Виды теплоносителей для системы отопления, их оптимальные параметры и пример расчета объема

Эффективная работа водяной системы отопления возможна только при правильном выборе теплоносителя. Перед созданием проекта теплоснабжения необходимо заранее определиться с его типом, узнать основные технические и эксплуатационные характеристики. Существуют определенные параметры, свойственные для теплоносителя системы отопления: температура, объем теплового расширения, вязкость.

Функции теплоносителя в системе отопления

Как правильно выбрать жидкость теплоноситель для отопления? Для этого следует определиться с его назначением для систем теплоснабжения. Расчет его характеристик входит в проектирование. Поэтому необходимо знать функциональные особенности воды или антифриза в отоплении.

Теплоносители для отопления

Основная задача, которую должен выполнять безопасный теплоноситель для систем отопления – это передача тепловой энергии от котла батареям и радиаторам.

В автономном отоплении этот процесс осуществляется с помощью нагревательного элемента, который повышает температуру теплоносителя до требуемого уровня. Затем температурное расширение и работа циркуляционного насоса создают должную скорость горячей воды для ее транспортировки к радиаторам системы.

До того как рассчитать объем теплоносителя в системе отопления рекомендуется ознакомиться с его второстепенными функциями:

• Частичная защита стальных элементов от коррозии. Это будет происходить только при минимальном содержании кислорода в воде и отсутствии вспенивания. Было замечено, что в незаполненном отоплении ржавление происходит намного быстрее;
• Охладитель для циркуляционного насоса. Наиболее распространенная модель насоса имеет так называемый «мокрый ротор». Даже если будет достигнута максимальная температура теплоносителя в системе отопления — он все равно будет снижать уровень нагрева силового агрегата насоса.

На эти функции влияют параметры теплоносителя системы отопления. Поэтому при выборе следует внимательно изучить характеристики воды или антифриза. В противном случае фактические параметры теплоснабжения не будут совпадать с расчетными, что приведет к созданию аварийной ситуации.

Даже если в системе отопления залита простая вода – ее нельзя использовать для горячего водоснабжения дома. В процессе эксплуатации меняется содержание и параметры теплоносителя системы отопления

Виды теплоносителя для отопления

В качестве циркулирующей жидкости можно использовать воду и некоторые типы антифризов. Это не влияет на количество теплоносителя в системе отопления, но сказывается на теплоотдаче, скорости движения и требованиям к безопасности системы.

Система отопления частного дома

Для выявления наиболее приемлемого варианта необходимо сравнение теплоносителей для систем отопления. Чаще всего используют обычную воду. Это объясняется ее доступной стоимостью, хорошими показателями теплоемкости и плотности. При прекращении работы котла она еще некоторое время может аккумулировать полученное тепло для передачи его поверхности батарей. При этом объем теплоносителя в системе отопления останется прежним.

Однако несмотря на свои положительные свойства, вода имеет ряд недостатков:

• Замерзает. При воздействии отрицательных температур происходит кристаллизация и увеличение объема. Именно это является причиной повреждения труб и радиаторов. Поэтому должна поддерживаться оптимальная температура теплоносителя в системе отопления;
• Содержание примесей. Это относится к обычной воде. Зачастую именно это становится причиной появления накипи на батареях, радиаторах и теплообменнике котла. Специалисты рекомендуют использовать дистиллированные жидкости, в которых процент содержания щелочей, солей и металлов минимален;
• При большом содержании кислорода провоцирует процесс ржавления. Это в большей мере свойственно для открытых систем отопления. Но и в закрытых схемах теплоснабжения со временем в воде может увеличиться % содержания кислорода.

В тоже время вода может использоваться как теплоноситель для алюминиевых радиаторов отопления. При соблюдении состава жидкости и минимальном количестве кислорода в ней не будут происходить разрушающие процессы.

Если условия эксплуатации отопительной системы подразумевают возможность воздействия отрицательных температур — следует использовать другой вид циркулирующей жидкости. Как выбрать теплоноситель для систем отопления в этом случае, и какими критериями следует руководствоваться?

Антифриз для системы отопления

Одним из определяющих параметров является температура замерзания. Для антифризов она может быть равна от -20°С до -60°С. Это позволяет эксплуатировать теплоснабжение даже в условиях отрицательных температур без возникновения поломок.

Однако антифризы имеют большую плотность, чем вода – оптимальная скорость теплоносителя в системе отопления в этом случае может быть достигнута только при установке мощного циркуляционного насоса.

В зависимости от состава и компонентов бывают следующие типы антифризов:

• Этиленгликоль. Характеризуется низкой стоимостью, но крайне токсичен. Не рекомендуется для автономного отопления частного дома;
• Пропиленгликоль. Полностью безопасен для здоровья человека. Имеет худший коэффициент теплопроводности, чем жидкость на основе этиленгликоля. Отличается высокой стоимостью;
• Антифризы на основе глицерина. Именно его чаще всего выбирают в качестве жидкости-теплоносителя для отопления. Цена намного меньше, чем у пропилен-гликолевых составов, не токсичен, обладает хорошим показателем теплоемкости.

Нужно знать, что расчет количества теплоносителя в системе отопления для антифризов будет сложнее. Это объясняется их вспениванием при достижении максимальной температуры. Для минимизации этого явления производители добавляют в состав жидкости специальные ингибиторы и присадки.

Перед приобретением безопасного теплоносителя для систем отопления следует ознакомиться с рекомендациями от производителей котла и радиаторов. Не все типы незамерзающей жидкости можно использовать для алюминиевых радиаторов и газовых котлов.

Основные характеристики теплоносителя для отопления

Определить заранее расход теплоносителя в системе отопления можно лишь после анализа его технических и эксплуатационных параметров. Они повлияют на характеристики всего теплоснабжения, а также скажутся на работе других элементов.

Дистиллированная вода для отопления

Так как свойства антифризов зависят от их состава и содержания дополнительных примесей, будут рассмотрены технические параметры для дистиллированной воды. Для теплоснабжения следует использовать именно дистиллят – полностью очищенную воду. При сравнении теплоносителей для систем отопления можно определить, что проточная жидкость содержит большое количество сторонних компонентов. Они негативно влияют на работу системы. После использования в течение сезона на внутренних поверхностях труб и радиаторов образуется слой накипи.

Для определения максимальной температуры теплоносителя в системе отопления следует обращать внимание не только на его свойства, но и на ограничения в эксплуатации труб и радиаторов. Они не должны пострадать при повышенном термическом воздействии.

Рассмотрим самые значимые характеристики воды, как теплоносителя для алюминиевых радиаторов отопления:

• Теплоемкость – 4,2 кДж/кг*С;
• Массовая плотность. При средней температуре +4°С она составляет 1000 кг/м³. Однако во время нагрева удельная плотность начинает снижаться. При достижении +90°С она будет равна 965 кг/м³;
• Температура кипения. В открытой системе отопления вода закипает при температуре +100°С. Однако если увеличить давление в теплоснабжении до 2,75 атм. — максимальная температура теплоносителя в системе теплоснабжения может составлять +130°С.

Немаловажным параметром в работе теплоснабжения является оптимальная скорость теплоносителя в системе отопления. Она напрямую зависит от диаметра трубопроводов. Минимальное значение должно составлять 0,2-0,3 м/с. Максимальная скорость ничем не ограничивается. Важно, что бы в системе поддерживалась оптимальная температура теплоносителя в отоплении по всему контуру и отсутствовали посторонние шумы.

Однако профессионалы предпочитают руководствоваться норами старого СНиПа 1962 г. В нем указаны предельные значения оптимальной скорости теплоносителя в системе теплоснабжения.

Диаметр трубы, мм

Максимальная скорость воды, м/с

Превышение этих значений скажется на расходе теплоносителя в системе отопления. Это может привести к увеличению гидравлического сопротивления и «ложным» срабатываниям спускного предохранительного клапана. Следует помнить, что все параметры теплоносителя системы теплоснабжения должны быть предварительно рассчитаны. Это же касается оптимальной температуры теплоносителя в системе теплоснабжения. Если проектируется низкотемпературная сеть — можно не придавать этому параметру значения. Для классических схем максимальное значение нагрева циркулирующей жидкости напрямую зависит от давления и ограничений по трубам и радиаторам.

Для правильного выбора теплоноситель для систем отопления предварительно составляют температурный график работы системы. Максимальные и минимальные значения нагрева воды не должны быть ниже 0°С и выше +100°С

Расчет объема теплоносителя в отоплении

Перед заполнением системы теплоносителем необходимо правильно рассчитать его объем. Он напрямую зависит от схемы теплоснабжения, количества компонентов и их габаритных характеристик. Именно они влияют на количество теплоносителя в системе отопления.

Виды труб для отопления

Сначала анализируются параметры подающей магистрали. Важное значение имеет материал ее изготовления. Для вычисления объема теплоносителя в системе отопления необходимо знать внутренний диаметр трубы. Согласно современным нормативам в артикуле стальных трубопроводов дается внутренний размер сечения, а для пластиковых принят наружный. Поэтому в последнем случае необходимо вычесть две толщины стенки.

Для того чтобы самостоятельно рассчитать объем теплоносителя в системе отопления не нужно делать вычисления. Достаточно воспользоваться данными из нижеприведенной таблицы. С ее помощью можно сделать расчет количества теплоносителя в системе теплоснабжения.

Диаметр, мм

Объем теплоносителя (л) в 1 м.п. трубы, в зависимости от материала изготовления

Теплоноситель для отопления, антифриз для отопления — как выбрать, что нужно знать

Надежность работы системы отопления частного дома во многом зависит от выбора теплоносителя. Но при всем богатстве выбора теплоносителей или антифризов на рынке, идеальный вариант «для всех времен и народов» найти просто невозможно.

Чем отличаются различные антифризы для отопления, каковы границы их применения, каковы особенности эксплуатации — обо всем этом и пойдет речь далее.

Теплоноситель для отопления — основные сведения и характеристики

Для начала определимся, что такое теплоноситель. Теплоноситель для системы отопления — это жидкое вещество, применяемое для передачи тепловой энергии от теплоисточника к отопительным приборам. Иногда для переноса тепла применяют пар, но не в бытовых системах отопления.

Исходя из определения, можно понять, какими качествами должен обладать теплоноситель:

• переносить максимальное количество тепла от отопительного котла к радиаторам;
• обеспечивать как можно более низкие потери тепла при этой передаче;
• обладать небольшой вязкостью — в противном случае скорость движения и температура теплоносителя в системе упадут, а потери, соответственно, возрастут;
• не вызывать коррозию труб и радиаторов, по которым проходит;
• не давать протечки и утечки;
• быть безопасным в эксплуатации.

Важным, особенно в наше время, является и стоимость теплоносителя. Но сразу оговоримся — скупой платит дважды, и экономить на теплоносителе лучше не стоит.

Давайте разберемся также, чем отличаются теплоноситель и антифриз. Антифриз — общее название для жидкостей, не замерзающих при низких температурах. Вспомним, что в числе требований к теплоносителю значится безопасность в эксплуатации. Одним из главных источников опасности в наших широтах является замерзание теплоносителя вследствие отключения газа или электроэнергии и как итог — полный выход из строя всей системы отопления дома. Чтобы не допустить это, рекомендуется использовать в качестве теплоносителя антифризы. Хотя некоторые считают, что лучший теплоноситель — вода.

Лучший теплоноситель — вода?

Когда речь заходит о выборе теплоносителя для отопления дома, чаще всего в качестве лучшего варианта называется вода. Так ли это? Попробуем разобраться. Несомненно, вода обладает множеством привлекательных свойств, главным из которых являются ее низкая цена и доступность. И этот фактор чаще перевешивает все остальные.

Вячеслав Сидоров, Коммерческий директор «ВинтХим»

«Сегодня на российском рынке представлено много антифризов, есть среди них и качественные, которые давно зарекомендовали себя с наилучшей стороны, производители которых держат высокую планку по качеству выпускаемой продукции. Но, есть и много дешёвых, глицериновых и контрафактных антифризов, которые могут вывести из строя вашу дорогостоящую систему отопления – опасайтесь таких подделок и антифризов».

Вода обладает превосходной теплоемкостью (т.е. способна переносить наибольшее количество тепла), малой вязкостью, она не токсична и пожаробезопасна при утечках. А если утечка все же произошла, то долить воду в систему отопления — не великий труд.

Но вода обладает и недостатками. Во-первых, вода из крана вызывает коррозию труб и нагревательных приборов. Во-вторых — и это основной недостаток, нивелирующий все положительные свойства — вода замерзает всего при 0°C. И это не все — замерзая, вода расширяется примерно на 9%, что с неизбежности приводит к порывам труб и радиаторов и выходу из строя всей системы отопления. Если по каким-либо причинам температура в доме упадет до отрицательных значений, а в трубах осталась вода, трагедия неизбежна. Таким образом, риски при эксплуатации системы, в которой теплоноситель — вода, весьма велики.

Разумеется, есть способы борьбы с недостатками. Например, для борьбы с коррозией используют антикоррозийные добавки, чтобы снизить отложения солей на стенках труб, применяют дистиллированную воду. Чтобы снизить температуру замерзания тоже применяют специальные присадки.

Получается, что, несмотря на свою «водную» природу, чаще всего в системе отопления циркулирует отнюдь не водопроводная вода, а некий раствор. Кстати, никто не заливает в свой автомобиль простую воду, только антифриз, почему же в системе отопления должно быть иначе?

Важность борьбы с коррозией, опасность цинковых труб

Коррозия опасна, т.к. со временем нарушает целостность системы и вызывает протечки. Но это далеко не все ее отрицательные стороны. Образование ржавчины в трубах и радиаторах снижает их эффективность, т.к. коррозионный слой имеет теплопроводность примерно в 50 раз меньшую, чем металл.

Другие публикации TopClimat.ru по теме
	Антифриз в системах отопления
	Выбор котельной для частного дома

Иначе говоря, теплоотдача радиаторов снижается при том же режиме работы котла. Кроме этого, снижается скорость теплоносителя в системе, что тоже уменьшает ее общую эффективность. В общем, коррозия в системе приводит к тому, что часть дорогого топлива будет уходить у вас в никуда, причем, эта доля со временем будет только расти.

Но и это еще не все. Частицы ржавчины отделяются от стенок труб под действием течения теплоносителя и негативно влияют на подшипник циркуляционного насоса, который может дать течь, засоряют каналы теплообменников и отопительного котла.

Часто с ржавчиной борются с помощью оцинкованных труб, которые имеют хорошую коррозионную стойкость. Но, помните! В системах отопления нельзя использовать элементы, содержащие цинк, в частности, оцинкованные изнутри трубы. Дело в том, что при рабочих температурах (а это +70°С и выше) теплоносителя цинковое покрытие будет отслаиваться и оседать на нагревательных элементах котла, а антикоррозионные свойства самого теплоносителя значительно ослабятся.

Исключением является теплоноситель на основе глицерина, но лучше не рисковать и в этом случае. Нередко производители теплоносителей на глицериновой основе реализуют смешанные составы, которые содержат глицерин и пропиленгликоль.

Теплоносители систем теплоснабжения: виды и особенности

Наиболее эффективны в качестве теплоносителей антифризы, которые не теряют текучести при отрицательных рабочих температурах, а также практически не расширяются при замерзании. Сегодня чаще всего в качестве теплоносителей используются водные растворы этиленгликоля, пропиленгликоля, других гликолей, составы на основе глицерина, растворы некоторых неорганических и органических солей, трансформаторные масла, а также спиртовые растворы. Разберем возможности и отличительные черты этих антифризов.

Водный раствор этиленгликоля

Одной из главных характеристик любого теплоносителя является его рабочий диапазон температур. Раствор этиленгликоля применяют при рабочих температурах от -20°С до +130°С. Хотя эти теплоносители при определенных концентрациях могут оставаться в жидкой фазе вплоть до температур порядка -70°С, их применение в этой низкотемпературной области становится невозможным из-за чрезмерно высокой вязкости.

Но даже если температура водно-этиленгликолевого раствора упадет ниже -20°С, система отопления не выйдет из строя из-за разрыва труб. Теплоноситель с концентрацией этиленгликоля 40% при замерзании (температура замерзания

-30°С) расширяется в объеме лишь на 1,5%. Соответственно, его линейное расширение составит всего 0,5%, а это безопасно для практически любых конструкционных материалов. При этом этиленгликоль замерзает постепенно. Сравните это с водой, замерзающей очень быстро и расширяющейся на 9%!

Чаще всего верхний предел температурного режима для антифризов на основе этиленгликоля ограничен 108°С — 110°С. Если этот порог перейти, антифриз начинает вспениваться, происходит распад вещества с образованием кислоты и твердого осадка, а система завоздушивается.

Говоря о водном растворе этиленгликоля, нельзя не упомянуть о его токсичности. Нельзя допускать попадание этиленгликоля в пищевые продукты и в питьевую воду во избежание отравления. Опасной для жизни человека дозой при попадании в желудок считается 100 мл этиленгликоля. Хотя при случайном попадании антифриза на руки или на одежду он легко смывается водой, не причиняя никакого вреда.

Водный раствор пропиленгликоля

Теплоносители на основе этиленгликоля и пропиленгликоля достаточно близки по своим характеристикам. Но есть и существенное отличие — пропиленгликоль не обладает токсическим действием, поэтому может применяться даже в двухконтурных котлах. Кроме этого, водный раствор пропиленгликоля, в отличие от раствора на основе этиленгликоля обладает смазывающим эффектом, что облегчает работу циркуляционного насоса.

Зато он и дороже этиленгликоля.

На заметку

«В системах отопления нельзя использовать элементы, содержащие цинк, в частности, оцинкованные изнутри трубы. Дело в том, что при рабочих температурах (а это +70°С и выше) теплоносителя цинковое покрытие будет отслаиваться и оседать на нагревательных элементах котла, а антикоррозионные свойства самого теплоносителя значительно ослабятся».

Водный раствор на основе глицерина

Такой раствор не токсичен. Его стоимость ниже, чем у пропиленгликоля. Диапазон рабочих температур: от -30°С до +110°С. Растворы на основе глицерина не приводят к повреждению оцинкованных изнутри труб.

Но есть у этого антифриза и свои недостатки. Если используется водный раствор глицерина, то повышаются требования к деталям уплотнения: глицерин растворяет набивные уплотнения резьбовых соединений. А еще при высоком нагреве такой раствор сильно вспенивается, что приводит к потерям при отводе тепла, появляется риск образования воздушных пробок в системе отопления.

Кроме этого, глицерин тяжелее этилен- и пропиленгликолей — это нужно принять во внимание при разработке проекта.

Растворы солей

Чаще всего такие растворы применяются не в системах отопления, а во вторичных контурах холодильных установок, которые эксплуатируются при отрицательных рабочих температурах — преимущественно, при температурах ниже -20°С. Это обусловлено их относительно малой вязкостью в этих температурных режимах, по сравнению с аналогичными теплоносителями на основе гликолей.

Главным недостатком антифризов на основе солей, препятствующая их применению в системах отопления, является высокая коррозионная активность, которая, однако, в значительной мере снижается при низких температурах.

Трансформаторные масла

Можно использовать в качестве теплоносителя и специальные масла, например, трансформаторное. Основное достоинство такого решения — масло может работать и при очень высоких температурах. Поэтому оно нашло применение в промышленных системах отопления в качестве альтернативы перегретому пару. Основной недостаток масла — огнеопасность. Даже малая течь в системе может привести к пожару. Кроме этого, масло довольно дорого.

Спиртовые растворы

Эти растворы имеют ограниченное применение и на сегодняшний день используются только в герметичных отопительных системах, которые имеют принудительную циркуляцию, поскольку из открытых систем спирт просто испаряется.

Также водно-спиртовые растворы обладают наименьшим диапазоном рабочих температур, т.к. температура кипения у них менее 100°C. Зато они отличаются невысокой ценой, малой проникающей способностью и не токсичны.

Особенности конструкции отопительной системы при использовании антифриза

Большинство производителей бытового отопительного оборудования выпускают модели, рассчитанные на режим эксплуатации с использованием антифриза в качестве теплоносителя. И все же лучше уточнить это в документации на оборудования. Во избежание неприятных сюрпризов. Дело в том, что применение антифризов в системах, рассчитанных на воду, невозможно.

Существует ряд конструктивных особенностей, которые следует знать перед проектированием системы отопления частного дома, если вы намерены применить антифриз:

• повышенная вязкость антифризов приводит к тому, что вам потребуется установить мощный циркуляционный насос, способный обеспечить перемещение теплоносителя, даже если он начинает густеть;
• так как теплоемкость любого из антифризов на 15% и более ниже, чем у воды, количество переносимого ими тепла будет меньше, а значит вам потребуются радиаторы большего объема;
• высокая текучесть антифризов приводит к тому, что вам придется тщательнее герметизировать разъемные соединения. Для уплотнения этих соединений лучше использовать тефлоновые или паронитовые прокладки;
• вследствие большого объемного термического расширения антифризов необходимо предусмотреть в системе расширительный закрытый бак;
• некоторые антифризы (этиленгликоль) токсичны, поэтому его нельзя использовать в двухконтурных котлах — только в одноконтурных.

Выбор циркуляционного насоса

Чтобы выбрать нужный циркуляционный насос, можно воспользоваться небольшой шпаргалкой. Производительность насоса рассчитывается исходя из общего объема системы отопления. Самый простой способ определить ее — заполнить систему водой полностью и стравить воздух, а затем слить воду из контура в мерную емкость при открытых воздушных клапанах.

Минимальная скорость теплоносителя в бытовых отопительных системах равна 0,5 м/с, такая скорость препятствует отложению солей на стенках труб. Как правило, выбирается скорость движения теплоносителя в диапазоне от 0,7 до 1 м/с. Если скорость теплоносителя превышает 1 м/с, во время работы насос будет создавать излишний шум. От скорости зависит производительность циркуляционного насоса.

Срок службы антифриза

Несмотря на то, что производители часто указывают срок эксплуатации антифриза на уровне 7-8 лет, специалисты-практики считают, что более 5 лет теплоноситель без обновления не протянет. И похоже, такая оценка справедлива. Но и 5 лет — довольно большой срок. Чтобы у вас не было проблем, помните, в любом случае срок службы антифриза зависит от режима его эксплуатации.

Не рекомендуется доводить теплоноситель на основе гликолей или глицерина до состояния кипения (температура кипения при атмосферном давлении составляет 106°С-116°С, в зависимости от степени разбавления антифриза водой).

При локальном перегреве теплоносителя до температур, превышающих +170°С, будет происходить термическое разложение этиленгликоля, образование «нагара» на нагревательных элементах, выделение газообразных продуктов разложения и разрушение антикоррозионных присадок.

Поэтому в нагревательных котлах должна быть обеспечена надлежащая циркуляция теплоносителя, и нагревательные элементы в процессе работы должны быть полностью погружены в теплоноситель, чтобы не допускать их перегрева и «пригорания» антифриза.

Другим фактором, влияющим на годность антифриза, является герметичность теплообменной системы. Известно, что этиленгликоль окисляется при контакте с атмосферным воздухом, и процесс окисления ускоряется при повышении температуры — примерно вдвое на каждые 10°С. Продукты окисления этиленгликоля — гликолаты разрушают антикоррозионные присадки и приводят к усилению коррозии. Поэтому необходимо по возможности исключить контакт теплоносителя с воздухом, в частности, применять герметичные расширительные емкости.

Напоследок несколько советов тем, кто решил поменять антифриз в системе отопления. Перед заливкой нового антифриза лучше всего промыть систему. А для быстрого удаления пузырьков воздуха из теплоносителя, после заполнения системы ее выдерживают без давления 2-3 часа.