Как рассчитать длину саморегулирующих и резистивных кабелей

В настоящее время существует большое количество греющих кабелей, при использовании которых можно избежать, таких проблем, как промерзание коммуникаций в частных домах. Каждый производитель термопроводов, гарантирует их высокие эффективные качества и долгий эксплуатационный срок. Однако эти качества, в первую очередь зависят от вида и расчета греющего кабеля.

Труба упонор для водоснабжения с греющим кабелем

Виды греющего кабеля

В настоящее время существует несколько видов термокабелей, которые отличаются конструкцией, характеристикой и сферой применения. Для обогрева труб в частных домах используют два вида:

  1. Резистивные. Эти изделия состоят из одного или двух стальных жил, которые изолируются специальным материалом. На изоляционный слой для защиты от внешних повреждений наносится экранизирующая оплетка, которая в дополнение служит в качестве заземления проводов.
  2. Саморегулирующие. Такие кабеля состоят из двух металлических жил, которые расположены в разделяющей саморегулирующей матрице. Сверху этого полупроводника наложены: внутренний слой изоляции и экранирующая оплетка. Для защиты от внешней среды и ультрафиолетовых лучей, вся конструкция помещена в полимерную оболочку.
Труба дюйм с четвертью наружный диаметр

Если рассмотреть конструкцию двух изделий, можно увидеть, что саморегулирующие провода выполнены более сложно, соответственно их цена будет выше, чем у резистивных проводов. Но и по качествам обогрева и срокам эксплуатации саморегулирующие кабеля превосходят своего аналога.

После того, как оттолкнувшись от этих характеристик, будет выбран термопровод, можно будет приступить к расчетам его длины.

Расчет длины термопроводов

В основном обогревающий кабель используют не по всей длине трубопровода, а для определенных участков, которые расположены на недостаточной глубине и могут промерзать в зимний период. Поэтому, чтобы правильно рассчитать длину провода, вывели такую формулу:

Д.к = K.з * Д.у. т. * Тп. уд. / М.п.

Д.к. – длина кабеля;

К.з. – коэффициент запаса;

Д.у. т. – длина участка трубопровода;

Тп. уд. — удельные теплопотери (Вт/м);

М.п. – мощность провода.

Если диаметр и длину трубы, а также среднюю температуру, между водой в трубах и внешней средой можно измерить самостоятельно, то остальные значения нужно будет предварительно найти.

Формула расчета объема теплоизоляции трубопровода

Коэффициент запаса

Для каждого вида нагревающих проводов существует определенный коэффициент запаса с дополнительным оборудованием.

У саморегулирующих проводов, он составляет – 1,1.

У резистивных – 1,2.

Монтаж греющего кабеля на фильтре трубу водопровода схема

Расчет удельной мощности

Для расчета мощности греющего термопровода понадобятся такие значения, как: толщина изоляционного слоя, диаметр трубопровода и средняя величина, между температурой теплоносителя и самой низкой температурой в регионе. Без определенных знаний произвести этот расчет довольно сложно, поэтому можно опереться на следующие ориентировочные данные, где приведены соотношения диаметр труб и мощности:

  • 15–25 – 10 Вт/м;
  • 25–40 – 16 Вт/м;
  • 40–60 – 24 Вт/м;
  • 60–80 – 30 Вт/м;
  • 80 и более – 40 Вт/м.

Здесь стоит отметить, что величина мощности, не должна быть меньше теплопотерь.

Теплопотери при использовании греющих кабелей

Расчет теплопотерь

Расчет удельных теплопотерь выполняется по нормативной плотности теплового потока, через поверхность трубы и его утеплителя. В методике, для тепловых потерь на один кубический метр, применяется следующая формула:

Тп. уд. = (2 * 3,14 * К.т. к. * Д.у. т. * (Тем. вн. – Тем. нар.))/(Д.п. * (Об. тр. из. / Об. тр.)) * 1,3

К.т. к. – коэффициент теплопроводности изоляции кабеля – 0,04 Вт/(м*С);

Д.у. т. – длина участка трубы, в метрах;

Тем. вн. — температура воды в водопроводе;

Тем. нар — температура внешней среды;

Д.п. – длина провода;

Д.тр. из. – диаметр трубы с теплоизоляцией;

Д.тр. — наружный диаметр трубы.

После того, как будут найдены все значения, их необходимо в соответствующем порядке подставить в формулу и произвести расчет длины греющего кабеля для определенного участка трубы.

Ознакомившись со всей последовательностью, у новичков, больше не возникнет вопроса, как выбрать и рассчитать кабель для обогрева труб. Что в свою очередь позволит сэкономить на услугах специалиста, произвести правильный монтаж и обеспечить трубам качественный обогрев.

Как рассчитать нагревательный кабель для водопроводных труб

Если водопроводные трубы расположены ниже уровня промерзания грунта или в неотапливаемых хозяйственных помещениях, зимой неизбежно происходит образование ледяных пробок. При этом магистраль часто оказывается повреждена, подача воды останавливается. Для предотвращения подобных неприятностей принято использовать теплоизоляционные материалы, но сами по себе они часто недостаточно эффективны. Лучшим выходом является монтаж кабельного обогрева. Он защитит систему от замерзания даже в самые суровые зимы. Перед покупкой следует правильно рассчитать нагревательный кабель.

Преимущества кабельного обогрева:

  • Защита труб от промерзания, разрывов, внешнего обледенения.
  • Долговечность и простота эксплуатации.
  • Экономичный расход электроэнергии.
  • Универсальность (подходит для наземных и подземных коммуникаций).
  • Эффективное удаление конденсата и продление срока службы утеплителя.
  • Снижение затрат на обслуживание водопроводной магистрали.

Подбор греющего кабеля

Подбирать материалы для обогрева такого типа следует индивидуально, учитывая особенности трубопровода. Применяют две основные разновидности кабелей.

Резистивный – выпускаются одно- и двужильные модели. Токопроводящая жила покрыта надежной изоляцией и имеет одинаковое сопротивление на любом участке. Изделие отличается доступной ценой, но требует установки термостата.

Саморегулирующийся – в основе такого кабеля лежит полупроводниковая матрица с датчиками, способная изменять сопротивление на разных участках. Это позволяет осуществлять обогрев трубы по всей длине с учетом температуры окружающей среды. При этом исключена вероятность перегорания кабеля. Данная продукция дороже, но значительно проще в эксплуатации, не нуждается в монтаже термостата. В отличие от резистивного кабеля, саморегулирующийся можно резать на куски необходимого размера.

Кабели из нашего каталога

Также при подборе греющего элемента необходимо учитывать такие факторы:

  • протяженность сети – чем длиннее водопровод, тем выше риск возникновения перегрева на каком-либо участке;
  • расположение трубы – если магистраль уже проложена под землей или доступ к ней затруднен по другим причинам, это повлияет на выбор кабеля и процесс его монтажа;
  • выбранный способ укладки греющего элемента – для прокладки кабеля снаружи (вдоль или по спирали) можно подобрать продукцию в любой оболочке, а при монтаже внутри магистрали потребуется продукция с инертной оплеткой;
  • материал и диаметр водовода – кабельный обогрев подходит для всех типов труб, но максимально допустимая мощность будет отличаться;
  • толщина и проводимость теплоизоляции – чем меньше потери тепла, тем ниже требования к мощности кабеля.

Расчет длины резистивных и саморегулирующихся кабелей для трубопровода

Чтобы определить длину кабеля, необходимо сначала просчитать тепловые потери магистрали в холодное время года. Для этого используют формулу:

  • W – коэффициент теплопроводности кабельной изоляции;
  • L – длина трубы;
  • tвн – температура воды в трубе;
  • tнар – температура окружающего воздуха или грунта;
  • D – диаметр трубы вместе с изоляцией;
  • d – внешний диаметр трубы без изоляции;
  • 1,3 – коэффициент запаса по мощности.

Чтобы получить длину кабеля в метрах, необходимую для вашей магистрали, необходимо использовать формулу:

  • Q – коэффициент теплопотерь;
  • P – удельная мощность кабельной продукции.

Это пример расчета длины кабеля для прямого отрезка трубы. При наличии дополнительных элементов (соединительных фланцев, задвижек, кранов, опор), а также поворотов магистрали, необходимо сделать запас по длине, поскольку такие места нуждаются в усиленном обогреве. Это же относится к местам соединения двух отрезков кабеля, если такие связки присутствуют. Чтобы определить количество дополнительного кабеля, необходимо учесть толщину трубы, количество и тип элементов. Удобнее всего взять соответствующее значение из специальной таблицы.

Данные расчеты будут полезны тем, кто выбрал наружный монтаж кабеля. Когда речь идет об установке греющего элемента внутри водопровода, расчет будет предельно прост – вам потребуется отрезок длиной до ближайшего элемента запорной арматуры. Кабель не должен мешать работе встроенных в трубы регуляторов, клапанов, кранов.

Факторы, учитываемые при расчете теплопотерь трубы

Теплопотери неизбежны даже при обеспечении качественной изоляции трубы от внешнего холода. Это напрямую влияет на мощность кабеля и количество его витков при монтаже снаружи водопровода. На теплопотери влияет сразу несколько показателей:

  • толщина и коэффициент теплопроводности термоизоляционных материалов – чаще всего применяют минвату и пенополистирол с проводимостью 0,055 и 0,04 Вт/м С соответственно;
  • минимально возможная зимой температура окружающей среды – параметры будут отличаться для разных регионов страны и расположения трубы (внутри помещения, на улице, в грунте);
  • диаметр и длина трубы – чем больше площадь магистрали, тем охотнее она отдает тепло, требуя использования кабеля более высокой мощности;
  • наличие опор, подвесов и арматуры – первые создают своеобразные мостики холода, а запорные и регулирующие элементы нуждаются в усиленном обогреве.

Все это влияет на рекомендуемую мощность греющего кабеля. Для экономии в дальнейшем стоит позаботиться о качественной теплоизоляции труб. Желательно поверх мягкого материала зафиксировать жесткий защитный кожух. Это особенно актуально для магистралей, находящихся на открытом воздухе и в грунте.

Бытовые системы обогрева обычно имеют мощность до 17 Вт/м, поэтому при некачественном утеплении водопровода или полном отсутствии изоляции монтаж кабеля может быть нецелесообразным. Во втором случае предпочтительно сначала обеспечить защиту трубы от холода. Также теплоизоляция может монтироваться одновременно с кабелем, но предварительно все равно придется определиться с материалом.

Подбор кабеля при помощи таблицы теплопотерь трубы

Таблица удельных теплопотерь поможет вам упростить расчеты длины и мощности греющего кабеля. Она позволяет получить упрощенное, но достаточно адекватное представление о расходе энергии обогрева. Чтобы определить необходимый параметр, нужно знать несколько исходных значений:

  • толщина теплоизоляции трубы в мм;
  • разница температуры теплоносителя внутри магистрали и минимальной для вашего региона температуры воздуха;
  • диаметр трубы в мм.

Дополнительно можно воспользоваться таблицей коэффициентов запаса мощности для кабелей разных типов. Обратите внимание, что выбранный нагревательный элемент должен обеспечивать приток тепла, который больше его потери. В противном случае возможно промерзание магистрали, несмотря на уложенный кабель. Именно поэтому так важно провести указанные расчеты. Обогрев, монтируемый внутри водопровода, может иметь меньшую мощность, поскольку он непосредственно соприкасается с водой, нагревать сначала магистраль не требуется. Но такой способ подходит только для труб небольшой толщины. Если кабель укладывается снаружи, на его минимальную мощность и требуемую длину влияет также способ намотки и крепления. Существует несколько вариантов расположения греющего элемента.

  • Спираль – позволяет равномерно прогревать магистраль, поддерживая заданную температуру. В этом случае имеет место самофиксация провода, но его все равно необходимо подстраховать стеклопластиковой или алюминиевой клейкой лентой, особенно на вертикальных трубах.
  • Параллель – самый простой способ монтажа, оптимальный для водовода небольшого диаметра.
  • Змеевик – данный способ укладки подходит для магистрали большой толщины. Чередующиеся петли обеспечивают очень быстрый прогрев переносимой среды.

Калькулятор расчета длины греющего кабеля для водопровода

Некоторые участки автономной системы водопровода на пути от скважины или колодца к дому могут требовать подогрева. Это решается укладкой греющего электрического кабеля на трубу или даже непосредственно внутрь нее. В сочетании с термостатическим управлением создается надежная, и в то же время – в достаточной степени экономичная защита труб от замерзания.

Калькулятор расчета длины греющего кабеля для водопровода

Но вот какой греющий кабель (по удельной мощности) и когда нужен? И какой длины?

Если кабель располагается внутри трубы – то с ним относительно понятно, так как его необходимая длина примерно равна длине участка, требующего обогрева.

С наружным – сложнее. Пустить ли его одной «ниткой» вдоль оси трубы, или обернуть спирально? И сколько кабеля должно тогда прийтись на погонный метр водопровода?

Вопросы серьезные, так как ошибка в сторону уменьшения может привести к замерзанию воды в трубе, в другую — к совершенно неоправданным расходам и к увеличению сложности монтажных работ. Найти «золотую середину» поможет калькулятор расчета длины греющего кабеля для водопровода.

Необходимые табличные данные и краткие пояснения по проведению расчетов приведены ниже.

Калькулятор расчета длины греющего кабеля для водопровода

Пояснения и необходимые вспомогательные данные для проведения вычислений

Итак, откуда берутся данные для подстановки в поля калькулятора?

  • Длину участка, на котором требуется организовать подогрев, необходимо определить самостоятельно, тщательно анализируя создаваемый проект водопровода. Обычно это та зона, которая начинается после подъема проложенной трубы с глубины (а она по правилам должна располагаться ниже уровня промерзания грунта), то есть непосредственно перед входом в дом. Особого внимания требуют участки прохождения через массивные конструкции (например, ленточный фундамент или плиту), так как они всегда зимой «вытягивают» тепло за счет своей огромной теплоемкости. Если фундамент свайный, то наверняка есть участок прохождения трубы от грунта до перекрытия 1 этажа. Не забываем про отрезки трубопровода в холодных, неотапливаемых подвальных и цокольных помещениях.

Общая длина складывается из длин вертикальных и горизонтальных отрезков на проблемных участках.

  • Со вторым пунктом, то есть с теплопотерями нужно разобраться чуть подробней.

Задача греющего кабеля как раз и заключается в том, чтобы полностью компенсировать теоретически возможные теплопотери и поддерживать температуру воды в трубе на минимально необходимом уровне, исключающем замерзание (обычно от +6 до +10 ℃ — больше не имеет смысла).

Тепловые потери через стенки труб и слой утепления рассчитываются по довольно громоздкой формуле. Но можно воспользоваться уже готовыми результатами, сведенными в таблицу.

Толщина утепления трубыΔT°Сø 15 ммø20 ммø25 ммø32 ммø40 ммø50 ммø80 ммø100 ммø150 мм
10 мм207.28.4101213.416.2232941
3010.712.6151820.224.4344361
4014.316.8202426.832.5455781
6021.525.2303640.248.76886122
20 мм204.65.36.17.27.99.4131622
306.87.99.110.811.914.2192433
409.110.612.214.415.818.8253244
6013.615.718.221.623.928.2384867
30 мм203.64.14.75.56791116
305.46.17.18.2910.6141724
407.38.39.510.91214192331
6010.912.414.216.41821283447
40 мм203.13.544.64.95.88912
304.75.366.87.48.6111419
406.27.17.99.11011.5151825
609.410.61213.714.917.3222737
50 мм202.83.13.544.357810
304.24.75.366.57.4101216
405.66.27.188.610131621
608.49.410.61213.815192331
75 мм202.42.62.93.23.53.9678
303.53.84.34.85.25.97911
404.75.25.86.577.8101215
607.17.88.69.710.411.8151723
100 мм2022.32.52.833.4567
303.13.53.74.24.44.8679
404.24.655.666.781012
606.26.87.68.4910.1121519

А для работы с таблицей понадобятся следующие данные:

— Верхняя строка – это стандартные диаметры (условного прохода, то есть внутренние) водопроводных труб, для которых ведется расчёт.

— Левый крайний столбец – толщина термоизоляции, в которую будет заключаться труба. В таблице приведены результаты расчетов для утеплителей с коэффициентом теплопроводности порядка 0,04 Вт/м×℃. Под эту «планку» можно спокойно отнести утеплители для труб изготовленные их пенополистирола, пенополиэтилена, минеральной ваты, то есть наиболее популярные. Ну а если используется, скажем, пенополиуретан, то так показатели термоизоляции еще выше, теплопотери, стало быть, меньше, и обогрев кабеля получается даже с весьма солидным эксплуатационным запасом.

Кстати, при выборе толщины утепления можно руководствоваться негласным «эмпирическим правилом», что слой термоизоляции трубы обычно делается не меньше ее диаметра (имеется в виду «нижний диапазон», то есть с диаметрами от 15÷20 и до 50 ÷ 60 мм).

— Второй слева столбец — это разница температур Δt: между температурой самой холодной декады зимы, свойственной данному региону, и требуемой температурой воды в трубе (условно + 10 ℃). Например, если для местности, где планируется прокладка водопровода, тридцатиградусные морозы являются обычным делом, то Δt принимается равной 40 градусов.

— Пересечение выбранных строки и столбца покажет расчетную величину удельных тепловых потерь, ватт на погонный метр. Именно эта величина и указывается в калькуляторе.

  • В общей формуле длины нагревателя, по которой составлен калькулятор, есть различные коэффициенты для обычного резистивного кабеля и для саморегулирующегося. То есть пользователю требуется указать, какой будет использоваться для подогрева водопровода.
  • Если на участке водопровода, подлежащем подогреву, имеется задвижка, кран, фланец, металлическая опора, то эти места потребуют дополнительного расхода тепла. Пользователь указывает данные, а программа сама внесет коррективы в расчёт.
  • Последним пунктом указывается удельная мощность нагревательного кабеля, выбранного для подогрева водопровода.

Это паспортная величина, обязательно указываемая в маркировке кабеля. Если выбирается саморегулирующийся вариант, где показатель изменяется с температурой нагрева, мощность обычно соответствует температуре окружающей среды в 10 ℃.

Обычно руководствуются такими рекомендациями:

— удельная мощность кабеля обычно берется так, чтобы она не была меньше удельных теплопотерь.

— для труб с ДУ до 25 мм обычно бывает достаточно удельной мощности 10 Вт/м;

— от 25 до 40 мм – 16 Вт/м;

— от 40 до 60 мм – 24 Вт/м;

— свыше 80 мм – 40 Вт/м.

(С более значительными диаметрами при создании водопровода в частном доме вряд ли придётся сталкиваться).

— Если водопроводная труба – полимерная, то, независимо от ее диаметра, не стоит использовать нагревательный кабель мощнее 17 Вт/м.

Результат расчёта будет показан с округлением до одного метра ( в большую сторону).

Обезопасьте свой домашний водопровод от промерзания!

Надеяться только на утепление проблемных участков трубы – безрассудство! Без подогрева обвести спокойствие за неуязвимость своей системы не получится! По каким принципам осуществляется подогрев водопровода – читайте в специальной публикации нашего портала.