Chauffage à vapeur dans une maison privée et une maison de campagne basé sur un poêle ou une chaudière
Un chauffage domestique efficace est l’une des tâches les plus importantes de chaque propriétaire.Une solution intéressante à ce problème pourrait être un système de chauffage à vapeur dont les principes de fonctionnement et la conception diffèrent des circuits d'eau habituels.
Ce n’est pas l’option la plus simple et elle présente ses propres forces et faiblesses. Nous parlerons des règles de conception et d'organisation, des caractéristiques du système avec un liquide de refroidissement à vapeur. Vous apprendrez comment installer un chauffage à vapeur dans une maison privée et comment le faire fonctionner correctement.
Le contenu de l'article :
Principe de fonctionnement du système vapeur
Lorsque l’eau bout à pression constante, elle maintient sa température constante. La vapeur formée à la suite d'une telle ébullition possède une quantité importante d'énergie thermique. Au moment de la condensation, c'est-à-dire Lorsque la vapeur se transforme en liquide, cette énergie est libérée et transférée à l’environnement.
Ce principe est utilisé dans le fonctionnement des systèmes de chauffage à vapeur. L'eau bout dans la chaudière, la vapeur se déplace à travers les tuyaux jusqu'aux radiateurs, où elle se condense et se dissout avec la chaleur, réchauffant ainsi l'air de la pièce.
L'eau obtenue lors du processus de condensation continue de circuler dans les tuyaux et retourne dans un réservoir de stockage spécial, puis s'écoule vers le réchauffeur naturellement ou de force à l'aide d'une pompe.
En fonction de la pression à l'intérieur du système de chauffage à vapeur, ils sont divisés en :
- vide-vapeur;
- basse pression;
- haute pression.
Dans le premier, la pression est inférieure à 0,1 MPa, dans le second - encore plus basse - jusqu'à 0,07 MPa et dans le troisième - supérieure à 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 scellé.
De tels systèmes utilisent généralement de la vapeur saturée sèche, qui ne contient pas de particules d'eau en suspension. La quantité de vapeur présente dans le système affecte son fonctionnement. S'il y a trop peu de vapeur, cela créera des problèmes de libre circulation des condensats et de l'air froid s'accumulera au bas de l'appareil de chauffage.
Un volume de vapeur suffisant améliore le processus d'évacuation des condensats, qui sont poussés vers les parois et s'écoulent le long de celles-ci sous la forme d'un mince film d'eau.
Dans les systèmes fermés, l'eau pénètre immédiatement dans l'échangeur de chaleur après condensation, mais des systèmes en boucle ouverte sont souvent utilisés dans lesquels le liquide de refroidissement est d'abord collecté dans un réservoir de stockage, puis pompé dans la chaudière pour être chauffé.
Les condensats peuvent remplir complètement ou partiellement les tuyaux dans lesquels ils se déplacent pour le chauffage. Cette dernière option est préférable, car lorsque le système est éteint, les tuyaux resteront secs.
Caractéristiques des systèmes basse pression
Une version courante d'un tel système est fermée, utilisant le retour par gravité des condensats vers la chaudière, qui ne remplit pas complètement les tuyaux, et une distribution par 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 une colonne montante commune et, lorsqu'un niveau prédéterminé est atteint, est refoulé dans la chaudière.
Dans le même système avec distribution par le bas, 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. Au point d'évacuation des condensats, un joint hydraulique en forme de boucle est installé, qui empêche le mouvement de la vapeur vers la conduite de condensat.
La vitesse de la vapeur dans de tels systèmes doit être modérée, ne dépassant pas 0,14 m/s. Sinon, la vapeur captera également les particules d’humidité accumulées sur les murs. En conséquence, le système fonctionne avec plus de bruit et augmente le risque de coup de bélier.
Câblage combiné, c'est-à-dire une combinaison de câblage supérieur et inférieur est utilisée si les tuyaux sont posés sous le plancher de l'étage supérieur ou intermédiaire de la maison. La lumière des canalisations par lesquelles l'eau retourne à la chaudière sera dans ce cas obstruée par les condensats.
Si la pression dans le système dépasse 0,02 MPa, celui-ci doit être ouvert. L'air est évacué par un réservoir de stockage de condensats et pour empêcher la vapeur de quitter le système, un drain de condensat ou un joint hydraulique est installé. L'eau du réservoir de stockage est pompée dans l'échangeur de chaleur, ce qui permet d'installer le réservoir de stockage en dessous du niveau auquel se trouve l'échangeur de chaleur.
Évaluation des avantages et des inconvénients
Quels sont les avantages d’un système de chauffage à vapeur ? Il est relativement facile à réaliser même sur la base d'un poêle à bois classique. Cela est particulièrement vrai dans les zones où il n'y a pas d'approvisionnement centralisé en gaz, mais où le bois de chauffage ou tout autre combustible solide est tout à fait accessible.
La vapeur est nettement en avance sur l'eau en tant que liquide de refroidissement. Son taux de chauffe est trois fois plus élevé. De plus, il est peu probable qu'un système de chauffage à vapeur tombe en panne pendant le froid hivernal en raison d'un manque de chauffage.
Si le foyer brûle, l'eau du système s'accumulera dans le réservoir de stockage ou l'échangeur de chaleur, et les tuyaux et les radiateurs resteront vides. Avec le chauffage de l'eau, il est connu que le gel du liquide de refroidissement, qui remplit tout le circuit, entraîne la rupture des canalisations.
Enfin, les dimensions des radiateurs de chauffage à vapeur devraient être nettement inférieures à celles des systèmes à eau, car la quantité d'énergie thermique ainsi obtenue augmente plusieurs fois. Cela réduira légèrement le coût d'installation d'un système de chauffage à la maison.
Ceci conclut la liste des avantages du système vapeur, et nous pouvons passer à ses inconvénients, qui sont assez importants :
- risque élevé de brûlures;
- augmentation du niveau de bruit pendant le fonctionnement ;
- difficultés à ajuster le fonctionnement du système;
- la nécessité d'acheter des tuyaux coûteux, etc.
Les normes de sécurité ne recommandent pas le chauffage à la vapeur pour les locaux d'habitation, car cela 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 et si vous les touchez, vous risquez de vous brûler gravement. Par conséquent, tous les radiateurs devront être recouverts de grilles décoratives fiables.
Les tuyaux en PVC ordinaires ne conviennent pas à un tel système, car ils doivent résister à des pressions élevées et à des températures supérieures à 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.
En tout cas, ce moment ne peut pas être qualifié de budgétaire. Les questions de sécurité doivent recevoir la plus grande attention. Tous les travaux d'installation, par exemple le soudage de tuyaux en cuivre, nécessiteront des performances de la plus haute qualité. Si le raccordement se rompt et qu'un jet de vapeur s'échappe par le trou, l'un des occupants de la maison risque de graves brûlures.
Un autre inconvénient du chauffage à la vapeur est l’augmentation du niveau sonore. Pour résoudre ce problème, vous devez installer correctement les radiateurs. Ils sont suspendus sur des supports spéciaux anti-bruit. Il est préférable de placer la chaudière ou le poêle dans une pièce séparée. De plus, des tuyaux en cuivre peuvent être placés dans l’épaisseur des murs, ce qui réduira également le niveau sonore.
Enfin, il est un peu difficile de réguler la température de chauffage dans les pièces équipées d'un chauffage à vapeur. Vous ne pouvez pas installer un thermostat et simplement réduire la quantité de vapeur. Il faudra réduire la quantité de combustible, ce qui n'est pas toujours évident, ou aérer 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 d'élaborer un projet. Un système réalisé au hasard nécessitera très probablement bientôt une refonte, et un schéma établi sur papier permettra d'identifier immédiatement les points faibles et de les corriger.
Par exemple, afin de créer un système avec circulation naturelle du liquide de refroidissement, l'échangeur de chaleur et, par conséquent, le dispositif de chauffage doivent être situés au point le plus bas de la maison.
Cela signifie que le poêle ou la chaudière doit être situé sous tous les radiateurs, ainsi que les tuyaux qui ne sont pas verticaux, mais horizontaux ou inclinés par rapport à la verticale.
S'il n'est pas possible de placer l'appareil de chauffage de cette manière (la maison n'a pas de sous-sol, le sous-sol est utilisé à d'autres fins, etc.), il faut privilégier le chauffage à circulation forcée.
Donc dans schéma de chauffage à la vapeur il est nécessaire d'allumer la pompe qui pompera l'eau dans l'échangeur de chaleur. Un point important dans la conception d’un système de chauffage est l’ordre dans lequel les radiateurs sont connectés.Un raccordement séquentiel ou système dit monotube consiste à connecter tous les radiateurs dans l'ordre.
En conséquence, le liquide de refroidissement se déplacera séquentiellement dans le système et se refroidira progressivement. Il s’agit d’une option de connexion économique, plus facile à installer et moins chère.
Mais l'uniformité du chauffage avec cette méthode en souffrira, car le premier radiateur sera le plus chaud et le dernier liquide de refroidissement entrera à moitié refroidi.
Une solution monotube ne peut être acceptable que lors du raccordement d'un chauffage à vapeur dans une maison de campagne ou dans une petite maison d'une superficie inférieure à 80 mètres carrés. M. Et pour un chalet spacieux ou un bâtiment à deux étages, un système à deux tuyaux dans lequel les radiateurs sont connectés en parallèle est plus approprié.
La conception monotube assure un flux de liquide de refroidissement simultané plutôt que séquentiel dans chaque radiateur, et les pièces sont chauffées plus uniformément. Mais avec un circuit bitube, il faudra raccorder deux tuyaux à chaque radiateur : direct et retour.
Un tel système est plus difficile à mettre en œuvre et 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 système à deux tuyaux, malgré les difficultés, et fonctionnent avec beaucoup de succès.
Si vous envisagez d'utiliser un poêle à bois comme source de chaleur, vous devez immédiatement calculer et concevoir un échangeur de chaleur spécial. Cela ressemble à une bobine soudée à partir de tuyaux métalliques. Cet élément est intégré directement à la structure du four et n'est pas installé séparément.
Par conséquent, la conception d’un nouveau four doit également être prise en compte dès la phase de conception. Vous pouvez également utiliser un poêle existant, mais il faudra le démonter partiellement afin d'installer l'échangeur de chaleur à l'intérieur.
Pour obtenir 9 kW de chaleur, il faut un échangeur de chaleur d'une surface d'environ un mètre carré. Plus la surface chauffée est grande, plus la taille de l'échangeur de chaleur doit être grande.
Si vous envisagez de chauffer la pièce à l'aide d'une chaudière, alors tout est un peu plus simple : vous devez l'acheter et l'installer. Habituellement, pour le chauffage à la vapeur d'une maison, il est recommandé de prendre un modèle de chaudière à tubes d'eau, car c'est le plus efficace.
Bien que les modèles à tube de fumée, à combustion de fumée ou combinés à tube de fumée et à fumée puissent également être une option tout à fait acceptable.
Parfois, ils utilisent le chauffage à la vapeur pour organiser chaudière maison, dans lequel l'huile moteur usagée est brûlée. Mais cette option est considérée comme appropriée pour une utilisation dans des buanderies, par exemple dans un garage. Pour un immeuble résidentiel, cette option n'est pas très bonne.
Installation basée sur un poêle à bois
Si le projet est élaboré, il est temps de s’approvisionner en matériel et outils nécessaires. Un projet préalablement élaboré vous permettra de calculer le nombre requis d'éléments du système.
Tous les virages, connexions, tés, emplacements d'installation des radiateurs, 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 longueur des tuyaux est également calculée selon le schéma. Pour réduire la pression de la vapeur dans le système si nécessaire, vous aurez besoin d'un réducteur de pression. Le joint hydraulique est nécessaire pour permettre la vidange complète du système à des fins de nettoyage, d'entretien ou de réparation.
Il est recommandé d'installer un robinet d'arrêt devant chaque radiateur, ce qui permettra de l'éteindre pour réparation, rinçage ou remplacement. Également installé sur les radiateurs Grues Mayevskypour évacuer tout air emprisonné 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 garantir que le processus de condensation se produit dans les radiateurs, et non dans le réservoir de stockage ou la colonne montante, il est recommandé d'installer un té avec un bouchon à la sortie par lequel seule l'eau passera. Si vous envisagez 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 à flux gravitationnel n’ont pas besoin de tels dispositifs. Mais le tuyau qui transporte l'eau jusqu'à l'échangeur de chaleur doit être suffisamment large pour permettre au liquide de se déplacer rapidement pour continuer à chauffer.
En plus des outils d'installation habituels, vous aurez certainement besoin d'une machine à souder pour raccords de tuyaux en cuivre. Les structures en acier galvanisé comportent généralement des raccords filetés qui doivent être soigneusement scellés. Si vous envisagez d'installer un chauffage à vapeur à partir d'un four, vous devrez commencer par la fabrication d'un échangeur de chaleur.
Il est fabriqué à partir de tuyaux métalliques d'une épaisseur de 2,5 à 3 mm, voire un peu plus. L'échangeur de chaleur peut être réalisé soit sous forme de serpentin, soit sous toute autre forme. L'essentiel est que l'appareil rentre à l'intérieur poêle à bois, et aussi que sa surface est suffisamment grande pour chauffer l'eau et générer de la vapeur.
La qualité du soudage de l’échangeur thermique doit être, sans exagération, idéale. Même les cavités microscopiques dans les coutures sont inacceptables, car l'appareil sera exposé à une pression accrue de la vapeur chaude. Une fois l'échangeur de chaleur prêt à être installé, chaque soudure doit être vérifiée.
Pour ce faire, enduisez d'abord toutes les coutures avec de la craie blanche. Après cela, l'un des trous de l'échangeur de chaleur est fermé et du kérosène est versé dans le second jusqu'à ce que l'appareil soit rempli jusqu'en haut. Il faut maintenant attendre un peu puis évaluer l'état des coutures. S'il y a des fissures, du kérosène s'infiltrera à travers elles et la craie s'assombrira à ces endroits.
Les défauts identifiés sont corrigés, puis le test est répété pour garantir l'intégrité de l'appareil. Vous devez maintenant le laver, puis commencer à poser le poêle à bois.L'échangeur de chaleur est solidement intégré à la chambre de combustion et des tuyaux sont connectés à son entrée et à sa sortie, qui sont ensuite utilisés pour connecter l'échangeur de chaleur au système de chauffage de la maison.
La pose du four s'effectue de la manière habituelle pour de telles structures. Ensuite, les tuyaux sont installés et radiateurs pour système de chauffage conformément au projet élaboré précédemment. Tout d'abord, des radiateurs sont installés à l'aide de supports qui amortiront le bruit du fonctionnement du chauffage à vapeur.
Des robinets Mayevsky sont installés sur chaque radiateur afin que l'air puisse être libéré. Vous aurez besoin d'un robinet d'arrêt de plus que de radiateurs, car vous devez installer un robinet d'arrêt commun au tout début du système. Un réducteur de pression et un groupe réducteur-refroidissement sont également installés devant ce robinet.
A la fin, si le projet le prévoit, un réservoir de stockage de liquide de refroidissement est installé et 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 systèmes avec chaudière à vapeur sont installés à peu près de la même manière : conformément à la conception et adaptés aux caractéristiques de l'équipement. Par exemple, un réducteur de pression et un refroidisseur ne seront probablement pas nécessaires puisque le système de contrôle de la pression et de la température de la vapeur est déjà intégré à la chaudière.
Quelques conseils utiles
Lors de l'installation d'un système de chauffage à vapeur, n'oubliez pas que tous ses éléments doivent résister à des températures élevées, supérieures à 100 degrés.Par exemple, un détendeur à membrane ordinaire ne fonctionnera pas comme réservoir de réserve en cas d'augmentation du volume du liquide de refroidissement, car son maximum est de 85 degrés.
La cheminée d'un poêle avec échangeur de chaleur intégré s'encrasse plus rapidement que celle d'un poêle classique. C'est pourquoi nettoyage de cheminée doit être planifié et exécuté plus souvent.
Si vous le souhaitez, un four avec échangeur de chaleur peut également être utilisé pour cuisiner, mais ce n'est pas très pratique. En été, lorsque le chauffage n'est pas nécessaire, ce poêle ne peut pas être allumé. Nous devrons chercher une alternative. C'est plus facile s'il y a une cuisinière séparée et pratique pour la cuisine de la maison.
Comment concevoir et assembler un système de chauffage à vapeur de vos propres mains est décrit en détail. Dans cet article, dont nous recommandons la lecture.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
L'expérience pratique de la transformation d'un poêle à bois en chaudière à vapeur est présentée dans cette vidéo :
La suite du processus d'installation du chauffage à vapeur peut être visualisée dans ce fichier :
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 à mettre en œuvre pour un système de chauffage autonome. Mais avec une conception et une installation appropriées, la vapeur peut être utilisée pour fournir à votre maison la quantité de chaleur nécessaire de manière efficace et relativement peu coûteuse.
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Il est clair qu'un tel chauffage est très efficace, mais en réalité il faut évaluer non pas tant ses avantages que ses inconvénients. Personnellement, je vois le principal inconvénient non seulement du coût d'installation du chauffage à vapeur, mais aussi du fait que des problèmes surviendront avec le contrôle de la température. À propos, de tels systèmes nécessitent des soins très précis. Je recommanderais de rester avec un chauffage à eau conventionnel.
Je n'ai pas vu de chauffage à vapeur en Finlande. Des amis y ont leur propre maison, mais ils ne l’utilisent pas en hiver. Ils versent de l'« antigel » dans le système de chauffage traditionnel, mais lorsqu'on s'attend à des gelées inférieures à -15 degrés, il est toujours complètement vidé du système. Dans ce cas, la vapeur poserait moins de problèmes, mais les coûts de rééquipement du système sont énormes et personne n'accepte de le faire. Il est préférable d'installer un tel système de chauffage initialement pendant la construction à la demande des clients.