Calefacción a vapor en vivienda particular y casa de campo a base de estufa o caldera.
La calefacción eficiente del hogar es una de las tareas más importantes de todo propietario.Una solución interesante a este problema podría ser un sistema de calentamiento de vapor, cuyos principios de funcionamiento y diseño difieran de los circuitos de agua habituales.
Esta no es la opción más fácil y tiene sus propias fortalezas y debilidades. Hablaremos sobre las reglas de diseño y organización, las características de un sistema con refrigerante de vapor. Aprenderá cómo instalar calefacción a vapor en una casa particular y cómo utilizarla correctamente.
El contenido del artículo:
Principio de funcionamiento del sistema de vapor.
Cuando el agua hierve a presión constante, mantiene constante su temperatura. El vapor formado como resultado de dicha ebullición tiene una cantidad significativa de energía térmica. En el momento de la condensación, es decir. Cuando el vapor se convierte en líquido, esta energía se libera y se transfiere al medio ambiente.
Este principio se utiliza en el funcionamiento de sistemas de calefacción a vapor. El agua hierve en la caldera, el vapor pasa a través de las tuberías hasta los radiadores, donde se condensa y se disuelve con el calor, calentando así el aire de la habitación.
El agua obtenida durante el proceso de condensación continúa moviéndose a través de las tuberías y regresa a un tanque de almacenamiento especial, y luego fluye hacia el calentador de forma natural o forzada mediante una bomba.
Dependiendo de la presión dentro del sistema de calentamiento de vapor, se dividen en:
- vapor al vacío;
- baja presión;
- alta presión.
En el primero, la presión es inferior a 0,1 MPa, en el segundo, incluso inferior, hasta 0,07 MPa, y en el tercero, más de 0,07 MPa. Los sistemas abiertos de baja presión tienen acceso al aire de la atmósfera, pero también pueden estar cerrados, es decir, completamente sellado.
Estos sistemas suelen utilizar el llamado vapor saturado seco, que no contiene partículas de agua en suspensión. La cantidad de vapor en el sistema afecta su funcionamiento. Si hay muy poco vapor, se crearán problemas para el libre flujo de condensado y el aire frío se acumulará en la parte inferior del dispositivo de calefacción.
Un volumen suficiente de vapor mejora el proceso de salida del condensado, que es empujado hacia las paredes y fluye hacia abajo en forma de una fina película de agua.
En los sistemas cerrados, el agua ingresa inmediatamente al intercambiador de calor después de la condensación, pero a menudo se usan sistemas de circuito abierto en los que el refrigerante se recoge primero en un tanque de almacenamiento y luego se bombea a la caldera para calentarlo.
El condensado puede llenar completamente o solo parcialmente las tuberías por las que circula para calentar. La última opción es preferible, ya que cuando el sistema está apagado, las tuberías permanecerán secas.
Características de los sistemas de baja presión.
Una versión común de dicho sistema es cerrada, utilizando el retorno por gravedad del condensado a la caldera, que no llena completamente las tuberías, y se utiliza una distribución de tubería superior.
Primero, el sistema se llena con agua hasta el nivel requerido, después de lo cual comienza el calentamiento. El condensado fluye por un tubo ascendente común y, cuando se alcanza un nivel predeterminado, se introduce en la caldera.
En el mismo sistema con distribución inferior, se recomienda instalar tuberías con una ligera pendiente en la dirección del movimiento del vapor para reducir los efectos acústicos. En el lugar donde se drena el condensado, se instala un sello de agua en forma de bucle que evita el movimiento del vapor hacia la línea de condensación.
La velocidad del vapor en tales sistemas debe ser moderada, no más de 0,14 m/s. De lo contrario, el vapor también captará partículas de humedad acumuladas en las paredes. Como resultado, el sistema funciona con más ruido y aumenta el riesgo de golpe de ariete.
Cableado combinado, es decir Se utiliza una combinación de cableado superior e inferior si las tuberías se colocan debajo del piso del piso superior o medio de la casa. El lumen de las tuberías por donde regresa el agua a la caldera estará en este caso cerrado por el condensado.
Si la presión en el sistema excede los 0,02 MPa, se debe abrir. El aire se elimina a través de un tanque de almacenamiento de condensado y, para evitar que el vapor salga del sistema, se instala un drenaje de condensado o un sello de agua. El agua del tanque de almacenamiento se bombea al intercambiador de calor, lo que permite instalar el tanque de almacenamiento por debajo del nivel en el que se encuentra el intercambiador de calor.
Evaluación de ventajas y desventajas.
¿Cuáles son los beneficios de un sistema de calentamiento a vapor? Es relativamente fácil de hacer incluso con una estufa de leña convencional. Esto es especialmente cierto en áreas donde no hay un suministro de gas centralizado, pero la leña u otros combustibles sólidos son bastante accesibles.
El vapor está muy por delante del agua como refrigerante. Su tasa de calentamiento es tres veces mayor. Además, es poco probable que un sistema de calefacción a vapor falle durante el frío invernal debido a la falta de calefacción.
Si la cámara de combustión se quema, el agua del sistema se acumulará en el tanque de almacenamiento o en el intercambiador de calor y las tuberías y radiadores permanecerán vacíos. En el caso del calentamiento de agua, se sabe que la congelación del refrigerante que llena todo el circuito provoca la rotura de la tubería.
Finalmente, las dimensiones de los radiadores de calefacción de vapor deberían ser significativamente menores que las de los sistemas de agua, ya que la cantidad de energía térmica resultante aumenta varias veces. Esto reducirá ligeramente el costo de instalar un sistema de calefacción en casa.
Con esto concluye la lista de ventajas del sistema de vapor, y podemos pasar a sus desventajas, que son bastante significativas:
- alto riesgo de quemaduras;
- aumento del nivel de ruido durante el funcionamiento;
- dificultades para ajustar el funcionamiento del sistema;
- la necesidad de comprar tuberías caras, etc.
Las normas de seguridad no recomiendan calentar con vapor las viviendas, ya que representa un alto riesgo para la salud y la vida de las personas que viven en la casa.
Así, la temperatura de funcionamiento de los radiadores será muy alta y si los tocas puedes sufrir quemaduras graves. Por lo tanto, todos los radiadores deberán cubrirse con rejillas decorativas fiables.
Las tuberías de PVC convencionales no son adecuadas para un sistema de este tipo, ya que deben soportar alta presión y temperaturas de más de 100 grados. Los mismos requisitos se aplican a otros elementos del sistema. Las tuberías de calefacción de vapor deben ser de cobre o acero galvanizado.
En cualquier caso, este momento no puede calificarse de presupuestario. Se debe prestar la máxima atención a las cuestiones de seguridad. Todos los trabajos de instalación, por ejemplo, soldar tuberías de cobre, requerirán un desempeño de la más alta calidad. Si la conexión se rompe y se escapa un chorro de vapor por el agujero, uno de los ocupantes de la casa corre el riesgo de sufrir quemaduras graves.
Otra desventaja del calentamiento con vapor es el mayor nivel de ruido. Para solucionar este problema, debes instalar los radiadores correctamente. Están suspendidos sobre soportes especiales antiruido. Lo mejor es colocar la caldera o estufa en una habitación separada. Además, se pueden colocar tubos de cobre en el espesor de las paredes, lo que también reducirá el nivel de ruido.
Por último, resulta un poco complicado regular la temperatura de calefacción en habitaciones con calefacción a vapor. No se puede instalar un termostato y simplemente reducir la cantidad de vapor. Habrá que reducir la cantidad de combustible, lo que no siempre es fácil, o ventilar el local. Antes de comenzar a trabajar en la instalación de un sistema de calefacción a vapor, se deben tener en cuenta todos estos puntos.
Diseño de un sistema de calentamiento a vapor.
Incluso para una habitación pequeña, lo mejor es elaborar un proyecto. Un sistema creado al azar probablemente pronto requerirá una revisión, y un diagrama elaborado en papel le permitirá identificar inmediatamente los puntos débiles y corregirlos.
Por ejemplo, para crear un sistema con circulación natural del refrigerante, el intercambiador de calor y, en consecuencia, el dispositivo de calefacción, deben ubicarse en el punto más bajo de la casa.
Esto significa que la estufa o caldera debe ubicarse debajo de todos los radiadores, así como de las tuberías que no sean verticales, sino horizontales o en ángulo con la vertical.
Si no es posible colocar el dispositivo de calefacción de esta manera (la casa no tiene sótano, el sótano se utiliza para otros fines, etc.), se debe dar preferencia a la calefacción con circulación forzada.
Por lo tanto en diagrama de calentamiento de vapor es necesario encender la bomba que bombeará agua al intercambiador de calor. Un punto importante al diseñar un sistema de calefacción es el orden en que se conectan los radiadores.Una conexión secuencial o el llamado sistema monotubo implica conectar todos los radiadores en orden.
Como resultado, el refrigerante se moverá secuencialmente a través del sistema y se enfriará gradualmente. Esta es una opción de conexión económica, más fácil de instalar y más económica.
Pero la uniformidad del calentamiento con este método se verá afectada, ya que el primer radiador será el más caliente y el último refrigerante entrará medio enfriado.
Una solución de un solo tubo puede ser aceptable solo cuando se conecta calefacción de vapor en una casa de campo o en una casa pequeña con un área de menos de 80 metros cuadrados. m Y para una casa de campo espaciosa o un edificio de dos pisos, es más adecuado un sistema de dos tubos en el que los radiadores están conectados en paralelo.
El diseño de un solo tubo garantiza un flujo de refrigerante simultáneo en lugar de secuencial hacia cada radiador, y las habitaciones se calientan de manera más uniforme. Pero con un circuito de dos tubos, será necesario conectar dos tubos a cada radiador: directo y de retorno.
Un sistema de este tipo es más difícil de implementar y costará un poco más que instalar un sistema de una sola tubería. Sin embargo, la gran mayoría de los sistemas de calentamiento de agua se fabrican según un esquema de dos tubos, a pesar de las dificultades, y funcionan con bastante éxito.
Si planea utilizar una estufa de leña como fuente de calor, debe calcular y diseñar inmediatamente un intercambiador de calor especial. Parece una bobina soldada con tubos de metal. Este elemento está integrado directamente en la estructura del horno y no se instala por separado.
Por lo tanto, el diseño de un nuevo horno también debe considerarse en la etapa de diseño. También puede utilizar una estufa existente, pero será necesario desmontarla parcialmente para poder instalar el intercambiador de calor en el interior.
Para obtener 9 kW de calor, se necesita un intercambiador de calor con una superficie de aproximadamente un metro cuadrado. Cuanto mayor sea el área calentada, mayor debe ser el tamaño del intercambiador de calor.
Si planea calentar la habitación con una caldera, entonces todo es un poco más sencillo: debe comprarla e instalarla. Por lo general, para calentar con vapor una casa, se recomienda tomar un modelo de caldera acuotubular, ya que es el más eficiente.
Aunque los modelos pirotubulares, de combustión de humo o combinados de pirotubular también pueden ser una opción completamente aceptable.
A veces utilizan calefacción a vapor para organizar caldera casera, en el que se quema aceite de motor usado. Pero esta opción se considera adecuada para su uso en cuartos de servicio, por ejemplo, en un garaje. Para un edificio residencial, esta opción no es muy buena.
Instalación basada en una estufa de leña.
Si el proyecto ya está elaborado, es hora de abastecerse de los materiales y herramientas necesarios. Un proyecto previamente elaborado le permitirá calcular la cantidad requerida de elementos del sistema.
En él deben estar marcados todos los giros, conexiones, tees, ubicaciones de instalación de radiadores, etc. Además, es necesario comprar abrazaderas para tuberías, así como soportes sobre los que se instalarán los radiadores.
La longitud de las tuberías también se calcula según el diagrama. Para reducir la presión del vapor en el sistema, si es necesario, necesitará una válvula reductora de presión. El sello hidráulico es necesario para permitir que el sistema se drene completamente para limpieza, mantenimiento o reparación.
Se recomienda instalar una válvula de cierre frente a cada radiador, lo que permitirá apagarlo para repararlo, lavarlo o reemplazarlo. También instalado en radiadores. grúas mayevskypara liberar el aire atrapado en el sistema. Aunque el vapor es una sustancia gaseosa y no líquida, la presencia de aire en el sistema puede afectar negativamente a su eficiencia.
Para que el proceso de condensación se produzca en los radiadores, y no en el tanque de almacenamiento o en el tubo ascendente, se recomienda instalar una T con un tapón en la salida por donde solo pasará agua. Si planea instalar un sistema con circulación forzada, necesitará una bomba de circulación. Además, necesitará un recipiente para recoger la humedad condensada.
Los sistemas de flujo por gravedad no necesitan tales dispositivos. Pero la tubería que lleva el agua al intercambiador de calor debe ser lo suficientemente ancha como para permitir que el líquido se mueva rápidamente para calentarse aún más.
Además de las herramientas de instalación habituales, definitivamente necesitará una máquina de soldar para conexiones de tubería de cobre. Las estructuras de acero galvanizado suelen tener conexiones roscadas que deben sellarse cuidadosamente. Si planea instalar calefacción con vapor desde una estufa, deberá comenzar con la fabricación de un intercambiador de calor.
Está hecho de tubos metálicos con un espesor de 2,5-3 mm o incluso un poco más. El intercambiador de calor puede realizarse en forma de serpentín o en cualquier otra forma. Lo principal es que el dispositivo cabe en el interior. estufa de leña, y además que su superficie sea lo suficientemente grande como para calentar el agua y generar vapor.
La calidad de soldadura del intercambiador de calor debe ser, sin exagerar, ideal. Incluso las cavidades microscópicas en las costuras son inaceptables, ya que el dispositivo estará expuesto a una mayor presión del vapor caliente. Una vez que el intercambiador de calor esté listo para su instalación, se debe verificar cada soldadura.
Para hacer esto, primero cubra todas las costuras con tiza blanca. Después de esto, se cierra uno de los orificios del intercambiador de calor y se vierte queroseno en el segundo hasta que el dispositivo se llena hasta arriba. Ahora hay que esperar un poco y luego evaluar el estado de las costuras. Si hay grietas, el queroseno se filtrará a través de ellas y en esos lugares la tiza se oscurecerá.
Los defectos identificados se corrigen y luego se repite la prueba para garantizar la integridad del dispositivo. Ahora debes lavarla y luego empezar a colocar la estufa de leña.El intercambiador de calor está integrado de forma segura en la cámara de combustión y a su entrada y salida se conectan tuberías, que luego se utilizan para conectar el intercambiador de calor al sistema de calefacción de la casa.
La instalación del horno se realiza de la forma habitual para este tipo de estructuras. Luego se instalan las tuberías y radiadores del sistema de calefacción de acuerdo con el proyecto elaborado anteriormente. Primero, se instalan los radiadores, utilizando soportes que amortiguar el ruido del funcionamiento de la calefacción por vapor.
Se instalan grifos Mayevsky en cada radiador para que se pueda liberar el aire. Necesitará más válvulas de cierre que radiadores, ya que debe instalar una válvula de cierre común al comienzo del sistema. Delante de este grifo también se instalan una válvula reductora de presión y una unidad reductora de refrigeración.
Al final, si lo prevé el proyecto, se instala un tanque de almacenamiento de refrigerante y bomba de circulación. Para sistemas diseñados con circulación natural en lugar de forzada, no se necesita un tanque ni una bomba. Pero es necesario dar una ligera pendiente al tubo que conduce al intercambiador de calor, de unos 3 mm por metro.
Los sistemas con caldera de vapor se instalan aproximadamente de la misma manera: de acuerdo con el diseño y ajustados a las características del equipo. Por ejemplo, lo más probable es que no se necesiten una válvula reductora de presión y un enfriador, ya que el sistema de control de temperatura y presión del vapor ya está integrado en la caldera.
Algunos consejos útiles
A la hora de instalar un sistema de calefacción a vapor, conviene recordar que todos sus elementos deben soportar altas temperaturas, más de 100 grados.Por ejemplo, un expansor de membrana normal no funcionará como tanque de reserva en caso de un aumento en el volumen de refrigerante, porque su máximo es 85 grados.
La chimenea de una estufa con intercambiador de calor incorporado se ensuciará más rápido que la de una estufa convencional. Es por eso limpieza de chimeneas debe planificarse y ejecutarse con mayor frecuencia.
Si lo desea, también puede utilizar un horno con intercambiador de calor para cocinar, pero esto no es muy conveniente. En verano, cuando no se necesita calefacción, esta estufa no se puede encender. Tendremos que buscar una alternativa. Es más fácil si la casa tiene una cómoda estufa separada para la cocina.
Se describe en detalle cómo diseñar y ensamblar un sistema de calentamiento de vapor con sus propias manos. En este articulo, que recomendamos para su lectura.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
En este video se presenta la experiencia práctica en la conversión de una estufa de leña en una caldera de calentamiento de vapor:
La continuación del proceso de instalación del calentamiento por vapor se puede visualizar en este archivo:
La diferencia entre circulación forzada y natural en sistemas de calefacción se describe en detalle aquí:
El calentamiento con vapor no es la opción más fácil de implementar para un sistema de calefacción autónomo. Pero con un diseño e instalación adecuados, el vapor se puede utilizar para proporcionar a su hogar la cantidad de calor necesaria de forma eficaz y relativamente económica.
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Está claro que este tipo de calentamiento es muy eficaz, pero en realidad es necesario evaluar no tanto sus ventajas como sus desventajas. Personalmente, veo la principal desventaja no solo en el costo de instalar la calefacción por vapor, sino también en el hecho de que surgirán problemas con la regulación de la temperatura. Por cierto, estos sistemas requieren un cuidado muy preciso. Recomendaría quedarse con el calentamiento de agua convencional.
No he visto calefacción a vapor en Finlandia. Los amigos tienen allí su propia casa, pero no la utilizan en invierno. Vierten “anticongelante” en el sistema de calefacción tradicional, pero cuando se esperan heladas por debajo de -15 grados, todavía se drena por completo del sistema. En este caso, el vapor causaría menos problemas, pero los costos de reequipar el sistema son enormes y nadie acepta hacerlo. Es mejor instalar dicho sistema de calefacción inicialmente durante la construcción a petición de los clientes.