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.

Какой теплоноситель лучше для отопления частного дома

Выжить зимой без отопления в нашей стране практически невозможно, потому ее устройству уделяют много времени, сил и средств. Наиболее распространенный у нас вид обогрева — водяное (жидкостное) отопление. Его составная часть — теплоноситель. Как выбрать теплоноситель для системы отопления, как его закачать — в статье.

Что такое теплоноситель и каким он должен быть

Теплоноситель в жидкостной отопительной системе — это то вещество, посредством которого тепло переносится от котла к радиаторам. В наших системах качестве теплоносителя используется вода или особые незамерзающие жидкости — антифризы. При выборе необходимо руководствоваться несколькими критериями:

• Безопасность. Время от времени в отоплении возникают протечки или они требуют обслуживания и ремонта. Чтобы ремонтные работы не были опасными, теплоноситель должен быть безвредным.
• Безвредным для составляющих системы отопления.
• Должен иметь высокую теплоемкость, чтобы эффективно переносить тепло.
• Иметь длительный срок эксплуатации.

Теплоноситель для систем отопления выбирают по условиям эксплуатации

С учетом этих требований наиболее подходящая жидкость для система отопления — вода. Она безопасна, безвредна, имеет высокую теплоемкость, а строк эксплуатации неограничен. Но в тех системах отопления, где велика вероятность простоя зимой, вода может сослужить плохую службу. Если она замерзнет, разорвет трубы и/или радиаторы. Потому в таких системах применяют антифризы. При отрицательных температурах они теряют текучесть, но оборудование не рвут. Так что выбрать теплоноситель для системы отопления с этой точки зрения легко: если система находится все время под присмотром и работоспособном состоянии, использовать можно воду. Если дом временного проживания (дача) или он надолго может оставаться без присмотра (командировки, зимний отпуск), если в регионе возможно частое и/или длительное отключение электроэнергии, лучше в систему заливать антифриз.

Особенности использования воды в качестве теплоносителя

С точки зрения эффективности переноса тепла вода — идеальный теплоноситель. Она имеет очень высокую теплоемкость и текучесть, что позволяет доставлять тепло к радиаторам в требуемом объеме. Какую воду заливать? Если система закрытого типа, заливать можно воду прямо из крана.

Да, водопроводная вода неидеальна по составу, в ней содержатся соли, некоторое количество механических примесей. И да, они осядут на элементах системы отопления. Но это произойдет один раз: в закрытой системе теплоноситель циркулирует годами, подпитка небольшим количеством требуется очень редко. Потому никакого ощутимого вреда некоторое количество осадка не принесет.

Вода как теплоноситель для систем отопления почти идеальна

Если отопление открытого типа требования к качеству воды, как к теплоносителю, намного выше. Тут происходит постепенное испарение воды, которое периодически восполняется — воду доливают. Таким образом получается, что концентрация солей в жидкости все время увеличивается. А это означает, что и осадок на элементах тоже накапливается. Именно поэтому в системы отопления открытого типа (с открытым расширительным бачком на чердаке) заливается очищенная или дистиллированная вода.

В данном случае лучше использовать дистиллят, но достать его в требуемом объеме бывает проблематично, да и дорого. Тогда можно заливать очищенную воду, которая пропущена через фильтры. Наиболее критично наличие большого количества железа и солей жесткости. Механические примеси тоже ни к чему, но с ними бороться проще всего — несколько сетчатых фильтров с ячейкой разных размеров помогут отловить большую их часть.

Чтобы не покупать очищенную воду или дистиллят, ее можно подготовить самостоятельно. Во-первых, налить и отстоять, чтобы осела большая часть железа. Отстоявшуюся воду аккуратно перелить в большую емкость и прокипятить (крышкой не закрывать). Этим удаляются соли жесткости (калия и магния). В принципе, уже такая вода неплохо подготовлена и ее можно заливать в систему. А доливать потом уже или дистиллированной водой или питьевой очищенной. Это уже не так бьет по карману, как первоначальная заливка.

Антифризы для отопления

В системы отопления кроме воды заливают специальные незамерзающие жидкости — антифризы. Обычно это водные растворы многоатомных спиртов. Не так давно на нашем рынке появился антифриз на основе глицерина. Так что теперь типов незамерзающих жидкостей для систем отопления три.

Виды незамерзающих жидкостей и их свойства

Антифризы есть на основе двух веществ: этилен-гликоля и пропилен-гликоля. Первый более дешев, замерзает при более низких температурах, но очень токсичен. Отравиться можно не только выпив, но даже просто замочив руки или надышавшись парами. Второй незамерзающий теплоноситель для системы отопления — на основе пропилен-гликоля.Он более дорог, но безопасен. Иногда он даже используется как пищевая добавка. Его минус (кроме цены) — он теряет текучесть при более высоких температурах чем пропилен-гликоль.

Этилен-гликолевый теплоноситель очень ядовит

Несмотря на высокую токсичность чаще покупают этилен-гликолевые теплоносители. Связано это, скорее всего, с ценой — пропилен-гликоль дороже раза в два. Но этилен-гликолевые антифризы в чистом виде еще и химически активны, могут вспениваться, имеет повышенную текучесть. С пеной и активностью борются присадками, а повышенная текучесть никак не корректируется. В паре с токсичностью она — опасное сочетание. Если есть где-то малейшая возможность, этот антифриз протечет. А так как и его пары ядовиты, ни к чему хорошему это не приведет. Поэтому, если есть возможность, используйте пропилен-гликоль.

Название	Вещество	Вес	Диапазон рабочих темпеартур	Начало кристализации	Температура термического разложения	Срок службы	Возможность разведения водой	Цена
Dixis (Диксис) 65	моноэтиленгликоль	10 кг	-65°С +95°С	-66°С	+ 111°C	10 лет	да	850 руб
Тёплый Дом — Эко	пропиленгликоль	10 кг	-30°С до +106°С	-30°C	+170°С	5 лет	да	1050 руб
Dixis TOP (Диксис ТОП) -30	пропиленгликоль	10 кг	-30°С до +100°С	— 31°C	+106°С	3 года	да	960 руб
ANTIFROST на основе глицерина	глицерин	10 кг	-30°С до +105°С	4 года	нет	700 руб
PRIMOCLIMA ANTIFROST на основе пропиленгликоля	пропиленгликоль	10 кг	-30°С до +106°С	-30°C	+120°С	5 лет	да	762 руб
ТЕРМАГЕНТ 30	этиленгликоль	10 кг	-20°С до +90°С	-30°C	+170°С	10 лет	нет	650 руб
Теплоком (глицериновый)	глицерин	10 кг	– 30°С до +105°С	8 лет	нет	780 руб

Еще один важный недостаток — этилен-гликоль очень плохо реагирует на перегрев, а перегрев наступает при довольно низкой температуре. Уже при +70°C образуется большое количество осадка, который оседает на элементах системы отопления. Отложения снижают теплоотдачу, что снова ведет к перегреву. В связи с этим в системах с котлами на твердом топливе такие антифризы не используют.

Пропилен-гликоль, наоборот, химически почти нейтрален. Он меньше всех теплоносителей реагирует с другими веществами, перегрев наступает при более высоких температурах и приводит не к таким последствиям.

Пропилен-гликолевый теплоноситель безопасен , но стоит дороже и замерзает при более высоких температурах

В конце прошлого столетия был разработан антифриз для систем отопления на основе глицерина. Он — это нечто среднее между этиленовыми и пропиленовыми теплоносителями. Он безопасен для человека, но не очень хорошо влияет на прокладки, также плохо реагирует на перегрев. По цене и температурным характеристикам он примерно в том же диапазоне, что и пропиленовые теплоносители (смотрите таблицу).

Особенности систем с антифризом в качестве теплоносителя

При проектировании системы отопления надо изначально принимать во внимание теплоноситель. Это связано с более низкой теплоемкостью незамерзающих жидкостей, а также другими их свойствами. Если все оборудование было рассчитано на воду, а зальют в нее антифриз, могут возникнуть следующие проблемы:

• Не хватит мощности и в доме будет холодно. Это связано с более низкой теплопроводностью антифризов. Решить эту проблему можно малой кровью — увеличить скорость движения теплоносителя, поставив более мощный циркуляционный насос. Но по-хорошему, требуется увеличение количества секций радиаторов.
• В системах закрытого типа может недостаточным оказаться объем расширительного бачка. Это связано с тем, что при нагревании незамерзайки расширяются больше, чем вода. Выход — поставить еще один бачок. Суммарный объем должен быть чуть больше требуемого (объем можно взять из таблицы).

Объем расширительного бачка для разных типов теплоносителя

Если использованы обычные резиновые прокладки, при использовании этилен-гликоля или глицерина они через некоторое непродолжительное время разрушатся и потекут. Потому перед заливкой антифриза во всех разъемных соединениях прокладки заменяют на паронитовые или тефлоновые.

Как вы поняли, лучший теплоноситель для системы отопления — вода. Она и лучше по характеристикам и в разы дешевле. Если же отоплению грозит разморозка, приходится заливать антифризы, но не автомобильные, а специальные — для отопления. В этом случае, при наличии достаточного количества средств, лучше использовать пропилен-гликоль. Этиленовые незамерзайки — крайний случай. Они пригодны в системах закрытого типа, в которых установлены специальные прокладки и автоматизированные котлы, которые не допустят перегрева.

Чтобы покупателям было проще ориентироваться, в теплоносители добавляют красители. В этиленовые — красные или розовые, в пропиленовые — зеленый, в глицериновые — голубой. Через некоторое время цвет может стать нет таким интенсивным или пропасть совсем. Это происходит из-за термического разрушения красителей, но на свойства самого антифриза не влияет.

Как закачать теплоноситель

Проблемы обычно возникают только с системами закрытого типа, так как открытые заполняются через расширительный бак. В него просто наливается теплоноситель для системы отопления. Он под действием силы гравитации растекается по системе. Важно чтобы при заполнении системы все воздухоотводчики были открыты.

Открытая система отопления заполняется через расширительный бак

Есть несколько способов заправить закрытую систему отопления теплоносителем. Есть способ заполнения без использования техники — самотеком, есть с погружным насосом типа «Малыш» или специальным, с помощью которого делают опрессовку системы.

Заливаем самотеком

Этот способ закачать теплоноситель для системы отопления хоть и не требует оборудования, но уходит на него много времени. Приходится долго выжимать воздух и так же долго набирать нужное давление. Его, кстати, накачиваем автомобильным насосом. Так что оборудование все-таки потребуется.

Находим самую высокую точку. Обычно это какой-то из газоотводчиков (его снимаем). При заполнении открываем кран для спуска теплоносителя (самая низкая точка). Когда через него побежит вода, система заполнена.

При таком способе можно шланг подключить от водопровода, можно подготовленную воду налить в бочку, поднять ее выше точки входа и так залить ее в систему. Также заливается и антифриз, но при работе с этиленгликолем потребуется респиратор, защитные резиновые перчатки и одежда. При попадании вещества на ткань или другой материал он тоже становится токсичным и подлежит уничтожению.

Следить за давлением надо по манометру

Когда система заполнена (из крана для слива побежала вода), берем резиновый шланг длиной порядка 1,5 метров, крепим его к входу в систему. Выбираем вход так, чтобы виден был манометр. В этой точке устанавливаем обратный клапан и шаровый кран. К свободному концу шланга крепим легко снимающийся переходник для подключения автомобильного насоса. Сняв переходник, в шланг наливаем теплоноситель (держим поднятым вверх). Заполнив шланг, при помощи переходника подсоединяем насос, открываем шаровый кран и насосом закачиваем жидкость в систему. Надо следить чтобы не закачивался воздух. Когда почти вся содержащаяся в шланге вода закачана, кран закрывается, операция повторяется. На небольших системах чтобы получить 1,5 Бар, придется повторять ее 5-7 раз, с большими придется возиться дольше.

Заливаем с помощью погружного насоса

Для создания рабочего давления теплоноситель для системы отопления можно закачивать маломощным погружным насосом типа Малыш. Его подключаем к самой низкой точке (не точка слива системы). Насос подключаем через шаровый кран и обратный клапан, на точке слива системы ставим шаровый кран.

Теплоноситель наливаем в емкость, опускаем насос, включаем его. В процессе работы постоянно добавляем теплоноситель — насос не должен гнать воздух.

В процессе следим за манометром. Как только его стрелка сдвинулась с нулевой отметки — система заполнена. До этого момента ручные воздухоотводчики на радиаторах могут быть открыты — через них будет выходить воздух. Как только система заполнилась, их надо закрыть.

Далее начинаем поднимать давление — продолжаем насосом качать теплоноситель для системы отопления. Когда оно достигнет требуемой отметки, насос останавливаем, шаровый кран закрываем. Открываем все воздухоотводчики (на радиаторах тоже). Воздух выходит, давление падает. Снова включаем насос, докачиваем немного теплоносителя, пока давление не достигнет проектного значения. Снова спускаем воздух. Так повторяем до тех пор, пока их воздухоотводчиков не перестанет выходить воздух.

Далее можно запустить циркуляционный насос, снова стравить воздух. Если при этом давление осталось в пределах нормы, теплоноситель для системы отопления закачан. Можно запускать ее в работу.

Используем насос для опрессовки

Заполняется система так же, как и в описанном выше случае. При этом насос используется специальный. Он обычно ручной, с емкостью, в которую заливается теплоноситель для системы отопления. Из этой емкости жидкость закачивается через шланг в систему. Взять его можно на прокат в фирмах, которые торгуют трубами для водопровода. В принципе, имеет смысл его купить — если использовать будете антифриз, его придется периодически менять, то есть снова надо будет заполнять систему.

Это ручной насос для опрессовки, с помощью которого можно закачать теплоноситель для системы отопления

При заполнении системы рычаг идет более-менее легко, при подъеме давления работать уже тяжелее. Манометр есть как на насосе, так и в системе. Следить можно там, где удобнее. Далее последовательность такая же, как описано выше: накачали до требуемого давления, спустили воздух, снова повторили. Так до тех пор, пока воздуха в системе не останется. После — тоже запускаем циркуляционник минут на пять (или систему целиком, если насос в котле), стравливаем воздух. Тоже повторяем несколько раз.