Теплоноситель необходим для передачи тепла в системах отопления, охлаждения и вентиляции, обеспечивая эффективный обмен температурой между источником и потребителем энергии. Он позволяет перемещать тепло на большие расстояния, тем самым повышая эффективность работы систем отопления, кондиционирования и промышленного оборудования.
Кроме того, теплоносители могут иметь специфические свойства, такие как низкая вязкость или высокая теплоемкость, что улучшает их характеристики в различных средах. Использование подходящего теплоносителя обеспечивает надежность и экономичность работы систем, что особенно важно в современных условиях энергосбережения и экологии.
Теплоноситель: что это такое
В быту можно часто услышать выражения вроде «вода замерзла в батареях», и сразу понятно, что речь идет об аварии системы отопления. Вместе с тем специалисты в этой области используют более общий и одновременно точный термин «теплоноситель». Что под ним подразумевается и какие характеристики необходимо учитывать при его выборе?
Теплоноситель: определение понятия
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.
- Советы от специалистов
Источник3: www.stout.ru
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
Если вам посоветовали использовать глицерин, будьте готовы к сложностям настройки котла, слабой теплоотдаче и в итоге – замене теплового агента.
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
Теплоноситель на основе продуктов магниевой соли, бишофита. Является экологически безвредным. Водный раствор на основе минерала используется с добавлением присадок. Применяется при температуре от -30 о С (для системы кондиционирования) и до +90 о С для отопления. Приближен по эксплуатационным характеристикам к воде.
Хорошо набирает и долго сохраняет тепло.
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.
Источник4: www.stout.ru