Теплоноситель: что это такое и зачем он нужен?
Теплоноситель – это вещество или смесь, применяемые для переноса тепла, в более узком плане можно назвать рабочей жидкостью, осуществляющей нагрев или охлаждение рабочих объектов (помещений, зданий и т.д.) или отдельных узлов оборудования.
Самым привычным и доступным вариантом является дистиллированная вода. Она обладает всеми необходимыми для качественного теплоносителя физическими свойствами, но имеет один недостаток – высокую температуру кристаллизации. Замерзшая вода в системе отопления способна разорвать трубы и радиаторы за счет объемного расширения. Именно по этой причине для эксплуатации в условиях с высоким риском замерзания приходится искать альтернативные варианты рабочей жидкости. Сегодня мы рассмотрим, какими свойствами должен обладать качественный теплоноситель, что может предложить современный рынок антифризов, а также почему стоит уделять повышенное внимание рабочим составам на основе растворов гликолей.
Основные характеристики теплоносителя
Основное условие, которому должен соответствовать качественный антифриз, уже понятно – это предельно низкая температура замерзания. На рынке достаточно вариантов, которые обладают температурой кристаллизации в несколько десятков градусов ниже нуля. Теперь подробнее рассмотрим, на какие характеристики жидкостей для инженерных систем следует обращать внимание при покупке:
- Высокая текучесть. Этот параметр один из ключевых, ведь если жидкость будет излишне вязкой, это повысит нагрузку на циркулирующий насос и может вызвать преждевременный выход из строя дорогостоящих узлов и компонентов.
- Высокий коэффициент теплопроводности. Именно эта характеристика определяет производительность отопительной или охлаждающей системы. Чем выше указанный параметр, тем меньшее количество теплоносителя необходимо использовать. Правильный выбор позволяет сэкономить средства на приобретение и обслуживание антифриза.
- Минимальная токсичность. В работе инженерных систем бывают непредвиденные системы, поэтому выбранный состав в случае утечки не должен вызывать экологическую катастрофу или становиться угрозой для жизни персонала.
- Длительный срок эксплуатации. Хорошие теплоносители способны прослужить 5-10 лет без потери основных технических характеристик.
Это далеко не все свойства, которым должен соответствовать выбранный состав. Специалисты обращают внимание и на класс пожаро- или взрывоопасности, и на зависимость температуры замерзания от концентрации. У каждого из представленных на рынке теплоносителей свои особенности, поэтому изучайте их свойства предельно внимательно.
| Теплоноситель | Преимущества | Недостатки |
| Вода | Доступность, низкая цена, экологическая и токсикологическая безопасность | Температура замерзания 0°С |
| Водный раствор этиленгликоля | Хорошие теплофизические характеристики, температура замерзания до – 60°С | Токсичен |
| Водный раствор пропиленгликоля | Удовлетворительные теплофизические характеристики, токсикологически и экологически безопасен, температура замерзания до – 58°С | По теплофизическим характеристикам уступает этиленгликолю на 10-20%, стоит дороже |
Виды теплоносителей
Помимо деминерализованной воды в качестве промышленных теплоносителей используется большое количество водных растворов неорганических солей и органических соединений.
Водный раствор этиленгликоля
При определенной концентрации раствор этиленгликоля сохраняет жидкую фазу даже при охлаждении до 60 градусов ниже нуля. В условиях отрицательных температур система отопления будет работать стабильно без риска повреждения целостности труб. Кроме того, водный раствор концентрацией 40% с точкой кристаллизации минус 30 градусов имеет минимальный коэффициент объемного (1,5%) и линейного (0,5%) расширения. Для сравнения: у воды этот показатель составляет 9%, да и замерзает она практически мгновенно. Этиленгликоль даже при превышении порога замерзания не кристаллизуется, а образует вязкую массу (шугу), которая безопасна для коммуникаций.
Водный раствор пропиленгликоля
Раствор пропиленгликоля схож по основным теплофизическим характеристикам, но имеет важное преимущество – экологическую безопасность. Благодаря этому используется даже в двухконтурных котлах.
Водный раствор глицерина
Глицериновые теплоносители активно применялись еще в начале прошлого века, но постепенно были вытеснены более совершенными аналогами. Глицерин обладает повышенной вязкостью, что увеличивает нагрузку на насосное оборудование. При нагревании выделяет токсичный газ акролеин. Вспенивается, что увеличивает теплопотери и повышает риск образования воздушной пробки в системе.
Растворы солей
Растворы неорганических солей металлов чаще всего используются во вторичных контурах холодильных установок.
Масляные теплоносители
Используются в качестве альтернативы перегретому пару в высокотемпературных контурах с непрямым нагревом.
Водные растворы одноатомных спиртов
Теплоноситель с очень ограниченной сферой применения (герметичные системы отопления с принудительной циркуляцией воздуха). Спирт испаряется, имеет минимальный диапазон рабочих температур (кипит при менее 100 градусах).
Будущее за растворами гликоля
Существует ли теплоноситель, который практически не имеет явных недостатков? Такими можно считать теплоносители на основе растворов гликолей. Температура их замерзания может достигать 60 градусов ниже нуля, а нелинейный характер зависимости между условиями кристаллизации и концентрацией позволяет экономить. Больше нет необходимости приобретать концентрированный раствор гликоля, ведь для нормальной работы инженерной системы достаточно состава с концентрацией около 70%. Все зависит от специфики оборудования и условий эксплуатации, но при добавлении пакета органических присадок водно-гликолевый раствор способен стать универсальным антифризом на все случаи жизни.
Использование присадок – это важный момент, который позволяет снизить до минимума высокую коррозионную активность раствор гликоля. В компании «ТЕХНОФОРМ» с этой целью используются карбоксилатные соединения от известного производителя из Бельгии – концерна Arteco. Ассортимент продукции для систем отопления и кондиционирования различных объектов включает в себя:
- Водно-гликолевые растворы выбранной концентрации с пакетом добавок. Для удобства теплоноситель поставляется как в специальной таре, так и наливом. Компания располагает оборудованным транспортом, которым можно доставить антифриз для замены или утилизировать отработанную жидкость из системы.
- Готовые теплоносители под торговой маркой Hot Stream на основе растворов этилен- и пропиленгликоля. Разнообразие составов позволяет каждому найти вариант для открытых или закрытых инженерных систем с различными температурными условиями эксплуатации.
Правила применения теплоносителя
- Перед установкой отопительного котла проверьте техническую документацию на совместимость с выбранным видом теплоносителя.
- При разбавлении раствора гликоля с высокой массовой концентрацией используйте только деминерализованную воду.
- Перед полной заменой теплоносителя проведите промывку системы. Учитывайте рекомендации производителя по регулярности замены, проводите мониторинг качества.
Помимо покупки выбранного гликолевого раствора в компании «ТЕХНОФОРМ» можно заказать комплексное обслуживание теплоносителя и доверить мониторинг профессионалам своего дела.
Теплоноситель для системы отопления: что выбрать
Тепловой агент или теплоноситель, это то, что переносит тепло от котла к трубам и радиаторам отопления. Им заполняется система.
К тепловому агенту применимы следующие требования:
1. Способность к нагреву и быстрой теплоотдаче.
2. Отсутствие химического воздействия на элементы конструкции.
3. Диапазон рабочих температур, теплоноситель не должен: кипеть, испаряться, густеть при охлаждении и кристаллизоваться.
4. Отсутствие примесей, которые образуют накипь, понижающую теплоотдачу.
5. Отсутствие способности вызывать коррозийную активность.
6. Стабильность химического состава и отсутствие разложения теплоносителя.
7. Неизменные рабочие характеристики за полный период эксплуатации.
8. Безопасность для людей.
Вода в качестве теплоносителя: плюсы и минусы
Иногда в помещениях с периодическим включением обогрева, когда котел долго не включен, чтобы система не перемерзла, заливают антифриз.
Вода, на которую рассчитан любой котел, при 0 о С замерзает. При температуре ниже нуля, расширяется, а затем может разорвать соединения или слабые места в трубопроводе. Антифриз не замерзает. Даже если происходит замерзание, а если быть точным – «загустение», он не принесет вред. Так как теплоемкость гликолей 3,45 Дж/кг о С, столько он может взять тепла и отдать. Вода – 4,18 Дж/кг о С.
Антифриз: виды, особенности
Антифриз имеет ряд ограничений, главные из которых – старение и то, что химический состав со временем теряет качества. Его нужно периодически менять. При возникновении утечек требуется подпитка теплоносителем, но только тем составом, который есть. Концентрация не должна отличаться от уже залитого антифриза.
Условия, которые влияют на выбор теплоносителя:
1. Риск разморозки.
2. Теплоемкость у антифриза меньше теплоемкости воды на 20%. То есть после сгорания топлива в котле литр воды может принять тепла на 20% больше, чем антифриз. Если вместо воды залить антифриз, то нужно быть уверенным, что диаметр трубы подойдет для него.
3. Гарантия на котел. Некоторые бренды категорически против использования в котлах антифризов. Гарантия отменяется, хотя это только повод отказаться от гарантийных обязательств.
4. Тепловое расширение. Незамерзайка расширяется при нагреве гораздо больше, чем вода. Из-за линейного расширения расширительный бак котла может не справиться с увеличением в объеме горячего теплоносителя и, чтобы предотвратить выброс, сработает предохранительный клапан. Надо устанавливать либо более мощный, либо дополнительный расширитель.
5. Требования к составу. Для защиты труб, для предупреждения возникновения химической реакции применяются присадки, но качество присадок проверяется только после заполнения. Дешевый теплоноситель – это риск возникновения протечек.
6. Необходимость замены. Срок службы незамерзающей жидкости 5 лет, по прошествии срока присадки перестанут работать, среда с антифризом станет агрессивной. Перед заменой нужна промывка системы.
7. Требования к герметичности. Антифриз найдет себе дорогу для течи там, где вода не протечет. Это надо учитывать, когда имеются скрытые замоноличенные коммутации.
8. Стоимость. Производители котлов советуют дорогие специализированные антифризы.
Если дом может функционировать без риска получить размороженное отопление – нет лучшего теплоносителя, чем вода.
Однако, когда без антифриза не обойтись, то встает выбор между его разновидностями. Существует две основных категории, на основе которых можно гарантированно использовать антифризы без опасности нанести вред отоплению:
Этиленгликоль
Ядовитое вещество, относится к 3 классу риска. Применяется в закрытом контуре отопления, когда нет опасности получить утечку. Пары этиленгликоля безвредны для человека.
Теплоотдача этилена выше, чем у пропиленгликоля.
Стоимость этиленгликоля зависит от емкости, в которой он продается и температуры эксплуатации. Его поставляют в канистрах. Температура загустения -60 о С, для сравнения пропиленгликоль замерзает при -30 о С. При равной начальной стоимости той и другой канистры цена на этиленгликоль в два раза дешевле и в этом вопросе он выигрывает. При замене теплоносителя помните, что он токсичен и его не нужно выливать на землю, в траву. Для утилизации обратитесь в специальную службу.
Пропиленгликоль
Теплоноситель не замерзает до –30 °С. Является экологически безопасным. Не токсичен.
Не вызывает отравления. Некоррозионно активен. Совместим со всеми металлами.
Не разъедает прокладки. Не образует накипи и способствует очистке внутренней поверхности трубопроводов. Не допускает кавитации, это когда газы в жидкости при понижении давления образуют пузырьки и микроударами постепенно разрушают металл.
Обладает эффектом смазки, способствующей работе насосов и снижает гидродинамическое сопротивление.
Глицерин
Глицерин с большой плотностью. Когда он горячий, значительно увеличивает объем.
Из-за большого количества гликолей повышается плотность, вязкость и снижается теплоемкость. При нагреве до 90 о С разлагается на опасные к возгоранию токсичные вещества и вредные коррозионно-агрессивные продукты и ядовитые пары.
Бишофит
Антифриз для электродных котлов
Для ионных и электродных котлов теплоноситель изготавливают на полипропиленовой основе. Специальная жидкость обеспечит необходимый уровень ионизации и поддержит нужную электропроводимость. Присадки исключают накипь и окисление углеродистой стали в котле.
Тосол
Незамерзайка является автомобильным антифризом. Иногда его применяют для отопления, но надо учитывать свойства:
1. Вязкость: требует насос на 15-20% больше, чем для системы с водой.
2. Текучесть: хватает микротрещины или недостаточной герметизации соединения и появятся течи. Резиновые или силиконовые прокладки лучше заменить на поранит, разъедает.
3. Запрещен для открытой системы отопления с незакрываемым расширителем.
4. При нагреве способствует возникновению налета, его не разбавляют водой.
В составе тосолов силикаты, фосфаты, амины и нитраты, вредные для здоровья. Не разбавляется водой. Срок его службы не превышает 3 года.
Правила выбора антифриза
Если выбирать между этиленгликолем и пропиленгликолем, разница по физико-техническим свойствам будет незначительная. По классу опасности оба вещества относятся к одной группе.
Если отопление подразумевает экологическую безопасность, например, в больнице или детском саду, конечно – пропиленгликоль. Для закрытого контура отопления частного дома – этиленгликоль.
На что обращаем внимание при выборе теплоносителя:
1. Диапазон эксплуатационных температур.
3. Вероятность возникновения коррозии.
5. Способность смазывать элементы системы.
Рис. Закачка в систему пропиленгликоля под давлением
Советы по эксплуатации
Несмотря на ядовитость этиленгликоля, для обывателей рекомендуется заливать его. Дешевле в два раза, чем пропиленгликоль.
Обращаем внимание на следующее:
1. Мощность насоса, объем расширителя, количество секций батарей должны быть достаточны.
2. Следите за воздухом, используйте краны Маевского для его стравливания из труб.
3. Перед каждой заменой теплоносителя обязательна промывка.
4. Для разбавки антифриза пользуйтесь дистиллированной водой.
5. Запускайте участки последовательно, начинайте с радиаторов, затем – теплый пол и затем бойлер для горячей воды.
Особенности заливки теплоносителя в систему отопления
Рис. Заправка системы отопления при помощи насоса
Систему отопления заполняют принудительно насосом и самотеком.
Если подключение к водоснабжению есть, то кран залива на котле и трубу водопровода соединяем шлангом. Заполняем.
Для закачивания незамерзайки или, если нет водоснабжения, нужен насос. Можно использовать любой, который подходит по параметрам. Например, вибрационный насос «Малыш».
Легче работать, если подача и забор воды с противоположных сторон: можно закачивать жидкость из любой емкости. Если нет насоса, тогда заполнять надо вручную, заливать с самой верхней точки дома.
При разнице в системе между низом в котельной и заливной воронкой 7–9 метров, гарантировано давление в 0,7-0,8 бар. Его хватит для функциональности.
Почему автомобильный антифриз нельзя использовать для отопления
При нагреве отопительных элементов вокруг них идет сильное испарение глицерина, который входит в состав любого антифриза. Соединяясь с водородом, газ образует взрывоопасную смесь с опасными испарениями. Если автомобильный антифриз все-таки залили, то надо регулярно следить за исправностью сброса воздуха из труб.
Требования к системе отопления при использовании антифризов
Для системы с антифризом предусмотрите:
· батарею отопления с теплоотдачей на 20% выше, чем для системы с водой.
· более мощный насос: по сравнению с обычной системой, по напору и по расходу, он должен обладать более высокими характеристиками.
Трубы необходимо подобрать с большим диаметром, они должны обеспечить достаточную циркуляцию теплоносителя.
Теплоноситель для отопления, антифриз для отопления — как выбрать, что нужно знать
Надежность работы системы отопления частного дома во многом зависит от выбора теплоносителя. Но при всем богатстве выбора теплоносителей или антифризов на рынке, идеальный вариант «для всех времен и народов» найти просто невозможно.
Чем отличаются различные антифризы для отопления, каковы границы их применения, каковы особенности эксплуатации — обо всем этом и пойдет речь далее.
- Теплоноситель для отопления — основные сведения и характеристики
- Лучший теплоноситель — вода?
- Важность борьбы с коррозией, опасность цинковых труб
- Теплоносители систем теплоснабжения: виды и особенности
- Особенности конструкции отопительной системы при использовании антифриза
- Выбор циркуляционного насоса
- Срок службы антифриза
Теплоноситель для отопления — основные сведения и характеристики
Для начала определимся, что такое теплоноситель. Теплоноситель для системы отопления — это жидкое вещество, применяемое для передачи тепловой энергии от теплоисточника к отопительным приборам. Иногда для переноса тепла применяют пар, но не в бытовых системах отопления.
Исходя из определения, можно понять, какими качествами должен обладать теплоноситель:
- переносить максимальное количество тепла от отопительного котла к радиаторам;
- обеспечивать как можно более низкие потери тепла при этой передаче;
- обладать небольшой вязкостью — в противном случае скорость движения и температура теплоносителя в системе упадут, а потери, соответственно, возрастут;
- не вызывать коррозию труб и радиаторов, по которым проходит;
- не давать протечки и утечки;
- быть безопасным в эксплуатации.
Важным, особенно в наше время, является и стоимость теплоносителя. Но сразу оговоримся — скупой платит дважды, и экономить на теплоносителе лучше не стоит.
Давайте разберемся также, чем отличаются теплоноситель и антифриз. Антифриз — общее название для жидкостей, не замерзающих при низких температурах. Вспомним, что в числе требований к теплоносителю значится безопасность в эксплуатации. Одним из главных источников опасности в наших широтах является замерзание теплоносителя вследствие отключения газа или электроэнергии и как итог — полный выход из строя всей системы отопления дома. Чтобы не допустить это, рекомендуется использовать в качестве теплоносителя антифризы. Хотя некоторые считают, что лучший теплоноситель — вода.
Лучший теплоноситель — вода?
Когда речь заходит о выборе теплоносителя для отопления дома, чаще всего в качестве лучшего варианта называется вода. Так ли это? Попробуем разобраться. Несомненно, вода обладает множеством привлекательных свойств, главным из которых являются ее низкая цена и доступность. И этот фактор чаще перевешивает все остальные.
Вячеслав Сидоров, Коммерческий директор «ВинтХим»
«Сегодня на российском рынке представлено много антифризов, есть среди них и качественные, которые давно зарекомендовали себя с наилучшей стороны, производители которых держат высокую планку по качеству выпускаемой продукции. Но, есть и много дешёвых, глицериновых и контрафактных антифризов, которые могут вывести из строя вашу дорогостоящую систему отопления – опасайтесь таких подделок и антифризов».
Вода обладает превосходной теплоемкостью (т.е. способна переносить наибольшее количество тепла), малой вязкостью, она не токсична и пожаробезопасна при утечках. А если утечка все же произошла, то долить воду в систему отопления — не великий труд.
Но вода обладает и недостатками. Во-первых, вода из крана вызывает коррозию труб и нагревательных приборов. Во-вторых — и это основной недостаток, нивелирующий все положительные свойства — вода замерзает всего при 0°C. И это не все — замерзая, вода расширяется примерно на 9%, что с неизбежности приводит к порывам труб и радиаторов и выходу из строя всей системы отопления. Если по каким-либо причинам температура в доме упадет до отрицательных значений, а в трубах осталась вода, трагедия неизбежна. Таким образом, риски при эксплуатации системы, в которой теплоноситель — вода, весьма велики.
Разумеется, есть способы борьбы с недостатками. Например, для борьбы с коррозией используют антикоррозийные добавки, чтобы снизить отложения солей на стенках труб, применяют дистиллированную воду. Чтобы снизить температуру замерзания тоже применяют специальные присадки.
Получается, что, несмотря на свою «водную» природу, чаще всего в системе отопления циркулирует отнюдь не водопроводная вода, а некий раствор. Кстати, никто не заливает в свой автомобиль простую воду, только антифриз, почему же в системе отопления должно быть иначе?
Важность борьбы с коррозией, опасность цинковых труб
Коррозия опасна, т.к. со временем нарушает целостность системы и вызывает протечки. Но это далеко не все ее отрицательные стороны. Образование ржавчины в трубах и радиаторах снижает их эффективность, т.к. коррозионный слой имеет теплопроводность примерно в 50 раз меньшую, чем металл.
| Другие публикации TopClimat.ru по теме | |
 |
Антифриз в системах отопления |
| alt=»Выбор котельной для частного дома» width=»» /> | Выбор котельной для частного дома |
Иначе говоря, теплоотдача радиаторов снижается при том же режиме работы котла. Кроме этого, снижается скорость теплоносителя в системе, что тоже уменьшает ее общую эффективность. В общем, коррозия в системе приводит к тому, что часть дорогого топлива будет уходить у вас в никуда, причем, эта доля со временем будет только расти.
Но и это еще не все. Частицы ржавчины отделяются от стенок труб под действием течения теплоносителя и негативно влияют на подшипник циркуляционного насоса, который может дать течь, засоряют каналы теплообменников и отопительного котла.
Часто с ржавчиной борются с помощью оцинкованных труб, которые имеют хорошую коррозионную стойкость. Но, помните! В системах отопления нельзя использовать элементы, содержащие цинк, в частности, оцинкованные изнутри трубы. Дело в том, что при рабочих температурах (а это +70°С и выше) теплоносителя цинковое покрытие будет отслаиваться и оседать на нагревательных элементах котла, а антикоррозионные свойства самого теплоносителя значительно ослабятся.
Исключением является теплоноситель на основе глицерина, но лучше не рисковать и в этом случае. Нередко производители теплоносителей на глицериновой основе реализуют смешанные составы, которые содержат глицерин и пропиленгликоль.
Теплоносители систем теплоснабжения: виды и особенности
Наиболее эффективны в качестве теплоносителей антифризы, которые не теряют текучести при отрицательных рабочих температурах, а также практически не расширяются при замерзании. Сегодня чаще всего в качестве теплоносителей используются водные растворы этиленгликоля, пропиленгликоля, других гликолей, составы на основе глицерина, растворы некоторых неорганических и органических солей, трансформаторные масла, а также спиртовые растворы. Разберем возможности и отличительные черты этих антифризов.
Водный раствор этиленгликоля
Одной из главных характеристик любого теплоносителя является его рабочий диапазон температур. Раствор этиленгликоля применяют при рабочих температурах от -20°С до +130°С. Хотя эти теплоносители при определенных концентрациях могут оставаться в жидкой фазе вплоть до температур порядка -70°С, их применение в этой низкотемпературной области становится невозможным из-за чрезмерно высокой вязкости.
Но даже если температура водно-этиленгликолевого раствора упадет ниже -20°С, система отопления не выйдет из строя из-за разрыва труб. Теплоноситель с концентрацией этиленгликоля 40% при замерзании (температура замерзания
-30°С) расширяется в объеме лишь на 1,5%. Соответственно, его линейное расширение составит всего 0,5%, а это безопасно для практически любых конструкционных материалов. При этом этиленгликоль замерзает постепенно. Сравните это с водой, замерзающей очень быстро и расширяющейся на 9%!
Чаще всего верхний предел температурного режима для антифризов на основе этиленгликоля ограничен 108°С — 110°С. Если этот порог перейти, антифриз начинает вспениваться, происходит распад вещества с образованием кислоты и твердого осадка, а система завоздушивается.
Говоря о водном растворе этиленгликоля, нельзя не упомянуть о его токсичности. Нельзя допускать попадание этиленгликоля в пищевые продукты и в питьевую воду во избежание отравления. Опасной для жизни человека дозой при попадании в желудок считается 100 мл этиленгликоля. Хотя при случайном попадании антифриза на руки или на одежду он легко смывается водой, не причиняя никакого вреда.
Водный раствор пропиленгликоля
Теплоносители на основе этиленгликоля и пропиленгликоля достаточно близки по своим характеристикам. Но есть и существенное отличие — пропиленгликоль не обладает токсическим действием, поэтому может применяться даже в двухконтурных котлах. Кроме этого, водный раствор пропиленгликоля, в отличие от раствора на основе этиленгликоля обладает смазывающим эффектом, что облегчает работу циркуляционного насоса.
Зато он и дороже этиленгликоля.
На заметку
«В системах отопления нельзя использовать элементы, содержащие цинк, в частности, оцинкованные изнутри трубы. Дело в том, что при рабочих температурах (а это +70°С и выше) теплоносителя цинковое покрытие будет отслаиваться и оседать на нагревательных элементах котла, а антикоррозионные свойства самого теплоносителя значительно ослабятся».
Водный раствор на основе глицерина
Такой раствор не токсичен. Его стоимость ниже, чем у пропиленгликоля. Диапазон рабочих температур: от -30°С до +110°С. Растворы на основе глицерина не приводят к повреждению оцинкованных изнутри труб.
Но есть у этого антифриза и свои недостатки. Если используется водный раствор глицерина, то повышаются требования к деталям уплотнения: глицерин растворяет набивные уплотнения резьбовых соединений. А еще при высоком нагреве такой раствор сильно вспенивается, что приводит к потерям при отводе тепла, появляется риск образования воздушных пробок в системе отопления.
Кроме этого, глицерин тяжелее этилен- и пропиленгликолей — это нужно принять во внимание при разработке проекта.
Растворы солей
Чаще всего такие растворы применяются не в системах отопления, а во вторичных контурах холодильных установок, которые эксплуатируются при отрицательных рабочих температурах — преимущественно, при температурах ниже -20°С. Это обусловлено их относительно малой вязкостью в этих температурных режимах, по сравнению с аналогичными теплоносителями на основе гликолей.
Главным недостатком антифризов на основе солей, препятствующая их применению в системах отопления, является высокая коррозионная активность, которая, однако, в значительной мере снижается при низких температурах.
Трансформаторные масла
Можно использовать в качестве теплоносителя и специальные масла, например, трансформаторное. Основное достоинство такого решения — масло может работать и при очень высоких температурах. Поэтому оно нашло применение в промышленных системах отопления в качестве альтернативы перегретому пару. Основной недостаток масла — огнеопасность. Даже малая течь в системе может привести к пожару. Кроме этого, масло довольно дорого.
Спиртовые растворы
Эти растворы имеют ограниченное применение и на сегодняшний день используются только в герметичных отопительных системах, которые имеют принудительную циркуляцию, поскольку из открытых систем спирт просто испаряется.
Также водно-спиртовые растворы обладают наименьшим диапазоном рабочих температур, т.к. температура кипения у них менее 100°C. Зато они отличаются невысокой ценой, малой проникающей способностью и не токсичны.
Особенности конструкции отопительной системы при использовании антифриза
Большинство производителей бытового отопительного оборудования выпускают модели, рассчитанные на режим эксплуатации с использованием антифриза в качестве теплоносителя. И все же лучше уточнить это в документации на оборудования. Во избежание неприятных сюрпризов. Дело в том, что применение антифризов в системах, рассчитанных на воду, невозможно.
Существует ряд конструктивных особенностей, которые следует знать перед проектированием системы отопления частного дома, если вы намерены применить антифриз:
- повышенная вязкость антифризов приводит к тому, что вам потребуется установить мощный циркуляционный насос, способный обеспечить перемещение теплоносителя, даже если он начинает густеть;
- так как теплоемкость любого из антифризов на 15% и более ниже, чем у воды, количество переносимого ими тепла будет меньше, а значит вам потребуются радиаторы большего объема;
- высокая текучесть антифризов приводит к тому, что вам придется тщательнее герметизировать разъемные соединения. Для уплотнения этих соединений лучше использовать тефлоновые или паронитовые прокладки;
- вследствие большого объемного термического расширения антифризов необходимо предусмотреть в системе расширительный закрытый бак;
- некоторые антифризы (этиленгликоль) токсичны, поэтому его нельзя использовать в двухконтурных котлах — только в одноконтурных.
Выбор циркуляционного насоса
Чтобы выбрать нужный циркуляционный насос, можно воспользоваться небольшой шпаргалкой. Производительность насоса рассчитывается исходя из общего объема системы отопления. Самый простой способ определить ее — заполнить систему водой полностью и стравить воздух, а затем слить воду из контура в мерную емкость при открытых воздушных клапанах.
Минимальная скорость теплоносителя в бытовых отопительных системах равна 0,5 м/с, такая скорость препятствует отложению солей на стенках труб. Как правило, выбирается скорость движения теплоносителя в диапазоне от 0,7 до 1 м/с. Если скорость теплоносителя превышает 1 м/с, во время работы насос будет создавать излишний шум. От скорости зависит производительность циркуляционного насоса.
Срок службы антифриза
Несмотря на то, что производители часто указывают срок эксплуатации антифриза на уровне 7-8 лет, специалисты-практики считают, что более 5 лет теплоноситель без обновления не протянет. И похоже, такая оценка справедлива. Но и 5 лет — довольно большой срок. Чтобы у вас не было проблем, помните, в любом случае срок службы антифриза зависит от режима его эксплуатации.
Не рекомендуется доводить теплоноситель на основе гликолей или глицерина до состояния кипения (температура кипения при атмосферном давлении составляет 106°С-116°С, в зависимости от степени разбавления антифриза водой).
При локальном перегреве теплоносителя до температур, превышающих +170°С, будет происходить термическое разложение этиленгликоля, образование «нагара» на нагревательных элементах, выделение газообразных продуктов разложения и разрушение антикоррозионных присадок.
Поэтому в нагревательных котлах должна быть обеспечена надлежащая циркуляция теплоносителя, и нагревательные элементы в процессе работы должны быть полностью погружены в теплоноситель, чтобы не допускать их перегрева и «пригорания» антифриза.
Другим фактором, влияющим на годность антифриза, является герметичность теплообменной системы. Известно, что этиленгликоль окисляется при контакте с атмосферным воздухом, и процесс окисления ускоряется при повышении температуры — примерно вдвое на каждые 10°С. Продукты окисления этиленгликоля — гликолаты разрушают антикоррозионные присадки и приводят к усилению коррозии. Поэтому необходимо по возможности исключить контакт теплоносителя с воздухом, в частности, применять герметичные расширительные емкости.
Напоследок несколько советов тем, кто решил поменять антифриз в системе отопления. Перед заливкой нового антифриза лучше всего промыть систему. А для быстрого удаления пузырьков воздуха из теплоносителя, после заполнения системы ее выдерживают без давления 2-3 часа.
Теплоноситель: что это такое
Теплоноситель: определение понятия
Под данным термином подразумевается любое вещество (жидкое и газообразное), используемое для передачи и распределения тепловой энергии. Это происходит двумя способами:
- через механизм теплопередачи, когда тепло от более нагретых частей рабочей среды передается менее нагретым за счет хаотичного движения молекул до выравнивания температуры;
- путем перемещения теплоносителя по контуру за счет естественной конвекции или принудительной циркуляции, обеспечиваемой специальными механизмами (насосами, помпами и т. д.).
Теплоносителем может стать и твердое тело, но в этом случае не задействуется второй механизм, из-за чего эффективность теплопередачи будет низкой. Поэтому на практике применяются только жидкие и газообразные рабочие среды – в частности:
- вода и водяной пар;
- расплавы некоторых металлов (натрия, калия, свинца и т. д.);
- жидкий и газообразный азот;
- нефтяные масла;
- растворы некоторых спиртов (глицерина, этиленгликоля, пропиленгликоля).
Применение теплоносителей
Несмотря на то, что слово «тепло» ассоциируется в первую очередь с высокой температурой, теплоносители используются как для нагрева, так и для охлаждения. Они применяются в следующих областях:
- системах отопления жилых, производственных, административных, общественных и других зданий;
- кондиционерах, используемых для охлаждения помещений;
- холодильных установках, применяющихся для хранения скоропортящейся продукции.
Если теплоноситель применяется для отведения избыточного тепла от какого-либо объекта, то он называется хладагентом. Некоторые вещества могут выполнять сразу обе этих функции в зависимости от условий использования (например, в многорежимных кондиционерах).
Физико-химические характеристики теплоносителя
Удельная теплоемкость. Это физическая величина, отражающее количество теплоты, необходимое для нагрева единичной массы теплоносителя на 1 единицу. Иными словами, удельная теплоемкость отображает, сколько тепла может накопить в себе вещество. Чем выше эта характеристика, тем более эффективным является теплоноситель.
Теплопроводность. Это свойство физического тела передавать тепловую энергию от более нагретых частей к менее нагретым за счет взаимодействия частиц. Количественно данный параметр характеризуется через коэффициент теплопроводности – чем он выше, тем больше тепла передаст теплоноситель за единицу времени.
Плотность. Это отношение массы вещества к единице объема. Оно характеризует, какое количество молекул или атомов теплоносителя содержится в пространстве отопительного/охладительного контура. Это непосредственно влияет на теплопроводность – чем выше плотность вещества, тем ближе друг к другу расположены его частицы и быстрее осуществляется передача тепловой энергии.
Коэффициент теплового расширения. Эта характеристика отражает степень увеличения объема теплоносителя при изменении температуры на 1 единицу. Тепловое расширение необходимо учитывать, так как расширяющаяся рабочая среды может вызвать повреждение трубопровода отопительной системы.
Температура замерзания. Она определяет, при скольких градусах теплоноситель превращается в твердое тело. Для некоторых веществ (например, растворов гликолей) различают температуру начала кристаллизации и полного отвердевания, так как этот процесс у них происходит не сразу. От данной характеристики зависит, в каких климатических условиях может применяться теплоноситель.
Температура кристаллизации. Это показатель, демонстрирующий основное свойство теплоносителей. В процессе кристаллизации теплоноситель становится менее текучем, в нем начинаю появляться кристаллики льда. У обычной воды процесс начинается уже при нуле градусов. Растворы, содержащие гликоль, выдерживают температуру до -30 °С.
Температура кипения. Эта характеристика обозначает, при скольких градусах жидкость начинает интенсивно переходить в газообразное состояние. Температура кипения имеет большое значение, так как этот процесс ведет к образованию воздушных пробок и другим аварийным ситуациям в отопительных системах.
Вязкость и текучесть. Это взаимно противоположные характеристики, определяющие способность жидкого теплоносителя перемещаться по отопительному/охладительному контуру, взаимодействовать с движущимися частями насосного оборудования, протекать сквозь соединения и т. д. Высокая вязкость рабочей среды приводит к преждевременному износу насосов, повышенным затратам электроэнергии на ее циркуляцию по системе. Повышенная текучесть обуславливает способность теплоносителя просачиваться через малейшие отверстия.
Химические свойства теплоносителя
Коррозионная (химическая) активность. Это способность теплоносителя реагировать с материалами, из которых изготовлены трубы, соединения и трубопроводная арматура системы. При этом образуются новые соединения (например, ржавчина в металлических трубах), а элементы контура постепенно разрушаются и засоряются, что снижает эффективность теплопередачи и ведет к авариям.
Растворимость в воде. Это способность некоторых веществ образовывать с ней гомогенные (однородные) системы. Водные растворы, как правило, обладают наиболее оптимальными свойствами с точки зрения эффективности и безопасности эксплуатации отопительной системы.
Безопасность и экологичность. Это общая характеристика, определяющая способность вещества негативно воздействовать на организм живых существ и окружающую среду в целом, вызывая их отравление и загрязнение соответственно. От нее зависит, в каких областях может применяться тот или иной вид теплоносителя.
Сравнение наиболее распространенных теплоносителей в системах отопления
Охарактеризуем наиболее распространенные виды теплоносителей, используемых в промышленности, городском и жилищно-коммунальном хозяйстве.
Вода. Наиболее распространенный, дешевый и доступный теплоноситель. Ее преимуществами являются:
- высокая теплоемкость, теплопередача и текучесть, благодаря чему с ее помощью можно передавать тепловую энергию с минимальными потерями на большие расстояния;
- абсолютная безопасность для здоровья человека и окружающей среды.
Благодаря этим достоинствам вода и водяной пар используются в централизованных системах отопления городских районов, многоэтажных домов, административных, промышленных, общественных зданий. К ее недостаткам можно отнести:
- высокую температуру замерзания и низкую точку кипения, большой коэффициент теплового расширения, из-за чего она приводит к авариям тепловых сетей в регионах с холодным климатом;
- коррозионное воздействие на металлические элементы контура, образование накипи, приводящие к засорению и разрушению отопительной системы.
Растворы гликолей. Представляют собой гомогенные смеси этилен- или пропиленгликоля с водой, обладающие следующими преимуществами:
- низкой температурой замерзания (до -70 °C) и высокой точкой кипения (до +180 °C) в зависимости от концентрации, что расширяет возможность их применения в регионах с различным климатом;
- отсутствием коррозионного воздействия на металлические и резиновые элементы отопительного контура;
- постепенным затвердеванием и незначительным тепловым расширением, предотвращающим повреждение системы отопления при экстремально низких температурах.
К недостаткам гликолевых теплоносителей относятся:
- токсичность этиленгликоля, ограничивающая или исключающая его использование для отопления жилых и общественных объектов, предприятий пищевой, фармацевтической продукции (у пропиленгликоля данный недостаток отсутствует);
- пониженная теплоемкость и теплопередача по сравнению с водой, что делает отопление с их помощью менее эффективным при нормальных температурах;
- более высокая стоимость – этот недостаток компенсируется отсутствием накипи и коррозии, из-за которых водяную систему отопления приходится часто промывать и ремонтировать.
Растворы глицерина. Исторически первый теплоноситель с антифризом, который появился еще в начале прошлого века. Тогда распространению глицериновых теплоносителей способствовали:
- низкая (до -40 °C) температура кристаллизации и высокая точка кипения (+280 °C), позволявшая использовать глицерин почти во всех климатических поясах;
- экологичность и безопасность для человека, благодаря чему глицериновые антифризы можно было применять при отоплении жилых зданий, пищевых производств и т. д.
Постепенный отказ от раствора глицерина в пользу гликолевых теплоносителей был обусловлен:
- разложение глицерина при +80 °C на токсичные и пожароопасные компоненты, а также нерастворимые примеси, засоряющие трубопровод и насосное оборудование;
- чрезмерная вязкость, осложнявшая циркуляцию теплоносителя (с ней могли справиться только мощные насосы) и вызывавшая преждевременный износ агрегатов.
Сегодня вода и водные растворы гликолей являются основными теплоносителями, используемыми в бытовом, промышленном и городском отоплении. Эти вещества обладают оптимальными характеристиками, делающими их применение не только эффективным, но и относительно недорогим.