Теплоносители для систем отопления: виды, свойства, особенности выбора

Что такое теплоноситель, требования, свойства

Теплоноситель https://avitek-i.ru/catalog/zhidkosti_reagenty_dlya_promyvki_i_ochistki_otopleniya_1/teplonositeli/ – это подходящее под ряд эксплуатационных требований жидкое вещество, способное эффективно передавать тепловую энергию с контура отопительного котла на батареи в помещении. В упрощенном виде принцип его работы заключается в следующем алгоритме:

• Поток вещества омывает нагревающий контур отопительного котла.
• Приобретая заданную температуру, далее он переходит по трубам к приемникам – радиаторам.
• Соприкасаясь с внутренними структурами батарей, тепловой агент охлаждается и передает тепло стенкам прибора, которые в свою очередь отдают его окружающему пространству.
• Охлажденный теплоноситель, покидая радиатор, возвращается во обратной магистрали к отопительному контуру и цикл повторяется.

При этом далеко не любая жидкость может использоваться в качестве теплоагента.

Требования

Для успешного и безопасного применения, жидкое вещество должно соответствовать следующему ряду требований:

• Способность быстро и полноценно набирать, переносить и отдавать тепло – что соответствует высокому значению показателя теплоемкости.
• Нейтральность или минимально возможная химическая активность с контактирующим материалом – оборудованием, трубами, радиаторами и уплотнительными элементами.
• Широкий диапазон рабочей температуры – как в области нагрева, так и в зоне охлаждения. В идеале жидкость для отопления не должна быстро закипать и переходить в парообразное состояние при стандартных показателях работы котла. Также она не должна густеть или полностью кристаллизоваться при охлаждении намного ниже 0 °C и приводить к разрушению оборудования системы зимой.
• Отсутствие в составе растворенных компонентов, способных выкристаллизовываться при постоянном нагреве жидкости. Так как они могут откладываться в виде нерастворимых наростов на стенках труб, радиаторов и котельного контура. Это приведет к сужению рабочего просвета и ухудшению теплоотдачи оборудования, а также нагрузке на насосную станцию.
• Отсутствие или минимальная коррозионная активность на металлических поверхностях элементов системы.
• Химическая стабильность – отсутствие процессов распада или превращения компонентов теплоносителя в другие соединения под действием нагрева, времени применения и других факторов.
• Постоянство рабочих характеристик – показатели текучести, тепловая емкость, химическая инертность и т. д. – на протяжении всего периода эксплуатации и в заданных условиях.
• Абсолютная безопасность для жильцов дома. Отсутствие в составе токсических, горючих, взрывоопасных, радиоактивных и иных опасных для жизни и здоровья компонентов.

Виды антифризов

Рынок этой специфической продукции очень обширен. В последнее время в связи с повышением спроса на «незамерзайки», производители весьма расширили их ассортимент.

Незамерзающие жидкости изготавливают на основе различных химических соединений:

• Глицерина;
• Этиленгликоля;
• Пропиленгликоля;
• Рассола бишофита;
• Солевого раствора.

Наиболее распространённые бытовые «незамерзайки» производятся на основе водных растворов этиленгликоля, глицерина и пропиленгликоля. Так как эти вещества отличаются высокой агрессивностью, к ним добавляют специальные компоненты – присадки.

Цель которых предотвратить повреждения, коррозию, накипь и пенообразование.

1. Этиленгликолевые пользуются наибольшей популярностью среди наших потребителей. Главное их преимущество – низкая цена. Но при этом это самая токсичная незамерзающая жидкость, применение которой в двухконтурных котлах запрещено, в связи с высокой вероятностью попадания в систему водоснабжения, что опасно для здоровья человека. Стоит учитывать, что при повышении температуры кипения более 110 градусов, этиленгликоль даёт осадок, который может вывести из строя некоторые элементы системы.
2. Пропиленгликолевые схожи по свойствам с первым видом, но при этом безвредны и безопасны. Их рекомендует большая часть производителей.
3. Глицериновые абсолютно не токсичны и экологичны, обеспечивают максимальную защиту от коррозии. Не увеличивается в объёме при переходе в твёрдое состояние, и для запуска системы его достаточно просто нагреть.
4. Антифризы на основе природного раствора бишофита имеют уникальные физико-химические свойства. Низкую температуру замерзания и высокую кипения, а также большую теплоёмкость и теплопередачу, чем у воды, что нехарактерно для большей части этой продукции.
5. Солевые теплоносители производятся на основе растворов минеральных солей (магния, кальция, натрия и их соединений). Существенным недостатком этих жидкостей является высокая коррозионная агрессивность к оборудованию.

Антифризы продаются либо уже разбавленные и готовые к применению (специалисты рекомендуют использовать теплоноситель с температурой замерзания от -20 до -25 градусов), либо в виде концентратов, и тогда раствор необходимо готовить самостоятельно.

Пример разбавления этиленгликолевых жидкостей. Они бывают двух видов:

1. С порогом замерзания не выше -30 градусов (тогда, чтобы прийти к температуре замерзания -25, смесь нужно разбавить дистиллированной водой в соотношении 9:1);
2. С порогом замерзания не выше -65 градусов (чтобы получить порог замерзания -25, антифриз с водой смешиваются в долях 6:4). 

Свойства теплонесущих жидкостей

Рабочее тело любой водяной системы — теплоноситель — это жидкость, отбирающая определенное количество энергии котла и переносящая ее по трубам к отопительным приборам – батареям либо контурам теплых полов. Вывод: эффективность работы отопления зависит от физических свойств жидкого посредника – теплоемкости, плотности, текучести и так далее.

В 95% частных домов используется обычная или подготовленная вода теплоемкостью 4.18 кДж/кг•°С (в других единицах — 1.16 Вт/кг•°С, 1 ккал/кг•°С), замерзающая при температуре около нуля градусов. Достоинства традиционного теплоносителя для отопления – доступность и низкая цена, главный недостаток – увеличение в объеме при замерзании.

Кристаллизация воды сопровождается расширением, от давления льда одинаково разрушаются чугунные радиаторы и металлопластиковые трубопроводы

Образующийся на морозе лед буквально раскалывает трубы, теплообменники котлов и радиаторы. Чтобы предотвратить разрушение дорогостоящего оборудования вследствие размораживания, в систему заливают 3 вида антифризов, изготавливаемых на основе многоатомных спиртов:

1. Глицериновый раствор – самая старая разновидность незамерзающего теплоносителя. Чистый глицерин – прозрачная жидкость повышенной вязкости, плотность вещества – 1261 кг/м³.
2. Водный раствор этиленгликоля – двухатомного спирта плотностью 1113 кг/м³. Исходная жидкость бесцветна, по вязкости уступает глицерину. Вещество токсично, смертельная доза растворенного гликоля при приеме внутрь – около 100 мл.
3. То же, на основе пропиленгликоля – прозрачной жидкости плотностью 1036 кг/м³.
4. Составы на основе природного минерала — бишофита. Характеристики и особенности этого химиката мы разберем отдельно (ниже по тексту).

«Незамерзайки» продаются в двух видах: готовые растворы, рассчитанные на определенную минусовую температуру (как правило, —30 °С), либо концентраты, которые пользователь разбавляет водой собственноручно. Перечислим свойства гликолевых антифризов, влияющие на эксплуатацию отопительных сетей:

1. Низкая температура кристаллизации. В зависимости от концентрации многоатомного спирта в водном растворе жидкость начинает замерзать при температуре минус 10…40 градусов. Концентрат кристаллизуется при 65 °С ниже нуля.
2. Высокая кинематическая вязкость. Пример: у воды данный параметр составляет 0,01012 см²/с, пропиленгликоля — 0,054 см²/с, разница – в 5 раз.
3. Повышенная текучесть и проникающая способность.
4. Теплоемкость незамерзающих растворов лежит в пределах 0.8…0.9 ккал/кг °С (зависит от концентрации). В среднем указанный параметр на 15% ниже, чем у воды.
5. Агрессивность к некоторым металлам, например, цинку.
6. От нагрева вещество вспенивается, при кипении быстро разлагается.

Пропиленгликолевые антифризы обычно окрашивают в зеленый цвет, а к маркировке добавляют приставку «ЭКО» Чтобы антифризы соответствовали эксплуатационным требованиям, производители добавляют к гликолевым растворам пакеты присадок — ингибиторы коррозии и другие элементы, поддерживающие стабильность «незамерзайки» и снижающие пенообразование.

Правильное применение

Основные требования эффективного и безопасного использования незамерзающих теплоносителей:

• Независимо от состава все незамерзающие теплоносители категорически запрещается применять в открытых системах отопления, а также в комплексах, оборудованных настенными моделями отопительных котлов.
• В зависимости от состава срок эффективной эксплуатации незамерзающего вещества варьируется в пределе от 4 до 8 лет, среднее значение составляет 5 лет. При этом производители отопительного оборудования рекомендуют полностью менять теплоноситель чаще заявленного срока.
• При замене следует промывать систему (трубы, а также котел, циркуляционный насос и расширительный бак). Закачка нового средства допускается только при условии использования специального насоса.
• При выборе вещества важен учет соответствия показателя термоустойчивости жидкости температурному режиму отопительной системы. Перегрев чреват нарушением структуры теплоносителя и, как следствие, снижением эффективности отопления.
• Использование антифриза при отоплении с оцинкованными трубопроводами чревато образованием нерастворимых отложений на внутренних поверхностях труб.
• Не рекомендуется смешивать антифризы разных марок и производителей. Однако это допустимо при условии проверки жидкостей на совместимость. В противном случае возможно снижение качества теплоносителя и начало коррозийных процессов внутри трубопровода.
• Для разведения концентрата подходит дистиллированная вода. При использовании проточной воды возможно образование осадка, значительно снижающего качество готовой смеси. 

Важно! Большинство присадок, входящих в состав любой незамерзающей жидкости, оказывает разрушающее воздействие на полимеры, часто используемые в изготовлении элементов отопительных систем. Поэтому при выборе незамерзайки важно придерживаться рекомендаций производителей отопительного оборудования. 

На что обращать внимание при выборе теплоносителя

Выбирая теплоноситель, вы должны учитывать условия эксплуатации системы отопления. Например, существуют населенные пункты, где перебои с поставками энергоносителей довольно часты. На пике зимних морозов достаточно нескольких часов, чтобы вода кристаллизировалась и начала увеличиваться в объеме. Это приводит к авариям и порывам радиаторов и труб.

Но существуют и загородные коттеджи, где отопление используется сезонно. Образ жизни обитателей может быть связан с частыми поездками и оставлением жилища без надзора. В этом вопросе на первый план должна выйти всесезонность теплоносителя. Но это повлечет требования к герметичности контуров и конструкции. Ведь почти все незамерзающие средства в той или иной степени токсичны, иногда они и вовсе бывают огнеопасными. 

Каким бы качественным ни был теплоноситель, время от времени его необходимо менять. Если речь идет об антифризах, то такие манипуляции могут повлечь серьёзные расходы.

Важно учитывать еще и то, что ряд котельного оборудования предполагает необходимость использования определенных теплоносителей. Применение других составов может стать причиной потери гарантийного обязательства.

Ограничения по применению антифриза в теплоснабжении 

Повреждения ТЭНа электрокотлов из-за неправильно подобранной незамерзающей жидкости.

Несмотря на все свои положительные стороны не каждая жидкость незамерзающая подойдет для котлов отопления. Неправильное использование может привести к постепенному разрушению теплообменника и быстрому выходу из строя дорогого оборудования.

Помимо этого есть ряд других ограничений, которые нужно учитывать при использовании незамерзающего теплоносителя отопительных систем:

• Многие модели двухконтурных котлов не предназначены для антифриза. Он может попасть в систему ГВС, что является нежелательным фактором;
• Незамерзающая жидкость негативно воздействует на оцинкованную поверхность. Происходит быстрое разрушение защитного слоя и как следствие – выход элемента отопления из строя;
• Так как вязкость у антифриза намного выше, чем у воды – нужно доукомплектовать отопление мощными циркуляционными насосами. Чем ниже критический уровень температуры замерзания – тем большая производительность должна быть у насосов;
• Замену антифриза следует выполнять четко по рекомендации производителя. Он со временем теряет свои свойства, что напрямую сказывается на эксплуатационных показателях системы отопления.

Концентрат незамерзающей жидкости разбавляется только дистиллированной водой. Обыкновенная проточная для этого непригодна – большое количество сторонних элементов может вызвать нежелательную химическую реакцию.