Как сделать котел парового отопления в частном доме своими руками
Эффективное отопление жилища — одна из важнейших задач для каждого домовладельца. Интересном вариантом решения этой проблемы может стать паровое отопление в частном доме.
Это не самый простой вариант отопительной системы, но он имеет право на существование и достоин пристального рассмотрения.
Когда вода закипает при постоянном давлении, она сохраняет свою температуру постоянной. Образующийся в результате такого кипения пар обладает значительным количеством тепловой энергии. В момент конденсации, т.е. при превращении пара в жидкость, эта энергия высвобождается и передается окружающей среде.
Этот принцип используется в работе паровых отопительных систем. Вода закипает в котле, пар перемещается по трубам к радиаторам, там конденсируется и расстается с теплом, тем самым нагревая воздух в помещении. Полученная в процессе конденсации вода продолжает движение по трубам и возвращается в специальный накопитель, а затем поступает к нагревателю естественным образом или принудительно, с помощью насоса.
В зависимости от давления внутри системы парового отопления их разделяют на:
- вакуум-паровые;
- низкого давления;
- высокого давления.
В первых давление менее 0,1 МПа, во вторых — еще ниже — до 0,07 МПа, а в третьих — более 0,07 МПа. Открытые системы низкого давления имеют доступ к воздуху из атмосферы, но они могут быть и закрытыми, т.е. полностью герметичными.
В таких системах обычно используется так называемый сухой насыщенный пар, который не содержит взвешенных частиц воды. Количество пара в системе отражается на ее работе. Если пара слишком мало, это создаст проблемы для свободного стекания конденсата, а внизу отопительного прибора будет собираться холодный воздух. Достаточный объем пара улучшает процесс оттока конденсата, который оттесняется к стенкам и стекает по ним в виде тонкой водяной пленки.
В замкнутых системах вода после конденсации сразу же поступает в теплообменник, но часто используются разомкнутые системы, в которых теплоноситель сначала собирается накопителе, а затем перекачивается в котел для нагрева. Конденсат может полностью заполнять трубы, по которым перемещается для нагрева или только частично. Последний вариант предпочтительнее, поскольку при отключении системы трубы в ней останутся сухими.
Распространенный вариант такой системы — замкнутый, с использованием самотечного возврата в котел конденсата, который заполняет трубы не полностью, при этом применяется верхняя разводка труб. Сначала систему заполняют водой до необходимого уровня, после этого начинается нагрев. Конденсат стекает по общему стояку и при достижении заданного уровня вытесняется в котел.
В такой же системе с нижней разводкой рекомендуется устанавливать трубы с небольшим уклоном в направлении перемещения пара, чтобы снизить шумовые эффекты. В месте отвода конденсата устраивают петлеобразный гидрозатвор, препятствующий перемещению пара на магистраль конденсации.
Скорость пара в таких системах должна быть умеренной, не более 0,14 м/с. Иначе пар будет захватывать и частички влаги, скопившейся на стенах. В результате система работает с большим шумом, повышается риск возникновения гидроударов.
Комбинированную разводку, т.е. сочетание верхней и нижней разводки, применяют, если трубы прокладывают под полом верхнего или среднего этажа дома. Просвет труб, по которым вода возвращается в котел, в этом случае будет закрыт конденсатом.
Если давление в системе превышает 0,02 МПа, ее следует сделать открытой. Воздух удаляется через накопитель для конденсата, а чтобы систему не покидал пар, ставят конденсатоотводчик или гидрозатвор. Воду из накопителя перекачивают насосом в теплообменник, что позволяет установить накопитель ниже уровня, на котором находится теплообменник.
Чем хороша система парового отопления? Ее относительно несложно сделать даже на базе обычной дровяной печи. Это особенно актуально в местностях, где централизованное газоснабжение отсутствует, а дрова или другое твердое топливо вполне доступны. Пар в качестве теплоносителя значительно опережает воду. Скорость прогрева помещений у него в три раза выше.
Кроме того, паровая система отопления едва ли может выйти из строя во время зимних холодов из-за отсутствия нагрева. Если топка прогорела, вода из системы соберется в накопителе или в теплообменнике, а трубы и радиаторы останутся пустыми. При водяном отоплении промерзание теплоносителя, которым заполнен весь контур, как известно, приводит к разрыву труб.
Наконец, размеры радиаторов парового отопления должны быть значительно меньше, чем для водяных систем, поскольку количество получаемой в результате тепловой энергии возрастает в несколько раз. Это немного сократит расходы на монтаж отопительной системы дома.
На этом список преимуществ паровой системы завершается, и можно переходить к ее недостаткам, которые довольно значимы:
- высокая опасность ожогов;
- повышенный уровень шума при работе;
- сложности с регулировкой работы системы;
- необходимость приобретения дорогостоящих труб и т.п.
Нормами безопасности паровое отопление не рекомендовано для жилых помещений, поскольку представляет высокую опасность для здоровья и жизни проживающих в доме людей. Так, рабочая температура радиаторов будет очень высокой, при прикосновении к ним можно получить серьезный ожог. Поэтому все радиаторы придется закрыть надежными декоративными решетками.
Обычные ПВХ трубы для такой системы не подойдут, поскольку они должны выдерживать высокое давление и температуру более 100 градусов. Эти же требования предъявляются и к остальным элементам системы. Трубы парового отопления должны быть медными или выполненными из оцинкованной стали.
В любом случае этот момент бюджетным не назовешь. Вопросам безопасности должно уделяться самое пристальное внимание. Все монтажные работы, например, сварка медных труб, потребуют максимально качественного исполнения. Если соединение прорвет и в отверстие вырвется струя пара, кто-то из жильцов дома рискует получить серьезные ожоги.
Еще один недостаток отопления паром — повышенный уровень шума. Чтобы устранить эту проблему, следует правильно выполнить монтаж радиаторов. Их подвешивают на специальных антишумовых кронштейнах. Котел или печь лучше всего поставить в отдельном помещении. Кроме того, медные трубы можно поместить в толще стен, что также снизит уровень шума.
Наконец, регулировать температуру нагрева в комнатах при паровом отоплении немного затруднительно. Нельзя установить терморегулятор и просто уменьшить количество пара. Придется уменьшать количество топлива, что не всегда просто, или проветривать помещения. Перед началом работ по монтажу паровой системы отопления следует все эти моменты учесть.
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.
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.
Поэтому в схему 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 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. Такая схема 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.
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.
Если проект составлен, пора запастись нужными материалами и инструментами. Рассчитать необходимое количество элементов системы позволит составленный ранее проект. На нем должны быть отмечены все повороты, соединения, тройники, места установки радиаторов и т.д. Кроме того, необходимо приобрести хомуты для труб, а также кронштейны, на которых будут установлены радиаторы.
Длина труб также просчитывается по схеме. Чтобы при необходимости уменьшить давление пара в системе, понадобится редукционный клапан. Гидравлический затвор нужен, чтобы обеспечить возможность полного осушения системы для очистки, технического обслуживания или ремонта.
Перед каждым радиатором рекомендуется установить запорный кран, который позволит отключить его для ремонта, промывки или замены. Также на радиаторы устанавливают краны Маевского, чтобы спустить попавший в систему воздух. Хотя пар и является газообразной, а не жидкой субстанцией, наличие воздуха в системе может негативно отразиться на ее эффективности.
Чтобы процесс конденсации происходил именно в радиаторах, а не в накопителе или в стояке, рекомендуется установить на выходе тройник с пробкой, через который будет проходить только вода. Если запланирован монтаж системы с принудительной циркуляцией, понадобится циркуляционный насос. Кроме того, нужна емкость для сбора сконденсировавшейся влаги.
Самотечные системы в таких устройствах не нуждаются. Но труба, по которой вода направляется к теплообменнику, должна быть достаточно широкой, чтобы обеспечить быстрое перемещение жидкости для дальнейшего нагрева.
Кроме обычного монтажного инструмента обязательно понадобится сварочный аппарат для соединения медных труб. Конструкции из оцинкованной стали обычно имеют резьбовые соединения, которые следует тщательно уплотнить. Если планируется монтаж парового отопления от печи, то начать придется с изготовления теплообменника.
Его варят из металлических труб толщиной 2,5-3 мм или даже немного толще. Теплообменник можно сделать как в виде змеевика, так и в любой другой форме. Главное, чтобы устройство поместилось внутри дровяной печи, а также, чтобы его поверхность была достаточно большой для прогрева воды и образования пара.
Качество сварки теплообменника должно быть без преувеличения идеальным. Даже микроскопические каверны в швах недопустимы, поскольку устройство будет подвергаться воздействию повышенного давления от горячего пара. После того, как теплообменник готов к установке, следует проверить каждый сварной шов.
Для этого сначала все швы намазывают белым мелом. После этого одно из отверстий теплообменника закрывают, а во второе заливают керосин до тех пор, пока устройство не будет заполнено до верха. Теперь нужно немного подождать, а затем оценить состояние швов. Если имеются трещины, сквозь них просочится керосин, и в таких местах мел потемнеет.
Выявленные огрехи исправляют, а затем проверку проводят повторно, чтобы убедиться в целостности устройства. Теперь его следует промыть, а затем начать кладку дровяной печи. Теплообменник надежно встраивают в топку, а к его вводу и выводу присоединяют трубы, которые затем используют для соединения теплообменника с отопительной системой дома.
Кладку печи завершают в обычном для таких сооружений порядке. Затем выполняют монтаж труб и радиаторов отопительной системы в соответствии с проектом, составленным ранее. Сначала устанавливают радиаторы, используя при этом кронштейны, которые погасят шум от работы парового отопления.
На каждый радиатор устанавливают краны Маевского, чтобы можно было выпустить воздух. Запорных кранов понадобится на один больше, чем радиаторов, поскольку нужно установит один общий запорный кран в самом начале системы. Перед этим краном ставят также редукционный клапан и редукционно-охладительную установку.
В конце, если это предусмотрено проектом, устанавливают накопитель для теплоносителя и циркуляционный насос. Для систем, устроенных с естественной, а не принудительной циркуляцией, бак и насос не нужны. Но трубе, которая ведет к теплообменнику, нужно придать небольшой уклон, примерно 3 мм на каждый метр.
Системы с паровым котлом монтируют примерно так же: в соответствии с проектом и с поправкой на особенности оборудования. Например, редукционный клапан и охладитель, скорее всего, не понадобятся, поскольку система контроля за давлением и температурой пара уже встроена в котел.
При монтаже системы парового отопления следует помнить, что все ее элементы должны выдерживать высокую температуру, более 100 градусов. Например, обычный мембранный расширитель в качестве накопителя не подойдет, потому что его максимум — это 85 градусов.
Дымоход печи, в которую встроен теплообменник, будет быстрее загрязняться, чем у обычной печки. Поэтому прочистку дымохода нужно планировать и выполнять чаще.
Печь с теплообменником при желании можно использовать также для приготовления пищи, но это не слишком удобно. В летний период, когда отопление не нужно, эту печь разжигать нельзя. Придется искать альтернативу. Проще, если для кухни в доме устроена отдельная удобная печь.
Практический опыт по переделке дровяной печи в котел парового отопления представлен на этом видео:
Продолжение процесса монтажа парового отопления можно посмотреть в этом файле:
О разнице между принудительной и естественной циркуляцией в отопительных системах подробно рассказано здесь:
Паровое отопление — не самый простой для реализации вариант автономной отопительной системы. Но при правильном проектировании и монтаже с помощью пара можно эффективно и относительно недорого обеспечить свой дом необходимым количеством тепла.
Нынче паровое отопление жилых домов считается пережитком прошлого. В принципе, пар никогда в отопительные системы квартир и не подавался, а только от котельных до тепловых пунктов. Это выражение давно вошло в обиход и в простонародье означает как раз обычное водяное отопление. Тем не менее в интернете часто можно встретить рекомендации о том, как надо монтировать в частных домах паровые системы. В данной статье будет разъяснено, почему обогревать свое жилище паром недопустимо.
В советские времена на многих промышленных предприятиях, чьи котельные производили пар для технологических нужд, организовывалось отопление, где он служил теплоносителем. В качестве батарей применялись регистры либо стальные конвекторы, а котел для парового отопления обеспечивал давление в системе 3 Бар и выше при температуре теплоносителя более 130 ºС. При этом поверхность регистров представляла опасность ожогов для работников предприятия.
С тех пор на подавляющем большинстве предприятий прошла реконструкция и осуществлен переход на водяное или воздушное отопление. Но, как мы уже отмечали, множество интернет-ресурсов дают рекомендации по монтажу парового отопления в частных домах, что само по себе нонсенс. Это мотивируется тем, что система парового отопления в частном доме:
- не требует радиаторов больших размеров, оттого что температура теплоносителя гораздо выше;
- обеспечивает очень быстрый прогрев помещений;
- нуждается в трубопроводах меньшего диаметра, чем водяная;
- обойдется дешевле в оборудовании и монтаже.
Чтобы развеять все мифы и избавить домовладельцев от непоправимых ошибок или пустой траты времени на изучение всех аспектов, мы рассмотрим принцип работы парового отопления и перечислим все его особенности. Итак, вначале котельная установка производит пар определенной температуры и давления, эти параметры напрямую взаимосвязаны. Например, при температуре 133 ºС давление пара составляет 3 Бар, при 140 ºС – 3.5 Бар, а при 144 ºС – 4 Бар.
Пар под давлением движется по трубопроводу, чей диаметр должен быть больше, чем для такой же массы воды. Отдавая тепло в радиаторах, он конденсируется, но лишь частично, в результате чего получается пароводяная смесь. Двигаясь назад по конденсатопроводу, она проходит процесс вторичного вскипания, что чревато гидроударами. Чтобы паровое отопление на дровах или другом топливе функционировало нормально, следует выполнить такие требования:
- чтобы избавиться от пароводяной смеси, на каждой ветви нужно ставить специальный разделитель – конденсатоотводчик;
- систему можно собирать только из стальных бесшовных труб (например, по ГОСТ 8732–78). Трубы водогазопроводые, медные, а тем более полимерные использовать для пара недопустимо;
- все отопление частного дома должно монтироваться на фланцах или сварке, обычные муфтовые соединения потекут через полгода;
- запорно — регулирующая арматура тоже нужна специальная, предназначенная для работы с паром.
Тепловая установка для производства пара не в пример сложнее водогрейного котла. Ей приходится работать с высоким давлением и температурой, поэтому качество применяемого металла выше, а толщина — больше. Кроме того, агрегат оборудован дорогостоящей аппаратурой автоматики и безопасности. Ниже на рисунке представлена схема парового котла:
Примечание. В вертикальных версиях паровых агрегатов горелка устанавливается сверху, а в горизонтальных – сбоку.
В силу экстремальных условий работы установка котла включает в себя и обеспечение водоподготовки. Да, простая вода из крана здесь не подойдет, ее надо обязательно обессолить, очистить и удалить растворенный кислород. В противном случае змеевик, где происходит испарение воды, выйдет из строя очень быстро. На подающем трубопроводе теплогенератора устанавливается сепаратор, не пускающий в трубы не испаренную воду.
Что касается циркуляции, то насос для парового отопления здесь работает иначе. Пар движется по трубам самостоятельно, как и конденсат. Последний поступает в накопительную емкость, установленную в котельной, откуда насос подпитки закачивает его в котел по мере необходимости для повторения цикла.
Из вышесказанного напрашивается вывод, что паровой генератор сложнее, дороже и гораздо требовательнее водогрейного. Не может идти и речи о том, чтобы изготовить паровой котел своими руками, это слишком опасный эксперимент.
По большому счету, схемы систем отопления для пара и воды практически одинаковы. Только в случае с паром усложняется подключение к котлу, появляется дополнительная накопительная емкость для конденсата (ресивер) и аппараты водоподготовки, что и продемонстрировано на схеме:
Независимо от того, своими руками вы собираетесь монтировать отопление, или нанимать специалистов, мы представим 5 аргументов, почему оно не должно быть паровым:
- паровое отопление травмоопасно: разогретые до 130 ºС радиаторы и трубы – источник ожогов для вас и ваших детей;
- отсутствие экономии: осуществлять регулирование температуры в помещениях, обогреваемых паром, практически невозможно;
- покупка и монтаж паровых котлов, а также специальной арматуры обходится гораздо дороже традиционных водяных систем;
- ввод в эксплуатацию оборудования, производящего пар, требует разрешения от соответствующих органов контроля;
- оборудование для генерации пара является источником повышенной опасности. Его сфера применения – промышленное производство.
Существует такое понятие, как печное паровое отопление, введенное в обиход еще нашими дедами. Но никакого пара в трубопроводах тут нет, это водяная система с радиаторами, работающая от теплообменника, установленного в топке или газоходе печи. Теплообменники для этих целей бывают двух типов: в виде змеевика или емкости с патрубками. Бак обычно варят из нержавеющей стали, а змеевик делают из толстостенных стальных труб.
Совет. Когда планируется сделать обогрев на даче либо в другом здании с периодическим способом топки, то во избежание размораживания батарей и теплообменника в печке в систему необходимо залить незамерзающую жидкость – антифриз.
Чтобы сделать паровое отопление от печки, нужно выполнить трубную разводку и установить радиаторы. Как правило, мощности теплообменника хватает на хороший нагрев 2–4 батарей, на это количество и надо ориентироваться. Систему можно сделать самотечной, но это загромоздит ваш дом трубами большого диаметра. Если нет острой необходимости, то лучше установить циркуляционный насос и проложить магистрали над полом.
Как и в случае с котлами, сжигающими твердое топливо, на подающий трубопровод следует установить группу безопасности. Процесс горения в топливнике не всегда удается проконтролировать или вовремя приостановить, так что наличие предохранительного клапана с манометром не помешает. Оптимальный вариант, при котором перегрев печного бака практически невозможен – это наличие теплоаккумулятора.
Использовать при обогреве частного дома в качестве теплоносителя водяной пар – это дорого, неэффективно и просто опасно. По этим причинам от подобного отопления отказываются даже промышленные предприятия, что производят пар на технологические нужды.
