Характеристики теплоносителей

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.

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.

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.

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).

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.

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.

Компания «Савиа» специализируется на производстве и осуществляет продажу промышленных теплоносителей широкого спектра различных товарных марок.

Характеристика теплоносителей для систем центрального отопления.

В качестве теплоносителя системы отопления применяются: вода, водяной насыщенный пар, воздух.

Вода: по СНБ для отопления применяется водас T 3 .

Недостатками воды, как теплоносителя, являются высокая Т замерзания (0 ºС), расширение при нагревании, при замерзании (превращается в лед, увеличивается в объеме) и тепловом расширении, возникающие внутренние усилия, могут вызвать разрушение элементов отопительной установки.

Водяной пар: T 3 , теплота конденсации Дж/кг. Предельная температура воздуха в СНБ не устанавливается. Но применение воздуха с T>60 ºС нецелесообразно (т.к. при T=60ºС воздух сохраняет свойства среды предназначенной для дыхания).

Воздух: Т.к. в современных системе воздушного отопления нет отопительных приборов, то в отапливаемое помещение подается воздух с T, которая выше T в помещении. В результате их смешения и теплообмена с поверхностями ограждений и предметов, T воздуха в помещениях передает нужное для отопления кол-во теплоты. Если T нагретого воздуха = 60 ºС, а T воздуха в помещениях= 20ºС, тогда средняя T воздуха в системе отопления (60+20)/2=40ºС. При 40 ºС, кг/м 3 , с =1000 Дж/кг× о С.

Сравним системы отопления с различными теплоносителями:

— технико-экономические показатели ( расход металла на отопительные приборы и расход материалов на теплопроводы) Расчеты показывают, что при отмеченных выше параметрах относительная площадь поверхности отопительных приборов: вода – 1, пар — 0,82, воздух – 0 (при

отсутствии отопительных приборов);относительная площадь сечения теплопроводов составляет при теплоносителях: вода – 1; при паре – 3,76; при воздухе – 1800.

— санитарно – гигиенические показатели (T на теплоотдающей поверхн=70 ºС, т.к. при T>70ºС начинается подгорание органической составляющей пыли) Необходимую T можно обеспечить при теплоносителе воде (подача воды нагретой до опред. T), пар (снизить его давление, однако тогда часть отопительных приборов перестанет прогреваться. Это неэффективно т.к. слишком сильно надо понизить давление).

-эксплуатационные показатели (гидро- и аэростатическое p, бесшумность работы). Гидро- и аэростатическое р прямо пропорционально плотности теплоносителя, плотность воды значительно превышает плотность насыщенного водяного пара и воздуха. Бесшумность воды и воздуха достигается ограничением скоростей движения их по элементам системы отопления. При движении пара даже со скоростями не превышающими допустимые, наблюдаются трески, щелчки, шумы и т.п., обусловленные попаданием пара в конденсатопроводы и конденсата в паропроводы.

Нормативы должен знать каждый: параметры теплоносителя системы отопления многоквартирного дома

Жители многоквартирных домов в холодное время года чаще доверяют поддержание температуры в комнатах уже установленным батареям центрального отопления.

В этом преимущество городских многоэтажек перед частным сектором — с середины октября и до конца апреля коммунальные службы заботятся о постоянном обогреве жилых помещений. Но не всегда их работа безупречна.

Многие сталкивались с недостаточно горячими трубами в зимние морозы, и с настоящей тепловой атакой весной. На самом деле, оптимальная температура квартиры в разное время года определена централизованно, и должна соответствовать принятому ГОСТу.

Нормативы отопления ПП РФ № 354 от 06.05.2011 и ГОСТ

6 мая 2011 года было издано Правительственное Постановление, которое действует по сей день. Согласно ему, отопительный сезон зависит не столько от времени года, сколько от температуры воздуха на улице.

Центральное отопление начинает работать при условии, что внешний термометр показывает отметку ниже 8 °C, и похолодание длится не менее пяти суток.

На шестой день трубы уже начинают обогрев помещений. Если в течение указанного времени наступило потепление, отопительный сезон откладывается. Во всех частях страны, батареи радуют своим теплом с середины осени и поддерживают комфортную температуру до конца апреля.

Если морозы наступили, а трубы остаются холодными, это может быть результатом неполадок в системе. В случае глобальной поломки или незавершённых ремонтных работ придётся воспользоваться дополнительным обогревателем, пока неисправность не будет устранена.

Если проблема заключается в заполнивших батареи воздушных пробках, то обращаются в эксплуатирующую компанию. В течение суток после подачи заявки приедет закреплённый за домом сантехник и «продует» проблемный участок.

Стандарт и нормы допустимых значений температуры воздуха прописаны в документе «ГОСТ Р 51617-200. Жилищно-коммунальные услуги. Общие технические сведения». Диапазон прогрева воздуха в квартире может варьироваться от 10 до 25 °C, в зависимости от назначения каждого отапливаемого помещения.

Жилые комнаты, к которым относятся гостиные, спальни кабинеты и подобные, должны быть нагреты до 22 °C. Возможно колебание этой отметки до 20 °C, особенно в холодных угловых помещениях. Максимальное значение термометра не должно превышать 24 °C.

Оптимальной считается температура от 19 до 21 °C, но допускается охлаждение зоны до 18 °C или интенсивный нагрев до 26 °C.

• Туалет повторяет температурный диапазон кухни. Но, ванная комната, или смежный санузел, считаются помещениями с повышенным уровнем влажности. Прогреваться эта часть квартиры может до 26 °C, а охлаждаться до 18 °C. Хотя, даже при оптимально допустимом значении в 20 °C использовать ванну по назначению неуютно.
• Комфортным диапазоном температуры для коридоров считается 18–20 °C. Но, уменьшение отметки до 16 °C признано вполне терпимым.
• Показатели в кладовых могут быть ещё ниже. Хотя оптимальные пределы — от 16 до 18 °C, отметки 12 или 22 °C не выходят за границы нормы.
• Войдя в подъезд, жилец дома может рассчитывать на температуру воздуха не ниже 16 °C.
• В лифте человек находится совсем недолго, отсюда и оптимальная температура всего в 5 °C.
• Самые холодные места многоэтажки — подвал и чердак. Температура здесь может понижаться до 4 °C.

Тепло в доме зависит и от времени суток. Официально признано, что во сне человек нуждается в меньшем количестве тепла. Исходя из этого, понижение температуры в комнатах на 3 градуса с 00.00 часов до 05.00 утра не считается нарушением.