Теплоносители (жидкости охлаждающие для теплообменных систем) – это рабочие среды, которые в процессе теплообмена либо отводят избыточное тепло, либо применяются для нагрева в технологиях различных производств, а также для обогрева жилых, офисных и производственных зданий и сооружений.
Для повышения эффективности процесса теплообмена в системах отопления в качестве рабочих сред применяют разные виды жидкостей-теплоносителей. Первоначально применялась простая вода или в отдельных случаях — водяной пар. В последующем такие технологии утратили развитие, так как стали неэффективными и дорогими. Теплообменное оборудование довольно быстро ржавеет, воду приходится постоянно менять, при этом остывание происходит слишком быстро.
С целью повышения эффективности работы теплообменного оборудования и улучшения эксплуатации систем теплообмена были разработаны новые виды всесезонных низкозамерзающих (составов) теплоносителей с большими сроками эксплуатации в системах отопления.
На современном этапе развития промышленного производства наибольшее распространение в качестве рабочих сред для систем теплообмена получили водные растворы гликолей (этиленгликоля, пропиленгликоля) или глицерина, содержащие пакеты присадок, улучшающих их эксплуатационные характеристики. На сегодня это наиболее эффективные рабочие среды, используемые в процессах теплообмена.
Существуют множество видов теплоносителей, физико-химические характеристики которых незначительно отличаются между собой, что дает возможность выбирать наиболее подходящий к применению с учетом условий его дальнейшего использования.
Из этого множества видов востребованных теплоносителей условно можно выделить следующие наиболее распространённые группы:
- вода (водно-солевые растворы);
- этиленгликоль, пропиленгликоль (водно-гликолевые растворы);
- смеси.
Каждый из теплоносителей этих групп обладает своими характерными преимуществами и недостатками.
Характеристики воды как проводника тепла
Многие системы отопления в качестве рабочей среды заполняются водой – наиболее доступным и универсальным теплоносителем. Она находится в свободном доступе, ее запасы в природе регулярно возобновляются. До 70% отопительных систем наполнены природной жидкостью.
Популярность воды обусловлена не только ее доступностью, но и экологической безопасностью. Также среди ее положительных особенностей – высокая плотность и удельная теплоемкость. Важная эксплуатационная характеристика – низкая химическая активность, хороший коэффициент передачи тепла, минимальная вязкость. Вода соответствует всем этим требованиям. При необходимости температуру ее нагрева можно регулировать.
Среди характеристик у природной жидкости существуют и недостатки. К ним относится:
- низкий верхний предел нагрева (температурный максимум в отопительной системе до 150 °C);
- замерзает при 0 °C, переходя в кристаллическую форму со значительным увеличением объёма, что приводит к разрушению оборудования и трубопроводов систем отопления;
- возможность возникновения коррозионных процессов с образованием оксидов металлов (ржавчины) и разрушением поверхностей оборудования;
- образование накипи на поверхностях трубопроводов при нагревании до 80 °C.
Если вода замерзнет в трубах зимой, вся отопительная система может прийти в негодность. Часто на металлических трубах и фитингах появляется ржавчина, отложения. Чтобы минимизировать риск их появления, используется дистиллированная вода или в техническую воду добавляют специальные присадки и щёлочи.
Отопительные приборы, где функцию теплоносителей выполняет вода, нуждаются в регулярном обслуживании – промывке теплообменных аппаратов и трубопроводов, проведении периодического ремонта котла, корректировке удельного сопротивления в отопительный сезон.
Характеристика основных теплоносителей систем отопления
Теплоносителем для отопления может быть любая жидкая или газообразная среда, обладающая способностью аккумулировать тепло и изменять свои основные теплотехнические показатели, а также достаточно подвижная и дешевая. Вместе с тем теплоноситель должен способствовать выполнению требований, предъявляемых к отопительной установке
Для отопления зданий и сооружений в настоящее время используют:
· воду, водяной пар,
· атмосферный воздух,
· дымовые газы.
· Органические теплоносители, температура кипения которых при атмосферном давлении превышает 250° С (полифенилы и др.), чаще применяются в специальных высокотемпературных установках.
Дадим сравнительную характеристику этим теплоносителям, которая отражает требования, предъявляемые к отопительной установке, а также свойства самих теплоносителей.
Дымовые газы:
Газы, образующиеся при сгорании твердого, жидкого или газообразного топлива, имеют сравнительно (высокую температуру и применимы для отопления в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями удается ограничить температуру теплоотдающей поверхности приборов. Из-за высокой температуры продуктов сгорания топлива возрастают бесполезные потери тепла при транспортировании.
Выпуск продуктов сгорания топлива в отапливаемые помещения ухудшает состояние их воздушной среды и в большинстве случаев недопустим, поэтому каналы для дымовых газов должны отличаться высокой герметичностью и плотностью, а для удаления газов наружу необходимы дымоходы, которые конструктивно усложняют систему отопления и требуют нарушения целостности стен или покрытия здания.
Область использования продуктов сгорания как теплоносителя ограничена системами местного отопления с такими отопительными установками, как отопительные печи, газовые калориферы и т. п.
Наибольшее распространение в качестве теплоносителей в системах отопления имеют вода, пар и воздух.
Сопоставим эти теплоносители как по физическим свойствам, так и по технико-экономическим, санитарно-гигиеническим и эксплуатационным показателям, важным для выбора системы отопления.
Прежде всего перечислим физические свойства каждого из теплоносителей
, отражающиеся на конструкции и действии системы отопления.
Свойства воды:
большие теплоемкость (4,187 кДж/(кг С) и плотность (1000 кг/м3 при 4 С), несжимаемость, расширение при нагревании с уменьшением плотности, повышение температуры кипения при увеличении давления, уменьшение абсорбции воздуха при нагревании и снижении давления.
Свойства пара:
высокая подвижность, малая плотность, повышение температуры и плотности при увеличении давления, большое теплосодержание за счет тепла фазового превращения.
Свойства воздуха:
малая теплоемкость и плотность, легкая подвижность, уменьшение плотности при нагревании.
Существенным технико-экономическим показателем является масса металла, расходуемого при том или ином теплоносителе на изготовление теплообменника, отопительных приборов и теплопроводов, влияющая на стоимость устройства и эксплуатации системы отопления.
При теплоносителе воздух площадь нагревательной поверхности калорифера уменьшается по сравнению с площадью отопительных приборов при двух других теплоносителях. При теплоносителе пар площадь (и масса) отопительных приборов меньше, чем при теплоносителе воде, что объясняется более высокой температурой паровых приборов.
Если при паре температура теплоносителя в приборе равна температуре насыщенного пара (например, 150 °С), то при воде эта температура может быть равна полусумме температуры воды, входящей и выходящей из прибора [например, (150+70)0,5 = 110 °С]. В этом примере соотношение площадей нагревательной поверхности паровых и водяных приборов приблизительно равняется (110 — 20): (150 — 20) = 9 :13 (20 °С — температура воздуха в помещении).
Расход металла на теплопроводывозрастает с увеличением площади их поперечного сечения.
Определим соотношение площадей поперечного сечения теплопроводов, по которым транспортируются вода, пар и воздух в объемах, необходимых для передачи помещению одинакового количества тепла. Примем, что для отопления используется вода, температура которой снижается от 150 до 70 °С, пар, имеющий избыточное давление 0,37 МПа или 3,8 кгс/см2, и воздух, охлаждающийся от предельно допустимой нормами температуры 70 °С до температуры помещения 15 °С.
Аналогичные расчеты при использовании для отопления низкотемпературной воды (95 °С) и пара низкого избыточного давления 0,02 МПа (0,2 кгс/см2) выявляют подобную закономерность — для воздуха необходима площадь поперечного сечения теплопровода приблизительно в 100 раз большая, чем для воды или пара
. Это связано со способностью воды аккумулировать значительное количество тепла в единице объема, свойством пара перемещаться с высокой скоростью и малой теплоаккумуляционной способностью воздуха.
Таким образом, по площади поперечного сечения теплопроводов воздух является наименее выгодным теплоносителем. При значительной длине воздуховодов, когда из-за малой теплоемкости и увеличенной теплоотдающей поверхности воздух заметно охлаждается в пути, применять его в качестве теплоносителя нецелесообразно. Поэтому для теплоснабжения используется не воздух, а вода или пар. Напомним, что в СССР наибольшее распространение получила водяная теплофикация на базе строительства теплоэлектроцентралей (ТЭЦ).
Сравним также теплоносители воду, пар и воздух по санитарно-гигиеническим показателям и в первую очередь по температурным условиям, создающимся в помещении при использовании того или иного теплоносителя. Воздух, как малотеплоемкий теплоноситель, полностью отвечает требованию постоянно поддерживать в помещении определенную температуру независимо от колебания температуры наружного воздуха. Температура воды, как и теплоносителя воздуха, также может изменяться в широких пределах, однако из-за тепловой инерции отопительных приборов с водой возможно некоторое изменение температуры помещения даже при автоматическом регулировании теплопередачи приборов.
Планомерное изменение температуры теплоносителей воздуха и воды в зависимости от температуры наружного воздуха (с которой связаны теплопотери помещений), называемое качественным регулированием, практически невозможно при теплоносителе паре. Температура насыщенного пара определяется, как известно, его давлением. При значительном изменении давления пара в системе отопления не происходит заметного изменения его температуры, а следовательно, теплопередачи отопительных приборов. Например, при снижении избыточного давления с 0,05 до 0,005 МПа, т. е. в 10 раз, температура пара понижается с 110,8 до 100,4 °С, т. е. только на 10%. Для уменьшения теплопередачи приборов приходится периодически их выключать, что вызывает колебание температуры помещений, противоречащее гигиеническому требованию.
Другое санитарно-гигиеническое требование ограничивать температуру поверхности отопительных приборов обусловлено явлением разложения и сухой возгонки органической пыли, сопровождающимся выделением вредных веществ, в частности окиси углерода. Разложение пыли начинается при температуре 65—70° и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80 °С.
При использовании воды температура поверхности отопительных приборов постоянно ниже, чем при применении пара с одинаковой начальной температурой. Это, как уже известно, связано с понижением температуры воды в приборах при теплопередаче, а также в системе в целом — при повышении температуры наружного воздуха. Следовательно, применение воды позволяет поддерживать среднюю температуру поверхности приборов почти весь отопительный сезон на уровне не выше 80 °С. При теплоносителе паре температура поверхности большинства отопительных приборов превышает гигиенический предел.
В центральных системах воздушного отопления возможна очистка нагреваемого воздуха от пыли, и такие системы будут гигиеничными. В местных системах разложение пыли на поверхности теплообменника зависит от вида первичного теплоносителя: оно неизбежно при паре и связано с температурой воды.
Эксплуатационные показатели трех сопоставляемых теплоносителей частично уже рассмотрены при их технико-экономической и санитарно-гигиенической оценке. Можно еще отметить различие в их плотности. Плотность воды существенно отличается от плотности пара (в 400—1500 раз) и воздуха (в 900 раз), что вызывает значительное гидростатическое давление в отопительных приборах систем водяного отопления многоэтажных зданий и ограничивает высоту систем.
Воздух и вода могут перемещаться в теплопроводах бесшумно (до определенной скорости движения). Частичная конденсация пара из-за попутной потери тепла паропроводами (появление, как говорят, попутного конденсата) вызывает шум (пощелкивание, стук и удары) при движении пара.
Подытожим сравнительные достоинства и недостатки теплоносителей — воды, водяного пара и атмосферного воздуха.
Достоинства воды как теплоносителя:
При использовании воды, как теплоемкого теплоносителя, изменяющего в широких пределах температуру,
· сокращается площадь поперечного сечения труб,
· ограничивается температура поверхности отопительных приборов,
· обеспечивается равномерность температуры помещений,
· уменьшаются бесполезные потери тепла,
· обеспечиваются бесшумность действия и сравнительная долговечность систем отопления.
Недостатки:
· применения воды относятся значительные гидростатическое давление
· расход металла в системах;
· тепловая инерция воды в отопительных приборах, что снижает качество регулирования их теплопередачи.
Достоинства пара как теплоносителя:
При использовании пара
· сокращаются площади поверхности отопительных приборов и поперечного сечения конденсатопроводов.
· Пар — легкоподвижный теплоноситель,
· Пар быстро прогревает помещения, обладает малой тепловой инерцией и незначительным гидростатическим давлением.
Недостатки:
· пар не способствует требуемому регулированию температуры теплоносителя,
· повышает температуру поверхности приборов до 100 °С и более,
· вызывает ускоренную коррозию труб.
· При применении пара увеличиваются эксплуатационные затраты на отопление, создаются затруднения при его использовании,
· перегреваются помещения,
· возникает шум при действии,
· увеличиваются бесполезные потери тепла и расход топлива.
Достоинства воздуха как теплоносителя:
· Воздух — малотеплоемкий, легкоподвижный, хорошо регулируемый (по температуре и количеству) теплоноситель, обеспечивающий быстрое изменение или равномерность температуры помещений, безопасный в пожарном отношении.
· При использовании воздуха возможно устранение отопительных приборов из помещений и осуществление вентиляции помещений.
Недостатки:
· существенное увеличение площади поперечного сечения и массы воздуховодов,
· возрастание бесполезных потерь тепла,
· расхода теплоизоляционного материала и топлива,
· заметное понижение его температуры по длине воздуховодов.
Антифризы для систем отопления:
Минусы: По сравнению с водой:
1. Стоимость незамерзайки вполне высокая, особенно незамерзаек импортных (добавлено позднее). 2. высокая вязкость (в 2-3-4 раза выше), что требует более мощных циркуляционных насосов, раза в полтора,
3. Низкая теплопроводность, что влечет увеличение мощности радиаторов на 30-40%, в зависимости от характеристик антифриза возможно и на 50%, увеличение расхода энергии (газ, электричество, соляра) для нагрева отопительной системы, что увеличивает счета на их оплату, увеличение мощности котла — тоже дополнительные траты (добавлено позднее),
4. Низкая теплоемкость (система остывает намного быстрее).
5. Объемное расширение выше процентов на 50, что требует установки расширительного бака большего объема.
6. Повышенная текучесть (проницаемость). К соединениям предъявляются намного бОльшие требования, все соединения должны быть доступны к обслуживанию.
7. Этиленгликолевые соединения при определенном нагреве разлагаются на еще более активные составляющие.
8. Этиленгликоль яд. Для потери зрения достаточно что-то в районе 30 грамм, 100 или 150 грамм — смерть. Пары этиленгликоля также ядовиты. Незамерзайки на других основах позиционируются как неядовитые, однако при попадании на кожу рекомендуется смыть большим количеством воды, при попадании на слизистые или вовнутрь срочно обратиться к врачу.
9. Основная масса производителей котельного оборудования напрямую не разрешает применение незамерзаек.
Плюс:
Минимальная вероятность разморозки труб системы отопления
Виды антифриза:
Антифризы на основе этиленгликоля получили широкое распространение, как за рубежом, так и у нас и считаются наиболее оптимальным теплоносителем. Зачастую, под понятием “антифриз” понимают жидкость, состоящую из этиленгликоля и воды. Конечно, при правильном соотношении этих составляющих, раствор будет обеспечивать определенную температуру замерзания. Однако, в таком виде ее нельзя использовать в системах отопления, так как она является коррозийно-агрессивной жидкостью и в нее обязательно нужно вводить ингибиторы коррозии, антивспенивающие, антинакипные и другие присадки. Не стоит использовать в качестве теплоносителя, известный всем автовладельцам “Тосол”. Он не рассчитан на работу в системах отопления, особенно, если имеется сочетание алюминиевых радиаторов с трубами из черных металлов. Да и самый качественный тосол, не рассчитан на столь длительный нагрев.
· Для индивидуальных систем отопления чаще всего используют такие низкозамерзающие жидкости, как “Аргус — Хатдип”, “Хот — Блад”, “Диксис”, “Нордикс”, “Теплый дом”. “Аргус — Хатдип” не очень хорошо зарекомендовал себя в качестве теплоносителя – на него было много нареканий. Самый большой его минус, — он “сгорал” в системе. Связано это с тем, что в нем практически отсутствуют присадки обеспечивающие стабильность теплоносителя. К тому же он имеет низкие антикоррозийные свойства. “Хот — Блад”, “Тэкс” – наиболее доступные и качественные жидкости. Неплохие отзывы и о “Хот Блад Эко”. В нем вместо этиленгликоля используется нетоксичный пропиленгликоль.
А теперь поговорим о правилах использования бытового антифриза.
Бытовой антифриз можно использовать в отопительных системах практически с любыми видами отопительных котлов: твёрдотопливными, газовыми, жидкотопливными. Исключение составляют электрические системы, в которых нагрев теплоносителя происходит за счет пропускания через него электрического тока. В большинстве случаев, основу бытового антифриза составляет моноэтиленгликоль, в который добавлены специальные присадки для придания теплоносителю антивспенивающих и антикоррозионных свойств, а так же специальные добавки для смягчения воды, которую используют для разбавления антифриза. Обычно антифриз имеет розово – красный цвет.
Температура замерзания бытового антифриза составляет порядка — 65 градусов. Что бы получить жидкость с нужной температурой замерзания, антифриз разбавляют водой.
Сильное (более 50%) разбавление водой приведет к ухудшению антикоррозийных свойств теплоносителя и возможному выпадению в виде осадков, солей растворенных в воде. Оптимальной температурой замерзания считается — 30⁰С. Следует знать, что при замерзании антифриза, сначала образуется “шуга”, состоящая из жидкости и кристалликов льда, а полное затвердевание происходит при понижении температуры еще градусов на 5 – 6. Так что всегда имеется своеобразный запас. При разбавлении антифриза, желательно использовать воду до 7 единиц жёсткости. Обычно, жесткость водопроводной воды лежит в пределах 2 – 6 единиц. Использование более жесткой воды, с повышенным содержанием солей, может привести к образованию осадка. Перед смешиванием, желательно испробовать воду на небольшом количестве антифриза в прозрачной емкости и убедиться в отсутствии осадка. Прежде чем заливать антифриз в систему, следует провести испытания на воде и убедиться в отсутствии протечек. Коэффициент поверхностного натяжения у антифризов меньше чем у воды, поэтому он легче проникает в самые маленькие трещины и не плотности.
· В системе отопления с антифризом нельзя использовать элементы с содержанием цинка (оцинкованные трубы)
. При температурах выше 70⁰С, цинк начнет отслаиваться и оседать на нагревательных элементах, к тому же ослабит антикоррозийные свойства теплоносителя.
Срок службы бытового антифриза зависит от режима его эксплуатации. Следует избегать доведения его до температуры кипения (106 — 116⁰С). Кстати, этот показатель зависит от соотношения в теплоносителе воды и антифриза. При нагреве теплоносителя выше 170⁰С начнет происходить термическое разложение этиленгликоля, выделение газообразных продуктов его сгорания и разрушение антикоррозионных присадок. Что бы этого не произошло, необходимо обеспечить надлежащую циркуляцию теплоносителя. Если в Вашей системе началось газообразование, связанное с пригоранием антифриза, то следует увеличить мощность циркуляционного насоса, либо уменьшить мощность нагревательных элементов.
Антикоррозионные свойства антифриза сохраняются в течение 5-ти лет непрерывной работы (10 отопительных сезонов). Низкозамерзающие свойства могут сохраниться и гораздо дольше, однако антикоррозионные свойства обычно сильно ослабляются или утрачиваются полностью. Для их восстановления следует добавить в теплоноситель соответствующие присадки или полностью обновит его.
Технические свойства теплоносителей на основе гликолей
С 01.01.2017 г. для теплоносителей введён в действие ГОСТ 33341-2015 «Составы низкозамерзающие всесезонные и жидкости охлаждающие для теплообменных систем», в составе которых в качестве базовых компонентов – гликолей (этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, пропиленгликоль) используется специфическое свойство их водных растворов не приобретать твёрдую фазу при отрицательных температурах окружающей среды.
На основе гликолей разработаны десятки видов теплоносителей для применения в различных теплообменных системах. Это не только жидкости для коммунальной сферы, но и составы для промышленных теплообменных установок. Такие составы хорошо обеспечивают передачу тепла и позволяют поддерживать высокую эффективность процесса теплообмена.
Применять составы с сохранением оптимальных условий можно до 5-7 лет без их регенерации. После истечения гарантийного срока и проверки качества можно восстановить либо заменить состав и продолжить эксплуатацию.
Вода в качестве теплоносителя
Применение воды в отопительной системе оптимально в том случае, если в доме постоянно проживают люди — даже при каких-то неполадках или длительном отключении электроэнергии в зимнее время, если не удастся быстро устранить неисправность и подключить электричество, можно просто слить воду из системы.
Идеальным вариантом для заполнения магистрали отопления является дистиллированная вода, но ее получение или приобретение в больших количествах обходится слишком дорого. Выходом из положения может быть сбор дождевой воды и ее дальнейшее использование после фильтрации, также воду можно умягчить кипячением или использовать для этого химические реагенты.
Плюсы и минусы воды в роли теплоносителя
Вода является самым распространенным элементом среди используемых жидкостей для переноса тепла, она обладает следующими свойствами:
- Доступность. Вода есть везде, она практически ничего не стоит, в экстренных ситуациях ее всегда можно слить и снова наполнить систему.
- Высокая удельная теплоемкость. Среди всех жидкостей вода обладает наивысшей теплоемкостью со средним значением 4200 Дж./кг.*К. (4,2 КДж./кг.*К.) — это означает, что она медленно нагревается, и медленно остывает.
- Низкая вязкость. Вода имеет низкую кинетическую вязкость 1,006 м.кв./с.(10-6) при температуре 20º С, с увеличением вязкость падает и при рабочей температуре котла около 70 С. данный показатель имеет значение около 0,4 м.кв./с.(10-6). Это означает, что вода меньше поддается сопротивлению при движении во время проталкивания ее в систему рабочим колесом электронасоса.
- Низкий коэффициент объемного расширения. При нагреве вода незначительно увеличивается в объеме, по сравнению с нулевой температурой при 80 градусах ее объем увеличивается на 2,8%.
- Экологичность. Применение воды безвредно для здоровья, при аварийных утечках она не нанесет ущерба здоровью человека.
- Нейтральность. Вода химически нейтральна по отношению ко всем синтетическим материалам, она не оказывает вредного воздействия на широко используемые в настоящее время трубопроводы из сшитого полиэтилена (металлопластик), применяемые для систем отопления.
Рис. 5 Физические свойства воды
К недостаткам относятся следующие свойства воды:
- Высокая температура замерзания. Это основной недостаток, не позволяющий эксплуатировать систему отопления дома зимой в отключенном состоянии.
- Коррозионное воздействие на сталь. Использование воды не позволяет применять в качестве материала трубопроводов дешевую сталь длительное время, приходится эксплуатировать трубы из более дорогих материалов и сантехническую арматуру из цветных или нержавеющих сплавов.
- Накипь. При повышении температуры, соли, содержащиеся в воде, оседают на трубах, в радиаторах и сантехнических приборах — это приводит к уменьшению сечения рабочего канала и нарушению работы запорной и регулирующей арматуры.
Теплоносители на основе этиленгликоля
Для работы некоторых отопительных агрегатов необходимо применение теплоносителя, замерзание которого происходит только при очень низкой температуре. Жидкость охлаждающая низкозамерзающая (либо антифриз) на основе этиленгликоля – одна из них.
Низкая температура начала кристаллизации таких видов теплоносителей зависит от соотношения базового компонента – этиленгликоля и дистиллированной воды в растворе. Для улучшения эксплуатационных характеристик этих теплоносителей в их состав добавляют пакет функциональных присадок, которые защищают металлические поверхности оборудования от коррозионного воздействия этиленгликоля.
Антифриз подходит для применения и в автомобильных системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания и в системах, которые используются для обогрева зданий, сооружений и применения в качестве теплоносителя на различных производствах. Он относится к разряду теплоносителей средней ценовой категории.
Температура начала кристаллизации такой марки теплоносителя может достигать минус 70 °C, не образует отложений на трубах теплопровода.
Среди ключевых характеристик такого теплоносителя выделяют следующие:
- низкозамерзающие свойства (замерзание зависит от концентрации этиленгликоля в растворе);
- практичность и безопасность использования (во время охлаждения и кристаллизации приобретает аморфную структуру – значительно не расширяется, поэтому и не способен повредить оборудование системы отопления);
- в составе содержит пакет присадок (защищающие от коррозии, накипи, пенообразования и стабилизирующие, антиокислительные);
- не изменяет своих первоначальных основных особенных свойств на протяжении всего срока эксплуатации;
- имеет высокую температуру начала кипения в замкнутой системе;
- не оказывает агрессивного воздействия в гарантийный период эксплуатации на разные материалы (металл, пластик, резины, текстиль), так как в составе содержит необходимые присадки в достаточном количестве.
Главный недостаток такого теплоносителя – его токсичность. Они в меру токсичны по воздействию на организм человека (3 класс опасности) и опасны по экологическим параметрам. По этой причине его не применяют в открытых отопительных системах. Во время его использования важно предотвратить его попадание на какие-либо предметы. В противном случае их целесообразно будет заменить.
Антифриз
Итак, если вы остановили свой выбор на антифризе, то вам следует знать, что он не должен быть легко возгораемым, а также в нем не должны содержаться ядовитые или токсичные вещества.
Важно! Не используйте в качестве теплоносителя для отопления тосол, этиловый спирт или же масло для трансформаторов! Ознакомившись с техникой безопасности, вы сами выясните, что для отопления должны быть использованы лишь те вещества, которые специально для этого создавались.
Желательно применять специальный сертифицированный антифриз, к примеру, очень популярен сегодня dixis 65. Зачастую все теплоносители этого вида производятся на основе двух веществ:
- Пропиленгликоль.
- Этиленгликоль.
Теплоносители на основе пропиленгликоля
Пропиленгликолевые составы и жидкости охлаждающие, массовое распространение которых ограничивается дорогостоящим базовым рабочим компонентом – пропиленгликолем, получили распространения с внедрением теплоносителей в технологиях пищевых производств, а также на предприятиях фармацевтической промышленности. Основное преимущество их над этиленгликолевыми – более безопасны для человека и экологии.
Можно выделить следующие их основные характеристики:
- не вызывает отравления, водные растворы пропиленгликоля взрывопожаробезопасны и соответственно в их парах практически не содержится базовый активный компонент;
- подходит для обогрева жилых домов и зданий общественного назначения;
- имеет низкую химическую агрессивность;
- подходит для материалов, и в первую очередь оборудования из металлов, на которых при контакте с водой возникает коррозия;
- предотвращает гидроудары и обладает хорошим смазывающим эффектом.
К недостаткам, характеризующим пропиленгликолевые теплоносители, следует отнести:
- необходимость проведения замены каждые 5 лет, теплоносителей со стандартным набором пакета присадок. Для увеличения срока надёжной эксплуатации необходимо использовать пакет с карбоксилатными присадками для получения товарных марок «Карбо-ЭКО-ТЭН»;
- высокую стоимость;
- при отрицательных температурах теплоносители имеют высокую величину вязкости и в то же время характеризуются повышенной текучестью, поэтому могут легко проникать через неплотные соединительные детали отопительной системы (даже там, где не просачивается вода).
Смеси воды с этиловым спиртом
Очень часто с этой целью используются смеси этилового спирта с водой, в которых процент спирта колеблется между 40 и 55 %. Смеси кристаллизуются при минус тридцати градусах. Но есть одно НО: такие смеси рекомендуется использовать исключительно в закрытых отопительных системах, оснащенных принудительной циркуляцией теплоносителя. Дело в том, что если этого не будет, то спирт будет очень быстро испаряться. Да и кипит этиловый спирт при 90 градусах, что не очень подходит для стандартных систем. Это особенно важно в системах с автоматикой, которая исчисляет температуру воздуха в здании, а не температуру теплоносителя.
Цена такой смеси – от 65 рублей за литр.
В целом, выбрать теплоноситель для систем отопления выбрать просто, главное – учесть все необходимые факторы.
Теплоносители в виде смесей
Еще одна группа теплоносителей, применяемых в теплообменных системах включает составы и жидкости охлаждающие на основе водных растворов базового рабочего компонента – глицерина. Это современные и перспективные разработки с высокой эффективностью и незначительным потенциальным вредом для окружающей среды.
По требованиям заказчиков могут производиться теплоносители для применения в отопительных установках, на функциональной базе смешивания двух основ – пропиленгликоля и этиленгликоля. Такие смеси совмещают в себе характеристики двух активных базовых компонентов. Ввиду повышенной вязкости пропиленгликоля при низких температурах этот недостаток нивелируется добавлением в состав смеси этиленгликоля. Однако, при этом ухудшаются параметры экологии и безопасности теплоносителей.
По сути даже воду и теплоносители на базе водных растворов гликолей также можно отнести к группе смесевых теплоносителей.
Теплоноситель – глицерин
Глицерин в качестве составов антифриза стал применяться с конца прошлого столетия. Характеристики и свойства представляют собой скорее что-то среднее между этиленгликолем и пропиленгликолем. Ценовой диапазон также располагается по середине с уклоном в сторону дорогого теплоносителя.
Мнений по поводу целесообразности применения глицерина в отопительных системах зачастую диаметрально противоположные. Мы попытаемся составить SWOT
анализ
на основе аргументов приверженцев и оппонентов, так как истина находится где-то в середине суждений.
Глицерин – плюсы
- Глицерин – бесцветная жидкость, может смешивается с водой в любых соотношениях, абсолютно безопасен для человека и окружающей среды.
- Обладает широкими рабочими характеристиками. Нижний придел начала кристаллизации находится в точке — 30 ºС,. Начало стадии закипания – сопоставима с водой, или чуть выше +110 ºС.
- Отсутствие расширения при замерзании. При оттаивании свойства и характеристики восстанавливаются в полном объеме.
- Не вступает в реакцию с цинковым покрытием.
- Не выводит из строя уплотнительные кольца и материалы, не провоцирует протечек в соединительных элементах.
- Соответствует требованиям пожаробезопасности. Не горюч. Взрыво-безопасен.
- Глицериновый теплоноситель не требует промывки системы, после применения в ней ранее других растворов.
- Долговечность. Гарантийные сроки эксплуатации, заявленные производителями составляют от 7 до 10 лет.
- Технические характеристики практически соответствуют пропилен-гликолиевым, при этом цена глицеринового теплоносителя доступнее на 25%.
Глицерин – минусы
Стоит заметить, что глицерин в составе антифриза известен и применялся еще в начале 20 века, на заре возникновения отопительных систем. Впоследствии, они были замещены более дешевыми аналогами гликолевых теплоносителей. Таким образом глицериновые антифризы – это не инновации, а скорее – новый взгляд на забытое прошлое.
- Глицерин имеет высокую плотность и вязкость. Приходится увеличивать скорость вращения насоса, чтобы увеличить проток дополнительно нагружающий отопительное оборудование.
- Значения теплоёмкости ниже, чем у воды, и проигрывают пропилен-гликолю.
- Термостойкость глицерина оставляет желать лучшего, уже при температурах порядка 90ºС прослеживается вспенивание продукта. Конечно, проблема решается добавлением присадок, но и цена возрастает.
- Повышенная температура условиях приводит к химическому расщеплению глицерина. Образующийся твердый осадок оседает на стенки системы, и трудно поддается очистке.
- Выделяемая при разложении легко- летучая слезоточивая жидкость с резким запахом – акролеин, приравнивается к канцерогенным субстанциям.
- Выпариваемая вода из раствора, приводит к тому, что глицерин густеет с потерей положительных свойств. Следующим шагом, становится образование желеобразной субстанции, уже при температуре +15 ºС. Как следствие, полный выход теплоносителя из рабочих характеристик, с последующей заменой на новый.
- Производственный процесс не регламентирован ГОСТом. Существуют лишь технические условия (ТУ), которые недобросовестные изготовители интерпретируют исходя из своих возможностей. Гарантийные обязательства порой просто отсутствуют. Не удивительно, что именно глицерин чаще других выступает в роли контрафактной продукции, тем более он дешевле пропиленгликоля.
Подводя некий итог, остается добавить, что в Европейских странах, входящих в ЕС, производить и применять теплоноситель на основе этиленгликоля, законодательно воспрещается. В тоже время, не происходит развитие глицерин содержащих продуктов, так как этот подход бесперспективен и малоэффективен. Таким обзором, если у вас под рукой теплоноситель на основе глицерина или пропиленгликоля лучше остановить свой выбор на последнем.
Основные характеристики, на которые необходимо ориентироваться при выборе теплоносителя
К рабочим средам предъявляется ряд требований. Каждое из них – это определенная характеристика теплоносителей для теплообменных систем, включая и процессы отопления.
- Хорошая теплоаккумулирующая способность, позволяющая уменьшить энергозатраты на перемещение.
- Транспортабельность. Важно обладание стабильного агрегатного состояния и способности переносить тепло (холод) на необходимые расстояния.
- Низкий уровень токсичности или её минимальное воздействие на здоровье персонала.
- Экологическая безопасность. Необходимо, чтобы возможные непредусмотренные утечки и выбросы не оказывали негативного влияния на окружающую среду.
- Химическая инертность по отношению к материалам теплообменных систем и технологического оборудования различных производств (металлы, сплавы, уплотнительные изделия, резины и т.п.).
- Оптимальный работоспособный температурный диапазон, что обеспечивает стабильность теплообмена и устойчивость управления режимами многообразных процессов производства и снижает эксплуатационные расходы.
- Взрывопожаробезопасность. Важно, чтобы разогретый теплоноситель при контакте с воздухом не воспламенялся.
Не менее важны и некоторые физические характеристики: высокий коэффициент теплопроводности, величина коэффициента, характеризующего поверхностное натяжение и оптимальная величина вязкости в широком температурном интервале.
специализируется на производстве и осуществляет продажу промышленных теплоносителей широкого спектра различных товарных марок.
Основные требования к теплоносителю для отопления загородных домов
Теплоноситель, который следует заливать в систему отопления загородного дома, должен обладать следующими свойствами:
- Иметь высокую теплоемкость. Данный показатель характеризует свойство вещества накапливать тепловую энергию — чем больше рабочая жидкость впитает в себя энергии, тем больше ее будет подано на радиаторы отопления.
- Вязкость. Рабочее тело должно иметь низкую вязкость — в этом случае электронасосу для подачи жидкости потребуется меньше электроэнергии.
- Экологичность. Многие жидкости, обладающие подходящими физическими параметрами для применения в роли теплоносителя, не используются в качестве рабочего тела из-за высокой опасности нанесения вреда здоровью человека.
- Безопасность. Проводящая тепло жидкость не должна быть взрыво- и пожароопасной.
Рис. 3 Однотрубный контур отопительной системы с открытым расширительным баком
Возможно будет интересно: Однотрубная система отопления — плюсы и минусы, популярные схемы
- Нейтральность. Теплоноситель не должен оказывать вредного воздействия на трубы, котлы, отопительное оборудование, радиаторы, приводящего к их коррозии, химическому повреждению и соответственно быстрому выходу из строя.
- Стоимость. Цена теплопроводящей жидкости является наиболее важным параметром при выборе подходящих материалов, многие из них с хорошими физическими характеристиками не используются в системах по той причине, что слишком дороги.
- Температура. Подающая тепло жидкость должна выдерживать максимальную и минимальную рабочие температуры, а также их нижний и верхний предел с учетом экстренных ситуаций (отключение электроэнергии, поломка оборудования, повреждение магистрали).
- Срок эксплуатации. Все антифризы в процессе эксплуатации меняют свои химические свойства с ухудшением технических параметров. При использовании в автомобильной технике их рекомендуется менять раз в 3 — 5 лет, этот параметр необходимо учитывать и при использовании в качестве незамерзающей жидкости, выбирая состав с наиболее длительным сроком службы.
Рис. 4 Однотрубная система отопления с герметичным контуром
Какую воду заливают в систему отопления?
Перед заливкой в систему отопления вода из водопровода или природных источников требует подготовки. Это нужно, чтобы устранить возможные негативные влияния жидкости на поверхности, с которыми она взаимодействует. В ходе водоподготовки ее фильтруют и умягчают. Но это доступно далеко не всем владельцам котельных. Самое простое — купить подготовленную для систем отопления воду. Обязательно изучите документацию к вашему котлу и радиаторам отопления — в ней должны быть указаны требования к теплоносителю.
Чем опасна не подготовленная вода? Соли кальция и магния вызывают отложения на внутренних поверхностях труб и теплообменнике. В результате отопительная система обрастает накипью. Со временем это может приводить к уменьшению проходного диаметра, снижению теплоотдачи, увеличению энергопотребления и разрушению отдельных элементов отопительной системы. Растворенный в воде кислород повышает опасность возникновения коррозии, но в правильно спроектированной системе воздух эффективно отводится, снижая риск до минимума.
— Если вода — лучший теплоноситель, почему вообще возникают разговоры про антифриз?
Страшный сон любого владельца собственной котельной — ее остановка зимой. Если температура в доме опустится ниже нуля, вода в системе отопления замерзнет. Это может нанести непоправимый вред трубам и агрегатам.
Другая, не столь очевидная причина разговоров про антифриз, кроется в мифах, которые есть в сфере отопления. Антифриз воспринимается как специально разработанный теплоноситель, а вода — как обычный, дешевый вариант. Именно так позиционируют свою продукцию производители.
Когда возникает опасность? Самая распространенная причина — отключение электричества, ведущее к остановке насосов. Еще бывает, что отопление в доме не постоянное, есть простои в отопительный период.
Насколько все на самом деле серьезно? В наших широтах и правда бывает очень холодно. Периодически свет пропадает в каждом доме — где-то реже, где-то чаще. Тогда и возникает мысль использовать в качестве теплоносителя не воду, а жидкость, которая не замерзает. В реальности отключение электричества может не нанести никакого вреда. Все зависит от температуры воздуха и длительности простоя системы. На случай частых отключений систему отопления оснащают системой бесперебойного питания котла.
Хочу установить новый котел в доме — какой выбрать?
Есть ли альтернативы?
Длительное отключение электричества зимой само по себе — чрезвычайная ситуация. На этот случай лучше иметь резервный источник питания или альтернативные методы отопления. Рассчитав прогнозируемые траты на обеспечение бесперебойного отопления, можно сравнить их со стоимостью антифриза. Антифриз имеет определенный срок службы, а значит, его придется периодически менять — в среднем раз в три года.
Вода в системе отопления не замерзнет сразу после отключения электричества. У вас будет по крайней мере несколько часов на то, чтобы принять меры. Настоящий форс-мажор — если электричество отключат надолго в ваше отсутствие. Многое зависит от материалов дома, его утепления и утепления труб. Некоторым домам для полного размораживания может потребоваться несколько дней.
Выводы:
- Вода намного лучше подходит для систем отопления, чем антифриз. Большинство котлов проектируется и производится для работы с водой в качестве теплоносителя.
- При всех преимуществах воды нужно помнить о качестве. Ее нужно специально подготавливать или использовать дистиллированную.
- Вид теплоносителя (вода или антифриз) нужно выбирать на стадии проектирования отопительной системы дома.
- Если склоняетесь к антифризу, нужно учесть все проблемы, которые он может вызвать. Убедитесь, что агрегаты системы отопления и ее поверхности могут использоваться в контакте с выбранным химическим составом.
- В случае долгого отсутствия тепла антифриз спасет только систему отопления, но под ударом окажутся водопровод и канализация. Если у вас нет «плана Б», серьезных убытков не миновать. А если он есть — то и необходимость в использовании антифриза сомнительна.
