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.

Отопление закрытого типа в частном доме

В последние несколько лет все более популярной становится закрытая система отопления. Отопительное оборудование становится все более дорогим, и хочется, чтобы оно служило дольше. В системах закрытого типа практически исключена возможность попадания внутрь свободного кислорода, что продлевает срок эксплуатации оборудования.

Закрытая система теплоснабжения — что это такое

Как известно, в любой системе отопления частного дома есть расширительный бак. Это емкость в которой содержится некоторый отъем теплоносителя. Этот бак необходим для компенсации теплового расширения при различных режимах работы. По конструкции расширительные бачки бывают открытого и закрытого типа, соответственно и системы отопления называются открытыми и закрытыми.

Двухтрубная система отопления закрытого типа

В последние годы становится все более популярной именно закрытая схема отопления. Во-первых, она автоматизированная и работает без участия человека длительное время. Во-вторых, в ней можно использовать теплоноситель любого типа, включая антифризы (из открытых бачков он испаряется). В-третьих, давление поддерживается постоянное, что позволяет использовать в частном доме любую бытовую технику. Есть еще несколько плюсов, которые относятся к разводке и эксплуатации:

• Нет непосредственного контакта теплоносителя с воздухом, следовательно, нет (или почти нет) несвязного кислорода, который является мощным окислителем. Значит элементы отопления не будут окисляться, что увеличит срок их службы.
• Расширительный бачок закрытого типа ставится в любом месте, обычно недалеко от котла (настенные газовые котлы идут сразу с расширительными бачками). Бак открытого типа должен стоять на чердаке, а это — дополнительные трубы, а также меры по утеплению, чтобы тепло не «утекало» через кровлю.
• В системе закрытого типа стоят автоматические воздухоотводчики, так что завоздушивания не бывает.

В общем закрытая система отопления считается более удобной. Самый главный ее недостаток — энергозависимость. Движение теплоносителя обеспечивается циркуляционным насосом (принудительная циркуляция), а он без электричества не работает. Естественную циркуляцию в закрытых системах организовать можно, но это сложно — требуется регулирование потока при помощи толщины труб. Это довольно сложный расчет, потому часто считают, что закрытая система отопления работает только с насосом.

Для уменьшения энергозависимости н повышения надежности отопления, ставят блоки бесперебойного питания с аккумуляторами и/или небольшие генераторы, которые обеспечат аварийное электроснабжение.

Составляющие и их назначение

В общем закрытая система отопления состоит из определенного набора элементов:

• Котел с группой безопасности. Тут есть два варианта. Первый — группа безопасности встроена в котел (газовые настенные котлы, пеллетные и некоторые газогенераторные на твердом топливе). Второй — в котле группы безопасности нет, тогда ее устанавливают на выходе в подающем трубопроводе.
• Трубы, радиаторы, водяной теплый пол, конвекторы.
• Циркуляционный насос. Обеспечивает движение теплоносителя. Ставится в основном на обратном трубопроводе (тут ниже температуры и меньше возможностей перегрева).
• Расширительный бачок. Компенсирует изменения объема теплоносителя, поддерживая стабильное давление.

Теперь подробнее о каждом элементе.

Котел — какой выбрать

Так как закрытая система отопления частного дома может работать в автономном режиме, имеет смысл установить отопительный котел с автоматикой. В таком случае, настроив параметры, вам нет необходимости к этому возвращаться. Все режимы поддерживаются без вмешательства человека.

Самые удобные в этом плане газовые котлы. У них есть возможность подключения комнатного термостата. Выставленная на нем температура поддерживается с точностью до одного градуса. Упала она на градус, котел включился, нагревая дом. Как только сработал термостат (температура достигнута), работа останавливается. Комфортно удобно, экономно.

В некоторых моделях есть возможность подключения погодозависимой автоматики — это наружные датчики. По их показаниям котел корректирует мощность работы горелок. Газовые котлы в закрытых системах отопление — хорошее оборудование, которое может обеспечить комфорт. Жаль только, что газ есть не везде.

Двухтрубная закрытая система отопления в доме на два этажа (схема)

Не меньшую степень автоматизации могут дать электрические котлы. Кроме традиционных агрегатов на ТЭНах не так давно появились индукционные и электродные. Они отличаются компактными размерами и малой инерционностью. Многие считают, что они более экономичны, чем котлы на ТЭНах. Но и этот видотопительных агрегатов далеко не везде можно использовать, так как перебои с электроэнергией в зимнее время — частое явление во многих регионах нашей страны. А обеспечить электроэнергией котел мощность. в 8-12 кВт от генератора — дело очень непростое.

Более универсальны и независимы в этом плане котлы на твердом или жидком топливе. Важный момент: для установки котла на жидком топливе обязательно отдельное помещение — это требование пожарной службы. Котлы на твердом топливе могут стоять в доме, но это неудобно, так как во время топки с топлива падает много мусора.

Современные котлы на твердом топливе хоть и остаются оборудованием периодического действия (то разогреваются при топке, от остывают, когда закладка прогорела), но и они имеют автоматику, которая позволяет поддерживать в системе заданную температуру, регулируя интенсивность горения. Хотя степень автоматизации и не столь высокая, как у газовых или электрических котлов, но она есть.

Пример закрытой системы отопления с индукционным котлом

Не очень распространены в нашей стане котлы на пеллетах. Фактически это тоже твердое топливо, но котлы этого типа работают в непрерывном режиме. В топку автоматически подаются пеллеты (пока не закончен запас в буркере). При хорошем качестве топлива, чистка золы требуется один раз в несколько недель, а все параметры работы контролирует автоматика. Сдерживает распространение этого оборудования только его высокая цена: производители в основном европейские, и цены у них соответственные.

Немного о расчете мощности котла для систем отопления закрытого типа. Она определяется по общему принципу: на 10 кв. метров площади с нормальным утеплением берут 1 кВт мощности котла. Только брать «впритык» не советуют. Во-первых, бывают аномально холодные периоды, в которые вам может не хватить расчетной мощности. Во-вторых, работа на пределе мощности ведет к быстрому износу оборудования. Потому желательно мощность котла для системы брать с запасом 30-50%.

Группа безопасности

Ставится группа безопасности на подающий трубопровод на выходе из котла. Она должна контролировать его работу и параметры системы. Состоит из манометра, автоматического воздухоотводчика и предохранительного клапана.

Группа безопасности котла ставится на подающем трубопроводе до первого ответвления

Манометр дает возможность контролировать давление в системе. По рекомендациям оно должно находится в пределах 1,5-3 Бар ( в одноэтажных домах это 1,5-2 Бар, в двухэтажных — до 3 Бар). При отклонении от данных параметров надо принимать соответствующие меры. Если давление упало ниже нормы, надо проверить нет ли где течи, а потом добавить некоторое количество теплоносителя в систему. При повышенном давлении все несколько сложнее: необходимо проверить в каком режиме работает котел, не перегрел ли он теплоноситель. Также проверяется работа циркуляционного насоса, корректность работы манометра и предохранительного клапана. Именно он должен сбрасывать излишек теплоносителя при превышении порогового значения по давлению. К свободному патрубку предохранительного клапана подсоединяют трубу/шланг, которую выводят в канализацию или дренажную систему. Тут лучше делать так, чтобы была возможность контролировать срабатывает ли клапан — при частом сбросе воды надо искать причины и устранять их.

Состав группы безопасности

Третий элемент группы — автоматический воздухоотводчик. Через него выводится воздух, попавший в систему. Очень удобное устройство, которое позволяет избавиться от проблемы воздушных пробок в системе.

Группы безопасности продаются в собранном виде (на фото выше), а можно купить все устройства отдельно и подключить их при помощи тех же труб, которыми делали разводку системы.

Расширительный бак для закрытой системы отопления

Расширительный бак для предназначен для компенсации изменения объема теплоносителя в зависимости от температуры. В закрытых системах отопления это герметичная емкость, разделенная эластичной мембраной на две части. В верхней части находится воздух или инертный газ (в дорогих моделях). Пока температура теплоносителя невысока, бачок остается пустым, мембрана расправлена (на рисунке картинка справа).

Принцип работы мембранного расширительного бачка

При нагревании теплоноситель увеличивается в объеме, его излишек поднимается в бачок, отодвигая мембрану и сжимая закачанный в верхнюю часть газ (на картинке слева). На манометре это отображается как повышение давления и может служить сигналом для уменьшения интенсивности горения. В некоторых моделях есть предохранительный клапан, который при достижении порогового значения давления сбрасывает излишек воздуха/газа.

По мере остывания теплоносителя, давление в верхней части бачка выдавливает теплоноситель из емкости в систему, показатели манометра приходят в норму. Вот и весь принцип работы расширительного бачка мембранного типа. Кстати, мембраны бывают двух видов — тарельчатые и грушевидной формы. Форма мембраны на принцип работы никак не влияет.

Виды мембран для расширительных бачков в системах закрытого типа

Расчет объема

Согласно общепринятым нормам объем расширительного бака должен составлять 10% от общего объема теплоносителя. Это значит, что вы должны посчитать, сколько воды поместится в трубах и радиаторах вашей системы (есть в технических данных радиаторов, а объем труб можно посчитать). 1/10 часть от этой цифры и будет объемом необходимого расширительного бака. Но эта цифра справедлива только если теплоноситель — вода. Если используется незамерзающая жидкость, размера бака увеличивается на 50% от рассчитанного объема.

Вот, пример расчета объема мембранного бака для закрытой системы отопления:

• объем системы отопления составляет 28 литров;
• размер расширительного бака для системы, заполненной водой 2,8 литра;
• размер мембранного бака для системы с незамерзающей жидкостью — 2,8 + 0,5*2,8 = 4,2 литра.

При покупке выбираете ближайший больший объем. Меньший не берите — лучше иметь небольшой запас.

На что обратить внимание при покупке

В магазинах есть бачки красного и синего цвета. Для отопления подходят бачки красного цвета. Синие конструктивно такие же, только они предназначены для холодной воды и высоких температур не переносят.

На что еще обратить внимание? Есть два вида бачков — со сменной мембраной (называются они еще фланцевыми) и с незаменяемой. Второй вариант дешевле, причем значительно, но если повредится мембрана, покупать придется все целиком. Во фланцевых моделях покупают только мембрану.

Место для установки расширительного бака мембранного типа

Обычно ставят расширительный бачок на обратном трубопроводе перед циркуляционным насосом (если смотреть по ходу движения теплоносителя). В трубопровод устанавливается тройник, к одной его части подсоединяется небольшой отрезок трубы, а к ней, через фитинги, подключается расширитель. Размещать его лучше на некотором расстоянии от насоса, чтобы не создавались перепады давления. Важный момент — участок обвязки мембранного бака должен быть прямолинейным.

Схема установки расширительного бака для отопления мембранного типа

После тройника ставят шаровый кран. Он необходим чтобы была возможность снять бачок без слива еплоносителя. Саму емкость удобнее соединять при помощи американки (накидной гайки). Это снова-таки облегчает монтаж/демонтаж.

Обратите внимание, что в некоторых котлах имеется расширительный бак. Если его объема достаточно, установка второго не требуется.

Пустое устройство весит не так много, но заполненное водой имеет солидную массу. Потому необходимо предусмотреть способ закрепления на стене или дополнительные опоры.

Циркуляционный насос

Циркуляционный насос обеспечивает работоспособность закрытой системы отопления. Его мощность зависит от многих факторов: материала и диаметра труб, количества и типа радиаторов, наличия запорной и терморегулирующей арматуры, протяженности труб, режима работы оборудования и т.д. Чтобы не вдаваться в тонкости расчета мощности, циркуляционный насос можно выбрать по таблице. Выбираете ближайшее большее значение по отапливаемой площади или планируемой тепловой мощности системы, в соответствующей строке в первых колонках находите требуемые характеристики.

Можно параметры циркуляционного насоса выбрать по таблице

Во второй колонке находим мощность (какой объем теплоносителя он способен прокачать за час), в третьей — напор (сопротивление системы), который он в состоянии преодолеть.

Выбирая циркуляционный насос в магазине, желательно не экономить. От его работоспособности зависит вся система. Потому, лучше не экономить и выбрать проверенного производителя. Если же решите покупать неизвестное оборудование, надо каким-то образом проверить его на уровень шумов. Этот показатель особенно критичен если отопительный узел устанавливается в жилом помещении.

Схема обвязки

Как уже говорили раньше, циркуляционные насосы ставятся в основном на обратном трубопроводе. Раньше это требование было обязательным, сегодня — это только пожелание. Материалы, которые используются при производстве выдерживают нагрев до 90°C, но все же лучше не рисковать.

В системах, которые могут работать и с естественной циркуляцией, при установке необходимо предусмотреть возможность снять или заменить насос без необходимости слива теплоносителя, а также для возможности работы без насоса. Для этого устанавливается байпас — обходной путь, по которому может протекать теплоноситель при необходимости. Схема установки циркуляционного насоса в таком случае на фото ниже.

Установка циркуляционного насоса с байпасом

В закрытых системах с принудительной циркуляцией байпас не нужен — без насоса она неработоспособна. Но вот два шаровых крана с обоих сторон и фильтр на входе нужны. Шаровые краны дают возможность, при необходимости, снять устройство для техобслуживания, ремонта или замены. Фильтр-грязевик предотвращает засорение. Иногда, как дополнительный элемент надежности, между фильтром и шаровым краном ставят еще обратный клапан, который предотвратит движение теплоносителя в обратном направлении.

Схема подключения (обвязки) циркуляционного насоса в систему отопления закрытого типа

Как заполнить систему отопления закрытого типа

В самой нижней точке системы, как правило, на обратном трубопроводе, для запитки/слива системы устанавливают дополнительный кран. В простейшем случае это тройник, установленный в трубопроводе, к которому через небольшой участок трубы присоединен шаровый кран.

Простейший узел для слива или залива теплоносителя в систему

В этом случае при сливе системы надо будет подставлять какую-либо емкость или подключать шланг. При заливе теплоносителя к шаровому крану подключается шланг ручного насоса. Это незамысловатое устройство можно взять на прокат в магазинах сантехники.

Есть второй вариант — когда теплоноситель это просто водопроводная вода. В этом случае водопровод подключается или к специальному входу котла (в настенных газовых котлах), или к аналогично установленному на обратке шаровому крану . Но в этом случае для слива системы необходима другая точка. В двухтрубной системе это может быть один из последних в ветке радиаторов, к нижнему свободному входу которого устанавливают шаровый кран слива. Другой вариант представлен на следующей схеме. Тут изображена однотрубная система отопления закрытого типа.

Схема закрытой однотрубной системы отопления с узлом запитки системы