Un chauffage domestique efficace est l'une des tâches les plus importantes pour chaque propriétaire. Une solution intéressante à ce problème peut être un système de chauffage à vapeur dont les principes de fonctionnement et d'appareil diffèrent des circuits d'eau habituels.
Ce n'est pas l'option la plus simple, avec ses propres forces et faiblesses. Nous parlerons des règles de l'appareil et de l'organisation, des caractéristiques du système avec un liquide de refroidissement vaporeux. Vous apprendrez comment organiser le chauffage à vapeur dans une maison privée et comment le faire fonctionner correctement.
Le principe du système vapeur
Lorsque l'eau bout à une pression constante, elle maintient sa température constante. La vapeur produite à la suite de cette ébullition a une quantité importante d'énergie thermique. Au moment de la condensation, c'est-à-dire lorsque la vapeur est convertie en liquide, cette énergie est libérée et transférée dans l'environnement.
Ce principe est utilisé dans le fonctionnement des systèmes de chauffage à vapeur. L'eau bout dans la chaudière, la vapeur circule dans les tuyaux jusqu'aux radiateurs, elle se condense et se sépare de la chaleur, chauffant ainsi l'air de la pièce.
L'eau obtenue au cours de la condensation continue de se déplacer dans les tuyaux et retourne dans un réservoir de stockage spécial, puis elle pénètre naturellement ou avec force dans le chauffe-eau à l'aide d'une pompe.
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Selon les schémas d'organisation et les principes des appareils, le chauffage à vapeur et à eau est similaire. Ils comprennent des éléments structurels similaires
La différence est que la vapeur pénètre dans les appareils de chauffage, qui pendant la condensation dégage la chaleur de l'évaporation et diminue des centaines de fois en volume
Selon le type de mouvement du liquide de refroidissement, les systèmes à vapeur sont également divisés en gravitationnels et forcés, les règles de l'eau égales se manifestent dans l'assemblage et l'organisation
Les caractéristiques de la construction des systèmes à vapeur incluent une résistance à la chaleur accrue, que les appareils de chauffage doivent avoir. Après tout, la température de la vapeur qui y pénètre peut atteindre + 130º
Les pipelines varient au sein des systèmes de vapeur eux-mêmes. La vapeur est fournie par des canalisations de vapeur, qui doivent être plus larges en section transversale et plus résistantes aux effets thermiques que les canalisations de condensat qui transfèrent le condensat vers la chaudière
Selon la variante de retour des condensats pour le chauffage de la chaudière, les circuits de vapeur sont divisés en ouvert et fermés. Dans le premier, le condensat est d'abord accumulé dans le réservoir, puis il est transporté par la pompe vers la chaudière. Dans le condensat fermé, s'écoule directement vers la chaudière
Afin d'équilibrer le temps et la puissance du transfert de chaleur, dans les systèmes à vapeur, souvent au lieu des batteries standard, utilisez des registres à ailettes
Les circuits de chauffage à vapeur ne sont fermés que parce que L'évaporation du liquide de refroidissement à l'extérieur du système doit être exclue. Le volume de condensat doit être calculé avec précision de sorte que lorsque la vapeur est refroidie, aucun airbag ne se forme dans les appareils qui interfèrent avec le mouvement de la vapeur
Analogies dans le chauffage à vapeur et à eau
Les spécificités de l'action de la vapeur comme liquide de refroidissement
Types de systèmes de chauffage à vapeur
Caractéristiques des appareils de chauffage
Conduites de vapeur et conduites de condensat
Système de vapeur ouvert
Registres de chauffage avec ailettes
Précision de l'organisation
Selon la pression à l'intérieur du système de chauffage à vapeur, ils sont divisés en:
- vapeur sous vide;
- basse pression;
- haute pression.
Dans le premier, la pression est inférieure à 0,1 MPa, dans le second - encore plus bas - à 0,07 MPa, et dans le troisième - à plus de 0,07 MPa. Les systèmes ouverts à basse pression ont accès à l'air de l'atmosphère, mais ils peuvent également être fermés, c'est-à-dire complètement étanche.
Ce diagramme illustre la disposition du chauffage à vapeur. Le dispositif de chauffage doit être situé plus bas que les radiateurs, la pente de la conduite de condensat
Ces systèmes utilisent généralement la vapeur dite saturée sèche, qui ne contient pas de particules d'eau en suspension. La quantité de vapeur dans le système se reflète dans son travail. Si la vapeur est trop petite, cela créera des problèmes pour que le condensat puisse s'écouler librement et l'air froid s'accumulera au bas du chauffe-eau.
Un volume de vapeur suffisant améliore le processus de sortie du condensat, qui est poussé vers les murs et les coule sous la forme d'un mince film d'eau.
Dans les systèmes fermés, l'eau après condensation pénètre immédiatement dans l'échangeur de chaleur, mais souvent des systèmes ouverts sont utilisés dans lesquels le liquide de refroidissement est d'abord collecté dans le réservoir de stockage, puis pompé vers la chaudière pour le chauffage.
Le condensat peut remplir complètement les tuyaux à travers lesquels il se déplace pour le chauffage ou seulement partiellement. Cette dernière option est préférable, car lorsque le système est éteint, les tuyaux qui s'y trouvent restent secs.
Si le caloporteur du chauffage à vapeur après condensation est transféré directement à la chaudière pour un chauffage ultérieur, le système est appelé fermé. Si le condensat est d'abord collecté dans un réservoir de stockage, d'où il est pompé dans la chaudière par une pompe, le système appartient à la catégorie des
Caractéristiques des systèmes basse pression
Une version courante d'un tel système est fermée, utilisant du condensat renvoyant par gravité à la chaudière, qui ne remplit pas complètement les tuyaux, et la disposition des tuyaux supérieurs est utilisée.
Tout d'abord, le système est rempli d'eau jusqu'au niveau requis, après quoi le chauffage commence. Le condensat s'écoule dans la colonne montante commune et lorsqu'il atteint le niveau défini, il est expulsé dans la chaudière.
Dans le même système avec un câblage inférieur, il est recommandé d'installer des tuyaux avec une légère pente dans le sens du mouvement de la vapeur afin de réduire les effets sonores. Un piège à eau en forme de boucle est disposé sur le site de drainage des condensats, ce qui empêche la vapeur de se déplacer vers la conduite de condensation.
La vitesse de vapeur dans ces systèmes doit être modérée, pas plus de 0,14 m / s. Sinon, la vapeur capturera également les particules d'humidité accumulées sur les murs. En conséquence, le système fonctionne avec beaucoup de bruit, augmentant le risque de coups de bélier.
Câblage combiné, c.-à-d. une combinaison de câblage supérieur et inférieur, utilisée si des tuyaux sont posés sous le plancher de l'étage supérieur ou intermédiaire de la maison. Le dégagement des tuyaux par lesquels l'eau est renvoyée vers la chaudière, dans ce cas sera fermé par le condensat.
Si la pression dans le système dépasse 0,02 MPa, elle doit être ouverte. L'air est évacué par le réservoir de condensat et pour empêcher la vapeur de quitter le système, un purgeur de vapeur ou un purgeur d'eau sont installés. L'eau est pompée de l'accumulateur vers l'échangeur de chaleur par une pompe, ce qui permet d'installer l'accumulateur en dessous du niveau auquel l'échangeur de chaleur est situé.
Le caloporteur pour le chauffage d'une maison privée avec une chaufferie est chauffé dans un échangeur de chaleur situé dans la chaufferie. En atteignant la température de fonctionnement, la vapeur se déplace vers le collecteur, divisant le débit en deux circuits: pour les pièces principales et pour la chaufferie (+)
Évaluation des avantages et des inconvénients
Qu'est-ce qu'un bon système de chauffage à vapeur? Il est relativement facile à réaliser, même sur la base d'un poêle à bois conventionnel. Cela est particulièrement vrai dans les régions où l'approvisionnement en gaz n'est pas centralisé et où le bois de chauffage ou d'autres combustibles solides sont facilement disponibles.
La vapeur en tant que caloporteur est nettement en avance sur l'eau. Le taux de chauffage des locaux est trois fois plus élevé. De plus, le système de chauffage à vapeur peut difficilement échouer pendant le froid hivernal en raison du manque de chauffage.
Si la fournaise brûle, l'eau du système sera recueillie dans le réservoir de stockage ou dans l'échangeur de chaleur, et les tuyaux et les radiateurs resteront vides. Avec le chauffage à eau, le gel du liquide de refroidissement dont tout le circuit est rempli, comme on le sait, conduit à la rupture du tuyau.
Enfin, les dimensions des radiateurs de chauffage à vapeur devraient être nettement plus petites que pour les systèmes à eau, car la quantité d'énergie thermique qui en résulte augmente plusieurs fois. Cela réduira légèrement le coût d'installation d'un système de chauffage à la maison.
Les grilles décoratives pour radiateurs de chauffage à vapeur ne sont pas seulement un élément de design d'intérieur, mais aussi un moyen de protection contre les brûlures
Ceci conclut la liste des avantages du système à vapeur, et nous pouvons procéder à ses inconvénients, qui sont assez importants:
- risque élevé de brûlures;
- augmentation du niveau de bruit pendant le fonctionnement;
- difficultés à ajuster le système;
- la nécessité d'acheter des tuyaux coûteux, etc.
Les normes de sécurité ne recommandent pas le chauffage à vapeur pour les locaux résidentiels, car il présente un risque élevé pour la santé et la vie des personnes vivant dans la maison.
Ainsi, la température de fonctionnement des radiateurs sera très élevée, si vous les touchez, vous pouvez avoir une brûlure grave. Par conséquent, tous les radiateurs devront être fermés avec des grilles décoratives fiables.
Les tuyaux en PVC conventionnels pour un tel système ne fonctionneront pas, car ils doivent résister à une pression élevée et à une température de plus de 100 degrés. Les mêmes exigences s'appliquent aux autres éléments du système. Les tuyaux de chauffage à vapeur doivent être en cuivre ou en acier galvanisé.
Les tuyaux en cuivre sont une option idéale, mais pas du tout bon marché, pour les communications des systèmes de chauffage à vapeur. Pour connecter ces tuyaux, vous avez besoin d'une machine à souder
En tout cas, ce moment ne peut être qualifié de budget. Les problèmes de sécurité devraient recevoir la plus grande attention. Tous les travaux d'installation, par exemple le soudage de tuyaux en cuivre, exigeront des performances de la plus haute qualité. Si la connexion se rompt et qu'un jet de vapeur s'échappe dans le trou, l'un des locataires à la maison risque de graves brûlures.
Les tuyaux en acier inoxydable peuvent résister à des charges typiques des systèmes de chauffage à vapeur, telles que des températures et des pressions élevées dans le système
Un autre inconvénient du chauffage à vapeur est l'augmentation du niveau de bruit. Pour résoudre ce problème, vous devez installer correctement les radiateurs. Ils sont suspendus sur des supports spéciaux anti-bruit. Une chaudière ou un four est mieux placé dans une pièce séparée. De plus, des tuyaux en cuivre peuvent être placés dans l'épaisseur des murs, ce qui réduira également le niveau de bruit.
Enfin, il est un peu difficile de contrôler la température de chauffage dans les pièces avec chauffage à vapeur. Vous ne pouvez pas installer un thermostat et simplement réduire la quantité de vapeur. Il est nécessaire de réduire la quantité de carburant, ce qui n'est pas toujours facile, ou de ventiler les locaux. Avant de commencer les travaux d'installation d'un système de chauffage à vapeur, tous ces points doivent être pris en compte.
Conception d'un système de chauffage à vapeur
Même pour une petite pièce, il est préférable de concevoir un projet. Un système fait «au hasard» avec un haut degré de probabilité nécessitera bientôt une refonte, et un diagramme sur papier identifiera immédiatement les faiblesses et les corrigera.
Par exemple, afin de créer un système avec une circulation naturelle du liquide de refroidissement, l'échangeur de chaleur et, en conséquence, le dispositif de chauffage, doivent être situés au point le plus bas de la maison.
Les tuyaux de vapeur et de condensat des systèmes de chauffage avec un mouvement de liquide de refroidissement de type naturel sont disposés avec une polarisation dans le sens de son mouvement (+)
Cela signifie que le poêle ou la chaudière doit être en dessous de tous les radiateurs, ainsi que des tuyaux qui ne sont pas debout verticalement, mais horizontalement ou à un angle par rapport à la verticale.
Si le chauffage ne peut pas être placé de cette façon (il n'y a pas de sous-sol dans la maison, le sous-sol est utilisé à d'autres fins, etc.), le chauffage à circulation forcée doit être préféré.
Le schéma montre un système de chauffage à circulation forcée. Pour son installation, vous avez besoin d'une pompe de circulation et d'un réservoir de stockage
Par conséquent, il est nécessaire d'inclure une pompe dans le circuit de chauffage à vapeur, qui pompera l'eau dans l'échangeur de chaleur. Un point important dans la conception du système de chauffage est la procédure de raccordement des radiateurs. La connexion en série ou le système dit monotube implique la connexion de tous les radiateurs dans l'ordre.
En conséquence, le liquide de refroidissement se déplacera séquentiellement à travers le système, se refroidissant progressivement. Il s'agit d'une option de connexion économique, plus facile à installer et moins coûteuse.
Mais l'uniformité du chauffage avec cette méthode en souffrira, car le premier radiateur sera le plus chaud et le dernier caloporteur arrivera dans un état déjà à moitié refroidi.
Le raccordement monotube des radiateurs, comme le montre ce schéma, implique une installation en série. Sur le dernier radiateur, le liquide de refroidissement entre déjà refroidi
Une solution monotube peut être acceptable uniquement lors du raccordement du chauffage à vapeur dans le pays ou dans une petite maison, sur une superficie de moins de 80 mètres carrés. m. Et pour un chalet spacieux ou un bâtiment à deux étages, un système à deux tuyaux est plus approprié, dans lequel les radiateurs sont connectés en parallèle.
Un schéma monotube fournit un flux simultané, mais non consécutif, de liquide de refroidissement à chaque radiateur, et les pièces sont chauffées de manière plus uniforme. Mais avec un circuit à deux tuyaux, deux tuyaux devront être connectés à chaque radiateur: direct et «retour».
Un tel système est plus difficile à mettre en œuvre, et il coûtera un peu plus cher que lors de l'installation d'un système monotube. Cependant, la grande majorité des systèmes de chauffage de l'eau sont fabriqués selon un schéma à deux tuyaux, malgré les difficultés, et il fonctionne assez bien.
Ce schéma montre un système d'installation à deux tuyaux pour les radiateurs de chauffage à vapeur. Chaque radiateur est connecté à une colonne montante commune et possède un tuyau de retour, qui assure une distribution uniforme du liquide de refroidissement
Si vous prévoyez d'utiliser un poêle à bois comme source de chaleur, vous devez immédiatement calculer et concevoir un échangeur de chaleur spécial. Il ressemble à une bobine soudée à partir de tuyaux métalliques. Cet élément est intégré directement dans la conception du four et n'est pas installé séparément.
Par conséquent, la conception d'un nouveau four devrait également être considérée au stade de la conception. Vous pouvez utiliser un four existant, mais il devra être partiellement démonté pour monter l'échangeur de chaleur à l'intérieur.
Pour obtenir 9 kW de chaleur, un échangeur de chaleur d'une surface d'environ un mètre carré est nécessaire. Plus la zone chauffée est grande, plus les dimensions de l'échangeur de chaleur doivent être grandes.
S'il est censé chauffer la pièce à l'aide d'une chaudière, alors tout est un peu plus facile: vous devez l'acheter et l'installer. En règle générale, pour le chauffage à vapeur dans la maison, il est recommandé de prendre le modèle de conduite d'eau de la chaudière, comme le plus efficace.
Bien que les modèles à tube de fumée, à fumée ou combinés à tube de fumée peuvent également être une option parfaitement acceptable.
Parfois, pour l'organisation du chauffage à vapeur, une chaudière artisanale est utilisée dans laquelle l'huile moteur est brûlée. Mais cette option est considérée comme appropriée pour une utilisation dans les buanderies, par exemple, dans un garage. Pour un immeuble, cette option n'est pas trop bonne.
Montage sur base d'un poêle à bois
Si le projet a été élaboré, il est temps de faire le plein de bons matériaux et outils. Calculer le nombre requis d'éléments du système permettra un projet précédemment compilé.
Tous les virages, connexions, tés, emplacements d'installation du radiateur, etc. doivent y être marqués. De plus, il est nécessaire d'acheter des colliers de serrage, ainsi que des supports sur lesquels les radiateurs seront installés.
La chaudière du système de chauffage à vapeur, disposée sur la base d'un poêle à bois, y est installée directement. Les conduites de vapeur et de condensat sont connectées à la chaudière
La longueur des tuyaux est également calculée selon le schéma. Afin de réduire la pression de vapeur dans le système si nécessaire, une soupape de réduction de pression est nécessaire.Un obturateur hydraulique est nécessaire pour permettre au système d'être complètement vidangé pour le nettoyage, l'entretien ou la réparation.
Avant chaque radiateur, il est recommandé d'installer une vanne d'arrêt qui l'éteindra pour réparation, rinçage ou remplacement. De plus, des robinets Majewski sont installés sur les radiateurs pour abaisser l'air entrant dans le système. Bien que la vapeur soit une substance gazeuse et non liquide, la présence d'air dans le système peut nuire à son efficacité.
Pour que le processus de condensation se produise précisément dans les radiateurs, et non dans le variateur ou dans la colonne montante, il est recommandé d'installer un té avec un bouchon à la sortie, à travers lequel seule l'eau passera. Si vous prévoyez d'installer un système à circulation forcée, vous aurez besoin d'une pompe de circulation. De plus, vous avez besoin d'un récipient pour recueillir l'humidité condensée.
Les systèmes gravitaires n'ont pas besoin de tels dispositifs. Mais le tuyau, à travers lequel l'eau est dirigée vers l'échangeur de chaleur, doit être suffisamment large pour permettre un mouvement rapide du liquide pour un chauffage ultérieur.
L'absence d'une soupape de réduction de pression dans le système de chauffage à vapeur, dont le dispositif est illustré dans le diagramme, peut entraîner de graves dommages dus à la surpression
En plus de l'outil d'installation habituel, vous aurez certainement besoin d'une machine à souder pour connecter les tuyaux en cuivre. Les structures en acier galvanisé ont généralement des connexions filetées qui doivent être soigneusement scellées. Si vous prévoyez d'installer un chauffage à vapeur à partir du four, vous devrez commencer par la fabrication d'un échangeur de chaleur.
Un échangeur de chaleur à vapeur intégré dans un poêle à bois se compose d'un système de tuyaux métalliques creux à travers lesquels l'eau circule. L'élément peut avoir une forme arbitraire correspondant à la taille et à la forme du four
Il est cuit à partir de tuyaux métalliques de 2,5 à 3 mm d'épaisseur ou même légèrement plus épais. L'échangeur de chaleur peut être réalisé à la fois sous forme de serpentin et sous toute autre forme. L'essentiel est que l'appareil s'intègre à l'intérieur d'un poêle à bois, et aussi que sa surface soit suffisamment grande pour chauffer l'eau et générer de la vapeur.
La qualité de soudage de l'échangeur de chaleur doit être, sans exagération, idéale. Même les cavernes microscopiques dans les coutures sont inacceptables, car l'appareil sera exposé à une pression élevée de la vapeur chaude. Une fois l'échangeur de chaleur prêt à être installé, chaque soudure doit être vérifiée.
Pour ce faire, toutes les coutures sont d'abord enduites de craie blanche. Après cela, l'une des ouvertures de l'échangeur de chaleur est fermée et du kérosène est versé dans le second jusqu'à ce que l'appareil soit rempli au sommet. Maintenant, vous devez attendre un peu, puis évaluer l'état des coutures. S'il y a des fissures, du kérosène s'en échappera et, à ces endroits, la craie s'assombrira.
Les défauts identifiés sont corrigés, puis le test est répété pour vérifier l'intégrité de l'appareil. Maintenant, il doit être lavé, puis commencez à poser le poêle à bois. L'échangeur de chaleur est intégré de manière fiable dans le foyer, et des tuyaux sont ajoutés à son entrée et sa sortie, qui sont ensuite utilisés pour connecter l'échangeur de chaleur au système de chauffage de la maison.
La pose du four est terminée de la manière habituelle pour de telles structures. Ensuite, les tuyaux et les radiateurs du système de chauffage sont installés conformément à la conception établie précédemment. Tout d'abord, les radiateurs sont installés à l'aide de supports qui absorbent le bruit du fonctionnement du chauffage à vapeur.
Des robinets Mayevsky sont installés sur chaque radiateur afin que l'air puisse être libéré. Il faudra une vanne d'arrêt de plus que les radiateurs, car vous devez installer une vanne d'arrêt commune au tout début du système. Une soupape de réduction de pression et une unité de réduction et de refroidissement sont également placées devant ce robinet.
Au final, s'il est fourni par le projet, installez un réservoir de stockage du liquide de refroidissement et une pompe de circulation. Pour les systèmes conçus avec une circulation naturelle plutôt que forcée, un réservoir et une pompe ne sont pas nécessaires. Mais le tuyau qui mène à l'échangeur de chaleur doit avoir une légère pente d'environ 3 mm par mètre.
Les chaudières modernes pour le chauffage à vapeur dans la maison sont des appareils fiables qui fonctionnent avec différents combustibles et équipés de systèmes de contrôle automatisés
Les systèmes avec une chaudière à vapeur sont montés à peu près de la même manière: conformément à la conception et ajustés en fonction des caractéristiques de l'équipement. Par exemple, un détendeur et un refroidisseur ne sont probablement pas nécessaires, car un système de contrôle de la pression et de la température de la vapeur est déjà intégré dans la chaudière.
Quelques conseils utiles
Lors de l'installation d'un système de chauffage à vapeur, il ne faut pas oublier que tous ses éléments doivent résister à des températures élevées, supérieures à 100 degrés. Par exemple, un expanseur à membrane conventionnel comme capacité de réserve en cas d'augmentation du volume de liquide de refroidissement ne fonctionnera pas, car son maximum est de 85 degrés.
La cheminée du four, dans laquelle l'échangeur de chaleur est intégré, sera plus rapidement polluée qu'avec un poêle conventionnel. Par conséquent, le nettoyage de la cheminée doit être planifié et effectué plus souvent.
Un four avec un échangeur de chaleur peut également être utilisé pour la cuisson, si vous le souhaitez, mais ce n'est pas très pratique. En été, lorsque le chauffage n'est pas nécessaire, ce poêle ne peut pas être allumé. Faudra chercher une alternative. C'est plus facile s'il y a un poêle pratique séparé pour la cuisine dans la maison.
Comment concevoir et assembler un système de chauffage à vapeur de vos propres mains est décrit en détail dans cet article, que nous vous recommandons de lire.
La suite de l'installation du chauffage à vapeur se trouve dans ce dossier:
La différence entre la circulation forcée et naturelle dans les systèmes de chauffage est décrite en détail ici:
Le chauffage à la vapeur n'est pas l'option la plus simple pour mettre en œuvre un système de chauffage autonome. Mais avec une conception et une installation appropriées utilisant la vapeur, vous pouvez fournir efficacement et relativement peu de frais à votre maison la quantité de chaleur nécessaire.
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