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.

Выбор теплоносителя для работы в отоплении загородного дома

Здесь вы узнаете:

Водяным принято называть отопление, в котором по отопительному контуру протекает вода, в то время как в паровом отоплении здесь циркулирует перегретый пар. И мало кто знает, что помимо воды в контур могут быть залиты и многие другие жидкости. Выбирая теплоноситель для системы отопления загородного дома, необходимо обратить внимание на множество факторов. Например, на периодичность проживания и частоту эксплуатации отопительного оборудования. Давайте посмотрим, что выбрать в качестве теплоносителя для обогрева своего жилища.

Идеальный теплоноситель – мифы и разочарования

Начнем с того, что идеальный теплоноситель для отопления частного дома в природе не существует, как не существует ничего идеального. Один будет дорогим, другой – малоэффективным, а третий быстро разъест все прокладки, в то время как четвертый разорвет при замерзании пару участков домашнего трубопровода. А в загородных домах, которые нередко используются для временного проживания, разрывы труб становятся довольно распространенным явлением.

Хороший теплоноситель для отопления должен обладать следующими качествами:

• Коррозийная безопасность – залитая в систему жидкость не должна приводить к образованию коррозии. Многие теплоносители действительно безопасны практически для всех узлов, как металлических, так и пластиковых, только они обладают уже другими недостатками. Та же вода может быть сравнительно безопасной или агрессивной, разъедая железо или не оказывая на него никакого воздействия;
• Текучесть в большом диапазоне температур – очень важное свойство для систем отопления загородных домов. Хороший теплоноситель должен оставаться жидким при любых температурах. Вода здесь уже не подходит – она замерзает при 0 градусов и даже вызывает разрывы труб, так как имеет свойство расширяться при охлаждении. Этиленгликоль становится при минусовых температурах более вязким, чего нельзя сказать о пропиленгликоле;
• Доступная цена – согласитесь, фактор немаловажный, но очень уж расплывчатый. Например, вода может быть бесплатной или очень дорогой. Набрав ее из колодца, мы получим самый простой теплоноситель почти бесплатно, а вот дистиллированная вода в нужных количествах ударит по карману. Но мы расскажем вам, как нормализовать воду для ее использования в качестве теплоносителя в системах отопления загородных домов;
• Минимальное количество солей – чем меньше солей, тем меньше отложений на стенках труб и радиаторов. Например, дистиллированная вода славится отсутствием солевого содержимого, в то время как в обычной воде может содержаться гигантское количество невидимых невооруженным взглядом солевых соединений. В процессе нагрева в теплоносителе происходят химические реакции, в результате чего часть солей становится нерастворимой, выпадая в осадок в виде жуткого нароста;
• Минимальная токсичность – очень важное свойство, так как некоторые теплоносители очень токсичны. Их не то что внутрь принимать опасно – опасны их пары и даже попадание на кожу. Типичным тому примером является недорогой этиленгликоль, ядовитый для человека. Альтернативой ему является пропиленгликоль, но он дороже;
• Температурная стойкость – хороший теплоноситель для системы отопления загородного дома должен при любой температуре оставаться собой. Например, вода должна оставаться водой, а не превращаться в щелочь или какое-нибудь другое агрессивное вещество. Но если с водой уж точно ничего не случится, то органические соединения, к которым относятся глицерин, этиленгликоль и пропиленгликоль, при нагреве могут распадаться.

Самым важным параметром теплоносителя является его стоимость. Вода из-под крана, из ближайшей речки или колодца почти бесплатная или предельно дешевая, в то время как на дистиллированную придется разориться.

Идеальный теплоноситель для отопления не существует. Смотрите сами – вода при 0 градусов замерзает и расширяется, грозя разорвать систему отопления. От этого эффекта избавит этиленгликоль, но он ядовитый. Пропиленгликоль не отличается токсичностью, он безвреден, но дорог. Глицерин вроде и не очень дорогой, зато он разрушительно влияет на резиновые прокладки. Иными словами, везде есть какое-то «но». Вроде как под идеальный теплоноситель попадает вода, но из-за нее система отопления загородного дома может зарасти солевыми отложениями.

Теплоемкость – важное свойство

Но мы забыли про самое важное свойство теплоносителя – это его теплоемкость. Чем больше тепловой энергии сможет перенести литр жидкости, тем лучше. И здесь неоспоримым лидером является вода, обладающая максимальным показателем теплоемкости. Давайте создадим таблицу удельной теплоемкости теплоносителей:

• Вода – 4,218 кДж/кг*K;
• Этиленгликоль – 2,2 кДж/кг*K;
• Пропиленгликоль – 2,483 кДж/кг*K;
• Глицериновые – 2,43 кДж/кг*K.

Исходя из этой таблицы, мы видим, что максимальная удельная теплоемкость наблюдается именно у воды. Если залить в водяную систему тот-же пропиленгликоль, то при запуске отопления мы обнаружим, что радиаторы стали заметно более холодными. Из этой ситуации есть три выхода:

• Увеличить температуру теплоносителя;
• Увеличить скорость прохождения теплоносителя с помощью циркуляционного насоса;
• Нарастить количество секций в батареях отопления.

В некоторых случаях увеличить стойкость теплоносителя к тепловому разрушению помогают специальные присадки, но в этом случае мы получаем в системе целый химический коктейль.

Казалось бы, вариантов у нас море. Но не все так просто. Если увеличивать температуру теплоносителя, придется подыскивать жидкость, которая не будет разрушаться при перегреве. Во втором варианте мы столкнемся с серьезными затратами на покупку особо мощного насоса и на низкую эффективность этого способа. Третий вариант плох своей трудоемкостью – фактически придется переработать почти всю систему отопления загородного дома.

Основные разновидности теплоносителей

Выбирая теплоноситель для систем отопления загородных домов, необходимо поговорить о требованиях. Трубы должны прослужить максимально долго, не подвергаясь коррозии, а сама жидкость не должна отличаться токсическими свойствами. Одновременно с этим она должна быть дешевой и не ударять по карману потребителя. Отыскать состав, обладающий всеми этими свойствами просто невозможно.

Давайте посмотрим, что лучше использовать в системе отопления как теплоноситель. Мы затронем обычную воду, дистиллированную воду, а также все перечисленные выше органические жидкости. Рассматривая виды теплоносителей, мы изучим их свойства, а также выведем ключевые достоинства и недостатки. Ведь загородный дом может эксплуатировать не постоянно, а только по выходным или вовсе раз в месяц.

Водопроводная вода

Теплоносители для систем отопления загородных и любых других домов представлены не самым большим ассортиментом. Но в списке лидеров всегда находится обычная водопроводная вода. Так сложилось, что многие потребители не особо задумываются над ее качеством, смело заполняя отопительные контуры. Впоследствии всплывают забитые напрочь трубы или текущие радиаторы, проеденные коррозией.

Вода – это довольно неплохая жидкость для отопления. Но она может оказаться агрессивной. Поэтому вместо нее в системы обогрева загородных домов заливается дистиллированная вода. В ней нет ни одного грамма солей, она не вызывает бурной коррозии, но на ее покупку придется потратить большое количество денег – взгляните, сколько стоит в магазине бутылка дистиллированной воды для свинцовых аккумуляторов и прикиньте, сколько ее потребуется для контура и каким расходам приведет ее покупка.

Основные плюсы воды в качестве теплоносителя для загородного дома:

• Дешевизна (если не брать во внимание дистиллированную);
• Самая высокая удельная теплоемкость;
• Отсутствие токсичности.

• Может вызывать коррозию, как слабую, так и очень сильную;
• На покупку очищенной воды потребуются деньги;
• Вода расширяется при замерзании, разрывая трубы.

Если нет денег на дистиллированную воду, можно попробовать нормализовать то, что течет из-под крана. Для того чтобы уменьшить коррозию, в нее добавляются ингибиторы, а для удаления загрязнений применяются поверхностно-активные вещества.

Также воду, которая будет использоваться как теплоноситель для системы отопления загородного жилища, желательно профильтровать – механические загрязнители в контуре точно не нужны. Еще один этап заключается в проверке жесткости. Если вода слишком жесткая, ее следует умягчить с помощью специального фильтра. Лучше всего поставить такой фильтр на весь водопровод в доме.

Существует еще один способ получения хорошего теплоносителя – он заключается в сборе дождевой воды. Нельзя сказать, что она будет предельно чистая, но качество ее будет получше, чем в водопроводе. Она подвергается отстаиванию и фильтрации, после чего отправляется в систему отопления загородного домовладения. Также подозрительная вода подвергается кипячению, в результате чего она теряет жесткость.

Определить жесткость воды в домашних условиях помогут специальные тестовые полоски, продающиеся в специализированных магазинах. Неоценимую помощь в этом вопросе окажет электрочайник, на котором оседает накипь – нужно оценить интенсивность выпадения осадка. А еще на повышенную жесткость указывает пленка, образующаяся на поверхности жидкости после отстаивания в течение нескольких часов.

Этиленгликоль – незамерзающий теплоноситель

Мы уже говорили, что недостатком воды является ее способность разрывать трубы при замерзании. И если загородный дом не используется для постоянного проживания, придется принимать меры. Мера первая – заранее выбираем отопительный котел, способный работать в режиме «Антизамерзание». В этом режиме поддерживается положительная температура теплоносителя, равная +5 градусам. Мера вторая – используется незамерзающая жидкость для системы отопления частного дома.

Незамерзающая жидкость для отопления зовется специалистами «незамерзайкой». В действительности она имеет свойство замерзать, но только при очень низких температурах. Такие жидкости являются антифризами, они годятся для применения в загородных домах, используемых редко – например, для проживания в праздничные или выходные дни. Готовые к применению антифризы замерзают при температурах от -30 до -40 градусов.

Типичным примером незамерзающего теплоносителя является этиленгликоль. В концентрированном состоянии он замерзает при -65 градусах, поэтому его разбавляют дистиллированной водой. Это вещество токсичное, из-за чего герметичности системы отопления загородного дома уделяется особое внимание. Для того чтобы не перепутать этиленгликоль с другими антифризами, его подкрашивают в традиционный розовый цвет.

Основные плюсы этиленгликоля:

• Доступная стоимость (по сравнению с другими антифризами);
• Легко разбавить до любой концентрации;
• Возможность работы при температурах до -65 градусов;
• При расширении этот теплоноситель не разрывает трубы.

Минусов больше, чем плюсов:

• Токсичность – при работе с этиленгликолем необходимо защищать даже открытые участки кожи;
• При снижении температуры теплоноситель густеет;
• Отсутствие стойкости к высоким температурам – при нагреве до +70 градусов он вспенивается, выделяет пузырьки газа, образуется нерастворимый осадок, засоряющий системы отопления;
• Необходимость в применении ингибиторов коррозии;
• Самая низкая удельная теплоемкость.

Если есть возможность не связываться с этиленгликолем, то лучше с ним не связываться.

Пропиленгликоль – безопасный теплоноситель

Перед нами более безопасная жидкость для радиаторов отопления. Она нетоксичная, так как используется в пищевом производстве. Удельная теплоемкость у пропиленгликоля чуточку выше, чем у предыдущего теплоносителя, поэтому он вполне имеет право на использование в системах отопления загородных домовладений – нужно только учесть показатель теплоемкости. Рассмотрим основные плюсы этой жидкости:

• Безопасность для человека – это самый важный плюс, определяющий возможность использования пропиленгликоля в системах отопления частных домовладений;
• Хорошо смазывает трубы и радиаторы изнутри;
• Обладает бактерицидным свойством;
• Не расширяется при замерзании

• Пропиленгликоль в 2,5-3 раза дороже этиленгликоля;
• Создает нагрузку на циркуляционный насос;
• Несовместим с цинковыми элементами.

Также он потребует особой герметичности отопительного контура.

Теплоносители из глицерина

Теплоноситель для систем отопления – это жидкость, циркулирующая по отопительному контуру и доставляющая тепло к радиаторам и конвекторам. Мы уже говорили, что в качестве этой жидкости используются вода, этиленгликоль или пропиленгликоль. Осталось рассказать про теплоносители на основе глицерина.

Антифризы на основе глицерина стары как мир. Сам глицерин не отличается токсичностью, он даже используется при производстве косметических средств. Он не вызывает коррозию каких-либо материалов, не воздействует на уплотнители и не образует утечек. По своей цене он чуть дешевле пропиленгликоля, поэтому у потребителей появляется возможность немного сэкономить. Теплоноситель сможет проработать в системе отопления загородного дома до 10 лет, не создавая особых проблем.

Несмотря на множество плюсов, у него есть и минусы. Например, при нагреве до +90 градусов глицерин образует пену, что требует применения дополнительных присадок. А еще он слишком плотный – это нагрузка на циркуляционные насосы, и без того не слишком вечные. Также он не отличается высокой теплоемкостью, а при перегреве способен выделять канцерогенные газы. Но в целом он выглядит разумной альтернативной двум вышеуказанным теплоносителям.

Заключительные выводы

Вода или антифриз в системе отопления – вывод сделать очень легко. Если загородный дом используется для постоянного проживания, то ни к чему «городить огород» с антифризами. Лучше приложить усилия и добыть хорошую очищенную воду. Применение антифризов в качестве теплоносителя актуально тогда, когда необходимо предусмотреть возможность замерзания контура – это случается в постройках, в которых люди живут редко, на эпизодической основе.