Теплоемкость теплоносителя системы отопления

Перенос тепловой энергии по трубам

В системе отопления множество труб, которые друг с другом соединены: Параллельно и последовательно. Теплоноситель, протекающий по трубам — движется в каждой отдельной трубке по-разному. Где-то движется быстрее где-то медленно.

Теплоноситель — это среда, которая переносит температуру, посредством ее движения по трубам. Теплоноситель, проходя через котел, набирает температуру, далее протекает по трубам и, проходя через отопительный прибор (радиатор, теплый пол), теряет тепло в каком-либо количестве. Остывший теплоноситель вновь попадает в котел и цикл повторяется.

Существуют физические законы переноса тепла , которые дают полезные формулы. Эти формулы позволяют точно рассчитать, сколько тепла теряется или приобретается теплоносителем. Причем это формула универсальная и подходит абсолютно для любого отопительного прибора: Радиатор, калорифер, теплый водяной пол, бойлер и тому подобное. Можно даже всю систему отопления рассматривать как отопительный прибор и применить расчеты для всей системы отопления — оптом. Также формула работает и в обратном смысле, это когда нужно рассчитать, сколько тепловой энергии принимает теплоноситель, проходя через котельное оборудование.

За единицу переноса тепла теплоносителем — выбран его объем (м 3 ). То есть, сколько проходит объема той или иной температуры, точно характеризует количество потраченной или приобретенной тепловой энергии. То есть скорость теплоносителя в трубе не принимается в расчет. Самое главное уметь высчитывать, количество пройденного объема теплоносителя.

Например, зная расход теплоносителя и потерю температуры, можно точно найти, сколько тратиться тепловой энергии.

Расход — это количество пройденного объема теплоносителя через трубу, измеряется объемом (метр кубический [м 3 ]).

Потеря температуры — это разница температур между входящим теплоносителем в отопительный прибор и выходящим из отопительного прибора.

Температурный напор — это понятие выражается обычно для того, чтобы обозначить разницу температур между двумя различными телами (средами). Например, разницу между температурой подающего и обратного теплоносителя. Также температурным напором можно обозначить разницу между температурой воздуха в помещение и температурой нагретого радиатора или теплого пола. Чем выше температурный напор, тем больше передается тепловой энергии.

Теплоноситель обладает теплоемкостью, которая характеризует его способность принимать количество тепловой энергии. Чем больше теплоемкость теплоносителя, тем больше он может принять на себя тепловую энергию. Тем самым больше перенести тепловой энергии. То есть, чем больше теплоемкость, тем меньше требуется расход теплоносителя.

Из всех известных теплоносителей вода обладает самой большой теплоемкостью. Антифризы, незамерзающие жидкости обладают меньшей теплоемкостью, примерно на 10%. То есть теплоемкость антифриза может быть меньше на 10%. Мощность отопительных приборов не стоит увеличивать. Необходимо увеличивать расход или уменьшать гидравлическое сопротивление системы. Также антифриз является более вязким веществом и в отличие от воды сильнее сопротивляется движению. То есть система отопления на антифризе имеет большее сопротивление, чем, если бы она была заправлена обычной водой. Сопротивление системы отопления на антифризе может увеличиться до 30%.

В принципе цифры небольшие и обычно, когда меняют обычную воду на антифриз не прибегают к дополнительным мерам по улучшению характеристик систем отопления. Просто, обычно в систему отопления закладываются дополнительные ресурсы производительности, которые антифризом не уменьшишь до критического положения.

Любой антифриз обладает сильной текучестью. То есть на стыках труб могут быть микроскопические щели проходы, через которые вода не проходит, а антифриз может пройти.

Также антифриз очень пагубно влияет на систему отопления. Нужно учесть, что антифриз сильно разрушает некоторые металлы и сплавы в отличие от воды. То есть система отопления на антифризе прослужит меньше чем на воде. Рекомендую за место обычной воды заливать дистилированную воду, она меньше разрушает металлы. Также антифриз разбавляйте дистилированной водой.

В некоторых краях земли воды имеют сильные отклонения в сторону (кислотности, щелочности) и поэтому если у вас железные трубы и различные металлы, то следует для систем отопления подготовить воду. Вода должна быть стабильной. Кстати алюминиевые радиаторы тоже подвержены коррозии. В природе нет идеальных металлов. Различные металлы с различной степенью отличаются друг от друга и в различной жидкости ведут себя по разному.

Стабильность воды — это величина, характеризующяя состояние воды, на предмет содержания в ней определенного количества свободной и равновесной углекислоты, которая дает оценку отклонения от требуемого баланса углекислоты стабильной воды. Стабильная вода — это вода, которая содержит одинаковое количество свободной и равновесной углекислоты, то есть соблюдается основное карбонатное равновесие.

Не стабильная вода разрушает стальной трубопровод. При повышенном содержании свободной углекислоты вода ста¬новится коррозионно-агрессивной по отношению к конструкционным материалам, в частности, к бетону и железу.

Как контролируют стабильность воды?

При использовании воды в коммунальном хозяйстве, в промышленности чрезвычайно важно учитывать фактор стабильности. Для поддержания стабильности воды регулируют водородный показатель, щелочность или карбонатную жесткость. Если вода оказывается коррозионно-активной (например, при обессоливании, умягчении), то перед подачей в линию потребления ее следует обогатить карбонатами кальция или провести подщелачивание; если, напротив, вода склонна к выделению карбонатных осадков, требуется их удаление или подкисление воды.

Контроль происходит методом дозирования. Дозирование производится пропорционально в прямой зависимости от объема жидкости прошедшей через расходомер.

И так вернемся к формулам.

Что касается воды

Теплоемкость воды: 1,163 — Вт/(литр•°С)

Или: 1163 Вт/(м 3 •°С)

Теплоемкость антифриза при температуре 50 °С (с характером замерзания -40 °С):

1,025 Вт/(литр•°С) или: 1025 Вт/(м 3 •°С)

Предположим, что при определенных найденных параметрах, мы установили, что расход системы отопления равен:

Теплоносителем является вода, его теплоемкость равна:

С = 1163 Вт/(м 3 •°С)

Измерили температуру на подающем и обратном трубопроводе:

Найти мощность (тепловую энергию) теряемая системой отопления.

Для решения используется универсальная формула:

W — энергия, (Вт) С — теплоемкость теплоносителя воды, С=1163 Вт/(м 3 •°С) Q — расход, (м 3 /час) t1 — Температура подающего теплоносителя t2 — Температура остывшего теплоносителя

По такой формуле работают тепловые счетчики.

Ответ: Система отопления потребляет 30кВт. В течение дня и времени года эта цифра меняется, в зависимости от теплопотерь отопительных приборов.

Точным расчетом будет, если вы поставите водяной счетчик расхода на систему отопления. Только через водяной счетчик Вы сможете точно узнать расход вашей системы отопления, а потом по характеристикам насоса можете привести сопротивление системы.

Отопление

Страницы

понедельник, 21 февраля 2011 г.

Удельная теплоемкость.

Итак начнем с самых азов.
Что же такое теплоемкость и для чего это?
ТЕПЛОЕМКОСТЬ это какое количество тепла необходимо потратить для прогревания , ну например чугунной или алюминиевой батареи.
Соответственно чугунную греем дольше, а аляминиевую меньше. Тоесть у чугунной батареи теплоемкость больше!

А теперь тоже самое но поумнее.
Важным свойством любого теплоносителя является его теплоемкость. Если выразить ее через массу и разность температур теплоносителя, то получится удельная теплоемкость.
Она обозначается буквой c и имеет размерность кДж/(кг • K)
Удельная теплоемкость — это количество тепла, которое необходимо передать 1 кг вещества (например, воды), чтобы нагреть его на 1 °C. И наоборот, вещество отдает такое же количество энергии при охлаждении.
Среднее значение удельной теплоемкости воды в диапазоне между 0 °C и 100 °C составляет:
c = 4,19 кДж/(кг • K) или c = 1,16 Втч/(кг • K)
Количество поглощаемого или выделяемого тепла Q , выраженное в Дж или кДж, зависит
от массы m , выраженной в кг , удельной теплоемкости c и разности температур Дельта выраженной в K (кельвин).
В системах отопления Дельта — это разность температур в прямом и обратном трубопроводе. Полученная формула:
Количество тепла Q = m • c •Дельта
Известно, что плотность воды меняетсяв зависимости от ее температуры. Однако,чтобы упростить расчеты, используется = 1 кг/дм3 (1 л=1кг) в диапазоне от 4 °C до 90 °C.
Физические термины «энергия», «работа» и «количество тепла» эквивалентны.
Следующая формула используется для преобразования джоулей в другие размерности:
1 Дж = 1 Нм = 1 Втс или 1 МДж = 0,278 кВтч

В данном случае описан теплоноситель-вода. И это не зря. Теплоемкость воды самая большая из всех доступных жидкостей. Тоесть если 1 м3 нагреть с 20°С до 70°С то вы потратите
1000кг*1,16Втч/(кг*К)*(70-20°С)=58кВтч (или кВт) тепловой энергии.
И почти такое же количество энергии (минус потери) эта вода может отдать на обогрев помещения после транспортирования ее в нужное место, например из котельной в вашу спальню.

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.