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.

§ 70. Система парового отопления

Системы парового отопления устраивают с верхней (рис. 126, а) и нижней (рис. 126,6) разводкой паровых магистралей. На рисунке паропровод показан сплошной линией, а конденсатопровод и воздушный трубопровод — пунктиром.

Рис. 126. Схемы систем парового отопления низкого давления:

а — с верхней разводкой и мокрым конденсатопроводом, б—с нижней разводкой и сухим конденсатопроводом; 1 — воздушная труба, 2 — магистральный паропровод, 3 — конденсационный трубопровод, 4 — петля, 5 — пробка для спуска конденсата

В системе парового отопления с верхней разводкой магистральный паропровод проходит над верхними приборами, а в системе парового отопления с нижней разводкой — под нижними приборами. В системе парового отопления с верхней разводкой конденсат под давлением пара поднимается в конденсационных стояках до уровня 1—1.

Конденсационная магистраль, проложенная ниже уровня конденсата, будет полностью залита водой; такой трубопровод называется мокрым. Чтобы удалить воздух из системы, прокладывают воздушную линию. Если конденсационная магистраль расположена выше уровня конденсата, то такой трубопровод, частично заполненный водой, называется сухим.

Воздух отводится по верхней не заполненной водой части сухого конденсатопровода и удаляется через воздушную трубу 1, расположенную в нижней точке магистрали. Чтобы сухой конденсатопровод не оказался залитым водой, в результате чего система может перестать действовать, его необходимо прокладывать на 200—250 мм выше уровня конденсата в конденсационном стояке.

Для отвода конденсата из магистрального паропровода 2 конец его соединяют в точке а с конденсационным трубопроводом 3 петлей 4, которая служит гидравлическим затвором: последний препятствует проникновению пара в конденсационный трубопровод 3. В петле под давлением пара вода будет стоять на разных уровнях h. Разность уровней 1—1 и 11—11 зависит от давления пара в точке а. Для прочистки петли и спуска воды внизу расположен тройник с пробкой 5.

Применяют также систему парового отопления с нижней разводкой и мокрым конденсатопроводом.

Системы парового отопления с самотечным возвратом конденсата в котел применяют при давлении пара, не превышающем 0,02 МПа. При более высоком давлении пара, чтобы вода из котлов не попадала в нагревательные приборы, котельную приходится значительно углублять, что в большинстве случаев сделать невозможно. Поэтому при давлении более 0,02 МПа для системы парового отопления, как правило, применяют разомкнутую схему (рис. 127), при которой приборы можно устанавливать даже ниже уровня котлов.

Рис. 127. Разомкнутая схема системы парового отопления низкого давления с перекачкой конденсата:

1 — водоотводчик (конденсационный горшок), 2 — конденсационный бак, 3 —насос, 4 — питательный трубопровод, 5 — обратный клапан, в — котел, 7 — трубопровод к выкидному приспособлению

Конденсат из приборов по трубопроводу отводится в конденсационный бак 2, откуда он подается насосом 3 в котел. Котел устанавливают ниже уровня воды в баке (под заливом). Если бак расположен ниже конденсатопровода, воздух из системы по конденсатопроводу удаляется через конденсационный бак. При расположении конденсационного бака выше конденсатопровода или при наличии на конденсатопроводе водяных мешков на конденсатопроводах следует устанавливать воздушные краны.

На питательном трубопроводе 4 устанавливают обратный клапан 5, препятствующий при остановке насоса выдавливанию воды паром из котла в конденсационный бак.

Прокладывать паропроводы с уклоном навстречу движению пара не следует, так как попутный конденсат, образующийся за счет теплопотерь паропровода, будет течь навстречу пару, и пар будет задерживать его. Кроме того, при таком движении пара и конденсата в системе отопления возникает шум, а иногда резкие стуки и сотрясения, что вызывает повреждение соединений.

В системах с давлением пара выше 0,04 МПа, чтобы не допустить попадания пара в конденсационный бак, на конденсационной линии перед вводом в бак устанавливают конденсационный горшок 1. Конденсационный горшок— прибор, который пропускает через себя конденсат и препятствует проходу пара.

Поплавковый конденсационный горшок ГСТМ (рис. 128,а). Корпус горшка 4 состоит из двух частей, собранных на фланцах 6, которые соединены болтами 5. Для удаления воздуха из горшка и конденсатопровода на горшке устроен воздушный клапан 2. Конденсат и пар поступают в горшок через входной патрубок 1.

При повышении уровня конденсата в горшке поплавок 3 всплывает и поднимает рычаг 13, который передвигает золотник 12. После этого приоткрывается выпускное отверстие в выходном патрубке 9 и давлением пара конденсат вытесняется из горшка. Когда конденсат будет вытеснен из горшка, поплавок опустится и выход конденсата из горшка прекратится. Пар поднимается в верхнюю часть горшка и конденсат, находящийся внизу, препятствует выходу его из горшка.

Под рычагом 13 находится подъемный рычаг 8, который при повороте ручки 14 поднимает поплавок и полностью открывает выпускное отверстие для удаления конденсата. Горшок оборудован гляделкой 10 со стеклом 11, позволяющей видеть, не пропускает ли горшок пар. На случай ремонта или чистки горшка устраивают обводную линию 18 (рис. 128,6).

Рис. 128. Конденсационный горшок ГСТМ (а) и схема его установки (б): 1 — входной патрубок. 2 — воздушный клапан, 3 — поплавок, 4 — корпус горшка, 5 — болт, 6 — фланцы корпуса, 7 —пробка, 8— подъемный рычаг, 9 — выходной патрубок, 10 — гляделка, 11 — стекло гляделки, 12— золотник, 13 — рычаг. Н — ручка, 15 — обратный клапан, 16 — конденсационный горшок, 17 — прибор. 18 — обводная линия

Конденсационный горшок «Автомат» (рис. 129).

Рис. 129. Конденсационный горшок «Автомат» 1 — поплавок, 2 — выходное отверстие, 3 — канал, 4 — вентиль, 5 —обратный клапан, 6—отверстие, 7 —золотник, 8 — входное отверстие, 9— корпус, 10 —

стержень, 11 — труба

В корпус 9 горшка, внутри которого находится поплавок 1, конденсат поступает через отверстие 8. С дном поплавка соединен стержень 10, на верхнем конусе которого находится золотник 7. При заполнении корпуса конденсатом поплавок всплывает и золотник закрывает выходное отверстие. Постепенно заполняя корпус, конденсат переливается внутрь стакана и опускает его на дно. Вместе с поплавком опускается стержень, открывая при этом отверстие 6. При таком положении под действием давления пара находящийся в поплавке конденсат выжимается в отверстие 6 через кольцевое пространство между стенками трубы 11 и стержнем 10.

Из отверстия 6 конденсат поступает в канал 3, а затем в выходное отверстие 2. Пар выжимает из поплавка только часть конденсата, вследствие чего нижний конец трубы 11 всегда остается залитым водой; поэтому через отверстие 6 пар из горшка выходить не может. Поплавок, из которого удален конденсат, поднимается, и золотник вновь закрывает отверстие 6.

В системах парового отопления нагревательные приборы устанавливают так же, как и в системах водяного отопления. Паровую подводку к приборам можно делать с уклоном к прибору или к стояку. При верхней разводке паропровода паровую подводку к нижним приборам всегда следует укладывать с уклоном к прибору, что обеспечивает стекание конденсата из паропровода.

Конденсационную подводку от приборов всегда прокладывают с уклоном к стояку для удаления конденсата из прибора. Для лучшей работы приборов при установке их «на сцепке» подающая и обратная подводки должны быть присоединены с разных сторон приборов. Чтобы регулировать поступление пара в прибор и выключать его, на подводке пара у каждого нагревательного прибора устанавливают вентиль.

Системы парового отопления в сравнении с водяными системами имеют следующие преимущества: меньшие диаметры трубопроводов; поверхность нагрева отопительных приборов меньше на 30—35%; меньшая первоначальная стоимость; паровые системы быстро нагреваются и быстро остывают при выключении.

Недостатки паровых систем — высокая температура на поверхности нагревательных приборов в течение отопительного сезона; невозможность качественного и количественного регулирования; шум, вызванный гидравлическими ударами в трубопроводах; сложность сбора и возврата конденсата в разветвленных системах и особенно при обслуживании нескольких зданий.