Расчет объема трубы: принципы вычислений и правила производства расчетов в литрах и кубических метрах
При нахождении количества необходимой жидкости в отопительной системе часто нужно решить отдельную задачу – выполнить расчет объема трубы с заданными параметрами.
Сама вычислительная формула проста, однако на практике для получения точного результата применять ее нужно аккуратно.
Содержание статьи:
- Геометрические параметры труб
- Формула для отдельно взятой трубы
- Прикладные примеры проведения расчетов
- Задача #1 — расчет объема требуемого теплоносителя
- Задача #2 — расчет объема самодельного радиатора
- Задача #3 — расчет необходимой длины ПП труб
- Получение результата экспериментальным методом
- Выводы
Геометрические параметры труб
Для определения объема трубы необходимо и достаточно знать всего два ее показателя: длину и внутренний (фактический) диаметр. Последний параметр важно не перепутать с внешним размером, который приводят для правильного подбора фитингов и соединительных элементов.
Если значение толщины стенки неизвестно, то вместо расчетного внутреннего диаметра можно использовать DN (диаметр внутреннего прохода). Они приблизительно равны, а величина DN, как правило, указана на маркировке, которую размещают на внешней стороне изделия.
Стандартная номенклатура полипропиленовых труб содержит внешний диаметр и толщину стенки в миллиметрах. По этим двум параметрам можно высчитать внутренний диаметр
Перед тем как попробовать рассчитать объем любой трубы, необходимо не допустить распространенную ошибку и привести все параметры к единой системе измерения. Дело в том, что длину обычно выражают в метрах, а диаметр – в миллиметрах. Отношение этих двух единиц следующее: 1 м = 1000 мм.
На самом деле, можно привести параметры и к промежуточным значениям – сантиметрам или дециметрам. Иногда это даже удобно, учитывая, что в этом случае количество знаков после запятой или, наоборот, нулей, будет не очень большое.
Взаимосвязь единиц измерения объема. При переводе от одной величины к другой необходимо не допустить ошибку в количестве нулей или, наоборот, знаков после запятой
Для произведенных не в России (и не для России) труб диаметр может быть выражен в дюймах. В этом случае необходимо выполнить пересчет, учитывая, что 1″ = 25.4 мм.
Формула для отдельно взятой трубы
С позиции геометрии, труба представляет собой прямой круговой цилиндр. Объем такого объекта равен площади сечения умноженной на длину:
V = l * S
В ней:
- V – объем (м3);
- l – длина (м);
- S – площадь сечения (м2).
Площадь сечения трубы, имеющей форму круга с известным диаметром, вычисляют по формуле:
S = π * d2 / 4
Здесь:
- π = 3.1415926;
- d – диаметр круга (м).
Итоговая формула объема трубы с известными внутренним диаметром и длиной будет иметь следующий вид:
V = π * l * d2 / 4
Если единицей измерения длины и диаметра трубы будет другая величина (дм, см или мм), то объем будет выражен в дм3, см3 или мм3 соответственно.
Также, хотелось показать вам нехитрый способ измерения внешнего диаметра трубы (D) без штангенциркуля. D = L / π, где L – длина окружности:
Для правильного вычисления объема труб необходимо подставить в простую формулу два параметра: длину и внутренний диаметр. Насколько точно они будут измерены или рассчитаны, настолько точным будет полученный результат.
В производстве расчетов внутреннего объема трубы потребуются простые геометрические формулы, которыми в школе пользуются на уроках физики, алгебры, химии, геометрии и прочих предметах
Прикладные примеры проведения расчетов
Существенную помощь в разборе принципов вычислений и последовательности действий при выполнении расчетов окажут конкретные примеры, с которыми стоит ознакомиться заинтересованным посетителям.
Задача #1 — расчет объема требуемого теплоносителя
Для загородного дома временного проживания нужно рассчитать объем закупаемого пропиленгликоля – теплоносителя не застывающего при температурах до -30°C. Система отопления состоит из печи с рубашкой на 60 литров, четырех алюминиевых батарей по 8 секций каждая и 90 метров трубы PN25 (20 x 3.4).
Трубы стандарта PN25 20 х 3.4 наиболее часто применяют для организации небольшого отопительного контура с последовательным подключением радиаторов. Ее внутренний диаметр равен 13.2 мм
Объем жидкости в трубе нужно посчитать в литрах. Для этого в качестве единицы измерения надо взять дециметр. Формулы перехода от стандартных величин длины следующие: 1 м = 10 дм и 1 мм = 0.01 дм.
Объем рубашки котла известен. V1 = 60 л.
В паспорте алюминиевого радиатора Elegance EL 500 указано, что объем одной секции равен 0.36 л. Тогда V2 = 4 * 8 * 0.36 = 11.5 л.
Вычислим суммарный объем труб. Их внутренний диаметр d = 20 – 2 * 3.4 = 13.2 мм = 0.132 дм. Длина l = 90 м = 900 дм. Следовательно:
V3 = π * l * d2 / 4 = 3.1415926 * 900 * 0.132 * 0.132 / 4 = 12.3 дм3 = 12.3 л.
Таким образом, теперь можно найти общий объем:
V = V1 + V2 + V3 = 60 + 11.5 + 12.3 = 83.8 л.
Процентное отношение количества жидкости в трубах по отношению ко всей системе составляет всего 15%. Но если протяженность коммуникаций большая или используют система «водяной теплый пол», то вклад труб в общий объем значительно увеличивается.
На промышленных и сельскохозяйственных объектах часто устанавливают самодельные радиаторы отопления, устроенные по типу регистров. Зная размеры труб, можно вычислить их объем
Задача #2 — расчет объема самодельного радиатора
Разберем, как рассчитать классический самодельный радиатор отопления из четырех горизонтальных труб длиной 2 м.
Сначала необходимо найти площадь сечения. Измерить наружный диаметр можно с торца изделия. Пусть он будет 114 мм. Используя таблицу стандартных параметров стальных труб, найдем толщину стенки, характерной для этого размера – 4.5 мм. Вычислим внутренний диаметр:
d = 114 – 2 * 4.5 = 105 мм.
Определим площадь сечения:
S = π * d2 / 4 = 8659 мм2.
Суммарная длина всех фрагментов равна 8 м (8000 мм). Найдем объем:
V = l * S = 8000 * 8659 = 69272000 мм3.
Объем вертикальных соединительных трубок можно вычислить аналогичным образом. Но этой величиной можно и пренебречь, так как она будет составлять менее 0.1% от общего объема радиатора.
Получившееся значение неинформативно, поэтому переведем его в литры. Так как 1 дм = 100 мм, то 1 дм3 = 100 * 100 * 100 = 1000000 = 106 мм3.
Поэтому V = 69272000 / 106 = 69.3 дм3 = 69.3 л.
Большие батареи или системы отопления (которые устанавливают, например, на фермах) требуют значительные объемы теплоносителя. Поэтому, так как нужно будет посчитать объем труб в м3, то и все габариты перед подстановкой их в формулу надо будет сразу переводить в метры.
Задача #3 — расчет необходимой длины ПП труб
Получить значение длины фрагмента можно с использованием обыкновенной линейки или рулетки. Незначительными изгибами и провисаниями полимерных труб можно пренебречь, так как они не приведут к серьезной итоговой ошибке.
При таком искривлении полимерных труб, их длина будет значительно больше (на 10-15%), чем протяженность участка, по которому они проложены
Для соблюдения точности гораздо важнее правильно определить начало и конец фрагмента:
- При присоединении трубы к стояку измерять длину нужно от начала горизонтального фрагмента. Не нужно захватывать примыкающую часть стояка, так как это приведет к двойному подсчету одного и того же объема.
- На входе в батарею измерять длину нужно до ее трубок захватывая краны. Они не учитываются при определении объема радиатора по его паспортным данным.
- На входе в котел измерять нужно от рубашки учитывая длину выходящих трубок.
Закругления можно измерять упрощенно – считать, что они проходят под прямым углом. Такой метод допустим, так как общий их вклад в длину труб незначителен.
При наличии схемы расположения теплого пола, рассчитать длину трубок с теплоносителем можно по плану с нанесением на него масштабной сетки
Объем теплого пола считают по метражу установленных труб. Если данные по длине или схема отсутствуют, но известен шаг между трубками, то расчет можно провести по следующей приблизительной формуле (вне зависимости от способа укладки):
l = (n – k) * (m – k)/k
Здесь:
- n – длина участка теплого пола;
- m – ширина участка теплого пола;
- k – шаг между трубками;
- l – итоговая длина трубок.
Несмотря на малое сечение труб, которые применяют для теплого пола, их общая протяженность приводит к значительному объему вмещаемого теплоносителя. Так, для обеспечения системы, аналогичной на приведенном выше рисунке (длина – 160 м, внешний диаметр – 20 мм), необходимо будет 26 литров жидкости.
Получение результата экспериментальным методом
На практике возникают проблемные ситуации, когда гидравлическая система имеет сложную структуру или некоторые ее фрагменты проложены скрытным способом. В этом случае определить геометрию ее частей и рассчитать общий объем становится невозможно. Тогда единственным выходом становится проведение эксперимента.
Использование коллектора и укладка труб под стяжку – передовой способ скрытного подведения горячей воды к радиаторам отопления. Точно рассчитать длину коммуникаций при отсутствии плана невозможно
Необходимо слить всю жидкость, взять какую-либо мерную емкость (например, ведро) и наполнить систему до нужного уровня. Заливка происходит через самую верхнюю точку: расширительный бак открытого типа или верхний спусковой клапан. При этом все остальные клапана должны быть открыты во избежание образования воздушных пробок.
Если движение воды по контуру осуществляет насос, то нужно дать ему час или два поработать без подогрева теплоносителя. Это поможет выгнать остаточные воздушные скопления. После этого нужно еще раз долить жидкость в контур.
Такой метод можно использовать и для отдельных частей отопительного контура, например, теплого пола. Для этого нужно его отсоединить от системы и таким же образом «пролить».
Выводы
Несмотря на то, что в сети нам предложен огромный выбор программных продуктов для производства вычислений по литражу теплоносителя, есть гостовские таблицы для определения внутреннего объема труб, знать принципы «ручных» расчетов нужно. Они необходимы тем, кто самостоятельно занимается сооружением и ремонтом коммуникаций, и тем, кто пользуется услугами проектных и строительных организаций.
Полезные сведения помогут определиться с расходом материала перед устройством системы, точно подсчитать смету и получить представление о предстоящих эксплуатационных выплатах.
