Паровое отопление и что это?
При закипании воды выделяется водяной пар, который имеет большое количество тепловой энергии. Передача энергии окружающей среде происходит в момент конденсации, иными словами, при переходе воды из парообразного состояния в жидкое.
В паровом отоплении применяется тот же принцип. Вода, закипающая в котле, подается по трубам в отопительные приборы, конденсируется в них и отдает тепло. После этого теплоноситель, перешедший в жидкое состояние, подается по трубам в специальный накопитель. Оттуда жидкость самотеком или принудительно попадает в котел.
Плюсы и минусы парового отопления
Паровое отопление в частном доме дает следующие преимущества:
- Небольшие расходы на устройство. Экономичность в процессе использования. Систему можно сделать от обычной печи, что особенно актуально для населенных пунктов без газификации.
- Поскольку теплоноситель не замерзает, систему можно применять в постройках сезонного проживания.
- Эффективность обогрева помещений повышается за счет излучения тепловой энергии и конвекции.
- Для сборки системы можно применять небольшие радиаторы и трубы малого сечения, что позволяет сэкономить на материалах.
- Пар быстро попадает в каждую точку отопительной системы, независимо от ее сложности и размеров дома.
- Быстрый прогрев помещений – дополнительное преимущество.
- Коэффициент теплопередачи очень высокий, поэтому тепловые потери сводятся к нулю.
- Такие системы можно применять в комплексе с теплыми полами.
Перед тем как провести паровое отопление, нужно изучить его минусы. Недостатки парового отопления заключаются в следующем:
- при циркуляции по контуру пар создает шум (для снижения уровня шума медные трубы прокладывают внутри стен, а котел ставят в отдельном помещении);
- отопительные приборы и трубы могут нагреваться до температуры выше 100°С, что повышает вероятность ожогов при прикосновении к батареям (в связи с этим рекомендуется закрывать радиаторы и трубы защитными экранами);
- при прорыве возникает опасная аварийная ситуация, потому что теплоноситель имеет очень высокую температуру;
- для сборки контура понадобятся дорогостоящие медные или оцинкованные трубы (это нужно учесть, подсчитывая, сколько стоит провести паровое отопление);
- система подвержена коррозии, поэтому срок ее службы небольшой;
- сложно регулировать температуру в помещениях (для этого приходится проветривать комнаты или сократить количество топлива, что довольно сложно).
Характеристика и схема устройства
Внутри отопительной паровой системы может быть разное давление. В зависимости от этого она бывает следующих видов:
- С высоким давлением свыше 0,07 МПа.
- С низким давлением менее 0,07 МПа.
- Вакуум-паровая система имеет давление не ниже 0,1 МПа.
Схема парового отопления может быть с закрытым и открытым контуром. Открытые контуры с низким давлением взаимодействуют с атмосферным воздухом. Герметичные закрытые системы более долговечные.
Чаще всего в частном доме делают замкнутые системы с возвратом теплоносителя самотеком в котел. Обычно используют верхнюю разводку трубопроводов. Если применяется контур с нижней разводкой, то трубы укладывают с уклоном в направлении движения пара для снижения шума. В месте отведения конденсата делают гидрозатвор в виде петли для защиты от попадания пара в магистраль конденсации.
Реже применяют комбинированную разводку с прокладкой трубопроводов под полом среднего или последнего этажа. В таком случае просвет возвратной магистрали полностью закрывается конденсатом.
При давлении в сети выше 0,02 МПа применяют только открытые контуры. В них удаление воздуха происходит через конденсационный накопитель. Для защиты от утечек пара устанавливаются гидрозатворы или конденстоотводчики. С целью перекачки жидкости для парового отопления из накопителя в теплообменник используется насос. Благодаря этому накопитель можно установить ниже теплообменника.
Трубопроводы отопительной системы
Для монтажа схема отопление дома может использовать такие типы трубопроводов:
- Трубопроводы из полиэтилена, полипропилена или металлопластика;
- Трубопроводы из меди;
- Трубопроводы из стали.
Полиэтиленовые трубы | Полипропиленовые трубы |
Медные трубы | Стальные трубы |
Все из этих трубопроводов обладают как своими преимуществами, так и недостатками. Полимерные трубы более простые в монтаже и надежно защищены от воздействия коррозии. Медные трубы более устойчивые к высоким температурам и способны выдержать высокое давление. Стальные трубы выделяются таким недостатком, как потребность в проведении некоторых сварочных процессов. Программа расчета отопления частного дома должна учитывать абсолютно все детали, включая и это.
Расчет и монтаж парового отопления
Установка парового отопления начинается, конечно же, с расчета нагрузок на инженерную систему. Котел должен обеспечивать необходимый уровень тепловой мощности, а коммуникации паропровода должны гарантированно выдерживать весь диапазон рабочих температур и давлений.
1. Мощность котла. К мощности парового котельного оборудования предъявляются аналогичные требования, как и к мощности традиционного водяного котла. На 10 метров квадратных обслуживаемой площади необходимо 1,1 (кВт) тепловой мощности, при условии, что высота потолков не превышает 3 (м).
Стоит обратить внимание, что паровые котлы значительно отличаются от классической водогрейной техники. Паровое оборудование имеет более высокий уровень производительности, чем традиционная водяная техника, так как жидкость в паровом котле не просто разогревается, а превращается в пар. Паровой котел стоит дороже аналогичного по мощности водяного нагревательного оборудования
К этому можно добавить, что паровая техника требует к себе и более высокого внимания со стороны сервисного обслуживания. В целом, содержание парового котла может обходиться в 2 раза дороже, чем содержание нагревателя с водяной рубашкой
Паровой котел стоит дороже аналогичного по мощности водяного нагревательного оборудования. К этому можно добавить, что паровая техника требует к себе и более высокого внимания со стороны сервисного обслуживания. В целом, содержание парового котла может обходиться в 2 раза дороже, чем содержание нагревателя с водяной рубашкой.
2. Трубы. В роли проката целесообразней всего использовать бесшовные трубы с толщиной стенки не менее 2,5 (мм). Предпочтение следует отдавать исключительно металлическому прокату. Пластик физически не сможет работать с разогретой до 130-200 ⁰С рабочей средой. Для паропровода используют следующие виды труб:
- Из углеродистой стали
- Легированные (нержавеющая сталь)
- Оцинкованные
- Медные
Наиболее подходящими для пара считаются трубы на основе медного проката. Разумеется, медные коммуникации и наиболее дорого стоят. Трубы же на основе нержавеющей стали, как и медный прокат, стоят достаточно дорого. Легированный металл практически не подвержен коррозии. Оцинкованные трубы не такие долговечные как легированные или медные. Но стоит прокат из оцинкованного металла намного меньше. Обыкновенные же трубы из углеродистой стали принадлежат к нижнему стоимостному диапазону.
3. Метод циркуляции теплоносителя – паровое отопление может быть представлено несколькими системами обогрева:
- Разомкнутая
- Замкнутая
Системы разомкнутого типа имеют в своем составе емкость для сбора конденсата и насос для закачки жидкости в котел. Контур разомкнутого типа может предполагать использование радиаторов различной формы. При создании подобных систем обогрева к монтажному месту котла не предъявляется каких-то специальных требований.
При замкнутом же контуре отопления циркуляция теплоносителя происходит полностью самотеком Да, такие системы отопления более автономны, но к коммуникациям замкнутого контура предъявляются особые требования, которые касаются как расположения труб, так и монтажа котельной техники.
Нужно заметить, что далеко не все паровые котлы способны работать с замкнутым контуром отопления.
4. Разводка труб – коммуникации могут монтироваться следующими способами:
- Верхняя разводка
- Промежуточная разводка
- Нижняя разводка
Наиболее часто паропровод монтируется с верхним расположением коммуникаций. То есть сам паропровод монтируется под потолком, а уже от него спускаются трубы к радиаторам и конденсатопроводу. При промежуточной разводке паропровод проходит на уровне подоконника. Нижняя разводка труб используется только в отдельно взятых случаях, когда того требует инженер-разработчик парового отопления.
Шаг 5 – проектирование разводки + примеры
Сборка трубопровода может быть выполнена несколькими способами:
- тройниковый тип сборки;
- коллекторный.
Второе название коллекторного подключения – лучевое. К котлу подсоединяется коллектор, а от него под полом расходятся трубы к каждому из радиаторов.
Для отопления одноэтажного дома будет достаточно коллектора на 6 входов. Если коттедж двухэтажный, лучше установить коллектор вдвое больше
Реализуется коллекторная схема при помощи гибких металлопластиковых труб. После укладки материалов напольного покрытия все трубы отопления оказываются полностью скрытыми и не портят внешний вид комнаты. Входы и выходы к каждому радиатору подводятся снизу прямо из-под пола.
Тройниковое подключение осуществляется через соединение тройниками всех приборов отопления с подающей трубой и обраткой. Осуществить такую схему проще, не нужно тратиться на коллекторы и искать место для их установки, что обычно выполняется в центре постройки для уравнивания длины подключенных к гребенке колец.
Чтобы не изобретать велосипед, можно воспользоваться одной из типовых разводок отопления для загородного дома, которые успешно применяются в строительстве. Традиционная однотрубная модель хорошо показана на следующем чертеже.
На чертеже показан небольшой загородный, в котором вполне достаточно будет однотрубной системы
Для типового коттеджа часто применяется комбинирование одно- и двухтрубной схемы. В таком случае схема разводки выглядит таким образом.
Первая часть трубопровода имеет вид одинарной трубы и только перед первым радиатором она разделяется на две
Тот же дом можно отапливать и при помощи коллекторной схемы.
В данном случае достаточно коллектора на 4 кольца, подключенных к одному теплогенератору
На этой схеме от котла отходит отдельная ветка и уходит на крыльцо дома. Это подогрев ступенек для предотвращения образования льда.
Основная часть контура представляет собой двухтрубную систему, в то время как дополнительная ветка – однотрубную.
В данном случае система предусматривает отдельный насос, бак и блок безопасности для однотрубного ответвления на теплый пол в районе ступенек
На следующей схеме теплопровод имеет отводы в каждую из комнат. То есть каждое помещение отапливается отдельным контуром.
Трубы понадобится в несколько раз больше, но задвижки и терморегуляторы на каждом ответвлении позволяют регулировать температуру в каждой комнате индивидуально
Составляющие и принцип работы паровой системы
Независимо от схемы реализации, паровое отопление имеет такие конструктивные составляющие: источник тепла – парогенератор, трубопровод, нагревательные элементы, контрольно-измерительные приборы и запорно-регулирующие детали.
В качестве источника тепла может быть выбран электрический парогенератор. Достаточно установить требуемые параметры в меню и наслаждаться комфортной температурой
Трубопровод подразделяется на паропровод и конденсатопровод. По первому в систему подается пар. По второму отводится конденсат. Конденсатопроводы в зависимости от способа движения конденсата могут быть:
- самотечными, с прокладкой трубопровода с уклоном в сторону накопительной емкости.
- напорными, движение конденсата обуславливается разностью давления.
В зависимости от наполненности конденсатопровод бывает:
- сухим, в процессе работы системы труба частично заполнена водой;
- мокрым, конденсатопровод постоянно заполнен водой.
В отличие от водяного, системы парового отопления имеют такие недостатки:
- наличие шума в процессе работы;
- слишком горячая поверхность отопительных элементов;
- затруднено регулирование теплоотдачи отопительных элементов;
- менее долговечны, чем водяные системы отопления.
Важно. При использовании парового отопления поверхность отопительных элементов временами приближается к 100°C
Поэтому нужно быть осторожным, иначе можно получить ожог.
А также достоинства:
- небольшие размеры составляющих отопительной системы;
- высокая теплоотдача отопительных элементов;
- быстрый нагрев помещения;
- пар доставляется в любую точку системы, не теряя своей нагревательной способности;
- экономичность.
В процессе нагревания воды в источнике тепла выделяется пар. При его конденсации выделяется тепло. Пар по паропроводам передается в отопительные элементы, где он посредством конденсации нагревает стенки приборов, которые отдают тепло помещению. После этого конденсат направляется в сборную емкость, после чего самотеком или при помощи насоса отводится в котел для последующего нагрева. После чего весь процесс повторяется. Во избежание встречного движения конденсата уклон магистрали выполняется в сторону движения пара. Для того чтобы пар не проникал в конденсатопровод используют подпорные шайбы или конденсатоотводчики.
Газовые котлы
Отличный вариант — провести отопление, функционирующее на магистральном газе. В целом водогрейные газовые котлы весьма надежны и эффективны. КПД самого простого энергонезависимого агрегата составляет не менее 87%, а дорогого конденсационного – до 97%. Отопители компактны, хорошо автоматизированы и безопасны в работе. Обслуживание требуется не чаще 1 раза в год, причем походы в котельную нужны только для контроля или изменения настроек. Бюджетный агрегат выйдет гораздо дешевле твердотопливного, так что газовые котлы можно считать общедоступными.
Так же, как и теплогенераторам на твердом топливе, газовым котлам требуется устройство дымохода и наличие приточно-вытяжной вентиляции. Что касается других стран бывшего СССР, то стоимость горючего там значительно выше, чем в РФ, оттого популярность газового оборудования неуклонно снижается.
Проектирование системы парового отопления
Даже для небольшого помещения лучше всего составить проект. Система, сделанная на “авось” с большой долей вероятности вскоре потребует переделки, а составленная на бумаге схема позволит сразу же выявить слабые места и исправить их.
Например, для того, чтобы создать систему с естественной циркуляцией теплоносителя, теплообменник, а соответственно, и нагревательный прибор, следует расположить в самой нижней точке дома.
Паропровод и конденсатопровод систем отопления с естественным типом движения теплоносителя устраивают с уклоном в сторону его движения (+)
Это значит, что печь или котел должны стоять ниже всех радиаторов, а также труб, которые стоят не вертикально, а горизонтально или под углом к вертикали.
Если разместить нагревательный прибор таким образом не получается (в доме отсутствует подвал, подвал использован для других целей и т.п.), следует отдать предпочтение отоплению с принудительной циркуляцией.
На схеме изображена система отопления с принудительной циркуляцией. Для ее монтажа понадобится циркуляционный насос и накопительный бак
Поэтому в схему парового отопления необходимо включить насос, который будет нагнетать воду в теплообменник. Важный момент в проектировании отопительной системы – порядок подключения радиаторов. Последовательное подключение или так называемая однотрубная система предполагает соединение всех радиаторов по порядку.
В результате теплоноситель будет последовательно перемещаться по системе, постепенно остывая. Это экономичный вариант подключения, который и установить проще, и по стоимости выйдет дешевле.
Но равномерность прогрева при таком способе пострадает, поскольку первый радиатор будет самым горячим, а в последний теплоноситель поступит в уже наполовину остывшем состоянии.
Однотрубное подключение радиаторов, как видно из этой схемы, предполагает последовательный монтаж. На последний радиатор теплоноситель поступает уже остывшим
Однотрубное решение может быть приемлемым только при подключении парового отопления на даче или в небольшом доме, на площади менее 80 кв. м. А для просторного коттеджа или двухэтажного строения больше подойдет двухтрубная система, при которой радиаторы подключают параллельно.
Схема с одной трубой обеспечивает одновременное, а не последовательное поступление теплоносителя в каждый радиатор, и прогрев помещений осуществляется более равномерно. Но при двухтрубном контуре к каждому радиатору придется подвести две трубы: прямую и “обратку”.
Такая система сложнее в реализации, да и обойдется это немного дороже, чем при установке однотрубной системы. Впрочем, подавляющее большинство систем водяного отопления выполнено по двухтрубной схеме, несмотря на сложности, и функционирует вполне успешно.
На этой схеме показана двухтрубная система монтажа радиаторов парового отопления. Каждый радиатор подключается к общему стояку и имеет обратную трубу, что обеспечивает равномерное распределение теплоносителя
Если в качестве источника тепла предполагается использовать дровяную печь, то следует сразу же просчитать и спроектировать специальный теплообменник. Он выглядит как змеевик, сваренный из металлических труб. Этот элемент встраивается прямо в конструкцию печи, а не устанавливается отдельно.
Поэтому проект новой печи также следует продумать на этапе проектирования. Можно использовать и уже имеющуюся печь, но ее придется частично разобрать, чтобы вмонтировать теплообменник внутрь.
Для получения 9 кВт тепла необходим теплообменник с площадью поверхности около одного квадратного метра. Чем больше отапливаемая площадь, тем больше должны быть размеры теплообменника.
Если отапливать помещение предполагается с помощью котла, то все немного проще: его нужно купить и установить. Обычно для парового отопления в доме рекомендуется брать водотрубную модель котла, как наиболее эффективную.
Хотя жаротрубные, дымогарные или комбинированные дымогарно-жаротрубные модели также могут стать вполне приемлемым вариантом.
Иногда для организации парового отопления используют самодельный котел, в котором сжигают отработанное машинное масло. Но этот вариант считается подходящим для использования в подсобных помещениях, например, в гараже. Для жилого дома такой вариант не слишком хорош.
Сборка агрегата
Работа по самостоятельному изготовлению котла выполняется в несколько несложных шагов. Выполните последовательно каждый этап инструкции, параллельно ориентируясь на чертежи и схемы.
Первый шаг. Определите оптимальные размеры будущего парового котла. От размеров оборудования напрямую зависит его производительность. Этот момент уточняйте в индивидуальном порядке, учитывая особенности конкретно своей ситуации.
На этом же этапе подготовьте все необходимые чертежи. При желании можете заказать их составление профессионалу либо же использовать готовые чертежи из открытых источников.
Второй шаг. Заготовьте необходимые материалы. Ранее приводился перечень требуемых элементов. В первую очередь купите трубы диаметром 32 мм и 12 мм. Листовая нержавейка должна иметь толщину порядка 2-3 мм.
Третий шаг. Подготовьте корпус котла. Лучший вариант – сварить корпус самостоятельно из листового металла. Размеры корпуса подбирайте индивидуально, в соответствии со своими нуждами.
Четвертый шаг. Сделайте основание котла. Ранее рассказывалось, что в основе конструкции паровых котлов лежит система сообщающихся труб. Прежде всего, подготовьте кусок трубы длиной порядка 11 см с толщиной стенок примерно 3 мм.
Трубу, имеющую 11 см в диаметре, нарежьте на 12 элементов – они будут выполнять функции дымогарных труб. Трубу же большего диаметра нарежьте на жаровые трубки.
Длину труб подбирайте в соответствии с вашими схемами.
Медные трубы
Пятый шаг. Сделайте требуемое количество переборок и стенок парового котла. Для этого используйте нержавеющую листовую сталь.
Шестой шаг. Подготовьте в стенках агрегата отверстия для размещения жаровых и дымогарных труб. Присоедините упомянутые элементы в развальцованном виде к основанию котла. В этом вам поможет сварочный агрегат. На этом этапе тоже ориентируйтесь на имеющиеся чертежи и схемы.
Седьмой шаг. Прикрепите к корпусу агрегата предохранительный клапан и паровой коллектор. Через клапан в дальнейшем вы будете спускать остаточный пар.
Восьмой шаг. Выполните теплоизоляцию котла с помощью асбестового листа.
Схема подключения парогенератора
Таким образом, разобравшись в основных положениях инструкции, вы сможете самостоятельно собрать простой парогенератор и включить его в систему обогрева собственного дома. На каждом этапе выполнения работы ориентируйтесь на имеющиеся у вас чертежи, т.к. понять порядок сборки агрегата по одним лишь текстовым рекомендациям невозможно.
Как правильно рассчитать паровую систему
Остановив свой выбор на паровой системе, предстоит составить проект ее расположения в здании и выполнить предварительные вычисления.
Есть два варианта:
- произвести расчет основных компонентов парового отопления своими силами;
- обратиться за помощью к профессионалу – проектировщику.
Второй способ решения этого вопроса наиболее предпочтительный. Ведь только специалист, имея за плечами не один, удачно реализованный, проект по обустройству отопительной системы, способен учесть все пожелания владельца, не забыв о нормативных требованиях.
Если нет возможности и желания обращаться к проектировщику, можно приступить к самостоятельному расчету системы отопления паром. Можно использовать нормативы и полезные рекомендации из специальной литературы, например, из справочника проектировщика.
Для расчета предстоит взять план своего дома и посчитать площадь, которую требуется отопить. Затем обозначить места расположения радиаторов отопления.
При паровом отоплении часто используют вместо батареи регистры, выполненные из оцинкованных или оребренных труб. Они могут иметь дизайнерское оформление
Радиаторы подбирают в зависимости от требуемой мощности
Причем, важно учитывать технические характеристики понравившегося прибора – он должен выдерживать нагрузку при работе с паром
Чугунные радиаторы лучше не использовать в устройстве парового отопления редко посещаемой дачи. Постояв холодными длительное время, они могут не справиться с резким нагревом и лопнуть
Сравнительный обзор разных радиаторов отопления и рекомендации по их выбору приведены в этой статье.
Рассчитывать длину паро- и трубопровода для конденсата лучше всего, находясь в самом помещении. Так удобнее планировать высоту их прокладки и места установки радиаторов, если они понадобятся.
Для парового отопления можно использовать металлические трубы из оцинкованной стали или меди
Подсчитав нужное количество погонных метров трубы, не стоит забывать о паровой арматуре – вентилях, тройниках, при необходимости – конденсатоотводчиках, насосе.
Для определения мощности парового котла потребуется вычислить объем всех отапливаемых помещений и умножить эту цифру на показатель требуемого количества энергии для обогрева 1 м3. Этот показатель зависит от региона проживания. Так, для европейской части показатель составляет 40 Вт.
Можно подсчитать мощность котла для 3-х комнатного дома с высотой потолков 2,6 м.
Сначала надо вычислить площадь отдельных помещений:
- 1-я комната: 5*2,95=14,75 м2;
- 2-я комната: 3*2,45=7,35 м2;
- 3-я комната: 2*5,4=10,8 м2.
Затем предстоит вычислить объем всего дома: 14,75*2,6+7,35*2,6+10,8*2,6= 38,09+19,11+28,08= 57,02 м3.
Теперь полученный объем надо умножить на потребности в тепле: 57,02*40 Вт=2288 Вт. К полученному значению надо добавить запас мощности не менее 20%: 2288*1,2=2745,6 Вт или около 3 кВт.
Второй вариант определения мощности – по площади. Условно принимается, что для отопления каждых 10 м2 требуется 1 кВт мощности котла + 30% запаса, если высота потолков не превышает допустимый уровень до 2,7 м.
Причем, нужно покупать агрегат на 20-30% превышающий вычисленный размер мощности. На практике специалисты советуют брать котел не менее, чем на 30% мощнее, чтобы он не работал на предел своих сил.
Использовать для парового отопления можно только сертифицированный агрегат. Брать самопальный котел весьма опасно – можно серьезно пострадать при его взрыве
Выбирать паровой котел следует от проверенного производителя. Агрегат должен иметь сертификат качества и гарантию завода, его выпустившего. Паровой котел обязательно оснащают предохранительным клапаном. Также, потребуются приборы контроля температуры и давления и редуктор для нормализации давления, если это потребуется.
Выводы и полезное видео по теме
Видео материал об устройстве парового котла:
Ролик о том, как следует сваривать трубы:
Наглядное видео об особенностях монтажа и пайки медных труб:
Видео об отоплении паром:
Подробное видео о работе парового котла:
Ознакомившись с положительными и отрицательными сторонами парового отопления, можно определиться, подходит ли этот вариант для удовлетворения потребностей конкретного домовладения.
Если решено использовать отопление паром, то предстоит подобрать самую оптимальную схему для своего дома. Для расчета отопительной системы лучше обращаться к специалистам, чтобы обезопасить себя и домочадцев.
Если у вас есть опыт обогрева дома с помощью паровой отопительной системы, пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями. Оставляйте комментарии к статье и задавайте вопросы в форме ниже.
