертежам контура отопительной системы, прикидывать место размещения радиаторов отопления.

Расчет количества и мощности батарей

Как в однотрубном подключение радиаторов отопления, так и в двухтрубных схемах, эффективность отопления конкретного помещения зависит не только от количества секций радиаторов, их конструкции, материала, из которого они изготовлены, площади поверхности и способа подсоединения к магистральному трубопроводу, но и от материала стен и способа утепления, теплопотерь в окнах и пр.

Воспользуемся рекомендованными данными, которые можно найти в специализированной литературе. 1 м3 в кирпичном доме требует приблизительно 0.034 кВт тепла для поддержания комфортной температуры; в доме из СИП – панелей – 0,041 кВт; в кирпичном доме с утепленными: перекрытием, чердаком, несущими стенами, фундаментом – 0,02 кВт.

Для примера, рассмотрим подбор батарей для комнаты 18 м2 с высотой потолков 2,5 м. в кирпичном доме. (0,034 кВт).

  1. Узнаем объем помещения: 18 х 2,5 = 45 м3.
  2. Рассчитываем, сколько необходимо тепловой энергии для данной комнаты: 45 х 0,034 = 1,53 кВт

Теперь нужно воспользоваться таблицей, с характеристиками батарей.

На рисунке показаны основные характеристики наиболее распространенных радиаторов. Исходя из представленных данных, лучшее соотношение характеристик и стоимости у алюминиевых батарей. Нам необходимы данные о мощности одной секции, нижняя граница которой равна 0,175 кВт.

  1. Делим полученный результат на мощность секции выбранного типа радиаторов и получаем количество секций: 1,53/ 0,175 = 8,74

Итог: для обогрева помещения 45 м3 нам необходим алюминиевый радиатор, состоящий из 9 секций. Аналогичные расчеты проведите для каждой комнаты в доме.

Вычисления диаметра трубы для отопительного контура

Данная процедура является обязательной при расчете любой системы отопления. В однотрубных схемах – это еще и достаточно сложно сделать, так как теплоноситель все больше остывает в каждом последующем радиаторе. Для поддержания определенной температуры нужно на каждом последующем участке контура увеличивать скорость движения теплоносителя. Сделать это можно, уменьшая диаметр трубы, согласно необходимой тепловой мощности для каждого радиатора.

Сделать вычисления можно по формуле Rср = β*?рр/∑L; Па/м, Получим среднее значение потери давления вследствие трения на 1 метр расчетного кольца СО. Далее, используя формулу, рассчитываем диаметр трубопровода для конкретного участка контура.

∆t° —разница температур теплоносителя между входом и выходом из котлоагрегата, °С
Q —количество тепла, необходимое на обогрев конкретного помещения
V — скорость теплоносителя, м/с

Несколько слов о скорости движения воды в системе. Чтобы отопление работало эффективно необходимо чтобы скорость движения теплоносителя была как можно выше. Однако, при этом увеличивается давление в системе и возникает шум от трения о поверхность трубопровода. Оптимальная скорость теплоносителя в горизонтальной однотрубной системе отопления должна находиться в пределах 0,3 – 0,7 м/сек. Медленнее – возможно завоздушивание; Быстрее – появляется шум.

Существуют таблицы, в которых можно выбрать необходимый диаметр труб. Для этого диаметра предлагается оптимальная скорость и расход теплоносителя. Рассмотрим пример подбора труб из армированного полипропилена для каждого участка отопительного контура с 6-ю радиаторами разной мощности.

Важно! В таблице указан внутренний диаметр трубы. Оптимальные результаты находятся в колонках, обозначенных синим цветом.

  1. На первом участке СО (от выхода котла до радиатора) мощность системы 15 кВт. Выбираем данные, соответствующие мощности из синих колонок. Подходит труба с внутренним диаметром 20 мм и 25 мм. Выбираем 20 мм (она дешевле). Скорость движения теплоносителя на этом участке будет 0,6 м/с; расход теплоносителя, через трубу такого диаметра при данной скорости – 659 кг/ч.
  2. Первый радиатор имеет мощность 3 кВт поэтому нагрузка на нем уже 15 – 3 = 12 кВт. В оптимальной зоне таблицы данное значение находится в зоне трубы 20 мм.
  3. На участке между первым и вторым радиатором: 12 кВт – 2,5 = 9,5 кВт; диаметр трубы 20 мм.
  4. На третьем радиаторе тепловая нагрузка падает уже до 9,5 – 2 = 7,5 кВт. Исходя из таблицы на этом участке требуется труба с 15 мм внутреннего диаметра.

Аналогично делается расчет трубопровода на всех участках СО.

Совет: Следует знать, что армированный полипропилен имеет несколько другие внутренние размеры, чем указано в таблице. Показанный нами пример внутреннего диаметра 20 мм реально имеет 21,2 мм. и маркировку ПП32, и соответственно внешний диаметр 32 мм.

Расчет объема расширительного бака

Для того чтобы рассчитать объем расширительного бачка мембранного типа следует знать количество теплоносителя, который находится в отопительном контуре. Зависимость такая: расширительный бак должен быть объемом в 10 % от количества теплоносителя.

Количество воды в СО рассчитывается по формуле: W = π (D2/4) L где:

  • π – 3,14;
  • D – внутренний диаметр участка трубопровода;
  • L – длина участка трубопровода (если весь контур выполнен из трубы одного диаметра, то считаем длину контура).

Например, внутренний диаметр трубопровода из армированного полипропилена – 21,2 мм = 0,021м; длина контура – 100 м. 3,14 х (0,0212/4) х 100 = 0.0345м3 или 34,5 литра. От сюда вывод: при объеме теплоносителя в системе 34,5 л, в температурных пределах СО от 0 до 80°С и давлении в системе от 0,3 до 1 Бар, необходим расширительный бак, емкостью 3,5 л.

Чтобы рассчитать параметры циркуляционного насоса нужны данные о мощности котла, разница температур на входе и выходе котельной установки. Далее можно воспользоваться формулой Q = N /(t 2- t 1), где N – мощность котлоагрегата; T1 – температура теплоносителя на подающем патрубке, T2 – температура охлажденного теплоносителя на обратной ветке контура.

Совет: следует знать, что для построения грамотной однотрубной системы отопления, кроме полученных данных необходимо сделать расчет гидравлических сопротивлений, которые возникают на равнопроходных отводах, учесть гидравлические потери на точках сужения трубопровода, грязевике и обратном клапане (если предполагается). Данный расчет сделать самостоятельно достаточно просто, используя программы: «Гидравлические и тепловые расчеты» и HERZ. C. O. С.

Расчет однотрубной системы отопления: что учитывать при расчете + практически пример

Однотрубная система отопления – это схемное решение на разводку труб внутри зданий с подключением приборов нагрева. Такая схема видится наиболее простой и эффективной. Сооружение отопительной системы по варианту «одной трубой» обходится домовладельцам дешевле иных способов.

Но устройству такой схемы обязательно должен предшествовать расчет однотрубной системы отопления для повышения КПД.

Устройство однотрубной схемы отопления

Гидравлическая устойчивость системы традиционно обеспечивается оптимальным подбором условного прохода трубопроводов (Dусл). Устойчивую схему реализовать способом подбора диаметров, без предварительной настройки систем отопления с терморегуляторами, достаточно просто.

Именно к таким отопительным системам прямое отношение имеет однотрубная схема с вертикальным/горизонтальным монтажом радиаторов и при полном отсутствии запорно-регулирующей арматуры на стояках (ответвлениях к приборам).

Наглядный пример установки радиаторного элемента в схеме, организованной по принципу циркуляции одной трубой. В данном случае используются металлопластиковые трубопроводы с металлическими фитингами

Методом изменения диаметров труб в однотрубной кольцевой схеме отопления можно достаточно точно сбалансировать имеющие место потери давления. Управление же потоками теплоносителя внутри каждого отдельного нагревательного прибора обеспечивает установка терморегулятора.

Обычно в рамках процесса конструирования отопительной системы по однотрубной схеме на первом этапе выстраиваются узлы обвязки радиаторов. На втором этапе выполняют увязку циркуляционных колец.

Классическое схемное решение, где для протока теплоносителя и распределения воды по тепловым радиаторам используется одна труба. Эта схема относится к наиболее простым вариантам

Конструирование узла обвязки отдельно взятого прибора предполагает определение потерь давления на узле. Выполняется расчёт с учётом равномерного распределения потока теплоносителя терморегулятором относительно точек подключения на этом схемном участке.

В рамках той же операции выполняется расчёт коэффициента затекания, плюс определение диапазона параметров распределения потоков на замыкающем участке. Уже опираясь на рассчитанный диапазон веток, выстраивают циркуляционное кольцо.

Увязывание циркуляционных колец

Чтобы качественно выполнить увязку циркуляционных колец однотрубной схемы, предварительно выполняется расчёт по возможным потерям давления (∆Ро). При этом не учитывают потери давления на регулировочном вентиле (∆Рк).

Далее по значению расхода теплоносителя на конечном участке циркуляционного кольца и по значению ∆Рк (график в технической документации на прибор), определяется величина настройки регулировочного вентиля. Этот же показатель можно определить по формуле:

Кв=0,316G / √∆Рк

Здесь Кв – величина настройки; G – расход теплоносителя, ∆Рк – потери давления на регулировочном вентиле.

Аналогичные расчёты выполняются для каждого отдельного регулирующего вентиля однотрубной системы. Правда, диапазон потерь давления на каждом РВ вычисляют по формуле:

∆Рко=∆Ро + ∆Рк — ∆Рn

Где: ∆Ро – возможные потери давления; ∆Рк – потери давления на РВ; ∆Рn – потери давления на участке n-циркуляционного кольца (без учёта потерь в РВ).

Если в результате расчётов необходимые значения для однотрубной системы отопления в целом не были получены, рекомендуется применить вариант однотрубной системы, куда входят автоматические регуляторы расхода.

Автоматический регулятор расхода, установленный на линии обратного хода теплоносителя. Прибор регулирует общий расход теплоносителя для всей однотрубной схемы

Такие устройства, как автоматические регуляторы, монтируются на концевых участках схемы (узлы соединений на стояках, отводящие ветки) в точках подключения к возвратной линии.

Если технически изменить конфигурацию автоматического регулятора (поменять местами кран слива и пробку), установка приборов возможна и на линиях подачи теплоносителя.

С помощью автоматических регуляторов расхода осуществляется увязывание циркуляционных колец. При этом определяются потери давления ∆Рс на концевых участках (стояки, приборные ветки). Остаточные потери давления в границах циркуляционного кольца распределяют между общими участками трубопроводов (∆Рмр) и общим регулятором расхода (∆Рр).

Значение временной настройки общего регулятора выбирается по представленным в технической документации графикам, с учётом ∆Рмр концевых участков. Рассчитывают потери давления на концевых участках формулой:

∆Рс=∆Рпп — ∆Рмр — ∆Рр

Здесь: ∆Рр – расчётное значение; ∆Рпп – заданный перепад давлений; ∆Рмр – потери Рраб на участках трубопроводов; ∆Рр – потери Рраб на общем РВ.

Настройку автоматического регулятора основного циркуляционного кольца (при условии изначально не заданного перепада давлений) осуществляют с учётом установки минимально возможного значения из диапазона настройки в технической документации прибора. Качество управляемости потоков автоматикой общего регулятора контролируют по разности потерь давления на каждом отдельном регуляторе стояка или приборной ветки.

Применение и экономическое обоснование

Отсутствие требований к температуре охлаждённого теплоносителя является отправной точкой для проектирования однотрубных отопительных систем на терморегуляторах с установкой ТР на подводящих линиях радиаторов. При этом обязательным является оснащение теплового пункта автоматической регулировкой.

Терморегулятор, установленный на линии, подающей теплоноситель в радиатор отопления. Для монтажа использовались металлические фитинги, которые удобны для работы с трубами из полипропилена

Схемные решения, где отсутствуют терморегулирующие приборы на подводящих линиях радиаторов, также используются на практике. Но применение подобных схем обусловлено несколько иными приоритетами обеспечения микроклимата.

Обычно однотрубные схемы, где отсутствует автоматическое регулирование, применяют для групп помещений, спроектированных с учётом компенсации тепловых потерь (50% и более) за счёт дополнительных устройств (приточная вентиляция, кондиционирование, электрический подогрев).

Также устройство однотрубных систем встречается в проектах, где нормативами допускается температура теплоносителя, превышающая граничное значение рабочего диапазона терморегулятора. Проекты многоквартирных домов, где эксплуатация системы отопления завязана с учётом потребляемого тепла посредством счётчиков, обычно выстраивается по периметральной однотрубной схеме.

Периметральная однотрубная схема – своего рода «классика жанра», которую часто применяют в практике муниципального и частного домостроения. Считается простой и экономичной для разных условий

Экономическому обоснованию для реализации такой схемы подлежит расположение магистральных стояков в разных точках конструкции. Основными критериями расчёта служит стоимость двух главных материалов:

  1. Металлических (пластиковых) труб.
  2. Металлических (пластиковых) фитингов.

Согласно практическим примерам реализации периметральной однотрубной системы, увеличение Dу проходного сечения трубопроводов в два раза сопровождается увеличением расходов на закупку труб в 2-3 раза. А расходы по фитингам возрастают до 10-ти кратного размера в зависимости от того, из какого материала изготовлены фитинги.

Расчётные основы для монтажа

Монтаж однотрубной схемы, с точки зрения расположения рабочих элементов, практически не отличается от устройства тех же двухтрубных систем. Магистральные стояки, как правило, размещаются за пределами жилых помещений. Правилами СНиП рекомендуется вести прокладку стояков внутри специальных шахт или желобов. Квартирная ветка традиционно выстраивается по периметру.

Пример размещения трубопроводов системы отопления в специально пробитых штрабах. Этот вариант устройства часто применяется в современном строительстве

Прокладка трубопроводов осуществляется на высоте 70-100 мм от верхней границы напольного плинтуса. Или монтаж делают под декоративным плинтусом высотой 100 мм и более, шириной до 40 мм. Современным производством выпускаются такие специализированные накладки под монтаж сантехнических или электрических коммуникаций.

Обвязка радиаторов выполняется схемой «сверху-вниз» с подводом труб на одной стороне или по обеим сторонам. Расположение терморегуляторов «по конкретной стороне» не критичное, но если монтаж прибора отопления выполняется рядом с балконной дверью, установку ТР выполняют обязательно на дальней от двери стороне.

Прокладка труб за плинтусом видится преимущественной с декоративной точки зрения, но заставляет вспомнить о недостатках, когда дело касается прохождения участков, где есть внутрикомнатные дверные проёмы.

Трубопроводы, уложенные под декоративным плинтусом. Можно сказать, классическое решение для однотрубных систем, внедряемых в новостройках разного класса

Соединение отопительных приборов (радиаторов) с однотрубными стояками выполняется по схемам, допускающим незначительное линейное удлинение труб или по схемам с компенсацией удлинения труб в результате температурных перепадов. Третий вариант схемных решений, где предполагается использование трёхходового регулятора, не рекомендуется по соображениям экономии.

Если устройство системы предусматривает прокладку стояков, скрытых в штробах стен, рекомендуется использовать в качестве присоединительной арматуры угловые терморегуляторы типа RTD-G и запорные вентили подобные приборам из серии RLV.

Варианты подключения: 1,2 – для систем, допускающих линейное расширение труб; 3,4 – для систем, рассчитанных под использование дополнительных источников тепла; 5,6 – решения на трёхходовых клапанах считаются невыгодными

Диаметр трубного ответвления к приборам отопления рассчитывается по формуле:

D >= 0.7√V

где: 0,7 – коэффициент, V – внутренний объём радиатора.

Ответвление выполняется с некоторым уклоном (не менее 5%) в направлении свободного выхода теплоносителя.

Выбор основного циркуляционного кольца

Если проектное решение предполагает устройство системы отопления на основе нескольких циркуляционных колец, необходим выбор основного циркуляционного кольца. Выбор теоретически (и практически) должен выполняться по максимальному значению теплопередачи наиболее удалённого радиатора.

Этот параметр в какой-то степени влияет на оценку гидравлической нагрузки в целом, приходящейся на циркуляционное кольцо.

Циркуляционное кольцо в образе структурной схемы. Для разных вариантов проектирования таких колец может быть несколько. При этом только одно кольцо является основным

Рассчитывается теплопередача отдалённого прибора формулой:

Атп = Qв / Qоп + ΣQоп

Где: Атп – расчётная теплопередача удалённого прибора; Qв – необходимая теплопередача удалённого прибора; Qоп – теплопередача от радиаторов в помещение; ΣQоп – сумма необходимой теплопередачи всех приборов системы.

При этом параметр суммы необходимой теплопередачи может состоять из суммы значений приборов, призванных обслуживать здание в целом или только часть здания. Например, при расчёте тепла отдельно для помещений, охватываемых одним отдельным стояком или отдельно взятых площадей, обслуживаемых приборной веткой.

А вообще расчётная теплопередача любого иного отопительного радиатора, установленного в системе, рассчитывается немного другой формулой:

Атп = Qоп / Qпом

Qоп – необходимая тепловая передача для отдельного радиатора; Qпом – тепловая потребность для конкретного помещения, где используется однотрубная схема.

Практический пример расчёта

Для жилого дома требуется однотрубная система с управлением от терморегулятора.

Значение номинальной пропускной способности прибора на максимальной границе настройки составляет 0,6 м3/ч/бар (к1). Максимально возможная характеристика пропускной способности для этого значения настройки – 0,9 м3/ч/бар (к2). Максимально возможный перепад давления ТР (при уровне шума 30дБ) – не более 27 кПа (ΔР1). Напор насоса 25 кПа (ΔР2) Рабочее давление для системы отопления – 20 кПа(ΔР).

Нужно определить диапазон потерь давления для ТР (ΔР1).

Значение внутренней теплопередачи рассчитывают формулой:

Атр = 1 – к1/к2 (1 – 06/09) = 0,56

Отсюда вычисляется требуемый диапазон потерь давления на ТР:

ΔР1 = ΔР * Атр (20 * 0,56…1) = 11,2…20 кПа

Если самостоятельные расчеты приводят к неожиданным результатам, лучше обратиться к специалистам или для проверки воспользоваться компьютерным калькулятором.

Выводы и полезное видео по теме

Подробный разбор расчетов с помощью компьютерной программы с пояснениями по монтажу и улучшению функциональности системы:

Следует отметить, что полномасштабный расчёт даже самых простых решений сопровождается массой вычисляемых параметров. Конечно же, вычислять всё без исключения справедливо при условии организации конструкции отопления, близкой к идеальной структуре. Однако в реальности ничего идеального нет.

Поэтому зачастую полагаются на расчёты как таковые, а также на практические примеры и на результаты работы этих примеров. Особо популярен такой подход для частного домостроения.


  1. Сергей

    Правильный монтаж системы отопления в доме, по моему мнению, является одним из самых важных пунктов при строительстве дома. В свое время, когда делал отопление у себя в доме, использовал горизонтальный способ соединения радиаторов и укладывал трубы для отопления в полы. Также считаю важным правильный выбор насоса, так как при горизонтальной схеме разводки движение теплоносителя необходимо стимулировать циркуляционным агрегатом.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *