Aquecimento a vapor em casa privada e casa de campo à base de fogão ou caldeira
O aquecimento doméstico eficiente é uma das tarefas mais importantes para cada proprietário.Uma solução interessante para este problema poderia ser um sistema de aquecimento a vapor, cujos princípios de funcionamento e design diferem dos circuitos de água habituais.
Esta não é a opção mais fácil e tem seus pontos fortes e fracos. Falaremos sobre as regras de projeto e organização, as características do sistema com refrigerante a vapor. Você aprenderá como instalar aquecimento a vapor em uma casa particular e como operá-lo corretamente.
O conteúdo do artigo:
Princípio de funcionamento do sistema de vapor
Quando a água ferve a pressão constante, ela mantém sua temperatura constante. O vapor formado como resultado dessa fervura possui uma quantidade significativa de energia térmica. No momento da condensação, ou seja, Quando o vapor se transforma em líquido, essa energia é liberada e transferida para o meio ambiente.
Este princípio é utilizado na operação de sistemas de aquecimento a vapor. A água ferve na caldeira, o vapor passa pelas tubulações até os radiadores, onde se condensa e se dissolve com o calor, aquecendo assim o ar do ambiente.
A água obtida durante o processo de condensação continua a circular pelas tubulações e retorna para um tanque de armazenamento especial, e depois flui para o aquecedor de forma natural ou forçada por meio de uma bomba.
Dependendo da pressão dentro do sistema de aquecimento a vapor, eles são divididos em:
- vapor a vácuo;
- pressão baixa;
- alta pressão.
No primeiro, a pressão é inferior a 0,1 MPa, no segundo - ainda menor - até 0,07 MPa, e no terceiro - superior a 0,07 MPa. Os sistemas abertos de baixa pressão têm acesso ao ar da atmosfera, mas também podem ser fechados, ou seja, completamente selado.
Tais sistemas geralmente utilizam o chamado vapor seco saturado, que não contém partículas de água em suspensão. A quantidade de vapor no sistema afeta o seu funcionamento. Se houver muito pouco vapor, criará problemas para o livre fluxo do condensado e o ar frio se acumulará na parte inferior do dispositivo de aquecimento.
Um volume suficiente de vapor melhora o processo de saída do condensado, que é empurrado em direção às paredes e escorre por elas na forma de uma fina película de água.
Em sistemas fechados, a água entra imediatamente no trocador de calor após a condensação, mas sistemas de circuito aberto são frequentemente usados, nos quais o refrigerante é primeiro coletado em um tanque de armazenamento e depois bombeado para a caldeira para aquecimento.
O condensado pode encher completamente ou apenas parcialmente os tubos através dos quais se move para aquecimento. A última opção é preferível, pois quando o sistema for desligado, os tubos nele contidos permanecerão secos.
Características de sistemas de baixa pressão
Uma versão comum de tal sistema é fechada, utilizando o retorno por gravidade do condensado para a caldeira, que não preenche completamente os tubos, e é utilizada uma distribuição de tubo superior.
Primeiro, o sistema é abastecido com água até o nível necessário, após o qual o aquecimento é iniciado. O condensado flui por um riser comum e, quando um nível pré-determinado é atingido, é forçado para dentro da caldeira.
No mesmo sistema com distribuição inferior, recomenda-se a instalação de tubos com ligeira inclinação no sentido do movimento do vapor para reduzir os efeitos do ruído. No ponto de drenagem do condensado, é instalado um selo d'água em forma de laço, que impede o movimento do vapor para a linha de condensação.
A velocidade do vapor em tais sistemas deve ser moderada, não superior a 0,14 m/s. Caso contrário, o vapor também irá capturar partículas de umidade acumuladas nas paredes. Como resultado, o sistema opera com mais ruído e aumenta o risco de golpe de aríete.
Fiação combinada, ou seja, uma combinação de fiação superior e inferior é usada se os tubos forem colocados sob o piso do andar superior ou intermediário da casa. O lúmen dos tubos pelos quais a água retorna à caldeira será neste caso fechado pela condensação.
Se a pressão no sistema exceder 0,02 MPa, ele deverá ser aberto. O ar é retirado através de um tanque de armazenamento de condensado e, para evitar que o vapor saia do sistema, é instalado um dreno de condensado ou selo d'água. A água do tanque de armazenamento é bombeada para o trocador de calor, o que permite que o tanque de armazenamento seja instalado abaixo do nível em que o trocador de calor está localizado.
Avaliando vantagens e desvantagens
Quais são os benefícios de um sistema de aquecimento a vapor? É relativamente fácil de fazer, mesmo com base em um fogão a lenha convencional. Isto é especialmente verdadeiro em áreas onde não há fornecimento centralizado de gás, mas a lenha ou outro combustível sólido é bastante acessível.
O vapor está significativamente à frente da água como refrigerante. Sua taxa de aquecimento é três vezes maior. Além disso, é improvável que um sistema de aquecimento a vapor falhe durante o frio do inverno devido à falta de aquecimento.
Se a fornalha queimar, a água do sistema se acumulará no tanque de armazenamento ou no trocador de calor e os tubos e radiadores permanecerão vazios. Com o aquecimento da água, sabe-se que o congelamento do refrigerante, que preenche todo o circuito, leva à ruptura do tubo.
Por fim, as dimensões dos radiadores de aquecimento a vapor devem ser significativamente menores do que as dos sistemas de água, uma vez que a quantidade de energia térmica resultante aumenta várias vezes. Isto reduzirá ligeiramente o custo de instalação de um sistema de aquecimento em casa.
Isto conclui a lista de vantagens do sistema de vapor, e podemos passar às suas desvantagens, que são bastante significativas:
- alto risco de queimaduras;
- aumento do nível de ruído durante a operação;
- dificuldades em ajustar o funcionamento do sistema;
- a necessidade de comprar tubos caros, etc.
As normas de segurança não recomendam o aquecimento a vapor para instalações residenciais, pois representa um alto risco à saúde e à vida das pessoas que moram na casa.
Assim, a temperatura de funcionamento dos radiadores será muito elevada e se você tocá-los poderá sofrer queimaduras graves. Portanto, todos os radiadores deverão ser cobertos com grades decorativas confiáveis.
Tubos de PVC comuns não são adequados para tal sistema, pois devem suportar altas pressões e temperaturas superiores a 100 graus. Os mesmos requisitos se aplicam a outros elementos do sistema. Os tubos de aquecimento a vapor devem ser de cobre ou aço galvanizado.
De qualquer forma, este momento não pode ser chamado de orçamentário. As questões de segurança devem receber a máxima atenção. Todos os trabalhos de instalação, por exemplo, soldagem de tubos de cobre, exigirão desempenho da mais alta qualidade. Se a ligação se romper e um jato de vapor escapar pelo buraco, um dos moradores da casa corre o risco de queimaduras graves.
Outra desvantagem do aquecimento a vapor é o aumento do nível de ruído. Para resolver este problema, você deve instalar os radiadores corretamente. Eles estão suspensos em suportes anti-ruído especiais. É preferível colocar a caldeira ou fogão numa divisão separada. Além disso, tubos de cobre podem ser colocados na espessura das paredes, o que também reduzirá o nível de ruído.
Por último, é um pouco difícil regular a temperatura de aquecimento em divisões com aquecimento a vapor. Você não pode instalar um termostato e simplesmente reduzir a quantidade de vapor. Será necessário reduzir a quantidade de combustível, o que nem sempre é fácil, ou ventilar o ambiente. Antes de iniciar os trabalhos de instalação de um sistema de aquecimento a vapor, todos estes pontos devem ser levados em consideração.
Projeto de um sistema de aquecimento a vapor
Mesmo para uma sala pequena, o melhor é fazer um projeto. Um sistema feito aleatoriamente provavelmente exigirá retrabalho em breve, e um diagrama desenhado em papel permitirá identificar imediatamente os pontos fracos e corrigi-los.
Por exemplo, para criar um sistema com circulação natural do refrigerante, o trocador de calor e, consequentemente, o dispositivo de aquecimento, devem estar localizados no ponto mais baixo da casa.
Isso significa que o fogão ou caldeira deve estar localizado abaixo de todos os radiadores, bem como das tubulações que não sejam verticais, mas sim horizontais ou em ângulo com a vertical.
Caso não seja possível colocar o aquecedor desta forma (a casa não tem cave, a cave é utilizada para outros fins, etc.), deve-se dar preferência ao aquecimento com circulação forçada.
Portanto em diagrama de aquecimento a vapor é necessário ligar a bomba que bombeará água para o trocador de calor. Um ponto importante no projeto de um sistema de aquecimento é a ordem em que os radiadores são conectados.Uma conexão sequencial ou o chamado sistema de tubo único envolve a conexão de todos os radiadores em ordem.
Como resultado, o refrigerante se moverá sequencialmente pelo sistema, esfriando gradualmente. Esta é uma opção de conexão econômica, mais fácil de instalar e mais barata.
Mas a uniformidade do aquecimento com este método será prejudicada, pois o primeiro radiador será o mais quente e o último refrigerante entrará no estado semi-resfriado.
Uma solução de tubo único só pode ser aceitável ao conectar o aquecimento a vapor em uma casa de campo ou em uma pequena casa com área inferior a 80 metros quadrados. M. E para uma casa espaçosa ou um prédio de dois andares, um sistema de dois tubos no qual os radiadores são conectados em paralelo é mais adequado.
O design de tubo único garante um fluxo simultâneo e não sequencial de líquido refrigerante em cada radiador, e os ambientes são aquecidos de maneira mais uniforme. Mas com um circuito de dois tubos, dois tubos deverão ser conectados a cada radiador: direto e de retorno.
Tal sistema é mais difícil de implementar e custará um pouco mais do que instalar um sistema de tubo único. No entanto, a grande maioria dos sistemas de aquecimento de água são feitos num esquema de dois tubos, apesar das dificuldades, e funcionam com bastante sucesso.
Se você planeja usar um fogão a lenha como fonte de calor, deve calcular e projetar imediatamente um trocador de calor especial. Parece uma bobina soldada com tubos de metal. Este elemento é incorporado diretamente na estrutura do forno e não é instalado separadamente.
Portanto, o projeto de um novo forno também deve ser considerado na fase de projeto. Também pode utilizar um recuperador existente, mas deverá desmontá-lo parcialmente para instalar o permutador de calor no seu interior.
Para obter 9 kW de calor, é necessário um trocador de calor com área superficial de cerca de um metro quadrado. Quanto maior a área aquecida, maior deve ser o tamanho do trocador de calor.
Se pretende aquecer o ambiente com caldeira, tudo é um pouco mais simples: é preciso comprar e instalar. Normalmente, para aquecimento a vapor de uma casa, recomenda-se utilizar um modelo de caldeira aquatubular, por ser o mais eficiente.
Embora os modelos de tubo de fumaça, combustão de fumaça ou tubo de fumaça combinado também possam ser uma opção completamente aceitável.
Às vezes eles usam aquecimento a vapor para organizar caldeira caseira, onde é queimado óleo de motor usado. Mas esta opção é considerada adequada para uso em despensas, por exemplo, em uma garagem. Para um edifício residencial, esta opção não é muito boa.
Instalação baseada em fogão a lenha
Se o projeto estiver elaborado, é hora de estocar os materiais e ferramentas necessários. Um projeto previamente elaborado permitirá calcular o número necessário de elementos do sistema.
Todas as voltas, conexões, tês, locais de instalação do radiador, etc. devem ser marcados nele. Além disso, é necessário adquirir braçadeiras para tubos, bem como suportes nos quais serão instalados os radiadores.
O comprimento dos tubos também é calculado de acordo com o diagrama. Para reduzir a pressão do vapor no sistema, se necessário, você precisará de uma válvula redutora de pressão. A vedação hidráulica é necessária para permitir que o sistema seja completamente drenado para limpeza, manutenção ou reparo.
Recomenda-se a instalação de uma válvula de corte na frente de cada radiador, o que permitirá seu desligamento para reparo, lavagem ou substituição. Também instalado em radiadores Guindastes Mayevskypara liberar qualquer ar preso no sistema. Embora o vapor seja uma substância gasosa e não líquida, a presença de ar no sistema pode afetar negativamente a sua eficiência.
Para garantir que o processo de condensação ocorra nos radiadores, e não no tanque de armazenamento ou riser, recomenda-se a instalação de um T com tampão na saída por onde passará apenas água. Se você planeja instalar um sistema com circulação forçada, precisará de uma bomba de circulação. Além disso, você precisa de um recipiente para coletar a umidade condensada.
Os sistemas de fluxo gravitacional não precisam de tais dispositivos. Mas o tubo que leva a água até o trocador de calor deve ser largo o suficiente para permitir que o líquido se mova rapidamente para aquecimento adicional.
Além das ferramentas usuais de instalação, você definitivamente precisará de uma máquina de solda para conexões de tubos de cobre. Estruturas de aço galvanizado geralmente possuem conexões roscadas que devem ser cuidadosamente vedadas. Se você planeja instalar aquecimento a vapor de um forno, terá que começar com a fabricação de um trocador de calor.
É feito de tubos de metal com espessura de 2,5-3 mm ou até um pouco mais grosso. O trocador de calor pode ser feito em forma de bobina ou em qualquer outro formato. O principal é que o aparelho caiba dentro fogão a lenha, e também que sua superfície seja grande o suficiente para aquecer a água e gerar vapor.
A qualidade da soldagem do trocador de calor deve ser, sem exageros, ideal. Mesmo cavidades microscópicas nas costuras são inaceitáveis, pois o dispositivo ficará exposto ao aumento da pressão do vapor quente. Assim que o trocador de calor estiver pronto para instalação, cada solda deverá ser verificada.
Para fazer isso, primeiro cubra todas as costuras com giz branco. Depois disso, um dos orifícios do trocador de calor é fechado e querosene é despejado no segundo até que o dispositivo esteja cheio até o topo. Agora é preciso esperar um pouco e depois avaliar o estado das costuras. Se houver rachaduras, o querosene vazará por elas e, nesses locais, o giz escurecerá.
As falhas identificadas são corrigidas e o teste é repetido para garantir a integridade do dispositivo. Agora você deve lavá-lo e depois começar a colocar o fogão a lenha.O trocador de calor é embutido com segurança na fornalha e tubos são conectados à sua entrada e saída, que são então usados para conectar o trocador de calor ao sistema de aquecimento da casa.
A colocação do forno é realizada da maneira usual para tais estruturas. Em seguida, os tubos são instalados e radiadores do sistema de aquecimento de acordo com o projeto elaborado anteriormente. Primeiramente são instalados os radiadores, por meio de suportes que amortecem o ruído do funcionamento do aquecimento a vapor.
As torneiras Mayevsky são instaladas em cada radiador para que o ar possa ser liberado. Você precisará de mais uma válvula de corte do que de radiadores, pois será necessário instalar uma válvula de corte comum logo no início do sistema. Uma válvula redutora de pressão e uma unidade redutora-resfriadora também são instaladas na frente desta torneira.
Ao final, se previsto em projeto, é instalado um tanque de armazenamento de líquido refrigerante e Bomba de circulação. Para sistemas projetados com circulação natural em vez de forçada, não são necessários tanque e bomba. Mas o tubo que leva ao trocador de calor precisa ter uma ligeira inclinação, cerca de 3 mm por metro.
Os sistemas com caldeira a vapor são instalados aproximadamente da mesma forma: de acordo com o projeto e ajustados às características do equipamento. Por exemplo, uma válvula redutora de pressão e um resfriador provavelmente não serão necessários, uma vez que o sistema de controle de pressão e temperatura do vapor já está embutido na caldeira.
Algumas dicas úteis
Ao instalar um sistema de aquecimento a vapor, deve-se lembrar que todos os seus elementos devem suportar altas temperaturas, superiores a 100 graus.Por exemplo, um expansor de membrana normal não funcionará como tanque de reserva em caso de aumento no volume do líquido refrigerante, pois seu máximo é de 85 graus.
A chaminé de um fogão com permutador de calor incorporado suja-se mais rapidamente do que a de um fogão convencional. É por isso limpeza de chaminé precisa ser planejado e executado com mais frequência.
Se desejar, um forno com trocador de calor também pode ser usado para cozinhar, mas isso não é muito conveniente. No verão, quando não é necessário aquecimento, este recuperador não pode ser aceso. Teremos que procurar uma alternativa. É mais fácil se a casa tiver um fogão separado e conveniente para a cozinha.
Como projetar e montar um sistema de aquecimento a vapor com suas próprias mãos é descrito em detalhes. Neste artigo, que recomendamos para leitura.
Conclusões e vídeo útil sobre o tema
A experiência prática na conversão de um fogão a lenha em caldeira de aquecimento a vapor é apresentada neste vídeo:
A continuação do processo de instalação do aquecimento a vapor pode ser visualizada neste arquivo:
A diferença entre circulação forçada e natural em sistemas de aquecimento é descrita em detalhes aqui:
O aquecimento a vapor não é a opção mais fácil de implementar para um sistema de aquecimento autônomo. Mas com projeto e instalação adequados, o vapor pode ser usado para fornecer à sua casa a quantidade necessária de calor de maneira eficaz e relativamente barata.
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É claro que tal aquecimento é muito eficaz, mas na realidade é necessário avaliar não tanto as suas vantagens como as suas desvantagens. Pessoalmente, vejo como principal desvantagem não só o custo de instalação do aquecimento a vapor, mas também o facto de surgirem problemas com o controlo da temperatura. A propósito, tais sistemas requerem cuidados muito precisos. Eu recomendaria ficar com aquecimento de água convencional.
Não vi aquecimento a vapor na Finlândia. Os amigos têm casa própria lá, mas não a usam no inverno. Eles colocam “anticongelante” no sistema de aquecimento tradicional, mas quando se espera geadas abaixo de -15 graus, ele ainda é completamente drenado do sistema. Neste caso, o vapor causaria menos problemas, mas os custos de reequipar o sistema são enormes e ninguém concorda em fazê-lo. É melhor instalar esse sistema de aquecimento inicialmente durante a construção, a pedido dos clientes.