Потери напора: как считать
Вода, двигаясь по трубе, теряет напор на трение о стенки и на завихрения в отводах, тройниках и арматуре. Потери по длине считают по формуле Дарси — Вейсбаха: h = λ·(L/d)·v²/2g, где v — скорость, d — внутренний диаметр, L — длина, а λ — коэффициент гидравлического трения. Для турбулентного режима λ берут по универсальной формуле Альтшуля λ = 0,11·(Δ/d + 68/Re)^0,25, которая учитывает и шероховатость стенки Δ, и число Рейнольдса Re = v·d/ν; при Re < 2 000 течение ламинарное и λ = 64/Re. Местные потери — Σζ·v²/2g, коэффициенты ζ берут из справочников (Идельчик): резкий угольник 1,1, плавный отвод 0,3, проходной вентиль 4, шаровой кран 0,1, обратный клапан 2,5, счётчик воды в эквиваленте около 6.
Опорный пример — PP-R 32×5,4 с внутренним диаметром 21,2 мм, расход 0,5 л/с (30 л/мин — душ, мойка и унитаз одновременно), длина 30 м, вода 10 °C (ν = 1,306 мм²/с). Скорость 1,42 м/с, Re ≈ 23 000 — турбулентный режим; при шероховатости полипропилена 0,01 мм λ = 0,0266; скоростной напор v²/2g = 0,102 м; потери по длине 3,85 м (12,8 м на 100 м). Местные сопротивления — четыре угольника, два тройника, два шаровых крана, обратный клапан, фильтр и счётчик — дают Σζ = 15,7 и ещё 1,61 м. Итого 5,46 м, или 0,54 бар: столько давления «съест» ввод при пике водоразбора.
Диаметр входит в формулу почти в пятой степени (v² ~ 1/d⁴ и ещё 1/d), поэтому труба на шаг меньше — 2,31 м/с в PP-R 25×4,2 — потеряет уже 16,8 м (1,65 бар) и будет шуметь, а стальная дюймовая после лет эксплуатации (внутренний диаметр 27,1 мм, Δ = 0,5 мм) при λ = 0,0425 потеряет всего 2,4 м — большее сечение перекрывает шероховатость. Калькулятор считает потери для любой трубы из справочника или своего диаметра, показывает режим течения, λ по Альтшулю и по Колбруку, доли длины и местных сопротивлений и таблицу по расходам.
Потери напора на 10 м трубы при 10 °C (без арматуры)
Дарси — Вейсбах с λ по Альтшулю; для стальной трубы после эксплуатации принята шероховатость 0,5 мм. Ячейка — потери на 10 м и скорость.
Коэффициенты местных сопротивлений и их цена
Потери одного элемента при 1 и 1,5 м/с и эквивалентная длина трубы PP-R 32 при λ из примера.
Потери напора на трение по длине трубопровода пропорциональны длине участка, квадрату средней скорости потока и обратно пропорциональны диаметру: h = λ·(L/d)·v²/2g, где безразмерный коэффициент λ зависит от режима течения и относительной шероховатости стенки.— Формула Дарси — Вейсбаха (Анри Дарси, 1857; Юлиус Вейсбах, 1845)
Как считать и что проверить
- Считайте по внутреннему диаметру: PP-R 32×5,4 — это 21,2 мм, ПНД 32×3,0 — 26 мм, стальная 1″ — 27,1 мм; наружный «32» ничего не говорит о потерях.
- Держите скорость 0,7–1,2 м/с в магистралях и вводах: при 1,42 м/с потери 12,8 м на 100 м, при 2,31 м/с — уже втрое больше и шум.
- Местные сопротивления в коротких вводах дают до трети потерь (29 % в примере): счётчик, фильтр и обратный клапан весомее десятков метров трубы.
- Для старой стали берите Δ = 0,5–1 мм: за 10–15 лет отложения увеличивают λ в полтора-два раза и уменьшают сечение.
Остальные режимы — на страницах серии ниже и в полном гидравлическом калькуляторе; перевод бар, атмосфер и метров водяного столба — в конвертере давления, самотёчные трубы — в расчёте диаметра трубы ливневой канализации, резервное питание насоса — в калькуляторе ИБП.
- Альтшуль А. Д. «Гидравлические сопротивления» — универсальная формула коэффициента трения λ = 0,11·(Δ/d + 68/Re)^0,25, эквивалентная шероховатость труб. Недра. 1982.
- Идельчик И. Е. «Справочник по гидравлическим сопротивлениям» — коэффициенты местных сопротивлений ζ отводов, тройников, арматуры, сужений. Машиностроение. 1992.
- СП 30.13330.2020 «Внутренний водопровод и канализация зданий» — расчётные расходы и свободные напоры санитарных приборов (прил. А), скорости в трубопроводах, гидравлический расчёт сетей. Минстрой России. 2020.
- Шевелёв Ф. А., Шевелёв А. Ф. «Таблицы для гидравлического расчёта водопроводных труб» — потери напора в стальных, чугунных и пластмассовых трубах. Стройиздат. 1984.
- ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления» — размеры труб PP-R, PE-X, стенки по SDR. Росстандарт. 2013.
