Калькулятор расчета минимально необходимого диаметра водопроводной трубы

Влияние внутреннего диаметра трубы на пропускную способность

Определённый диаметр трубы способен пропустить строго регламентированное количество воды. Если данный показатель будет меньше необходимого, то давление внутри трубы повысится, что приведёт к поломкам.

Важным параметром является также количество потребителей, то есть количество точек, через которые вода поступает непосредственно к жильцам. В частном доме данный расчёт производить гораздо легче, чем в многоквартирном.

Основные факторы, которые влияют на пропускную способность:

Напор воды в системе. Данный параметр является самым важным, так как все расчёты производятся исходя их напора. Даже при точной информации о всех потребителях, необходимо делать определённый запас. Это повлияет на стоимость системы, но позволит сэкономить на меньшем количестве поломок в дальнейшем.
Общее количество изменений направления системы. К этому параметру относятся крутые повороты, а также стыки, на которых, во время эксплуатации, образуются перепады давления. Если водопроводная система не позволяет изменить конструкцию, то единственным правильным решением остаётся увеличение внутреннего диаметра трубопровода.
Температура той среды, в которой будет происходить эксплуатация системы. Например, для трубопровода горячей воды, потребуются трубы с толстыми стенками и большим диаметром, иначе возможно появление частых поломок.

Согласно большого количества технической литературы, труба диаметром 25 мм пропускает не более 30 литров воды в минуту. Для расчёта водопроводной системы используют специальные таблицы и справочники, в которых подробно указана данная информация.

Как вычислить вес

При покупке стальной трубы очень важно заранее определить ее вес. Ведь от этого параметра зависят многие вопросы транспортировки и монтажа

Для определения веса трубы используют несколько способов.

Наиболее точно можно определить вес 1 погонного метра трубы, вооружившись таблицей, приведенной в ГОСТе. Однако этот способ требует определенных технических навыков, и умения пользоваться документацией.

Для приблизительного вычисления (такой точности обычно достаточно) можно применить правило: Вес = (Диаметр – Толщина стенок)*Толщина стенок*0,025. Последнее число – коэффициент, который применяют для вычисления веса округлых труб. У квадратного сечения берется коэффициент 0,0316, у прямоугольного – 0,0158.

Если труба покрыта защитным слоем цинка, нужно дополнительно увеличить значение на 0,3%.

На основе формул многие производители труб предлагают трубные калькуляторы. Это специальные формы на страницах производителей в сети Интернет. В окошки нужно ввести параметры трубы, и программа сама определит вес.

Полученное по формуле или с помощью калькулятора значение не будет соответствовать ГОСТу, но разницей можно пренебречь ввиду малых размеров. И конечно, нужно не забыть умножить полученное значение на длину трубы.

Как обозначается диаметр и системы перевода

Системы исчисления размеров труб нужно знать хотя бы для того, чтобы правильно можно было выполнить соединение, например, пластиковых труб с медными.

Все дело в том, что металлические трубы имеют разные системы исчисления:

Медные и алюминиевые измеряются по метрическим стандартам;
Стальные изделия исчисляются по империческим стандартам.

Имперической системой исчисления пользуются и при производстве пластиковых изделий.

Итак, перевести данные из одной системы исчисления в другую поможет следующая таблица:

Дюймы	Миллиметры
1/2	12.7
3/4	19
7/8	22.2
1	25.4
1.5	38.1
2	50.8

Тут есть и еще одна особенность. Обозначение материалов для водопровода в частном доме или квартире отличается от общепринятых стандартов. Например, полудюймовая труба делается по диаметру меньше 21 мм. Точно такой же диаметр имеет и наружная резьба. Однако обозначается она по-другому – в соответствии со своим внутренним диаметром. На практике такая запись будет иметь добавочное слово в конце «труб», то есть 1/2″ труб.

Поэтому вышеописанные значения пригодны только для водопроводных стальных изделий. Для резьбовых соединений используется следующая таблица:

Дюймы	Миллиметры
1/2	20.7
3/4	26.2
7/8	30
1	33
1.5	46.2
2	58.3

Для чего нужны вычисления

Закон Бернулли, известный многим еще со школы, говорит, что скорость течения жидкости в трубе зависит от давления и диаметра. Соответственно, если диаметр трубы мал, то давление будет слишком велико, что может привести к разрыву трубы. А если давление понизить, то упадет и скорость движения жидкости, а как следствие – и напор, с которым вода течет из кранов.

Сегодня для создания водопровода используется несколько разновидностей труб:

Металлические (из сплавов меди, чугуна, стали).
Пластиковые (из полимеров термопластического типа — полиэтилена, ПВХ, полипропилена).
Композитные, или армированные (в них слои полимера и металла взаимно усиливаю друг друга).

Прочностные характеристики этих материалов существенно отличаются, а потому и параметры труб, применяемых для создания водопроводной системы, отличаются между собой.

Не только прочностные характеристики влияют на параметры труб. К примеру, чугунные и стальные трубы склонны в процессе эксплуатации засоряться известковыми отложениями. Чтобы скомпенсировать падение диаметра, при монтаже он должен быть несколько больше, чем требуется.

Отличается и вес. Поэтому брать трубу «с запасом» тоже может быть не оправданно: она будет дороже стоить, больше весить, затруднять монтажи требовать более надежных кронштейнов. При этом выигрыш в пропускной способности может и не оправдать все эти недостатки. Поэтому чтобы трубы подходи для водопроводной системы оптимальным образом, нужно сделать расчет наружного и внутреннего диметра, длины и толщины стенок трубы. Для того чтобы узнать как выбрать правильно пластиковые трубы для канализации: выбор, размеры читайте в этой статье.

Типовые решения

Для подачи воды от скважины к дому используют трубы из ПНД — полиэтилена низкого давления, металлопластика, полипропилена и меди.

Трубы из ПНД — полиэтилена низкого давления

Материал отличается простотой сборки, не требуется никаких инструментов. Используют только специальные недорогие фитинги, которые затягиваются вручную, обеспечивая герметичность соединений.

Трубы из ПНД не лопнут, даже если в них замерзнет вода. Подходят только для холодной воды, поэтому оптимальны для введения воды в дом.

Трубы из полиэтилена низкого давления.

Из ПНД можно и полностью изготовить систему водоснабжения. Такое решение подходит в случае создания только системы ХВС, холодного водоснабжения помещений.

Для получения горячей воды в этом случае используются электрические водонагреватели.

Такая схема водоснабжения применяется в домах для сезонного проживания или в нежилых постройках, таких как баня, летняя кухня и т.п. Внутри дома используют другие виды материалов.

Трубы из металлопластика

Металлопластиковые трубы для водопровода.

Гибкость этого материала делает его монтаж несложным, можно обеспечить минимально возможное количество стыков и соединений, для него достаточно пресс-фитингов и обыкновенного разводного ключа. Пригодны для использования в системах горячего водоснабжения

К недостаткам металлопластика можно отнести необходимость периодической подтяжки резьбовых соединений. Эстетически металлопластик также не выдерживает конкуренции с трубами из меди или нержавеющей стали. Такие трубы дополнительно закрываются декоративными панелями.

Трубы из полипропилена

Полипропиленовые трубы.

Еще одним типовым решением может быть использование труб из полипропилена. Долговечность этого материала достигает 50 лет. Выпускаются армированными и неармированными.

С армированием подходят для горячего водоснабжения, без армирования — только для холодного. Требуется внимательность при закупке и монтаже.

Монтаж относительно несложен, особенно по сравнению с медью или нержавейкой, однако требует специального оборудования и высокой квалификации работника.

К недостаткам можно отнести склонность к температурным расширениям, что требует использования утеплителя или компенсаторов. Сложно рекомендовать к использованию в летних домах.

Медные трубы

Трубы медные для водопровода.

У водопровода из меди отличный внешний вид, он не нуждается в каких-либо декоративных панелях, сам является украшением комнат.

Меди не страшны перепады температуры, она служит 70 лет и более, не ржавеет и практически не зарастает. Такой водопровод имеет и противомикробный эффект, делает воду безопаснее и вкуснее.

Недостаток у такого водопровода один — высокая цена как материала, так и монтажа. Требуется пайка соединений, что качественно может сделать только специалист высокой квалификации.

Расчёт диаметра трубы для водопровода в частном доме

Система обеспечения водой в частном секторе имеет меньшие размеры, чем в многоквартирных домах. Но даже здесь требуется производить расчёты и подбирать наиболее оптимальные значения.

Важным фактором является длина трубопровода, которая может быть слишком увеличенной, особенно, если дом находится далеко от основной сети. Диаметр длинных труб должен быть немного завышенным, чтобы не создавать резкие перепады давления в системе.

Также внимание стоить обращать на напор воды в данном участке. Заниженный диаметр трубопровода, при избыточном напоре, может привести к пробою системы

При малом диаметре и слабом напоре, потребитель не получит качественной струи жидкости. Этот параметр очень важен, так как многие хозяева частных домов имеют хозяйство и определённую площадь под полив.

Варианты трубопровода для частного дома:

При общей длине трубопровода до 30 м, следует выбирать диаметр труб не более 20 мм. Данный параметр не создаст перерасхода, а только обеспечит дополнительную экономию.
Если длина труб превышает 30 м, то необходимо использовать более серьёзное сечение – от 25 до 32 мм. 32 мм идеально подходит для частного дома с несколькими этажами и большим количеством потребителей.
Если дом расположен непосредственно возле водопроводной системы, то можно использовать трубы, диаметр которых не превышает 10 мм. Данного параметра достаточно для нормального давления в системе и отсутствия поломок.

Следует знать, что часто для обозначения внутреннего диаметра трубопровода используют дюймы. 1 дюйм равен 2,54 см, из этих данных следует подбирать наиболее подходящую продукцию. Очень проблематично выбирать изделия с внешней и внутренней резьбой, которые производятся по иностранным стандартам. Различие имеет как шаг резьбы, так и её длина.

Иногда может указываться внешний диаметр трубы. Чтобы получить внутреннее значение, необходимо от внутреннего диаметра отнять толщину стенки трубы.

Напор

Начнем с нескольких общих замечаний:

Типичное давление в магистрали холодного водоснабжения составляет от 2 до 4 атмосфер (кгс/см2). Оно зависит от расстояния до ближайшей насосной станции или водонапорной башни, от рельефа местности, состояния магистрали, типа запорной арматуры на магистральном водопроводе и ряда прочих факторов.
Абсолютный минимум напора, который позволяет работать всем современным сантехническим приборам и использующей воду бытовой технике – 3 метра. Инструкция к проточным водонагревателям Атмор, к примеру, прямо говорит, что нижний порог срабатывания включающего нагрев датчика давления равен 0,3 кгс/см2.

На практике на концевом сантехническом приборе лучше иметь минимальный напор в пять метров. Небольшой запас компенсирует неучтенные потери в подводках, запорной арматуре и самом приборе.

Нам нужно вычислить падение напора в трубопроводе известной протяженности и диаметра. Если разность напора, соответствующего давлению в магистрали, и падения напора в водопроводе больше 5 метров – наша система водоснабжения будет функционировать без нареканий. Если меньше – нужно либо увеличивать диаметр трубы, либо размыкать ее подкачкой (цена которой, к слову, явно превысит рост затрат на трубы из-за увеличения их диаметра на один шаг).

Так как же выполняется расчет напора в водопроводной сети?

Здесь действует формула H = iL(1+K), в которой:

H – заветное значение падения напора.
i – так называемый гидравлический уклон трубопровода.
L – длина трубы.
K – коэффициент, который определяется функциональностью водопровода.

Проще всего определить коэффициент К.

0,3 для хозяйственно-питьевого назначения.
0,2 для промышленного или пожарно-хозяйственного.
0,15 для пожарно-производственного.
0,10 для пожарного.

С измерением длины трубопровода или его участка тоже особых сложностей не возникает; а вот понятие гидравлического уклона требует отдельного разговора.

На его значение влияют следующие факторы:

Шероховатость стенок трубы, которая, в свою очередь, зависит от их материала и возраста. Пластики обладают более гладкой поверхностью по сравнению со сталью или чугуном; кроме того, стальные трубы со временем зарастают известковыми отложениями и ржавчиной.
Диаметр трубы. Здесь действует обратная зависимость: чем он меньше, тем большее сопротивление трубопровод оказывает движению воды в нем.
Скорость потока. С ее увеличением сопротивление тоже увеличивается.

Некоторое время назад приходилось дополнительно учитывать гидравлические потери на запорной арматуре; однако современные полнопроходные шаровые вентиля создают примерно такое же сопротивление, что и труба, поэтому ими можно смело пренебречь.

Вычислить гидравлический уклон своими силами весьма проблематично, но, к счастью, в этом и нет необходимости: все необходимые значения можно найти в так называемых таблицах Шевелева.

Чтобы читатель представил себе, о чем идет речь, приведем небольшой фрагмент одной из таблиц для пластиковой трубы диаметром 20 мм.

Расход, л/с	Скорость потока, м/с	1000i
0,25	1,24	160,5
0,30	1,49	221,8
0,35	1,74	291,6
0,40	1,99	369,5

Что такое 1000i в крайнем правом столбике таблицы? Это всего лишь значение гидравлического уклона на 1000 погонных метров. Чтобы получить значение i для нашей формулы, его достаточно разделить на 1000.

Давайте вычислим падение напора в трубе диаметром 20 мм при ее длине, равной 25 метрам, и скорости потока в полтора метра в секунду.

Ищем соответствующие параметры в таблице. Согласно ее данным, 1000i для описанных условий равно 221,8; i = 221,8/1000=0,2218.

Подставляем все значения в формулу. H = 0,2218*25*(1+0,3) = 7,2085 метра. При давлении на входе водопровода в 2,5 атмосферы на выходе оно составит 2,5 – (7,2/10) = 1,78 кгс/см2, что более чем удовлетворительно.

Вычисление площади наружной поверхности трубы

Как и в предыдущем случае, можно найти площадь трубы через диаметр. Формула расчёта также довольно проста, ведь развёртка площади цилиндра представляет собой прямоугольник, для которого длина одной стороны равна длине окружности наружного сечения, второй – длине отрезка трубы.

Соответственно, формула площади трубы имеет вид:

S=2πRL=πDL,

где R – наружный радиус изделия, D – наружный диаметр, L – продольная длина трубы.

Как и в предыдущем случае, расчёт необходимо вести в одинаковых единицах (например, если диаметр трубы равен 15 мм, а длина – 1,5 м, то при перерасчёте нужно использовать или значения 15 и 1500 мм, или 0,015 и 1,5 м).

Важность правильного расчета пропускной способности труб

Расчёт пропускной способности труб необходим для правильного выбора диаметра трубопроводов. Это одна из основных задач проектирования трубопроводных систем.

В зданиях различной категории это могут быть различные системы. Например, практически в каждом общественном, жилом, производственном здании есть системы водопровода:

хозяйственно-питьевого;
горячего;
оборотного;
противопожарного;
производственного.

Если речь идёт о небольшом частном доме или коттедже, то при неправильно выбранных трубах, могут возникнуть проблемы с напором в кране на кухне, или невозможно будет принять душ. Всё активное оборудование (насосы) будет работать с перегрузкой и быстро выйдет из строя. При неправильно выбранных канализационных трубах будут возникать постоянные засоры.

Но всё это не идёт ни в какое сравнение, если трубы не того диаметра будут использованы в противопожарном водопроводе или в технологическом трубопроводе на предприятии. Здесь речь может идти о крупной аварии или даже о техногенной катастрофе.

Если трубы в системе водяного спринклерного пожаротушения выбраны неправильно, то система не сработает в случае пожара. В этом случае последствия тоже могут быть плачевными.

Как узнать площадь поперечного сечения

Для цилиндрической трубы рассчитать площадь сечения довольно просто. Для этого нужно вспомнить геометрию, а точнее – формулу расчета площади круга. Для расчета нам нужно взять внутренний радиус трубы (1/2 внутреннего диаметра) и возвести в квадрат. Помножив полученное число на 3,14 (число «Пи»), получим искомое значение.

Для квадратного или прямоугольного сечения провести расчеты также не составит труда. Нужно умножить ширину трубы на высоту, отняв предварительно от обоих значений двойное значение толщины стенки.

Для сложных форм понадобится более замысловатые вычисления. Но обычно можно отыскать онлайн-калькулятор, который может облегчить вычисление.

Расчет трубы своими руками. Пошаговая инструкция и пример расчета

К примеру, мы имеем трубу из стали. Определим ее характеристики, рассчитаем все описанные величины. Для проведения замеров нам будет нужен следующий инструментарий:

Штангенциркуль со шкалой Нониуса. С его помощью можно с точностью до 0,1 мм измерить наружный и внутренний диаметр трубы.
Рулетка. Она пригодится для замеров длины трубы.

Итак, допустим, мы выяснили, что длина трубы – 3 м, наружный диаметр – 50 мм, а внутренний – 40,8. Имея эти величины, рассчитаем все остальные:

Сначала найдем толщину стенок. Т = (50 – 40,8)/2 = 4,6 мм.
Внутренний радиус = 40,8 /2 = 20,4 мм.
Площадь сечения = 3,14 х 20,42 = 1306,7 кв. мм = 13,07 куб. см
Объем воды в трубе = 13,07 куб. см х 300 см = 3921 куб см, чт приблизительно равно 3,9 л.
Вес трубы = (50 – 4,6) х 4,6 х 0,025 = 5,2 кг (у 1 м!).

Вот так можно высчитать все параметры, необходимые для проектирования водопровода.

Некоторые физические особенности

От площади сечения трубы зависит скорость движения жидкостей и газов, которые по ней транспортируются. Надо выбрать оптимальный диаметр. Не менее важным является и внутреннее давление. Именно от его величины зависит целесообразность выбора сечения.

При расчёте учитывается не только давление, но и температура среды, её характер и свойства. Знание формул не освобождает от необходимости изучения теории. Расчёт труб канализации, водоснабжения, газоснабжения и отопления опирается на информацию справочников

Важно, чтобы выполнялись все необходимые условия при выборе сечения. Его величина также зависит и от характеристик используемого материала