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.

Теплоноситель для отопления: характеристики и описание

Наиболее распространенными в большинстве стран сегодня являются системы отопления с жидким теплоносителем. Они представляют собой целый комплекс отопительного оборудования, который может быть сложным или простым.

В последнем случае система представляет собой открытую схему отопления. Если же речь идет о сложной системе, то она предполагает в составе теплообменник, насосные станции, котельные и системы трубопровода. Особенности циркулирующей жидкости будут влиять на работу оборудования, поэтому важно подобрать правильный теплоноситель.

Каким должен быть теплоноситель

Теплоноситель для отопления, к сожалению, не может быть идеальным. Это указывает на то, что любой из известных сегодня материалов можно успешно эксплуатировать лишь при определенных условиях. Таким образом, одним из важных обстоятельств выступает температура, при нарушении которой вещество может изменять свои качественные характеристики, а вместе с этим система просто перестает функционировать.

Если же разложить качества по полочкам, то следует отметить, что хороший теплоноситель должен переносить максимум тепла за короткое время по периметру участка. Теплопотери при этом должны оказаться минимальными. Он должен иметь небольшую вязкость, ведь этот показатель будет влиять на скорость прокачки и величину коэффициента полезного действия. Теплоноситель не должен становиться причиной коррозии составных частей и механизмов системы, в противном случае возникнут ограничения при их выборе. Помимо прочего, он должен отличаться безопасностью для человека, не превышать нормы по температуре, токсичности и возгоранию.

От потребителей можно слышать еще один важный фактор, который влияет на выбор, он выражен в стоимости. Если теплоноситель кажется дорогим, но будет обладать превосходными характеристиками, то склонить свой выбор в его сторону сможет лишь ограниченный круг потребителей.

Описание воды в качестве теплоносителя

Вода – это теплоноситель для отопления, который отличается наивысшей теплоемкостью среди всех жидкостей. Вода имеет высокую плотность. Таким образом, килограмм воды, нагретый до 90°С, будет остывать в радиаторе, выделяя тепло в количестве 20 ккал пока не достигнет отметки в 70°С. Выбирают данный теплоноситель по той причине, что он отличается от синтетических веществ экологическими и токсикологическим свойствами.

Почему стоит выбрать воду

Вода безопасна для человека, а при утечке не вызовет много хлопот. Ее недостаток можно легко восполнить, долив в систему недостающий объем жидкости. Если проводить сравнение данного теплоносителя с другими, то у него нет конкурентов по стоимости, ведь более дешевой жидкости просто не найти.

Советы специалиста по использованию воды

Вода – это теплоноситель для отопления, который не должен использоваться в обычном виде, ведь он богат солями и кислородом, что становится причиной возникновения коррозии и накипи.

Для того чтобы обеспечить безотказную работу системы, воду необходимо умягчить, для этого можно использовать один из двух существующих способов. Первый является термическим, второй – химическим. В первом случае воду необходимо прокипятить. Для этого ее помещают в металлический резервуар и начинают нагревать. В процессе будут удаляться углекислый газ, а также соли, которые станут откладываться на дне сосуда. Но стойкие соединения магния и кальция так и останутся в воде.

Названный теплоноситель для отопления можно смягчить еще и химическим способом, используя реагенты. Для этого специалисты советуют применять кальцинированную соду, ортофосфат натрия и гашеную известь, которые позволят устранить находящиеся в воде нерастворимые соли — они попросту выпадут в виде осадка. На следующем этапе воду необходимо будет только лишь отфильтровать, что устранит остатки веществ.

Идеальное решение

Если вы выбираете теплоноситель отопления дома, то идеальным вариантом станет дистиллированная вода, в качестве единственного минуса которой выступает необходимость ее приобретения.

Можно использовать и дождевую воду, которая отличается от водопроводной, артезианской и колодезной. Если вы решите применять указанную жидкость, то большую роль при этом будут играть характеристики теплоносителя, а именно температурный режим. Как только температура в здании опустится ниже 0°С, жидкость замерзнет, и это может стать причиной выхода из строя системы.

Характеристики антифриза

С наступлением холодов можно использовать, так называемую незамерзайку, которой наполняются трубы. Они не лопнут даже при низкой температуре, что очень важно для владельцев частной недвижимости, которую используют нерегулярно. Антифриз рассчитан на работу при широком диапазоне температур, варьирующемся в пределах от -30°С и выше. В продаже можно встретить антифриз, который может использоваться до -65°С.

Если вам необходимо обустроить отопление загородного дома, теплоноситель может быть представлен антифризом. При понижении критической отметки температуры он не замерзнет, а станет гелеобразным. Как только температура будет повышаться, жидкость вернется в свое первоначальное состояние, не теряя при этом свойств.

Примечательно, что антифриз не представляет угрозы для отопительного контура. Для того чтобы исключить очаги коррозии и избавить внутреннюю поверхность труб от накипи, производители добавляют в него специальные ингибиторы.

Что следует помнить при выборе антифриза

Благодаря этим присадкам, период эксплуатации системы отопления увеличивается на несколько лет. Но все же необходимо помнить о том, что антифриз не является универсальной жидкостью, а присадки могут использоваться лишь для определенных материалов. Это обусловлено тем, что некоторые из них разрушают полимерные трубы, а другие способствуют возникновению коррозии электрохимического типа.

Для справки

Если, выбирая теплоноситель радиаторов отопления, вы предпочли антифриз, то необходимо помнить, что средний срок его эксплуатации составляет 5 лет, а это равно 10 сезонам. После завершения данного периода объем теплоносителя необходимо заменить. Некоторые производители и вовсе рекомендуют использовать антифриз в течение 3 лет.

Сравнение антифриза с водой

Довольно часто владельцы недвижимости решают вопрос о том, какой теплоноситель для системы отопления загородного дома выбрать. При этом в большинстве случаев сравнивается антифриз и вода.

Первый имеет повышенную вязкость и предполагает необходимость оснащения оборудования системы мощным циркуляционным насосом, что может встать причиной дополнительных расходов. Помимо прочего, антифриз имеет более низкую теплоемкость (если быть точным, то она на 15% меньше). Это указывает на то, что количество отдаваемого тепла будет не столь внушительным, как в случае с водой.

Антифриз – теплоноситель для системы отопления, который предусматривает необходимость более тщательной герметизации разъемных соединений. А при обустройстве системы необходимо будет установить радиаторы, объем которых на 50% больше по сравнению с теми, что используются для воды. Схема отопительного оборудования, где будет задействован антифриз, требует наличия закрытого расширительного бака, ведь во время нагрева будет отмечаться повышенное расширение.

Многие специалисты отмечают еще и токсичность этой жидкости, данную характеристику можно отнести, например, к этиленгликолю. В составе описываемых веществ будет присутствовать этот ингредиент, который предполагает необходимость применения одноконтурных котлов. Поэтому перед заполнением системы антифризом следует продумать вопрос установки вместительного расширительного бака и более мощного насосного оборудования.

Радиаторы должны быть объемными, трубы необходимо выбирать таким образом, чтобы они имели более внушительный диаметр. При формировании разъемных соединений необходимо использовать качественные уплотнения, например, паронитовые или тефлоновые прокладки. При разбавлении антифриза необходимо использовать исключительно дистиллированную воду, а каждая очередная заливка вещества будет предполагать необходимость полной промывки системы, в том числе котельного оборудования.

Дополнительные особенности антифриза

Перед тем как выбрать данный теплоноситель и произвести заполнение системы отопления, следует изучить его характеристики. Например, на выбор должно влиять назначение и состав присадок, а также возможные взаимодействия вещества с составляющими отопительной системы, которые могут быть выполнены из чугуна, пластика, цветных металлов или резины.

Температура теплоносителя отопления тоже должна быть учтена, так как каждый производитель указывает этот параметр для своего продукта. Важно учитывать еще и срок эксплуатации, а также безопасность для природы и здоровья человека. Если в качестве теплоносителя вы будете использовать воду, то система обустраивается по традиционной схеме закрытого или открытого типа.

Выводы о выборе теплоносителя

Теплоноситель для системы отопления загородного дома выбрать бывает достаточно сложно. Важно при этом учитывать температуру в холодный сезон. Если столбик термометра не опускается ниже +5 °С, то рекомендуется предпочесть воду, которая перед заливкой очищается от примесей.

Если же уровень температуры довольно низкий, то для отопительной системы лучше выбрать антифриз. В качестве альтернативного решения можно использовать воду, которая перед отъездом хозяев сливается из труб, но в этом случае вы можете столкнуться с коррозией из-за влажности воздуха, который заполнит радиаторы и пустые трубы.

Важно выбрать тип оборудования для отопления еще на стадии проектирования, ведь системы под антифриз и воду отличаются между собой.

Заключение

Температура теплоносителя в системе отопления – это не единственный фактор, который будет влиять на выбор. Важно учесть еще и возможности отопительного котельного оборудования. Существуют некоторые ограничения, которые предъявляются производителями к жидкостям для котельного оборудования. Эти нормы нельзя назвать критичными, но к пожеланиям стоит прислушаться. Ведь иногда неправильный выбор теплоносителя приводит к выходу из строя отопительных котлов или их некоторых узлов.