Классификация, схемы, область применения и оборудование систем парового отопления.

В системах парового отопления используется свой­ство пара при конденсации выделять скрытую теплоту фазового превращения. При конденсации в нагрева­тельном приборе 1 кг пара помещение получает около 2260 кДж теплоты.

По сравнению с системами водяного отопления си­стемы парового отопления имеют следующие преиму­щества:

1) благодаря малой плотности пара он перемещает­ся с большими скоростями, вследствие чего требуются меньшие диаметры теплопроводов, чем при водяном отоплении, поэтому стоимость теплопроводов в системах парового отопления ниже, чем в системах водяного ото­пления;

2) больший коэффициент теплоотдачи от пара к стен­кам отопительного прибора (за счет высокой величины скрытой теплоты фазового превращения), благодаря этому и высокой температуре пара площадь поверхно­сти отопительных приборов в системах парового отопле­ния приблизительно на 25—30% меньше, чем в систе­мах водяного отопления;

3) быстрый прогрев помещений и выключение систе­мы из работы;

4) возможность использования систем отопления в зданиях повышенной этажности вследствие малой плот­ности пара.

Однако наряду со всеми перечисленными положи­тельными свойствами, пар имеет ряд существенных не­достатков:

1) невозможность центрального качественного регу­лирования (изменения температуры теплоносителя) по­дачи теплоты, вследствие чего в помещении трудно под­держивать постоянную и равномерную температуру; обеспечение постоянной температуры достигается пу­тем периодического выключения системы (регулирова­ние «пропусками»), что неудобно в эксплуатации;

2) загрязнение воздуха продуктами сухой возгонки (разложения) органической пыли, оседающей на по­верхность отопительных приборов;

3) большие теплопотери паропроводов;

4) сокращение срока службы паропроводов в резуль­тате попадания воздуха в систему при периодическом ее отключении, вызывающего интенсификацию корро­зии, особенно конденсатопроводов.

Недостатки пара как теплоносителя не позволяют использовать его для отопления жилых домов, обще­житий, детских и лечебных учреждений, библиотек, му­зеев и ряда других.

В соответствии со СНиП 2.04.05—86 системы паро­вого отопления рекомендуется устраивать в производ­ственных помещениях (согласно обязательному прил. 10), а также в лестничных клетках, пешеходных перехо­дах, вестибюлях и тепловых пунктах.

Классификация, схемы и оборудование систем парового отопления

Системы парового отопления подразделяют:

— по на­личию связи с атмосферой,

— по величине начального дав­ления пара,

— способу возврата конденсата в котел или в тепловую сеть,

— месту расположения паропровода и схе­ме стояков.

В настоящее время применяют открытые (сообщающиеся с атмосферой) системы отопления.

По величине давления, подаваемого в систему отоп­ления, различают системы отопления:

На рис. 9.1 показана схема замкнутой системы парового отоп­ления низкого давления с верхним распределением па­ра. Пар из котла по главному стояку 1, вследствие раз­ности давлений в котле и в отопительных приборах, поднимается в магистральный паропровод 2 и далее по паровым стоякам 3 и ответвлениям 4, снабженным вен­тилями, доходит до отопительных приборов. Здесь пар конденсируется, отдавая в отапливаемое помещение че­рез стенки приборов скрытую теплоту парообразова­ния. Образующийся при этом конденсат по конденсатным стоякам 5 и сборному конденсатопроводу б, прокла­дываемому с уклоном (не меньше 0,005) в направлении его движения, самотеком возвращается в котел, находящийся значительно ниже отопительных приборов, с тем, чтобы столб конденсата h уравновешивал давление пара в котле. Например, при давлении пара в котле р_изб= 0,02 МПа столб конденсата hдолжен быть не менее 2 м.

Для нормального удаления воздуха из системы диа­метр конденсатопровода в рассматриваемой схеме дол­жен быть таким, чтобы стекающий конденсат заполнял не больше половины диаметра трубы. Соблюдение это­го условия позволяет воздушное пространство конден­сатопровода с помощью трубы 7 сообщить с атмосфе­рой 9. Место присоединения трубы 7 к конденсатопроводу должно быть выше уровня воды //—// (см. рис. 9.1) не менее чем на 250мм; запорную арматуру на ней не устанавливают. При этом условии магистральный конденсатопровод никогда полностью не будет запол­няться водой. Такие системы называются системами па­рового отопления с «сухим» конденсатопроводом.

При большой протяженности паропровода в замкну­тых системах для уменьшения заглубления котельных конденсатопровод прокладывают ниже уровня воды в котле. Такой конденсатопровод называют «мокрым», так как он весь заполняется конденсатом. Воздух удаляется из системы отопления с «мокрым» конденсато-проводом через специальную воздушную сеть из труб диаметром 15—20 мм, присоединяемую к конденсатным стоякам выше возможного уровня конденсата в них на 250 мм.

Рис.9.1. Схема парового отопления с верхним распределением пара.

Рис.9.2. Система парового отопления с нижним распределением пара.

Система парового отопления низкого давления с нижним распределением пара отличается от системы с верхним распределением главным образом расположе­нием магистрального паропровода, при котором устра­ивают специальный гидравлический затвор или уста­навливают водоотводчик у дальнего стояка для отвода конденсата из стояков и магистрального паропровода (рис. 9.2).

Разомкнутые системы парового отопления (рис. 9.3) применяют при давлении пара Р_изб = 30 кПа и выше. В отличие от замкнутой системы конденсат в ней стека­ет не в котел 1,а в конденсатный бак 3, откуда насосом 2, включаемым автоматически или вручную, подается в котел. В этих системах парового отопления отопитель­ные приборы могут быть расположены на произвольной высоте по отношению к котлу.

Находит применение горизонтальная однотрубная проточная система, экономичная и вполне приемлемая для отопления больших помещений зданий в 1—2 эта­жа, в которых не требуется индивидуальная регулиров­ка теплоотдачи приборов. Паровое отопление высокого давления Р_абс>0,17 МПа обычно принимают в тех случаях, когда пар вырабатывается в заводских котельных и основным потребителем его является производство.

Рассмотрим узел управления и схему парового ото­пления высокого давления с верхним распределением пара (рис. 9.4). Пар из котельной поступает в узел уп­равления с давлением Ризб=0,6 МПа, которое необхо­димо производству. Для распределения пара установ­лен парораспределительный коллектор 2 с двумя ответ­влениями.

Так как для системы отопления здания пар может быть использован с давлением р_изб не выше 0,3 МПа, то для понижения давления с 0,6 до 0,3 МПа перед вторым парораспределительным коллектором уста­новлен редукционный клапан 3 с обводной линией 4(на случай ремонта). После редукционного клапана установлен предохранительный клапан рычажного ти­па 5, отрегулированный на р_;!3б = 0,3 МПа. Для наблю­дения за давлением на .торах имеются маномет­ры 1. Из второго парораспределительного коллектора пар поступает по главным стоякам и паропроводам 6 и отопительным стоякам 7 в нагревательные приборы. У приборов на паровой и конденсационной подводках ус­тановлены вентили 9; они необходимы для того, чтобы уменьшить пропуск пара в конденсатопровод и выклю­чить приборы. В системе парового отопления высокого давления возникают значительные термические удлине­ния трубопроводов (до 1,5—2 мм на 1 м). Для компенсации удлинений используют повороты трубопровода и на прямолинейных магистральных трубопроводах уста­навливают компенсаторы 8.

Системы парового отопления высокого давления при­меняют только разомкнутые. Для предотвращения про­рыва пара из отопительных приборов в конденсатопровод и конденсационный бак устанавливают конденсатоотводчики 10 или подпорные шайбы, которые пропускают конденсат и задерживают пар.

Рис.9.3. Схема горизонтальной однотрубной проточной разомкнутой системы парового отопления низкого давления с перекачкой конденсата.

1 – котел, 2 – насос для перекачки конденсата, 3 – конденсатный бак

Рис.9.4 Схема системы парового отопления высокого давления с верхним распределением пара.

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.