Ogrzewanie parowe w domu jednorodzinnym i na domku letniskowym oparte na piecu lub kotle

Skuteczne ogrzewanie mieszkania – to jedno z najważniejszych zadań dla każdego właściciela domu. Ciekawym wariantem rozwiązania tego zadania może być parowy system grzewczy, którego zasady działania i budowa różnią się od znanych schematów wodnych.

To nie najprostszy wariant, posiadający swoje mocne i słabe strony. Opowiemy Państwu o zasadach urządzenia i organizacji, cechach pracy systemu z parowym nośnikiem ciepła. Dowiedzą się Państwo, jak urządzić ogrzewanie parowe w domu prywatnym i jak je prawidłowo eksploatować.

Zasada działania systemu parowego

Gdy woda wrze pod stałym ciśnieniem, utrzymuje swoją temperaturę na stałym poziomie. Powstająca w wyniku takiego wrzenia para posiada znaczną ilość energii cieplnej. W momencie kondensacji, tj. przy przekształcaniu pary w ciecz, energia ta zostaje uwolniona i przekazana do otoczenia.

Zasada ta jest wykorzystywana w działaniu parowych systemów grzewczych. Woda wrze w kotle, para przemieszcza się rurami do grzejników, tam ulega kondensacji i oddaje ciepło, tym samym ogrzewając powietrze w pomieszczeniu.

Woda uzyskana w procesie kondensacji kontynuuje ruch rurami i wraca do specjalnego zbiornika, a następnie trafia do grzejnika w sposób naturalny lub wymuszony, za pomocą pompy.

W zależności od ciśnienia wewnątrz systemu ogrzewania parowego dzieli się je na:

• próżniowo-parowe;
• niskiego ciśnienia;
• wysokiego ciśnienia.

W pierwszych ciśnienie wynosi poniżej 0,1 MPa, w drugich – jeszcze niżej – do 0,07 MPa, a w trzecich – powyżej 0,07 MPa. Otwarte systemy niskiego ciśnienia mają dostęp do powietrza atmosferycznego, ale mogą być również zamknięte, czyli całkowicie szczelne.

Na tym schemacie przedstawiono zasady rozprowadzenia ogrzewania parowego. Urządzenie grzewcze powinno znajdować się niżej niż grzejniki, a przewód kondensatu należy ułożyć ze spadkiem.

W takich systemach zwykle stosuje się tak zwaną suchą parę nasyconą, która nie zawiera zawieszonych cząstek wody. Ilość pary w systemie wpływa na jego działanie. Jeśli pary jest zbyt mało, spowoduje to problemy ze swobodnym spływem kondensatu, a na dole urządzenia grzewczego będzie gromadzić się zimne powietrze.

Wystarczająca objętość pary usprawnia proces odpływu kondensatu, który jest przesuwany w kierunku ścianek i spływa po nich w postaci cienkiej warstewki wody.

W systemach zamkniętych woda po skropleniu natychmiast trafia do wymiennika ciepła, ale często stosuje się systemy otwarte, w których czynnik grzewczy jest najpierw gromadzony w zbiorniku, a następnie przepompowywany do kotła w celu podgrzania.

Kondensat może całkowicie wypełniać rury, którymi przemieszcza się w celu ogrzania, lub tylko częściowo. Ostatnia opcja jest preferowana, ponieważ po wyłączeniu systemu rury pozostaną w nim suche.

Jeżeli czynnik grzewczy ogrzewania parowego po skropleniu przemieszcza się bezpośrednio do kotła w celu ponownego podgrzania, system nazywa się zamkniętym. Jeżeli kondensat najpierw gromadzi się w zbiorniku akumulacyjnym, z którego jest przepompowywany do kotła za pomocą pompy, system należy do kategorii otwartych.

Cechy charakterystyczne systemów niskiego ciśnienia

Popularny wariant takiego systemu – zamknięty, z wykorzystaniem grawitacyjnego powrotu kondensatu do kotła, który wypełnia rury niecałkowicie, przy czym stosuje się górne rozprowadzenie rur.

Najpierw system napełnia się wodą do wymaganego poziomu, po czym rozpoczyna się ogrzewanie. Kondensat spływa wspólnym pionem i po osiągnięciu zadanego poziomu jest wypierany do kotła.

W takim samym systemie z dolnym rozprowadzeniem zaleca się instalować rury z niewielkim spadkiem w kierunku przepływu pary, aby zmniejszyć efekty hałasu. W miejscu odprowadzania kondensatu urządza się pętlowy zamknięcie hydrauliczne, zapobiegające przedostawaniu się pary do magistrali kondensacyjnej.

Prędkość pary w takich systemach powinna być umiarkowana, nie większa niż 0,14 m/s. W przeciwnym razie para będzie porywać także cząsteczki wilgoci nagromadzonej na ścianach. W rezultacie system pracuje z dużym hałasem, wzrasta ryzyko wystąpienia uderzeń hydraulicznych.

Rozprowadzenie kombinowane, tj. połączenie rozprowadzenia górnego i dolnego, stosuje się, jeśli rury układane są pod podłogą górnego lub środkowego piętra domu. Prześwit rur, którymi woda wraca do kotła, w tym przypadku będzie zamknięty przez kondensat.

Jeśli ciśnienie w systemie przekracza 0,02 MPa, należy uczynić go otwartym. Powietrze usuwa się przez zbiornik kondensatu, a aby para nie opuszczała systemu, instaluje się odwadniacz kondensatu lub zamknięcie hydrauliczne. Woda ze zbiornika jest przepompowywana pompą do wymiennika ciepła, co pozwala umieścić zbiornik poniżej poziomu, na którym znajduje się wymiennik ciepła.

Czynnik grzewczy do ogrzewania domu prywatnego z kotłownią nagrzewa się w wymienniku ciepła umieszczonym w kotłowni. Po osiągnięciu temperatury roboczej para przemieszcza się do kolektora, który dzieli przepływ na dwa obiegi: dla pomieszczeń głównych i dla kotłowni (+)

Ocena zalet i wad

Czym jest dobry system ogrzewania parowego? Jest stosunkowo łatwy do wykonania nawet na bazie zwykłego pieca na drewno. Jest to szczególnie istotne na obszarach, gdzie brak jest scentralizowanego zaopatrzenia w gaz, a drewno lub inne paliwo stałe są łatwo dostępne.

Para jako czynnik grzewczy znacznie wyprzedza wodę. Szybkość nagrzewania pomieszczeń jest trzykrotnie wyższa. Ponadto system ogrzewania parowego rzadko może ulec awarii podczas zimowych mrozów z powodu braku ogrzewania.

Jeśli palenisko się wypaliło, woda z systemu zbierze się w zbiorniku lub w wymienniku ciepła, a rury i grzejniki pozostaną puste. W ogrzewaniu wodnym zamarznięcie czynnika grzewczego, który wypełnia cały obieg, jak wiadomo, prowadzi do pęknięcia rur.

Wreszcie, rozmiary grzejników ogrzewania parowego powinny być znacznie mniejsze niż w systemach wodnych, ponieważ ilość uzyskanej w rezultacie energii cieplnej wzrasta kilkukrotnie. To nieco obniży koszty montażu systemu grzewczego domu.

Dekoracyjne kratki do grzejników ogrzewania parowego – to nie tylko element designu wnętrza, ale także środek ochrony przed oparzeniami

Na tym lista zalet systemu parowego się kończy i można przejść do jego wad, które są dość znaczące:

• wysokie ryzyko poparzeń;
• podwyższony poziom hałasu podczas pracy;
• trudności z regulacją działania systemu;
• konieczność zakupu drogich rur itp.

Zgodnie z normami bezpieczeństwa ogrzewanie parowe nie jest zalecane do pomieszczeń mieszkalnych, ponieważ stanowi wysokie zagrożenie dla zdrowia i życia osób mieszkających w domu.

Tak, temperatura robocza grzejników będzie bardzo wysoka, dotykając ich można doznać poważnego oparzenia. Dlatego wszystkie grzejniki trzeba będzie zamknąć solidnymi ozdobnymi kratkami.

Zwykłe rury PCV nie nadają się do takiego systemu, ponieważ muszą wytrzymać wysokie ciśnienie i temperaturę powyżej 100 stopni. Te same wymagania dotyczą pozostałych elementów systemu. Rury ogrzewania parowego muszą być miedziane lub wykonane ze stali ocynkowanej.

Rury miedziane – idealny, ale wcale nie tani wariant instalacji dla systemów ogrzewania parowego. Do połączenia tych rur potrzebna będzie spawarka.

W każdym razie tego momentu nie można nazwać budżetowym. Kwestiom bezpieczeństwa należy poświęcić największą uwagę. Wszystkie prace montażowe, na przykład spawanie rur miedzianych, będą wymagały maksymalnie wysokiej jakości wykonania. Jeśli połączenie pęknie i przez otwór wydostanie się strumień pary, ktoś z mieszkańców domu ryzykuje poważne oparzenia.

Rury ze stali nierdzewnej są w stanie wytrzymać takie typowe obciążenia dla systemów ogrzewania parowego, jak wysoka temperatura i podwyższone ciśnienie w systemie

Kolejną wadą ogrzewania parowego – podwyższony poziom hałasu. Aby wyeliminować ten problem, należy prawidłowo wykonać montaż grzejników. Zawiesza się je na specjalnych antyhałasowych wspornikach. Kocioł lub piec najlepiej umieścić w oddzielnym pomieszczeniu. Ponadto rury miedziane można umieścić w grubości ścian, co również zmniejszy poziom hałasu.

Wreszcie, regulacja temperatury ogrzewania w pokojach przy ogrzewaniu parowym jest nieco utrudniona. Nie można zainstalować termoregulatora i po prostu zmniejszyć ilość pary. Trzeba będzie zmniejszać ilość paliwa, co nie zawsze jest proste, lub wietrzyć pomieszczenia. Przed rozpoczęciem prac nad montażem parowego systemu ogrzewania należy uwzględnić wszystkie te momenty.

Projektowanie systemu ogrzewania parowego

Nawet dla małego pomieszczenia najlepiej sporządzić projekt. System wykonany na „chybił trafił” z dużym prawdopodobieństwem wkrótce będzie wymagał przeróbek, a sporządzony na papierze schemat pozwoli natychmiast zidentyfikować słabe punkty i je poprawić.

Na przykład, aby stworzyć system z naturalną cyrkulacją czynnika grzewczego, wymiennik ciepła, a odpowiednio i urządzenie grzewcze, należy umieścić w najniższym punkcie domu.

Przewód parowy i przewód kondensatu w systemach ogrzewania z naturalnym obiegiem czynnika grzewczego układa się ze spadkiem w kierunku jego ruchu (+)

Oznacza to, że piec lub kocioł powinny znajdować się poniżej wszystkich grzejników, a także rur, które nie są ustawione pionowo, ale poziomo lub pod kątem do pionu.

Jeśli nie jest możliwe umieszczenie urządzenia grzewczego w ten sposób (w domu brak piwnicy, piwnica wykorzystana do innych celów itp.), należy preferować ogrzewanie z wymuszonym obiegiem.

Na schemacie przedstawiono system ogrzewania z wymuszonym obiegiem. Do jego montażu potrzebny będzie pompa obiegowa i zbiornik akumulacyjny

Dlatego w schemat ogrzewania parowego należy włączyć pompę, która będzie tłoczyć wodę do wymiennika ciepła. Ważnym momentem w projektowaniu systemu grzewczego – jest kolejność podłączania grzejników. Podłączenie szeregowe, czyli tak zwany system jednorurowy, zakłada łączenie wszystkich grzejników po kolei.

W rezultacie czynnik grzewczy będzie przemieszczał się kolejno przez system, stopniowo stygnąc. Jest to ekonomiczny wariant podłączenia, który jest łatwiejszy w instalacji i tańszy.

Ale równomierność ogrzewania przy takim sposobie ucierpi, ponieważ pierwszy grzejnik będzie najgorętszy, a do ostatniego czynnik grzewczy dotrze już w połowie ostudzony.

Jednorurowy montaż grzejników, jak widać na tym schemacie, zakłada montaż szeregowy. Do ostatniego grzejnika czynnik grzewczy dociera już ostudzony

Rozwiązanie jednorurowe może być akceptowalne tylko przy podłączaniu ogrzewania parowego w domku letniskowym lub niewielkim domu, o powierzchni mniejszej niż 80 m2. A dla przestronnej willi lub dwukondygnacyjnego budynku lepiej sprawdzi się system dwururowy, w którym grzejniki podłącza się równolegle.

Schemat z jedną rurą zapewnia jednoczesny, a nie sekwencyjny dopływ czynnika grzewczego do każdego grzejnika, a ogrzewanie pomieszczeń jest bardziej równomierne. Ale w przypadku obwodu dwururowego do każdego grzejnika trzeba będzie doprowadzić dwie rury: zasilającą i powrotną.

Taki system jest bardziej skomplikowany w realizacji i będzie nieco droższy niż instalacja systemu jednorurowego. Niemniej jednak zdecydowana większość systemów ogrzewania wodnego jest wykonana według schematu dwururowego, pomimo trudności, i działa całkiem pomyślnie.

Na tym schemacie przedstawiono dwururowy system montażu grzejników ogrzewania parowego. Każdy grzejnik jest podłączony do wspólnego pionu i posiada rurę powrotną, co zapewnia równomierny rozkład czynnika grzewczego.

Jeżeli jako źródło ciepła zamierza się użyć pieca na drewno, należy od razu obliczyć i zaprojektować specjalny wymiennik ciepła. Wygląda on jak wężownica spawana z metalowych rur. Element ten wbudowuje się bezpośrednio w konstrukcję pieca, a nie montuje oddzielnie.

Dlatego projekt nowego pieca również należy przemyśleć na etapie projektowania. Można też użyć już istniejącego pieca, ale będzie go trzeba częściowo rozebrać, aby zamontować wymiennik ciepła wewnątrz.

Aby uzyskać 9 kW ciepła, potrzebny jest wymiennik ciepła o powierzchni około jednego metra kwadratowego. Im większa powierzchnia ogrzewana, tym większe muszą być wymiary wymiennika ciepła.

Jeśli pomieszczenie ma być ogrzewane za pomocą kotła, to jest nieco prościej: trzeba go kupić i zainstalować. Zazwyczaj do ogrzewania parowego w domu zaleca się wybrać wodnorurkowy model kotła, jako najbardziej efektywny.

Chociaż modele płomieniówkowe, dymowe lub kombinowane dymowo-płomieniówkowe mogą również być całkiem akceptowalną opcją.

Czasami do organizacji ogrzewania parowego używa się domowego kotła, w którym spala się zużyty olej maszynowy. Ale ta opcja jest uważana za odpowiednią do użytku w pomieszczeniach gospodarczych, na przykład w garażu. Dla domu mieszkalnego taka opcja nie jest zbyt dobra.

Montaż na bazie pieca opalanego drewnem

Jeśli projekt jest sporządzony, czas zaopatrzyć się w potrzebne materiały i narzędzia. Obliczyć wymaganą liczbę elementów systemu pozwoli wcześniej sporządzony projekt.

Na nim powinny być zaznaczone wszystkie zakręty, połączenia, trójniki, miejsca montażu grzejników itd. Ponadto należy zakupić opaski do rur, a także wsporniki, na których będą zamontowane grzejniki.

Kocioł systemu ogrzewania parowego, zorganizowanego na bazie pieca na drewno, instaluje się bezpośrednio w nim. Do kotła podłączane są rurociąg parowy i rurociąg kondensatu.

Długość rur również oblicza się według schematu. Aby w razie potrzeby zmniejszyć ciśnienie pary w systemie, potrzebny będzie zawór redukcyjny. Zamknięcie hydrauliczne jest potrzebne, aby zapewnić możliwość całkowitego osuszenia systemu do czyszczenia, konserwacji lub naprawy.

Przed każdym grzejnikiem zaleca się zamontować zawór odcinający, który pozwoli go odłączyć do naprawy, płukania lub wymiany. Na grzejnikach instaluje się również zawory Majewskiego, aby spuścić powietrze, które dostało się do systemu. Chociaż para jest substancją gazową, a nie ciekłą, obecność powietrza w systemie może negatywnie wpłynąć na jego efektywność.

Aby proces kondensacji zachodził w grzejnikach, a nie w zbiorniku czy w pionie, zaleca się zamontować na wylocie trójnik z korkiem, przez który będzie przepływać tylko woda. Jeśli planowany jest montaż systemu z wymuszoną cyrkulacją, potrzebna będzie pompa cyrkulacyjna. Ponadto potrzebny jest zbiornik na skroploną wilgoć.

Systemy grawitacyjne nie wymagają takich urządzeń. Ale rura, którą woda jest kierowana do wymiennika ciepła, musi być wystarczająco szeroka, aby zapewnić szybki przepływ cieczy do dalszego podgrzewania.

Brak w systemie ogrzewania parowego zaworu redukcyjnego, którego budowę przedstawiono na schemacie, może prowadzić do poważnych uszkodzeń z powodu nadciśnienia

Oprócz zwykłych narzędzi montażowych koniecznie będzie potrzebna spawarka do łączenia rur miedzianych. Konstrukcje ze stali ocynkowanej mają zazwyczaj połączenia gwintowane, które należy starannie uszczelnić. Jeśli planowany jest montaż ogrzewania parowego z pieca, to trzeba zacząć od wykonania wymiennika ciepła.

Wymiennik ciepła ogrzewania parowego, wbudowany w piec na drewno, składa się z systemu pustych metalowych rur, przez które krąży woda. Element może mieć dowolny kształt odpowiadający rozmiarom i kształtowi pieca

Jest spawany z metalowych rur o grubości 2,5-3 mm lub nieco grubszych. Wymiennik ciepła można wykonać zarówno w formie wężownicy, jak i w dowolnym innym kształcie. Najważniejsze, aby urządzenie zmieściło się wewnątrz pieca na drewno, a także aby jego powierzchnia była wystarczająco duża do podgrzania wody i wytworzenia pary.

Jakość spawania wymiennika ciepła musi być bez przesady idealna. Nawet mikroskopijne puste przestrzenie w szwach są niedopuszczalne, ponieważ urządzenie będzie poddane działaniu podwyższonego ciśnienia od gorącej pary. Po przygotowaniu wymiennika ciepła do montażu należy sprawdzić każdą spoinę.

W tym celu najpierw wszystkie szwy smaruje się białą kredą. Następnie jeden z otworów wymiennika ciepła zamyka się, a do drugiego wlewa się naftę, aż urządzenie zostanie napełnione po brzegi. Teraz trzeba trochę poczekać, a następnie ocenić stan szwów. Jeśli są pęknięcia, przez nie przesączy się nafta, a w tych miejscach kreda pociemnieje.

Wykryte niedociągnięcia naprawia się, a następnie kontrolę przeprowadza się ponownie, aby upewnić się o integralności urządzenia. Teraz należy je przepłukać, a następnie rozpocząć układanie pieca na drewno. Wymiennik ciepła jest solidnie wbudowany w palenisko, a do jego wejścia i wyjścia podłącza się rury, które następnie wykorzystuje się do połączenia wymiennika ciepła z systemem grzewczym domu.

Murowanie pieca kończy się w typowy dla takich konstrukcji sposób. Następnie wykonuje się montaż rur i grzejników systemu grzewczego zgodnie z wcześniej opracowanym projektem. Najpierw instaluje się grzejniki, stosując przy tym wsporniki, które wyciszą hałas pracy ogrzewania parowego.

Na każdym grzejniku instaluje się zawory odpowietrzające (zawory Mayewskiego), aby można było wypuścić powietrze. Zaworów odcinających będzie potrzebnych o jeden więcej niż grzejników, ponieważ trzeba zamontować jeden wspólny zawór odcinający na początku systemu. Przed tym zaworem instaluje się również zawór redukcyjny i zespół redukcyjno-chłodzący.

Na końcu, jeśli przewiduje to projekt, instaluje się zbiornik akumulacyjny dla czynnika grzewczego oraz pompę obiegową. W przypadku systemów z cyrkulacją naturalną, a nie wymuszoną, zbiornik i pompa nie są potrzebne. Natomiast rurze prowadzącej do wymiennika ciepła należy nadać niewielki spadek, około 3 mm na każdy metr.

Nowoczesne kotły do ogrzewania parowego w domu – to niezawodne urządzenia, działające na różnych paliwach i wyposażone w zautomatyzowane systemy kontroli.

Systemy z kotłem parowym montuje się mniej więcej w ten sam sposób: zgodnie z projektem i z uwzględnieniem specyfiki urządzeń. Na przykład zawór redukcyjny i chłodnica najprawdopodobniej nie będą potrzebne, ponieważ system kontroli ciśnienia i temperatury pary jest już wbudowany w kocioł.

Kilka przydatnych rad

Podczas montażu systemu ogrzewania parowego należy pamiętać, że wszystkie jego elementy muszą wytrzymywać wysoką temperaturę, powyżej 100 stopni. Na przykład zwykłe naczynie przeponowe jako zbiornik rezerwowy na wypadek zwiększenia objętości czynnika grzewczego nie będzie odpowiednie, ponieważ jego maksimum – to 85 stopni.

Komin pieca, w który wbudowany jest wymiennik ciepła, będzie się szybciej brudzić niż w przypadku zwykłego pieca. Dlatego czyszczenie komina należy planować i wykonywać częściej.

Piec z wymiennikiem ciepła w razie potrzeby można również używać do gotowania, ale nie jest to zbyt wygodne. W okresie letnim, gdy ogrzewanie nie jest potrzebne, tego pieca nie można rozpalać. Trzeba będzie szukać alternatywy. Łatwiej, jeśli w domu jest osobny, wygodny piec do kuchni.

O tym, jak zaprojektować i złożyć system ogrzewania parowego własnymi rękami, szczegółowo opisano w tym artykule, który polecamy do przeczytania.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Praktyczne doświadczenie w przerabianiu pieca na drewno na kocioł ogrzewania parowego przedstawiono na tym filmie:

Kontynuację procesu montażu ogrzewania parowego można obejrzeć w tym pliku:

O różnicy między cyrkulacją wymuszoną a naturalną w systemach grzewczych szczegółowo opowiedziano tutaj:

Ogrzewanie parowe – nie jest najprostszym do realizacji wariantem autonomicznego systemu grzewczego. Ale przy prawidłowym projektowaniu i montażu za pomocą pary można efektywnie i stosunkowo niedrogo zapewnić swojemu domowi niezbędną ilość ciepła.

Proszę komentować informacje, które przedstawiliśmy do rozpatrzenia. Proszę zadawać pytania, dzielić się przydatnymi informacjami i zamieszczać zdjęcia związane z tematem artykułu. Na dole znajduje się blok-formularz przeznaczony do zamieszczania postów i prowadzenia dyskusji.