Паровые системы отопления

Одна из важнейших систем жизнеобеспечения в нашем довольно неласковом климате — отопление. Есть несколько различных способов сделать систему подогрева. И одни из них — паровое отопление. Система эффективная, но применяется очень редко — слишком много у нее минусов.

Что это такое и чем отличается от привычных водяных систем

Многие люди считают что паровое и водяное отопление — это одно и то же. Это ошибочное мнение. При паровом отоплении тоже есть батареи и трубы, есть котел. Но по трубам движется не вода, а водяной пар. Котел требуется совсем другой. Его задача испарить воду, а не просто нагреть ее до определенной температуры, соответственно, мощность его намного выше, так же как и требования к надежности.

Несколько паровых котлов

Элементы системы

При паровом отоплении по трубопроводу перемещается водяной пар. Его температура — от 130°C до 200°C. Такие температуры налагают особые требования на элементы системы. Во-первых, трубы. Это только металлические трубы — стальные или медные. Причем они должны быть бесшовными, с толстой стенкой.

Упрощенная схема парового отопления

Во-вторых, радиаторы. Подходят только чугунные, регистры или труба с оребрением. Чугунные при таких условиях менее надежные — в нагретом состоянии от контакта с холодной жидкостью они могут лопнуть. Более надежны в этом плане регистры из труб, змеевики или труба с прикрепленными к ней ребрами — отопительный прибор конвекторного типа. Сталь более терпима к попаданию холодной воды на ее разогретую поверхность.

Срок службы и область применения

Но не стоит думать, что стальная система парового отопления будет служить очень долго. В ней циркулирует очень горячий и влажный пар, а это идеальные условия для коррозии стали. Элементы системы быстро выходят и строя. Обычно они лопаются в самых изъеденных ржавчиной местах. При том что внутри под давлением находится пар с температурой выше сотри градусов, опасность очевидна.

Структурная схема котла для парового отопления

Потому паровое отопление признано опасным и запрещено для обогрева общественных мест и многоквартирных домов. Оно еще используется в некоторых частных домах или для обогрева производственных помещений. На производстве оно очень экономно, если пар — производная технологического процесса. В частных домах паровое отопление применяется в основном в домах сезонного проживания — на дачах. Все из-за того, что оно нормально переносит заморозку — воды в системе мало и она не может навредить, а также из-за его экономичности на стадии устройства (по сравнению с водяными системами) и высокой скоростью прогрева помещений.

Достоинства и недостатки

Паровое отопление — не самое популярное, но оно имеет как положительные, так и отрицательные моменты. Причем плюсы довольно значительны:

• Высокая эффективность обогрева. Дело в том, что пар в системе не просто нагревает до какой-то температуры радиаторы и трубы. Из-за большой разницы температур он конденсируется. А при конденсации 1 литр пара отдает 2300 кДж тепла. Тогда как при остывании того же количества воды на 50°C отдается только 100 кДж. Потому для обогрева помещения требуется очень небольшое количество радиаторов. В некоторых случаях достаточно некоторого количества труб.
• Так как паровое отопление — система небольшая, она имеет малую инерционность. Нагреваться помещение начинает буквально через несколько минут после пуска котла.

Пар в радиаторах конденсируется, Стекает вниз, затем отводится через специальный трубопровод

Недостатки паровых систем отопления еще более впечатляющие:

• Высокая температура пара приводит к нагреву всех элементов системы до 100°C и выше. Это приводит к следующим последствиям:
  • очень активной циркуляции воздуха в помещении, что некомфортно, а, порой, и вредно (при аллергии на пыль);
  • воздух в помещении пересыхает;
  • горячие элементы системы травмоопасны и их надо закрывать, причем и трубы тоже;
  • не все строительные материалы нормально переносят длительный нагрев до таких температур, потому выбор отделочных материалов весьма ограничен (по сути, это только цементная штукатурка с последующей окраской термостойкими красками).
• Простое паровое отопление имеет очень ограниченные возможности по регулировке теплоотдачи. Есть только один способ изменять температуру — сделать несколько параллельных веток и включать их по мере необходимости. Второй способ — отключать котел при перегреве и включать после того, как помещение остынет. Этим процессом управляет автоматика, но такой способ далеко не самый комфортный, так как наблюдаются постоянные колебания температуры.
• Система шумная. При движении пар довольно сильно шумит. В производственных цехах это не очень мешает, а в частном доме может быть проблемой.

Как видите, паровое отопление — не лучший выбор, хотя и довольно недорогой в обустройстве.

Виды систем парового отопления

По способу устройства различают паровое отопление двух типов: с замкнутой и разомкнутой системой. В замкнутой системе конденсат стекает в специальную приемную трубу, которая заведена на соответствующий вход кота. Она уложена с небольшим уклоном, так что конденсат движется по системе самотеком.

Схемы открытой и закрытой системы парового отопления

В разомкнутой системе конденсат собирается в специальную емкость. При ее заполнении он подается в котел при помощи насоса. Кроме различного построения системы используется еще и разные паровые котлы — не все они могут работать в замкнутых системах.

Вообще, существуют системы парового отопления с давлением, близким к атмосферному или даже с более низким. Такие системы называются вакуумно-паровыми. Чем привлекательная такая установка? Тем что при низком давлении температура кипения воды снижается и система имеет более приемлемую температуру. Но сложность в обеспечении герметичности — воздух все время подсасывается через соединения — привели к тому, что данные схемы практически не встречаются.

Более распространено паровое отопление с небольшим давлением. Имеющиеся паровые котлы бытового назначения могут создавать давление не выше 6 атм (при давлении более 7 атм использование оборудование требует разрешения).

Типы разводки

По типу разводки паровое отопление бывает:

С верхней разводкой (паропровод находится под потолком, от него вниз идут трубы к радиаторам, внизу прокладывается конденсатопровод). Такая схема реализуется проще всего, так как горячий пар движется по одним трубам, остывший конденсат — по другим, система стабильна.

Схема парового отопления с верхней разводкой

С нижней разводкой. Паропровод располагается на уровне пола. Эта схема — не лучший выбор, так как по одним трубам вверх движется горячий пар, вниз — конденсат, что часто приводит к гидроударам и разгерметизации системы.

С промежуточной разводкой. Паропровод укладывается чуть выше радиаторов — примерно на уровне подоконников. Система обладает всеми преимуществами верхней разводки, за исключением того что горячие трубы находятся в пределах досягаемости и велика вероятность ожога.

При укладке паропровод делают с небольшим уклоном (в 1-2%) в сторону движения пара, а конденсатопровод — в сторону движения конденсата.

Подбор котла

Паровые котлы могут работать на всех типах топлива — газе, жидком и твердом топливе. Кроме выбора топлива необходимо правильно подобрать мощность парового котла. Она определяется в зависимости от площади, которую потребуется отапливать:

• до 200 м2 — 25 кВт;
• от 200 м2 до 300 м2 — 30 кВт;
• от 300 м2 до 600 м2 — 35-60 кВт.

В общем и целом способ расчета стандартный — на 10 квадратных метров берут 1 кВт мощности. Это правило справедливо для домов с высотой потолка 2,5-2,7 м. Далее следует выбор конкретной модели. При покупке обращайте на наличие сертификата качества — оборудование опасное и должно быть протестировано.

Какие использовать трубы

Температуры при паровом отоплении нормально переносить могут только металлы. Наиболее дешевый вариант — стальные. Но для их соединения требуется сварка. Возможно также использование резьбовых соединений. Данный вариант бюджетный, но недолговечный: сталь во влажной среде быстро корродирует.

Медные трубы хотя бы не корродируют

Более долговечны оцинкованные и нержавеющие трубы, но их цена совсем не скромная. Зато соединение — резьбовое. Еще вариант — медные трубы. Их можно только паять, стоят они дорого, но не ржавеют. Из-за более высокой теплопроводности они еще более эффективно передают тепло. Так что такая система отопления будет суперэффективной, но и очень горячей.

В чем особенность парового центрального отопления

В ЧЕМ ОСОБЕННОСТЬ ПАРОВОГО ЦЕНТРАЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Общая схема устройства парового отопления за­ключается в том, что вода в надлежащем паровом котле превращается нагреванием в пар и так же, как при водяном отоплении, разводится по соответствую­щим трубам в нагревательные приборы и обратно в котел. Так как некоторая часть пара в нагревательных приборах и трубах конденсируется, то трубы и приборы устроены таким образом, что эта вода через особые трубы стекает обратно.

Паровое отопление так же, как водяное, устраивается низкого или высокого давления; в последнем случае для безопасности паровой котел помещается обязательно вне отапливаемого здания.

Давление в обеих системах выше атмосферного, чем и обусловливается движение пара во всей системе.

В целях отопления может употребляться и «мятый» пар, т. е. пар после того как он уже употреблялся для получения соответствующей работы. Такой отработан­ный пар экономически очень выгодно использовать для отопления. «Мятый» пар применяется или непосред­ственно для нагревания приборов или же им нагревается вода, которая подается в систему водяного отопления.

Пар высокого давления редко применяется для ото­пления помещений хотя он и является более эконо­мичным, ибо высокое давление связано и с высокой температурой пара, аследовательно, с очень быстрым нагреванием помещения. Однако, тут имеет место быть нагревание приборов до очень высокой температуры, вследствие чего на нагревательных приборах происходит перегорание органической и прочей пыли и порча воздуха в помещениях. Высокое давление может быть также с опасностью прорывов пара при случайных недостаточно плотных соединениях труб.

Высокое давление имеет место при отоплении грунта зданий, расположенных на значительном расстоянии друг от друга и от источника центрального отопления. В этом случае устраивается паропровод , при котором пар из котлов проводится сначала в особый распределитель и затем через отростки и разветвления – в отдельные здания.

КАКУЮ ИЗ ПЕРЕЧИСЛЕННЫХ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ МОЖНО СЧИТАТЬ НАИБОЛЕЕ УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЙ

Центральное отопление выгодно отличается от местного печного отопления тем, что колебания температуры в отапливаемых помещениях можно свести до минимума и таким образом достигнуть такого отопления, при котором будет иметь место равномерная и желаемая температура в отапливаемых помещениях.

Воздушное отопление по сравнению с печным имеет то преимущество, что топка помещается центрально для многих помещений и потому уход за ней упрощается; одновременно устраняется необходимость внесения с топливом загрязнения в отапливаемое помещение. В пожарном отношении печное отопление более опасно, чем воздушное и вообще всякое центральное отопление.

Воздушное отопление по сравнению с другими способами центрального отопления, имеет то преимущество, что обходится значительно дешевле, да и уход за его установками значительно проще.

С другой стороны, воздушное отопление, как было уже несколько упомянуто, имеет следующие недостатки.

Так как отопление производится гретым воздухом, то приходится температуру воздуха поднять довольно высоко, но при такой высокой температуре воздуха происходит перегорание пыли воздуха, что производит порчу последнего.

В силу того, что каналы для подачи нагретого воздуха устраиваются, во избежание лишнего охлаждения, во внутренних стенах, а гретый воздух впускается в верхнюю часть помещения, температура самого помещения неравномерна: у наружных стен и пола она гораздо ниже, чем в остальных местах.

Вследствие отсутствия лучеиспускающих поверхностей в отапливаемом помещении, при воздушном отоплении приходится иметь более высокую температуру, чем это требуется, когда имеются налицо нагревательные приборы.

Наконец район действия воздушного отопления невелик, и эта система отопления для больших зданий требует устройства большого количества калориферов.

Отмеченные недостатки воздушного отопления гигиеническими требованиями, которые мы предъявляем к отоплению, и потому эта система, кик простая и дешевая, пригодна для помещений, в которыхмы имеемтолько периодическое, но не постоянное пребывание людей, т. е. не для жилых, а для общественных, торговых и прочих помещений,

Для помещений, рассчитанных на постоянное пребывание людей, более гигиенической считается система отопления низкого давления, которая имеет ряд существенных достоинств помимо тех, которые присущи прочим системам центрального отопления.

Система водяного отопления отличается большей теплоемкостью и вместе с тем дает возможностью поддерживать в отапливаемых помещениях равномерную температуру.

Размещениемнагревательных приборов, снабженных, соответствующимирегулирующими кранами, внижнейчасти помещенийи у наружных стен (под окнами) наилучшим образом достигается равномерная температура как в горизонтальном, так и в вертикальном направле­ниях. Температура воды, а следовательно и поверхность нагревательных приборов, не более 60—70градусов, а потому на этих поверхностях не происходит перегорание пыли.

Системаводяного отопления имеет высокий (до 80%)коэффициент полезного действия, значительно больший, чем воздушное отопление, район действия (свыше 75 метров), большую возможность более значительной Централизации всей системы и хорошего регулирования температуры. Кроме того, приборы, служащие для нагревания воды, одновременно могут нагревать воздух для вентиляции помещений.

К недостаткам водяной системы относится его высокая стоимость, возможность протечки воды из труб и замерзании воды и приборах, расположенных в холодных местах. Высокая строительная стоимость этой системы компенсируется низкими эксплуатационными расходами, особенно если пользуются уже отработанными горячими водами, как это имеет место в централизованных теплопроводах (Ленинград)

Что касается остальных недостатков, то протечка может быть устранена двойным давлением, а замерзание не может иметь место в жилых помещениях, где температуране может доходить до 0 .

Вышеуказанные достоинства стой системы позво­ляют считать ее удовлетворительной с гигиенической точки зрения и вполне пригодной для жилых поме­щений.

Система парового отопления низкого давления дает по сравнению с водяным отоплением большую возможность централизации, так как пар при давлении на 0/2 атмосферы выше нормального дает возможность расширения района действия на очень далекое расстояние. Другим достоинством паровой системы является то, что имеется возможность быстрого прекращения подачи пара в отапливаемые помещения в виду того, что поверхности нагревательных приборов при небольшой их теплоемкости, могут иметь весьма высокую температуру.

Последнее свойство парового отопления весьма выгодно при отоплении таких помещений, которые предназначены для кратковременного пребывания в них большего количества людей, когда требуется быстрое нагревание помещения, то прекращение действующего нагревания в течение короткого промежутка времени. Наибольшая стоимость (приборы значительно меньше) по сравнению с водяным, возможность более равномерной температуры являются выгодными сторонами этой системы. Недостатками паровой системы сводятся к следующему: паровая система отличается теплоемкостью, и поэтому трудно точно регулировать температуру и невозможно иметь нормальные перерывы в топке: в системе вследствие впуска пара получается шум и треск, нагревательные приборы имеют высокую температуру, и поэтому на их поверхностях происходит перегорание пыли; трубы и приборы ржавеют благодаря тому, что в них одновременно находится конденсационная вода и воздух; наконец паровая система требует более сложной формы управления и ухода.

Указанные недостатки не позволяют считать паровую систему удовлетворительной формой центрального отопления для жилых помещений, и потому эта система больше всего применяется для отопления помещений, предназначенных для кратковременного пребывания людей, как то: залы общественных собраний, заводы, фабрики, мастерские и прочее.

КАК РАБОТАЕТ СИСТЕМА ОБОГРЕВА ВОДОЙ

Прежде всего, нагревание воды происходит или местно, или центрально.

При местном нагревании воды пар согревает воду непосредственно в самих нагревательных приборах.

При центральном же нагревании пар поступает из центрально расположенного котла через трубы в особые распределители пара, а затем подводится по паропроводам к подогревателям воды, установленным в отдельных здания. Согретая в этих подогревателях вода поднимается по трубам и поступает в нагревательные приборы отапливаемого помещения. Охлаждающая вода стекает обратно в подогреватель. При таком расположении получается несколько отдельных систем водяного отопления, совершенно самостоятельно отапливающих здания, в которых они расположены с единственной разницей центрального отопления от водяного, заключающегося в том, что вода в этих системах нагревается не отдельными топками и не продуктами горения топлива, а паром, подаваемым из одного общего для всех систем парового котла.

Пар, служащий для нагревания воды, или непосредственно впускается в воду или проходит по сомкнутым трубам, установленным в подогревателе. Выпуск пара непосредственно в воду связан с треском и шумом, и потому при пароводяном центральном отоплении вода нагревается обычно паром, проходящим в трубках в водоподогревателях, называемых бойлерами.

Бойлер предоставляет собою котел без топки и дымогарных труб, но снабженный коробкой (S), в которую через трубку (С) поступает пар. Пар далее поступает в ряд трубок (а), расположенных в самом котле, на некотором расстоянии друг от друга. Вода, наполняющая котел, нагревается от соприкосновения с паровыми трубками (а), затем нагретая вода направляется к котлу через подъемную трубу (Е) и в нагревательные приборы, а потом, охлаждаясь в них, идет обратно через обратную трубу (F) и бойлер.

Таким образом, все время происходит циркуляции воды, основанная, как было уже упомянуто, только на разности веса нагретой и холодной воды, однако сила эта весьма не­достаточна дли распространения системы на большое расстояние и, с другой стороны, скорость движения воды небольшая, а потому для нормального отоплении нужно было бы сделать широкие трубы, что удорожает сильно систему.

Дли устранении этого недостатка стараются усилить циркуляцию воды в системе.

Дли этого стараются уменьшить вес горячей воды в подъемной трубе, что достигается впусканием в какой-нибудь точке этой трубы воздуха или пара; тогда в выше расположенной части трубы мы получим значительно более легкий, чем вода, столбик смеси воздуха или пара с водой. Таким образом, разница в весе столбиков нагретой и холодной воды увеличится и циркуляция воды в системе усилится.

Такое же усиление циркуляции может быть достигнуто, если некоторая часть подъемной трубы будет до­полнительно нагреваться. В этом случае вода нагревае­мой части трубы, как более горячая,а, следовательно, и более легкая, увеличит разность веса столбиков воды по одну и другую сторону от себя, н тем самым усилится циркуляция. Наконец, усиление циркуляции достигается посредством установки насоса.

Насос обычно устанавливается на обратной общей трубе у подогревателя воды (бойлер); в этом случаедвижению воды можно придать любую скорость, осо­бенно, если насос снабжен соответствующим паровым или электрическим мотором. Помимо скорости при по­мощи насоса можно расширить систему на довольно значительное расстояние.

В ЧЕМ СУЩНОСТЬ ОТОПЛЕНИЯ ТЕПЛО­ПРОВОДОМ ИЛИ ПАРОПРОВОДОМ

В самое последнее время получает широкое распро­странение отопление большого количества домов и зда­ний из одной общей центральной установки, что полу­чило название центрального районного отопления. Сущ­ность такого отопления заключается в том, что в обыч­ные системы отопления отдельных зданий подводится нагретая вода или пар из центральной установки через трубы (как соединяющиеся с подъемной, так и обратные), проложенные в земле и простирающиеся по улицам города на расстоянии до нескольких километров.

Централизация источников тепла и управления всей системой районного отопления значительно удешевляет стоимость отопления отдельного здания, тем более, что в таком случае обыкновенно, как это имеет место в Ленинграде, пользуются уже отработанной горячей водой или мятым паром.

К использованию центральных установок – электростанций для отопительных целей привели соображения экономического преимущества этих централей по сравнению с местными и даже центральным отоплением отдельного здания. Наибольший коэффициент полезного действия отдельных центральных отопительных установок составляет около 60-65 %. У нас в Ленинграде по данным 3-й ГЭС процент этот практически не превышает 35-40. Что касается приборов местного отопления, то коэффициент полезного действия их не более 15-20%.

Городские центральные тепловые станции возникли много лет тому назад в Америке и в настоящее время имеют место во многих заграничных городах (Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Дейтройт) и у нас в Ленинграде, где от 3-й ГЭС отапливаются несколько крупных зданий и около 100 домов.

Отопление домов из таких централей удешевляет расход на топливо согласно данным ГЭС на 25%, а кроме того имеет ряд весьма существенных преимуществ, а именно: чистота двора и сохранность помещения, возможности порчи крыши домов отсутствуют, а также нет загрязнения воздуха, централизованное и легкое управление, отсутствие расходов на кочегаров и прочее.

Исходя из вышеизложенного при проводимых сейчас обобществлений быта, необходимо обратить внимание на использование всех возможностей для перевода домов на указанный способ отопления.

В Ленинграде составлен план использования всех остальных электростанций для теплофикации значительного количества его зданий. Районную теплофикацию можно осуществить не только от электростанций, но и соответствующих установок, в том числе и от районных мусоросжигательных станций.

В строительстве наших новых социалистических городов необходимо предусмотреть возможность создания таких центров с тем, чтобы все отопление города осуществлялось бы при помощи таких тепловых централей, что, помимо указанных преимуществ, еще устраняло у населения необходимость заботы об отоплении.

К централизованной подаче тепла, вернее топлива, с устранением неудобств кухонных очагов, связанных с употреблением твердого топлива, следует отнести также подачу газа в помещение – особенно для хозяйственных надобностей.

Рисунки 33-38 иллюстрируют отдельные газовые очаги. Проведение газа в квартиры многих домов в Москве в течение последних лет и начало работы по восстановлению газового завода в Ленинграде с текущего года послужат, по-видимому, примером для газификации других городов России.