Chauffage à vapeur dans une maison individuelle et une maison de campagne à base de poêle ou de chaudière
Le chauffage efficace du logement est l'une des tâches les plus importantes pour tout propriétaire. Un système de chauffage à vapeur, dont les principes de fonctionnement et la conception diffèrent des schémas hydrauliques habituels, peut être une option intéressante pour résoudre ce problème.
Ce n'est pas l'option la plus simple, elle a ses forces et ses faiblesses. Nous vous expliquerons les règles de conception et d'organisation, les particularités de fonctionnement d'un système avec un caloporteur à vapeur. Vous découvrirez comment installer un chauffage à vapeur dans une maison individuelle et comment l'exploiter correctement.
Contenu de l’article :
Principe de fonctionnement du système à vapeur
Lorsque l'eau bout à pression constante, elle maintient sa température constante. La vapeur produite par cette 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 dans les tuyaux vers les radiateurs, s'y condense et libère de la chaleur, chauffant ainsi l'air de la pièce.
L'eau obtenue par condensation continue de circuler dans les tuyaux et retourne dans un réservoir spécial, puis parvient au réchauffeur de manière naturelle ou forcée, à l'aide d'une pompe.
En fonction de la pression à l'intérieur du système de chauffage à vapeur, on les divise en :
- à vapeur sous vide ;
- basse pression ;
- à haute pression.
Dans les premières, la pression est inférieure à 0,1 MPa, dans les secondes – encore plus basse – jusqu'à 0,07 MPa, et dans les troisièmes – supérieure à 0,07 MPa. Les systèmes ouverts à basse pression ont accès à l'air atmosphérique, mais ils peuvent aussi être fermés, c'est-à-dire totalement étanches.
Dans de tels systèmes, on utilise généralement ce que l'on appelle de la vapeur saturée sèche, qui ne contient pas de particules d'eau en suspension. La quantité de vapeur dans le système affecte son fonctionnement. S'il y a trop peu de vapeur, cela créera des problèmes pour l'écoulement libre du condensat, et de l'air froid s'accumulera en bas de l'appareil de chauffage.
Un volume suffisant de vapeur améliore le processus d'écoulement du condensat, qui est repoussé vers les parois et s'écoule le long de celles-ci sous forme d'un mince film d'eau.
Dans les systèmes fermés, l'eau après condensation entre immédiatement dans l'échangeur de chaleur, mais on utilise souvent des systèmes ouverts dans lesquels le caloporteur est d'abord collecté dans un réservoir de stockage, puis pompé vers la chaudière pour être chauffé.
Le condensat peut remplir complètement les tuyaux dans lesquels il se déplace pour le chauffage, ou seulement partiellement. Cette dernière option est préférable, car en cas d'arrêt du système, les tuyaux resteront secs.
Caractéristiques des systèmes basse pression
Une variante courante d'un tel système – fermé, avec un retour par gravité du condensat vers la chaudière, qui ne remplit pas complètement les tuyaux, avec une distribution des tuyaux par le haut.
D'abord, on remplit le système d'eau jusqu'au niveau nécessaire, puis le chauffage commence. Le condensat s'écoule par la colonne montante commune et, lorsqu'il atteint le niveau défini, il est refoulé vers la chaudière.
Dans un tel système avec distribution inférieure, il est recommandé d'installer les tuyaux avec une légère pente dans la direction du déplacement de la vapeur afin de réduire les effets sonores. Au point d'évacuation du condensat, on installe un siphon en forme de boucle empêchant la vapeur de se déplacer vers la conduite de condensation.
La vitesse de la vapeur dans ces systèmes doit être modérée, ne dépassant pas 0,14 m/s. Sinon, la vapeur entraînera également des particules d'humidité accumulées sur les parois. En conséquence, le système fonctionne avec un bruit important, augmentant le risque de coups de bélier.
La distribution combinée, c'est-à-dire la combinaison de la distribution supérieure et inférieure, est utilisée lorsque les tuyaux sont posés sous le plancher de l'étage supérieur ou intermédiaire de la maison. Dans ce cas, la lumière des tuyaux par lesquels l'eau retourne à la chaudière sera fermée par le condensat.
Si la pression dans le système dépasse 0,02 MPa, il convient de le rendre ouvert. L'air est évacué par un accumulateur de condensat, et pour éviter que la vapeur ne quitte le système, on installe un purgeur de vapeur ou un siphon. L'eau de l'accumulateur est pompée vers l'échangeur de chaleur, ce qui permet de placer l'accumulateur en dessous du niveau de l'échangeur.
Évaluation des avantages et des inconvénients
Qu'est-ce qui rend le système de chauffage à vapeur bon ? Il est relativement simple à réaliser, même à partir d'un poêle à bois ordinaire. Cela est particulièrement pertinent dans les zones où l'approvisionnement en gaz centralisé est absent, mais où le bois ou d'autres combustibles solides sont facilement disponibles.
La vapeur en tant que caloporteur devance largement l'eau. La vitesse de chauffage des pièces est trois fois plus élevée. De plus, le système de chauffage à vapeur peut difficilement tomber en panne pendant les froids hivernaux en raison de l'absence de chauffage.
Si le foyer s'éteint, l'eau du système se rassemble dans l'accumulateur ou dans l'échangeur de chaleur, et les tuyaux et radiateurs restent vides. Avec le chauffage à eau, le gel du caloporteur qui remplit tout le circuit, comme on le sait, entraîne la rupture des tuyaux.
Enfin, les dimensions des radiateurs de chauffage à vapeur doivent être nettement inférieures à celles des systèmes à eau, car la quantité d'énergie thermique obtenue augmente plusieurs fois. Cela réduira légèrement les coûts d'installation du système de chauffage de la maison.
Sur ce, la liste des avantages du système à vapeur s'achève, et l'on peut passer à ses inconvénients, qui sont assez significatifs :
- danger élevé de brûlures ;
- niveau sonore élevé en fonctionnement ;
- difficultés de réglage du fonctionnement du système ;
- nécessité d'acheter des tuyaux coûteux, etc.
Le chauffage à la vapeur n'est pas recommandé pour les pièces d'habitation selon les normes de sécurité, car il présente un danger élevé pour la santé et la vie des personnes qui y vivent.
Ainsi, la température de fonctionnement des radiateurs sera très élevée ; un contact peut provoquer de graves brûlures. Il faudra donc recouvrir tous les radiateurs de grilles décoratives solides.
Les tuyaux en PVC ordinaires ne conviennent pas pour un tel système, car ils doivent résister à une pression élevée et à une température supérieure à 100 degrés. Ces mêmes exigences s'appliquent aux autres éléments du système. Les tuyaux de chauffage à la vapeur doivent être en cuivre ou en acier galvanisé.
En tout état de cause, cet aspect n'est pas économique. Une attention toute particulière doit être accordée aux questions de sécurité. Tous les travaux d'installation, par exemple le soudage des tuyaux en cuivre, nécessiteront une exécution de la plus haute qualité. Si un raccordement cède et qu'un jet de vapeur s'échappe par l'ouverture, l'un des occupants de la maison risque de subir de graves brûlures.
Un autre inconvénient du chauffage à la vapeur – un niveau sonore élevé. Pour résoudre ce problème, il convient de réaliser correctement l'installation des radiateurs. Ils sont suspendus à des supports anti-bruit spéciaux. Il est préférable de placer la chaudière ou le poêle dans une pièce séparée. De plus, les tuyaux en cuivre peuvent être placés dans l'épaisseur des murs, ce qui réduira également le niveau sonore.
Enfin, réguler la température de chauffage dans les pièces avec un chauffage à la vapeur est un peu difficile. 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 simple, ou aérer les pièces. Avant de commencer les travaux d'installation d'un système de chauffage à la vapeur, vous devez prendre en compte tous ces aspects.
Conception d'un système de chauffage à vapeur
Même pour une petite pièce, il est préférable d'élaborer un plan. Un système fait « au petit bonheur la chance » nécessitera très probablement des modifications, tandis qu'un schéma sur papier permettra d'identifier immédiatement les points faibles et de les corriger.
Par exemple, pour créer un système à circulation naturelle du fluide caloporteur, l'échangeur de chaleur, et par conséquent l'appareil de chauffage, doit être placé au point le plus bas de la maison.
Cela signifie que le poêle ou la chaudière doivent être situés en dessous de tous les radiateurs, ainsi que des 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 convient de privilégier un chauffage à circulation forcée.
Par conséquent, dans le schéma de chauffage à vapeur, il est nécessaire d'inclure une pompe qui refoule l'eau dans l'échangeur de chaleur. Un point important dans la conception du système de chauffage – est l'ordre de raccordement des radiateurs. Le raccordement en série, ou ce que l'on appelle le système monotube, implique la connexion de tous les radiateurs dans l'ordre.
En conséquence, le caloporteur se déplace séquentiellement dans le système, en refroidissant progressivement. C'est une option de raccordement 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, tandis que le dernier recevra le caloporteur déjà à moitié refroidi.
La solution monotube peut être acceptable uniquement pour le raccordement d'un chauffage à vapeur dans une maison de campagne ou une petite maison, sur une superficie inférieure à 80 m². Pour un cottage spacieux ou un bâtiment à deux étages, un système bitube, où les radiateurs sont raccordés en parallèle, est plus adapté.
Le schéma monotube assure un apport simultané, et non séquentiel, du caloporteur à chaque radiateur, et le chauffage des pièces est plus uniforme. Mais avec un circuit bitube, vous devrez amener deux tuyaux à chaque radiateur : l'aller et le retour.
Ce système est plus complexe à réaliser et coûte un peu plus cher que l'installation d'un système monotube. Cependant, la grande majorité des systèmes de chauffage à eau sont réalisés selon un schéma bitube, malgré les difficultés, et fonctionnent parfaitement.
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 se présente comme un serpentin soudé à partir de tubes métalliques. Cet élément s'intègre directement dans la structure du poêle, et n'est pas installé séparément.
Par conséquent, il faut également concevoir le projet du nouveau poêle dès la phase de conception. Vous pouvez également utiliser un poêle existant, mais vous devrez le démonter partiellement pour y intégrer l'échangeur de chaleur.
Pour obtenir 9 kW de chaleur, un échangeur de chaleur avec une surface d'environ un mètre carré est nécessaire. Plus la surface chauffée est grande, plus les dimensions de l'échangeur de chaleur doivent être grandes.
Si vous envisagez de chauffer la pièce à l'aide d'une chaudière, c'est un peu plus simple : il faut l'acheter et l'installer. Généralement, pour le chauffage à vapeur dans une maison, il est recommandé de choisir un modèle de chaudière à tubes d'eau, car il est le plus efficace.
Cependant, les modèles à tubes de feu, à tubes de fumée ou combinés tubes de fumée et tubes de feu peuvent également constituer une option tout à fait acceptable.
Parfois, pour organiser le chauffage à vapeur, on utilise une chaudière artisanale, dans laquelle on brûle de l'huile moteur usagée. Mais cette option est considérée comme adaptée pour les pièces auxiliaires, par exemple, un garage. Pour une maison d'habitation, cette option n'est pas très bonne.
Installation à partir d'un poêle à bois
Une fois le projet établi, il est temps de se procurer les matériaux et outils nécessaires. Le projet précédemment élaboré permettra de calculer la quantité requise d'éléments du système.
Il doit indiquer tous les coudes, raccords, tés, emplacements des radiateurs, etc. En outre, vous devez acheter des colliers pour tuyaux 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 vapeur dans le système si nécessaire, un détendeur sera nécessaire. Un siphon hydraulique est nécessaire pour permettre l'assèchement complet du système pour le nettoyage, la maintenance ou la réparation.
Il est recommandé d'installer un robinet d'arrêt devant chaque radiateur, ce qui permettra de le couper pour réparation, nettoyage ou remplacement. On installe également sur les radiateurs des purgeurs Maïevski pour évacuer l'air présent dans le système. Bien que la vapeur soit une substance gazeuse et non liquide, la présence d'air dans le système peut affecter négativement son efficacité.
Pour que le processus de condensation se produise précisément dans les radiateurs, et non dans le réservoir ou dans la colonne montante, il est recommandé d'installer à la sortie un té avec bouchon, par lequel seule l'eau passera. Si l'installation d'un système à circulation forcée est prévue, une pompe de circulation sera nécessaire. De plus, un réservoir est nécessaire pour recueillir l'humidité condensée.
Les systèmes par gravité n'ont pas besoin de tels dispositifs. Mais le tuyau par lequel l'eau est dirigée vers l'échangeur de chaleur doit être suffisamment large pour assurer un déplacement rapide du liquide en vue d'un chauffage ultérieur.
En plus de l'outillage de montage habituel, un poste à souder sera nécessaire pour le raccordement des tubes en cuivre. Les structures en acier galvanisé ont généralement des raccords filetés qu'il faut soigneusement étanchéifier. Si l'installation du chauffage à vapeur à partir d'un poêle est prévue, il faudra commencer par fabriquer l'échangeur de chaleur.
On le soude à partir de tubes métalliques d'une épaisseur de 2,5-3 mm ou même un peu plus épais. L'échangeur de chaleur peut être réalisé sous forme de serpentin ou sous toute autre forme. L'essentiel est que l'appareil puisse tenir à l'intérieur du poêle à bois, et que sa surface soit suffisamment grande pour chauffer l'eau et produire de la vapeur.
La qualité de la soudure de l'échangeur de chaleur doit être, sans exagération, parfaite. Même des cavités microscopiques dans les joints sont inacceptables, car l'appareil sera soumis à une pression élevée de la vapeur chaude. Une fois l'échangeur de chaleur prêt à être installé, chaque joint de soudure doit être vérifié.
Pour ce faire, on enduit d'abord tous les joints de craie blanche. Ensuite, on ferme l'une des ouvertures de l'échangeur de chaleur et on verse du kérosène dans la seconde jusqu'à ce que l'appareil soit rempli jusqu'en haut. Il faut maintenant attendre un peu, puis évaluer l'état des joints. S'il y a des fissures, le kérosène s'infiltrera à travers elles, et la craie s'assombrira à ces endroits.
Les défauts détectés sont corrigés, puis le contrôle est effectué à nouveau pour vérifier l'intégrité de l'appareil. Il faut maintenant le laver, puis commencer la construction du poêle à bois. L'échangeur de chaleur est solidement intégré dans le foyer, et des tuyaux sont raccordés à son entrée et à sa sortie, qui seront ensuite utilisés pour relier l'échangeur de chaleur au système de chauffage de la maison.
La maçonnerie du four s'achève selon l'ordre habituel pour ce type de construction. Ensuite, le montage des tuyaux et des radiateurs du système de chauffage est effectué conformément au projet établi précédemment. On installe d'abord les radiateurs en utilisant des supports qui atténueront le bruit du chauffage à vapeur.
Des robinets de purge (de Mayevski) sont installés sur chaque radiateur pour permettre l'évacuation de l'air. Il faudra un robinet d'arrêt de plus que le nombre de radiateurs, car on doit installer un robinet d'arrêt général au tout début du système. Avant ce robinet, on place également un détendeur et un refroidisseur-détendeur.
À la fin, si cela est prévu par le projet, on installe un accumulateur pour le fluide caloporteur et une pompe de circulation. Pour les systèmes à circulation naturelle, et non forcée, le réservoir et la pompe ne sont pas nécessaires. Mais il faut donner une légère pente au tuyau qui mène à l'échangeur de chaleur, d'environ 3 mm par mètre.
Les systèmes avec chaudière à vapeur se montent à peu près de la même manière : conformément au projet et en tenant compte des spécificités de l'équipement. Par exemple, le détendeur et le refroidisseur ne seront probablement pas nécessaires, car le système de contrôle de la pression et de la température de la vapeur est déjà intégré dans la chaudière.
Quelques conseils utiles
Lors du montage du système de chauffage à vapeur, il faut se rappeler que tous ses éléments doivent supporter une température élevée, supérieure à 100 degrés. Par exemple, un vase d'expansion à membrane ordinaire ne convient pas comme réservoir de réserve en cas d'augmentation du volume du fluide caloporteur, car sa température maximale – est de 85 degrés.
La cheminée du poêle dans lequel est intégré l'échangeur de chaleur se salira plus vite que celle d'un poêle ordinaire. Par conséquent, le nettoyage de la cheminée doit être planifié et effectué plus souvent.
Un four avec échangeur de chaleur peut également être utilisé pour la cuisson des aliments si on le souhaite, mais ce n'est pas très pratique. En été, lorsque le chauffage n'est pas nécessaire, on ne peut pas allumer ce four. Il faudra chercher une alternative. Il est plus simple qu'une cuisinière séparée et pratique soit installée dans la cuisine de la maison.
Comment concevoir et assembler soi-même un système de chauffage à vapeur est décrit en détail dans cet article, que nous vous recommandons de lire.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
L'expérience pratique de la transformation d'un poêle à bois en chaudière de chauffage à vapeur est présentée dans cette vidéo :
La suite du processus de montage du chauffage à vapeur peut être consultée dans ce fichier :
La différence entre la circulation forcée et naturelle dans les systèmes de chauffage est expliquée en détail ici :
Le chauffage à vapeur – n'est pas l'option la plus simple à mettre en œuvre d'un système de chauffage autonome. Mais avec une conception et une installation correctes, la vapeur peut 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 considère que le principal inconvénient n'est pas seulement le coût d'installation du chauffage à vapeur, mais aussi le fait que des problèmes de régulation de température surviendront. D'ailleurs, l'entretien de tels systèmes doit être très rigoureux. Je vous recommanderais de rester sur un chauffage à eau classique –.
En Finlande, je n'ai pas vu de chauffage à vapeur. Des connaissances y ont leur propre maison, ils ne l'utilisent pas en hiver. Ils remplissent le système de chauffage traditionnel avec un “antigel”, mais lorsqu'ils prévoient des températures inférieures à -15 degrés, ils le vident complètement du système. Dans ce cas, la vapeur causerait moins de tracas, mais les coûts de conversion du système sont énormes, personne ne s'y engage. Il est préférable de prévoir un tel système de chauffage dès la construction, selon la demande des clients.