По своей распространённости системы отопления с циркуляцией жидкого теплоносителя бьют все рекорды — их неизменная популярность в большей степени объясняется суровым зимним климатом России. Жидкостные отопительные системы включают в себя целый комплекс оборудования, в числе которого котельные, теплообменники, насосные станции, зачастую многие километры трубопровода. Исправная работа отопительного комплекса напрямую зависит от характеристик теплоносителя, так какую же жидкость лучше всего использовать в этом качестве и почему?
Требования к идеальному теплоносителю
Следует отметить сразу — такого теплоносителя нет. Любой из существующих сегодня исправно выполняет свои функции лишь в определённом температурном диапазоне, выход за рамки которого приводит к резким изменениям его качественных характеристик.
Теплоноситель обязан переносить максимальное количество тепла за единицу времени с минимальными теплопотерями. Вязкость теплоносителя оказывает серьёзное воздействие на его прокачку в пределах отопительной системы, поэтому чем он менее вязок — тем лучше.
Теплоноситель не должен оказывать коррозийного воздействия на разнообразный конструкционный материал трубопроводов и нагревательных приборов, иначе выбор этих материалов будет строго ограничен. Кроме того, смазывающие способности тех или иных теплоносителей вводят ограничения на конструкционный материал циркуляционных насосов и других механизмов, контактирующих с ними.
С позиции безопасности домочадцев теплоноситель должен иметь определённые (безопасные) характеристики по токсичности, температуре возгорания жидкости и вспышке её паров.
И последнее — жидкость, используемая в качестве теплоносителя, должна быть доступной по цене или же, в случае высокой стоимости, длительное время сохранять свои характеристики и объём во время работы в отопительной системе.
Теплоноситель — вода
Из всех жидкостей, что существуют на Земле в естественном состоянии, вода имеет наивысшую теплоёмкость — в среднем 1 ккал/(кг·град), т. е. если нагреть один килограмм воды до 90 °С и охладить в отопительном радиаторе до 70 °С, то в отапливаемое этим радиатором помещение поступит 20 ккал тепла.
Эта жидкость имеет высокую плотность (917 кг/м3), уменьшающуюся при нагреве или охлаждении. Кстати, вода — единственная природная жидкость, расширяющаяся и при нагреве и при охлаждении.
Экологические и токсикологические характеристики воды превосходят аналогичные параметры любых синтетических теплоносителей — случайная утечка из системы отопления не создаст проблем для здоровья домочадцев, если только не попадёт непосредственно на человеческое тело. И в случае такой утечки восстановить исходный объём воды очень просто — нужно лишь долить необходимое количество в открытый расширительный бачок отопительной системы естественной циркуляции.
В отношении стоимости вода тоже вне конкуренции, поскольку более дешёвого и доступного теплоносителя не существует.
Однако этот теплоноситель имеет ряд недостатков — обычная вода, т. е. в её природном состоянии, содержит кислород и соли, что вызывает внутреннюю коррозию элементов отопительной системы, а также зарастание их стенок накипью, снижающей теплоотдачу и внутренний объём отопительных приборов.
Простейший способ умягчения воды хорошо известен каждому — термический (кипячение), с использованием металлической ёмкости без крышки. В процессе термической обработки часть солей отложится на дне ёмкости, из объёма воды будет удалён углекислый газ. Кстати, чем больше площадь дна ёмкости для кипячения, тем больше солей можно будет удалить из воды — соли отложатся на дне в виде накипи. Недостаток термического метода в том, что таким способом устранить из воды можно лишь нестойкие гидрокарбонаты магния и кальция, а их стойкие соединения при этом сохранятся.
Химический или реагентный метод более эффективен, он позволяет перевести содержащиеся в воде соли в нерастворимое состояние. Для его осуществления используются гашёная известь, кальцинированная сода или ортофосфат натрия — ввод в объём воды первых двух реагентов вызовет образование карбонатного осадка, последнего — осадок ортофосфатов магния и кальция. По окончании химической реакции выпавший осадок устраняется фильтрацией воды. Последний реагент — ортофосфат натрия — обеспечивает наилучшее умягчение воды, однако его применение требует точной дозировки.
Для отопительных систем более всего подходит дистиллированная вода, поскольку в ней полностью отсутствуют какие-либо примеси. Единственный её недостаток — придётся потратиться на покупку, стоимость литра дистиллированной воды составит около 14 руб. Перед заливкой в систему отопления дистиллированной воды необходимо тщательно промыть отопительные приборы, трубы и котёл обычной водой, причём мыть как используемую ранее систему, так и только что смонтированную — загрязнения внутри неё будут в любом случае.
Можно использовать чистую талую или дождевую воду, т. к. она содержит значительно меньшее количество солей, чем водопроводная, колодезная или артезианская.
Единственный недостаток воды, используемой в качестве теплоносителя — при температуре ниже 0 °С она замёрзнет, расширится и нанесёт серьёзный ущерб отопительной системе. И поэтому домовладельцам, нерегулярно эксплуатирующим систему отопления в холодный сезон, а также проживающим в районах, где перебои с подачей энергоносителей особенно часты, более подойдёт другая группа жидких теплоносителей — антифризы.
Теплоноситель — антифриз
Незамерзайка, залитая в отопительный контур, позволяет полностью решить угрозу промерзания системы в холодный сезон — низкие температуры, на которые рассчитан данный антифриз, не изменяют его физического состояния. Антифризы способны обеспечить транспортировку тепловой энергии внутри отопительной системы, не вызывают коррозионных процессов и отложений накипи.
Основное качество антифризов выражается в том, что они не твердеют до определённых предельно-низких температур, в случае отверждения — не расширяются подобно воде и не разрушают элементы отопительной системы, а превращаются в гелеобразную массу, объём которой не меняется. Другими словами, если температура замёрзшего антифриза будет повышена, то он вернётся из гелеобразного в жидкое состояние без каких-либо последствий для отопительного контура.
В состав антифризов производители вводят дополнительные присадки с целью увеличения срока службы отопительной системы — ингибиторы коррозии и минеральных отложений, устраняющие коррозионные очаги и накипь в системах, эксплуатируемых долгие годы. При выборе антифриза следует учитывать, что его состав не универсален — содержащиеся в нём присадки рассчитаны на определённые конструкционные материалы и сплавы, неверный выбор вызовет электрохимическую коррозию или, к примеру, разрушение полимерных материалов, использованных при построении отопительной системы.
Как правило, выпускаются антифризы, рассчитанные на две предельно низкие температуры — до -65 и до -30 °С. При необходимости можно изменить концентрацию насыщенного состава до желаемого, из пропорции одна часть дистиллированной воды на две части антифриза (к примеру, если литр антифриза первого типа, рассчитанного на более низкую температуру, разбавить 0,5 л воды, то такой состав будет работать до -30 °С).
Химический состав антифризов рассчитан на 10 сезонов отопления или 5 лет эксплуатации, по прошествии которых весь объём незамерзайки нужно заменить.
По сравнению с водой, антифризы имеют не только достоинства, но и недостатки:
- теплоёмкость незамерзаек на 15% ниже, т. е. тепло они отдают хуже;
- их вязкость как минимум вдвое выше, что требует введения в систему отопления мощных циркуляционных насосов;
- более высокое объёмное расширение при нагреве, необходим экспанзомат (расширительный бак закрытого типа) и отопительные радиаторы, ёмкость которых на 50-60% больше, чем у их аналогов, используемых в системах с водяным теплоносителем;
- текучесть выше чем у воды на 50%, т. е. разъёмные соединения в системе с антифризом нужно герметизировать с большой тщательностью;
- антифризы на основе этиленгликоля токсичны для человека, поэтому такую незамерзайку можно использовать лишь в одноконтурных котлах.
Для бытовых нужд, т. е. для систем отопления частных домов, производятся антифризы на основе полиолов двух видов — этиленгликоля (моноэтиленгликоля) и пропиленгликоля. Составы на основе первого вида полиолов более распространены и стоят дешевле, чем основанные на дорогом пропиленгликоле, однако они весьма ядовиты — при проникновении в организм 350 мг этиленгликоля достаточно, чтобы нанести серьёзный вред здоровью и даже стать причиной летального исхода. Работа с антифризами, содержащими этиленгликоль, требует обязательной защиты кожи, органов дыхания и зрения.
Во время эксплуатации антифризы на основе этиленгликоля особенно чувствительно относятся к перегреву — при любом, даже кратковременном подъёме температуры выше предела, установленного производителем для данной марки незамерзайки, происходит термическое разложение полиола и присадок в составе антифриза, образуются нерастворимый осадок и кислоты. Осадок, в случае его попадания на поверхности нагревательных элементов, образует нагар, ухудшающий теплообмен на местном уровне и вызывающий перегрев с повторным образованием осадка и т. д. Образованные в результате разложения этиленгликоля кислоты вступают в химическую реакцию с конструкционными металлами системы отопления, вызывая множественные очаги коррозии. В результате разложения присадок резко снижаются защитные свойства теплоносителя, ранее обеспечиваемые им для материала уплотнителей разъёмных соединений, а при высокой текучести это немедленно вызовет течь. Кроме того, перегрев повышает пенообразование антифриза, что, в свою очередь, вовлечёт в систему отопления воздух. По описанным причинам требуется тщательно контролировать температуру нагрева котлов и отопительной системы, однако не все модели котлов это допускают.
Необходимо отметить, что этиленгликоль вступает в химическую реакцию с цинком — использовать в отопительной системе, в которой теплоносителем выступают антифризы этой группы, конструкционные элементы и приборы с внутренней оцинковкой бессмысленно, т. к. всё её покрытие будет полностью уничтожено в течение практически одного отопительного сезона.
Основанные на пропиленгликоле антифризы значительно безопаснее для домочадцев — технический пропиленгликоль близок по характеристикам к пищевому пропиленгликолю (Е1520), широко применяемому в фармацевтической, парфюмерной и пищевой промышленности благодаря полной безопасности для человеческого организма и экологии. Незамерзайки с пропиленгликолем разрешено использовать в двухконтурных котлах, т. к. их случайное проникновение в питьевую воду, равно, как и протечки в местах разъёмных соединений, не принесут вреда людям.
Пропиленгликолевые теплоносители, помимо общих положительных характеристик, идентичных относящимся к этиленгликолевым антифризам, внутри системы отопления оказывают эффект смазки, понижают гидродинамическое сопротивление и облегчают работу насосов вторичного контура. Теплопередача пропиленгликолевых антифризов выше, чем у этиленгликолевых. Минус только один — более высокая стоимость, порядка 1000 руб. за 10 кг (для сравнения, стоимость этиленгликолевого антифриза -30 °С — около 550 руб. за 10 кг).
Категорически запрещается использовать в системе отопления антифриз, если:
- в системе применяются электролизные (ионные) котлы, в которых нагрев теплоносителя осуществляется за счёт пропускания электрического тока через его объём в ёмкости котла. Вообще, перед приобретением отопительного котла убедитесь, что производитель допускает его работу в системе отопления с данным антифризом, иначе заводская гарантия на котёл не будет действовать;
- отопительная система открытого типа. Главным образом это правило действует в отношении антифризов на основе ядовитого этиленгликоля;
- из экономии рассчитываете понизить его морозоустойчивость более чем до -20 °С, т. к. это серьёзно понизит характеристики присадок, введённых в состав антифриза, что приведёт к образованию очагов коррозии и накипи;
- герметизация разъёмных соединений проводится с использованием льняной подмотки и масляной краски — антифриз неминуемо разъест краску и от подмотки не будет толку;
- при построении отопительного контура применялись оцинкованные трубы и фитинги;
- отопительный котёл нагревает теплоноситель до температур, превышающих +70 °С (это предельная температура нагрева любого антифриза, выше нагревать нельзя ввиду высокого температурного расширения, свойственного теплоносителям этой группы).
Если в отопительной системе используется незамерзайка, то необходимо соблюсти следующие условия:
- оснастить систему более мощным циркуляционным насосом, чем понадобился бы для водяного отопления. При большой протяжённости отопительного контура понадобится циркуляционный насос внешней установки;
- установить вместительный экспанзомат (расширительных бак), объём которого превышает необходимый для водяного теплоносителя как минимум вдвое;
- в системе отопления использовать трубы заведомо большего диаметра и объёмные радиаторы;
- не устанавливать автоматические воздухоотводчики — только ручные (к примеру — краны Маевского);
- разъёмные соединения уплотнять прокладками только из химически стойкой резины, паронитовыми или тефлоновыми. Можно использовать льняную подмотку вместе с герметиком, стойким к этиленгликолю (в случае использования антифриза на его основе). При покупке чугунных радиаторов необходимо разобрать их на секции и заменить существующие резиновые прокладки на паронитовые или тефлоновые;
- разбавлять незамерзайку можно только дистиллированной водой, т. е. ни дождевая, ни талая вода тут не подойдут;
- перед каждой полной заливкой в систему антифриза обязательно промыть её водой (котёл тоже) — производители незамерзаек рекомендуют полностью заменять их в отопительной системе каждые 2–3 года;
- не следует задавать холодному котлу сразу высокую температуру нагрева — нужно поднимать температуру постепенно, давая время теплоносителю на разогрев (у незамерзаек меньшая теплоёмкость, чем у воды);
- зимой, при отключении двухконтурного котла в системе с антифризом на длительный срок, не забудьте слить воду из контура горячего водоснабжения, т. к. она может замёрзнуть и повредить трубы контура.
Как выбрать оптимальный теплоноситель
Прежде всего — вопрос выбора теплоносителя должен быть определяющим ещё на стадии проектирования отопительной системы, поскольку если она создавалась для воды, то потребует серьезной реконструкции под антифриз.
Если температура в отопительном контуре в холодный сезон не будет снижаться ниже +5 °С, то оптимальный теплоноситель для такой системы — вода, из состава которой по максимуму выведены соединения солей. Если же существует вероятность падения температуры в отопительной системе до минусовых значений, то в этом случае необходим только антифриз. Разумеется, можно сливать воду из системы, что обезопасит её от повреждений при заморозках, однако в этом случае контур заполнит воздух, который резко ускорит коррозионные процессы в условиях высокой влажности.
Можно обезопасить водяную отопительную систему от промерзания, встроив в неё электротэны, управляемые температурными датчиками или дистанционно, по GSM-каналам, что позволит поддерживать температуру воды на уровне выше +5 °С, однако тут возникает зависимость от электроснабжения и сотовой связи — сбой одной из этих систем порознь или вместе приведёт к замерзанию теплоносителя и множественным повреждениям отопительного контура.
При выборе антифриза нужно подробно изучить его характеристики, в числе которых: допустимая предельно низкая температура; состав присадок и их назначение; как вляет на элементы отопительной системы (из чёрного и цветных металлов, чугуна, пластика, резины и т. д.); длительность срока использования в системе без замены; безопасность для человеческого здоровья и экологии (его ведь придётся куда-то сливать). Кстати, цветность незамерзайки не имеет никакого практического значения для отопительного контура, нужна лишь для того, чтобы подчеркнуть принадлежность к той или иной марке. Учитывая потенциальную опасность для здоровья домочадцев, лучшим выбором будет незамерзайка на основе пропиленгликоля.
Ввиду популярности у домовладельцев антифриза марки «Тосол», разработанного в середине прошлого века в СССР, стоит вкратце описать его характеристики. Итак, тосол изначально разрабатывался в качестве незамерзающей охлаждающей жидкости для автомоторов, его состав базируется на этиленгликоле, характеристики которого описаны выше. В системах отопления использовать тосол не рекомендуется, т. к. этот антифриз для них не предназначен — содержит специфические присадки для автомобильных двигателей, бесполезных и даже вредных в отопительных системах, поскольку тосол просто не рассчитан на работу при высоких температурах.
В завершении назовём наиболее оптимальный антифриз, приобрести или приготовить который очень и очень просто — 40° смесь этилового спирта с дистиллированной водой. Эксплуатационные характеристики этой смеси при использовании в качестве теплоносителя-антифриза таковы:
- немногим большая, чем у воды, но значительно меньшая, чем у этиленгликолевых и пропиленгликолевых незамерзаек, вязкость;
- меньшая текучесть, чем у упомянутых антифризов, что позволяет снизить требования к герметичности разъёмных соединений, позволяя использовать в них обычные уплотнители (спирт химически не активен к резине);
- спирт является отличным ингибитором коррозии, т. е. блокирует её развитие;
- при использовании насыщенной солями воды (жёсткой), спирт в составе такой смеси воспрепятствует отложениям накипи на внутренних поверхностях отопительного контура. Соли выпадут в нерастворимый осадок, при промывании системы его легко удалить;
- в результате теплоты смешения и контракции (сжатия водного объёма спиртового раствора), спирт не испаряется отдельно от воды (при условии, что его содержание в водном растворе не ниже 30%);
- температура кипения водного раствора спирта практически соответствует температуре кипения воды, т. е. при повышении температуры в отопительной системе до +85 °С, обычной для систем с водой в качестве теплоносителя, закипания с появлением пробок в виде пара не произойдет;
- содержание спирта в водном растворе резко понижает расширение воды при замерзании, т. е. даже при полном промерзании отопительной системы с таким теплоносителем повреждений её конструкционных элементов не будет.
Для достижения определённых пороговых значений стойкости водного раствора этилового спирта к низким температурам необходимо достичь следующего его содержания в растворе с водой: 20,3% — замерзание при -10,6 °С; 33,8% — замерзание при -23,6 °С; 39% — замерзание при -28,7 °С; 46,3% — замерзание при -33,9 °С. Особенно удобным будет использование теплоносителя, представляющего собой водный раствор этилового спирта, в закрытых отопительных системах.
При подготовке водно-спиртового теплоносителя пропорции содержания в воде спирта рассчитываются следующим образом — литр 96% спирта содержит 960 мл безводного спирта, соответственно, чтобы получить 33% раствор, нужно разделить 96 на 33 и получаем необходимый объём воды, равный 2,9 л. Т. е. если ввести в литр 96% спирта ровно 2,9 литра воды, то содержание спирта в полученном растворе составит точно 33% — теплоноситель, незамерзающий до примерно -22,5 °С, готов.
Видео по теме
Источник: youtube.com/Тепло-вода
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
