Как подобрать диаметры труб для отопления частного дома?

Для примера использована абсолютная схема с одним насосом и прямой закольцованной трубой. В других статьях будут схемы более сложнее. Смотри изображение.

Задача.

Имеется самый распространенный циркуляционный насос (25/6) с напором до 6 метров и максимальным расходом до 3 м3/ч. Насос соединен металлопластиковой трубой. Смотри изображение.

Необходимо обязательно создать расход не менее 2 м3/час. Подобрать диаметр металлопластиковой трубы, чтобы расход был не ниже указанного. Температура циркулирующей воды равна 50 градусам Цельсия.

Каждый насос имеет примерно вот такую напорно-расходную характеристику:

А цепь (система отопления в целом), в виде протяженной трубы вот такую характеристику:

Это означает, если увеличивать расход в цепи трубопровода, то сопротивление движению будет увеличиваться. Сопротивление будем выражать в потерях напора (метрах).

Указанные выше графики можно друг на друга наложить, и тогда мы получим реальный расход и потерю напора при указанных графиках.

Для решения был применен специальный расчет по нахождению потерь напора: Расчет по нахождению потерь напора по длине трубопровода

Решение

Согласно изображению на рисунке, длина трубопровода составляет 140 метров. Поворотных углов 4 шт.

Рассчитаем потерю напора по длине трубопровода

Выберем диаметр равный 26 мм металлопластиковой трубы толщина стенки 3 мм, это означает, что внутренний диаметр равен:

D=26-3-3=20мм=0,02 м

Q=2 м3/ч = 2/3600 м3/сек.

Находим скорость движения воды

V = (4•2/3600)/(3,14•0,0­2•0,02)=1,77 м/с

Находим число рейнольдса

ν=0,658•10-6=0,000 000 658. Взято из таблицы. Для воды при температуре 50 °С.

Re=(V•D)/ν=(1,77•0,0­2)/ 0,000 000 658=53799

Δэ=0,005мм=0,000005м­. Взято из таблицы, для пластиковой трубы. (Взято по максимуму)

Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

У меня попадает на вторую область при условии

10•D/Δэ < Re < 560•D/Δэ

10•0,02/0,000005< Re < 560•0,02/0,000005

40 000 < (Re=53799) < 2 240 000

λ=0,11( Δэ/D + 68/Re )0.25=0,11•( 0,000005/0,02 + 68/53799)0,25=0,0217

Далее завершаем формулой:

h=λ•(L•V2)/(D•2•g)= 0,0217•(140•1,77•1,7­7)/(0,02•2•9,81)=24,­25 м.

Потерях напора 24 метра совсем не подходит это даже больше чем 6 метров, которое выдает насос.

Теперь пробуем увеличить диаметр трубопровода до 32 мм

Выберем диаметр равный 32 мм металлопластиковой трубы толщина стенки 3 мм, это означает, что внутренний диаметр равен:

D=32-3-3=26мм=0,026 м

Q=2 м3/ч = 2/3600 м3/сек.

Находим скорость движения воды

V = (4•2/3600)/(3,14•0,0­26•0,026)=1,05 м/с

Находим число рейнольдса

ν=0,658•10-6=0,000 000 658. Взято из таблицы. Для воды при температуре 50 °С.

Re=(V•D)/ν=(1,05•0,0­26)/ 0,000 000 658=41489

Δэ=0,005мм=0,000005м­. Взято из таблицы, для пластиковой трубы. (Взято по максимуму)

Далее сверяемся по таблице, где находим формулу по нахождению коэффициента гидравлического трения.

У меня попадает на первую область при условии

4000 < Re < 10•D/Δэ

4000< Re < 10•0,026/0,000005

4000 < (Re=41489) < 52 000

Использую формул Блазиуса.

λ=0,3164/Re0,25=0,02­22

Далее завершаем формулой:

h=λ•(L•V2)/(D•2•g)= 0,0222•(140•1,05•1,0­5)/(0,026•2•9,81)=6,­72 м.

К сожалению, диаметр надо еще увеличить, либо увеличить мощность насоса.