К выбору труб для систем отопления малоэтажных домов

Гидравлическое сопротивление трубопроводов в системах отопления складывается из гидравлического сопротивления труб и гидравлического сопротивления соединительных частей и соединений [1]. Учет гидравлического сопротивления труб независимо от их материла производится по одной и той же методике, к примеру, металлополимерные трубы рассчитываются в соответствии с СП 41-102–98 [2], а медные — СП 40-108–2004 [3]. В то же время в указанных нормативах для учета гидравлического сопротивления соединительных частей и соединений приводятся одни и те же коэффициенты местного сопротивления, к примеру, для тройника м.с. = 0,5 (на проход), 1,5 (на ответвление и на слияние) и 3 (на разделение потока). С таким подходом к учету местных сопротивлений соединительных частей и соединений трудно согласиться. Рассмотрим, к примеру, два тройника — латунный (рис. 1 ~1~ ) и медный (рис. 2 ~2~), соединенных (на штуцерах и магнитной пайке) с трубами — металлополимерной (МПТ) и медной. Обозначения: Dв — внутренний диаметр МПТ, dв — внутренний диаметр штуцера. Гидравлическое сопротивление соединений (рис. 3 ~3~) во многом завис от наличия: ❏ внезапных расширений и сужений сечения; ❏ плавности перехода от одного сечения к другому (конусность и округления); ❏ выступов, создающих в трубопроводе диафрагмы. Обозначения (здесь и далее на рисунках): de и dв — наружный и внутренний диаметры труб, dш — внутренний диаметр штуцера; направление движения теплоносителя показано большой стрелкой с кружочком, место изменения потока — большой стрелкой с черточкой. Коэффициенты местного сопротивления сужения и расширения [4]: ~5~ Влияния конусности (округлений) оценены с помощью графиков из [5, рис. 3.7 и 3.8]: получены значения корректирующих множителей Кj к шc (1) и Кm к шр (2). Полное сопротивление соединения в этом случае: Формула ~6~ Значения коэффициента местного сопротивления соединения с выступами, образующими диафрагму сд, получены интерполяцией и экстраполяцией данных (табл. 1 ~7~) для конкретных значений dш и dв [6]. Установлено, что потери напора на соединении (см. рис. 3 ~3~) эквивалентны потерям напора на трение по длине металлополимерного трубопровода длиной 0,75 м, т.е. эквивалентная длина данного соединения Lэ = 0,75 м. Для соединения (рис. 4 ~4~) получены меньшие, чем для предыдущего соединения, значения эквивалентных длин. При расчетах использовались детали из PPSU для сборки труб из металлополимера (фирма Wawin, табл. 2 ~8~) и из PSU для сборки труб из сшитого полиэтилена (детали из PSU Wirsbo, табл. 3 ~9~). Характер распределения скорости в сечении потока при входе и выходе из соединения зависит не только от особенностей сужения и расширения (см. рис. 3 ~3~, поз. 5 и рис. 4 ~4~, поз. 4), но и определяется расстоянием между входом и выходом потока. Поэтому суммарные потери давления от близко расположенных сужения и расширения не будут равны арифметической сумме сопротивлений, определенных нами порознь. Полученные значения коэффициентов местных сопротивлений рассмотренных соединений несколько завышены. В этом состоит недостаток наших расчетов. Но сказать, насколько полученные величины Lэ (см. табл. 2 ~8~ и 3 ~9~) будут отличаться от фактических значений для реальных соединений, на данном этапе разработанности проблемы не представляется возможным. Точные значения гидравлических сопротивлений соединений трубопроводов отопления можно определить только опытным путем. Тем не менее, используя аналогичный подход, все же можно с определенной долей уверенности оценить гидравлическое сопротивление соединений, наиболее часто используемых при монтаже систем отопления. Для сборки труб из сшитого полиэтилена и МПТ используются соединения, которые отличаются друг от друга геометрией (см. рис. 3 ~3~ и 4 ~4~), размерными соотношениями (см. табл. 2 ~8~ и 3 ~9~), а также материалом, из которого они изготовлены (это могут быть латунь, бронза, нержавеющая сталь, полимер и т.п.). Для некоторых соединений установлены значения эквивалентных длин (табл. 4 ~10~), которые могут быть использованы в практических расчетах, до получения более точных значений по результатам экспериментов или натурных данных. Каково на самом деле будет значение гидравлического сопротивления того или иного соединения, должно, по-видимому, указываться в сопроводительной документации фирм-изготовителей. Другое дело, когда соединения получаются в процессе монтажа. Для них можно указать интервалы значений гидравлических сопротивлений. Точные значения будут обуславливаться качеством выполнения монтажных работ. Для сборки стальных трубопроводов чаще всего пользуются электрогазосваркой (рис. 10 ~19~). При выполнении сварки встык (рис. 6.8а и 6.86) с надлежащим качеством сопротивление сварных соединений можно не учитывать. При некачественной сварке — смещении кромок, искривлении, завышенном расстоянии между трубами — следует принимать Lэ ≈ 0,05–0,1 м. В случае сварки (рис. 10в ~19~) с полным введением трубы в «стаканчик» сопротивлением сварного соединения также можно пренебречь. При использовании стаканчика для компенсации монтажных отклонений трубозаготовок Lэ ≈ 0,1–1,0 м. Аналогичный подход должен использоваться для учета гидравлического сопротивления соединений стальных труб, выполненных магнитной пайкой (рис. 11 ~20~). В случаях сборки стальных труб с применением стандартных, короткой (рис. 12а ~21~) и длинной (рис. 12б ~21~) трубных резьб при расстоянии 2–3 мм между трубами следует принимать Lэ = 0,05 м. При большем расстоянии (использовании сгонов с удлиненными муфтами в качестве компенсаторов монтажных отклонений трубозаготовок) следует принимать Lэ ≈ 0,2–0,3 м. Для неразъемной сборки медных трубопроводов используется капиллярная пайка (рис. 13а, ~27~ см. также рис. 2 ~2~). Качество выполнения капиллярной пайки практически не зависит от монтажников, ведь зазор между трубой (1) (см. рис. 13а ~27~) и раструбом (2) не может превысить 0,5 мм. В этой связи гидравлическим сопротивлением таких соединений можно пренебречь. Что касается неразъемного опрессовываемого (рис. 136 ~27~) и разъемного резьбового (рис. 13в ~27~) соединений, то ввиду особой тонкостенности медных труб и гладкости втулок их гидравлические сопротивления даже в случаях максимальных отклонений в режимах сборки не превысят Lэ ≈ 0,1 м. Примерно такое же, в качестве максимального, значение можно принять для некачественно собранных клеевых соединений (имеется в виду искривление, наличие несоосности, излишков клея) трубопроводов отопления из хлорированного поливинилхлорида ХПВХ (рис. 14, поз. 5 ~28~). Трубы из полипропилена PPRS соединяются сваркой враструб (рис. 15 ~29~). Внутри сваренных элементов трубопровода почти всегда присутствует сварочный грат (см. рис. 15, ~29~ поз. 3). При сварке соединительных частей и труб с размерными допусками в пределах нормы между собой величина сварочного грата позволяет принять Lэ ≈ 0,1 м. При сварке соединительных частей и труб с завышенными размерами происходит сдвиг со свариваемых элементов оплавленного слоя полипропилена иногда значительной толщины. В результате этого внутри соединения может образоваться валик, который перекрывает сечение трубопровода порой на 30–40 %. При этом Lэ может достигнуть значений больше 1 м. Также теоретически оценены местные гидравлические сопротивления штуцерных фитингов. Фитинг в трубопроводе отопления может располагаться таким образом, что внутренний диаметр трубы Dв будет равен внутреннему диаметру фитинга dв, либо внутренний диаметр фитинга dв будет меньше внутреннего диаметра трубы. Внутренний диаметр фитинга будет определяться толщиной стенки S штуцера, которая будет зависеть от его конфигурации и практически не будет изменяться при опрессовке [7] соединения. При прохождении воды по фитингу его сопротивление будет складываться из местных сопротивлений, которые будут возникать на входе в фитинг в, в теле фитинга тл и на выходе из фитинга вых. На входе в фитинг местное сопротивление должно приниматься как для внезапного сужения потока Формулы (4) и (5) ~17~ оценивают местные сопротивления для переходов с прямыми углами. Наличие скруглений в фитинге учитывалось соответствующим коэффициентом ф в зависимости от угла скругления ϕ(табл. 5 ~11~). Местное сопротивление тела фитинга, например, стандартного тройника на проход тл будет зависеть от отношения расходов воды, уходящей в ответвление qо, к расходу, проходящему по фитингу qф (табл. 6 ~12~ ). При определении потерь напора по формуле Вейсбаха на местном сопротивлении фитинга также учтено изменение скорости движения по фитингу соответствующим коэффициентом (табл. 7 ~22~), который определялся по формуле: Суммарн. потери напора на местном сопротивлении тройника Суммарное сопротивление тройников (табл. 10 ~25~) определено по формуле В заключение следует отметить следующее. Во-первых, несмотря на то, что подход к вопросу оценки местных гидравлических сопротивлений, используемый в статье, еще предстоит проверить практически, однако уже сейчас следует проводить гидравлические расчеты трубопроводов отопления с учетом вида соединений и более грамотно выбирать трубы и соединительные части по материалу. Правда, нами не рассмотрены особенности труб из различных материалов и рассчитанных на различные рабочие давления, что в значительной мере определяет их стоимость, с точки зрения использования для устройства трубопроводов отопления малоэтажных домов — это во-вторых. Этому будут посвящены следующие наши публикации. И, наконец, в-третьих, своевременное акцентирование внимания широкой научно-технической общественности на задаче ускоренного возведения малоэтажного жилья должно способствовать ее экономичному и быстрому решению. ❏ ВСЕ РИСУНКИ, ФОТО, ТАБЛИЦЫ И ФОРМУЛЫ: 1~1~; 2~2~; 3~3~; 4~4~; 5~5~; 6~6~; 7~7~; 8~8~; 9~9~; 10~10~; 11~11~; 12~12~; 13~13~; 14~14~; 15~15~; 16~16~; 17~17~; 18~18~; 19~19~; 20~20~; 21~21~; 22~22~; 23~23~; 24~24~; 25~25~; 26~26~; 27~27~; 28~28~; 29~29~; 30~30~; 31~31~;

1. Отставнов А.А., Ионов В.С. Особенности соединений труб, допущенных строительными нормами и правилами к применению в системах водяного отопления // Журнал «С.О.К.», №10/2003. 2. СП 41-102–98. Свод правил по проектированию и строительству «Проектирование и монтаж трубопроводов систем отопления зданий с использованием металлополимерных труб». 3. СП 40-108–2004. Свод правил по проектированию и строительству «Проектирование и монтаж трубопроводов внутренних систем водоснабжения и отопления зданий из медных труб». 4. Справочник проектировщика. Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий // Под общей ред. И.А. Назарова. М.: Изд-во литературы по строительству. 1967. 5. Курганов А.М., Федоров Н.Ф. Справочник по гидравлическим расчетам систем водоснабжения и канализации // СПб. отделение «Стройиздата», 1973. 6. Бухин В.Е., Ромейко В.С. Механические соединения пластмассовых труб. Новые технологии // Трубопроводы и экология. №1/2001. 7. Отставнов А.А., Павлов В.Л., Устюгов В.А, Ионов В.С. Особенности опрессовываемых соединений напорных трубопроводов // Журнал «С.О.К.», №7/2007.