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.

Требования к теплоносителю системы отопления по СП 60.13330

Согласно п.6.3.2 СП 60.13330.2012 температуру теплоносителя, °С, для систем внутреннего теплоснабжения в производственном здании следует принимать:

• не менее чем на 20 °С ниже температуры самовоспламенения веществ, находящихся в помещении,
• не более максимально допустимой по приложению Д или указанной в технической документации на оборудование, арматуру и трубопроводы.

Температуру теплоносителя для систем внутреннего теплоснабжения в жилых и общественных зданиях следует принимать, как правило, не более 95 °С.

Для систем внутреннего теплоснабжения с температурой воды 100 °С и выше следует предусматривать:

• мероприятия, предотвращающие вскипание воды в многоэтажных зданиях;
• прокладку трубопроводов в специальных шахтах.

В системах водяного отопления с трубопроводами из полимерных материалов параметры теплоносителя (температура, давление) не должны превышать 90 °С и 1,0 МПа, а также допустимых значений для установленного класса эксплуатации труб и фитингов по ГОСТ Р 52134 или рабочего давления и температурных режимов, указанных в документации предприятий-изготовителей.

Приложение Д СП 60.13330.2012

Система отопления (теплоснабжения), отопительные приборы, теплоноситель, максимально допустимая температура теплоносителя или теплоотдающей поверхности

Д.1 Жилые, общественные и административно-бытовые (кроме указанных в строках с Д.2 по Д.10 настоящей таблицы)

Поквартирная водяная с радиаторами или конвекторами при температуре теплоносителя не более 95 °С

Водяная с радиаторами, панелями и конвекторами при температуре теплоносителя для двухтрубных систем — не более 95 °С; для однотрубных — не более 105 °С (в соответствии с 6.1.6)

Водяная с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7 и 6.4.8)

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Электрическая и газовая с температурой на теплоотдающей поверхности не более 95 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

Д.2 Детские дошкольные учреждения, лестничные клетки и вестибюли в детских дошкольных учреждениях

Водяная с радиаторами, панелями и конвекторами при температуре теплоносителя не более 95 °С (в соответствии с 6.1.6 и 6.1.7)

Водяная с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7, 6.4.8)

Электрическая с температурой на теплоотдающей поверхности не более 90 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

Д.3 Палаты, операционные и другие помещения лечебного назначения в больницах (кроме психиатрических и наркологических)

Водяная с радиаторами и панелями при температуре теплоносителя не более 85 °С (в соответствии с 6.1.6)

Водяная с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7 и 6.4.8)

Д.4 Палаты, другие помещения лечебного назначения в психиатрических и наркологических больницах

Водяная с радиаторами и панелями при температуре теплоносителя не более 95 °С (в соответствии с 6.1.6)

Водяная с нагревательными элементами и стояками, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7 и 6.4.8)

Электрическая с температурой на теплоотдающей поверхности не более 95 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

Д.5 Спортивные залы

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Водяная с радиаторами, панелями и конвекторами и гладкими трубами при температуре теплоносителя не более 150 °С

Водяная с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7 и 6.4.8)

Электрическая и газовая с температурой на теплоотдающей поверхности не более 150 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

Электрическая и газовая с высокотемпературными излучателями (в соответствии с 5.8, 6.2.9, 6.4.11 и 6.4.12)

Д.6 Бани, прачечные и душевые

Водяная с радиаторами, конвекторами и гладкими трубами при температуре теплоносителя не более 95 °С для помещений бань и душевых, не более 150 °С — для прачечных

Воздушная (в соответствии с 7.1.14-7.1.16)

Водяная с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7 и 6.4.8)

Д.7 Предприятия питания (кроме ресторанов) и торговые залы (кроме указанных в Д.8)

Водяная с радиаторами, панелями, конвекторами и гладкими трубами при температуре теплоносителя не более 150 °С

Водяная с нагревательными элементами и стояками, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7 и 6.4.8)

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Электрическая и газовая с температурой на теплоотдающей поверхности не более 150 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

Д.8 Торговые залы и помещения для обработки и хранения материалов, содержащих легковоспламеняющиеся жидкости

Принимать по строке Д.11 а или Д.11 б настоящей таблицы

Д.9 Пассажирские залы вокзалов, аэропортов

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Водяная с радиаторами и конвекторами при температуре теплоносителя не более 150 °С

Водяная с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7 и 6.4.8)

Электрическая и газовая с температурой на теплоотдающей поверхности не более 150 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

Д.10 Залы зрительные и рестораны

Водяная с радиаторами и конвекторами при температуре теплоносителя не более 115 °С

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Электрическая с температурой на теплоотдающей поверхности не более 115 °С (в соответствии с 6.4.12 и 6.4.14)

Электрическая и газовая с высокотемпературными излучателями (в соответствии с 5.8, 6.2.9, 6.4.11 и 6.4.12)

Д.11 Производственные и склады:

а) категорий А, Б, В1-В4 без выделений пыли и аэрозолей или с выделением негорючей пыли

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Водяная и паровая (в соответствии с 6.1.6) при температуре теплоносителя: воды не более 150 °С, пара не более 130 °С (в соответствии с 4.6)

Электрическая и газовая для помещений категорий В1-В4 (кроме складов категорий В1-В4) при температуре на теплоотдающей поверхности не более 130 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

Электрическая и газовая с высокотемпературными излучателями для помещений категорий В2, В3, В4, а также складов категорий В2, В3, В4 (в соответствии с 5.8, 6.2.9, 6.4.11 и 6.4.12)

Электрическая для помещений категорий А и Б (кроме складов категорий А и Б) во взрывозащищенном исполнении в соответствии с ПУЭ [9] при температуре на теплоотдающей поверхности не более 130 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

б) категорий А, Б, В1-В4 с выделением горючей пыли и аэрозолей

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Водяная и паровая (в соответствии с 6.1.6, 6.2.7) при температуре теплоносителя: воды — не более 110 °С в помещениях категорий А и Б и не более 130 °С в помещениях категорий В1-В4 (в соответствии с 6.1.6)

Электрическая и газовая для помещений категорий В1-В4 (кроме складов категорий В1-В4) при температуре на теплоотдающей поверхности не более 110 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

Электрическая для помещений категорий А и Б (кроме складов категорий А и Б) во взрывозащищенном исполнении в соответствии с [9] при температуре на теплоотдающей поверхности не более 110 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

в) категорий Г и Д без выделений пыли и аэрозолей

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Водяная и паровая с ребристыми трубами, радиаторами и конвекторами при температуре теплоносителя: воды не более 150 °С, пара не более 130 °С (в соответствии с 6.1.6)

Водяная с нагревательными элементами и стояками, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7 и 6.4.8)

Электрическая и газовая с высокотемпературными излучателями (в соответствии с 5.8, 6.2.9, 6.4.11 и 6.4.12)

г) категорий Г и Д с повышенными требованиями к чистоте воздуха

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Водяная с радиаторами (без оребрения), панелями и гладкими трубами при температуре теплоносителя не более 150 °С (в соответствии с 6.1.6)

Водяная с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7 и 6.4.8)

д) категорий Г и Д с выделением негорючих пыли и аэрозолей

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Водяная и паровая с радиаторами при температуре теплоносителя: воды не более 150 °С, пара не более 130 °С (в соответствии с 6.1.6)

Водяная с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7 и 6.4.8)

Электрическая и газовая с температурой на теплоотдающей поверхности не более 150 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

Электрическая и газовая с высокотемпературными излучателями (в соответствии с 5.8, 6.2.9, 6.4.11 и 6.4.12)

е) категорий Г и Д с выделением горючих пыли и аэрозолей

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Водяная и паровая с радиаторами и гладкими трубами при температуре теплоносителя: воды не более 130 °С, пара не более 110 °С (в соответствии с 6.1.6)

Водяная с нагревательными элементами, встроенными в наружные стены, перекрытия и полы (в соответствии с 6.3.3, 6.4.7 и 6.4.8)

ж) категорий Г и Д со значительным влаговыделением

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Водяная и паровая с радиаторами, конвекторами и ребристыми трубами при температуре теплоносителя: воды не более 150 °С, пара не более 130 °С (в соответствии с 6.1.6)

Газовая с температурой на теплоотдающей поверхности 150 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

и) с выделением возгоняемых ядовитых веществ

По нормативным документам

Д.12 Лестничные клетки, пешеходные переходы и вестибюли

Водяная и паровая с радиаторами, конвекторами и калориферами при температуре теплоносителя: воды не более 150 °С, пара не более 130 °С (в соответствии с 6.1.6)

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Д.13 Тепловые пункты

Водяная и паровая с радиаторами и гладкими трубами при температуре теплоносителя: воды не более 150 °С, пара не более 130 °С (в соответствии с 6.1.6)

Воздушная (в соответствии с 7.1.14, 7.1.15 и 7.1.16)

Электрическая с температурой на теплоотдающей поверхности не более 150 °С (в соответствии с 4.6, 6.4.12 и 6.4.14)

Примечания
1. Для помещений, указанных в строках Д.1 (кроме жилых) и Д.10, допускается применять однотрубные системы водяного отопления: с температурой теплоносителя до 130 °С — при использовании в качестве отопительных приборов конвекторов с кожухом и соединении трубопроводов в пределах обслуживаемых помещений на сварке; температурой до 105 °С при скрытой прокладке или изоляции стояков и подводок с теплоносителем — для помещений, указанных в строке Д.1, и до 115 °С — для помещений, указанных в строке Д.10.
2. Температуру воздуха при расчете систем воздушного отопления, совмещенного с приточной вентиляцией или кондиционированием, следует определять в соответствии с требованиями 7.1.15.
3. Для помещений общественного назначения (кроме помещений, указанных в строках Д.2 и Д.3), размещаемых на первом этаже жилого многоэтажного здания, допускается предусматривать двухтрубные системы отопления с теплоносителем температурой, принятой для однотрубных систем отопления жилой части здания.