Теплоноситель - общие сведения

Теплоноситель - движущая жидкая или газообразная среда, используемая для осуществления теплообмена.

Наиболее распространенными видами теплоносителей в системах отопления являются: вода и водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля с модифицирующими присадками.

На практике чаще всего применяют воду (в виде газа или жидкости), глицерин, нефтяные масла, расплавы металлов (Sn, Pb, Na, К), воздух, азот (в том числе жидкий), фреоны (в случае использования фазовых переходов обычно называют хладагентами) и др.

Правильный теплоноситель должен выполнять следующие задачи:

1. Переносить максимум тепла за короткое количество времени по трубопроводу с минимальными теплопотерями.

2. Обладать небольшой вязкостью, так как этот показатель влияет на скорость прокачки, следовательно, величину КПД.

3. Не должен быть причиной возникновения коррозии составных частей и механизмов системы.

4. Должен быть безопасным для жителей дома, то есть не превышать нормы по температуре возгорания или токсичности (те же требования и к парам жидкости).

5. Важным является и стоимость теплоносителя.

Нельзя использовать в качестве теплоносителя этиловый/метиловый спирт или трансформаторное масло ввиду их высокой пожароопасности.

Следует помнить, что характеристики циркулирующей жидкости влияют на работу всего оборудования.

Для сведения: Во всех инструкциях по эксплуатации, рекомендациях производителей и справочниках для монтажников систем отопления единогласно утверждается: стандартный теплоноситель для использования в отопительных системах - это дистиллированная очищенная вода.

Вывод: В системах отопления не подверженных прямому влиянию низких температур, в качестве теплоносителя, следует использовать очищенную воду (в идеале дистиллированную). В тех же системах, где теплоноситель может подвергаться прямому воздействию низких температур - следует использовать (антифризы).

ВОДА КАК ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ

Н2О Вода – является наиболее важным и распространенным веществом на планете. При этом многие свойства воды абсолютно уникальны. К примеру, плотность воды при переходе из твердого состояния в жидкое только увеличивается. Она обладает большой удельной теплоемкостью (4,1868 кДж/кг) и является практически идеальным и к тому же общедоступным теплоносителем.

Вода обладает большей теплоемкостью чем антифризы. То есть, она при нагревании способна накопить большое количество энергии. А остывая, она это большое количество энергии отдаёт, в нашем случае, отапливаемому помещению. Так же она имеет очень малую вязкость (иными словами, хорошую текучесть), благодаря чему её легко "перемещать" внутри системы отопления.

Чтобы система функционировала безотказно, воду следует умягчить, для этого существует два рациональных способа:

1. Термический, основанный на элементарном кипячении. Вода помещается в большой металлический резервуар и нагревается. В процессе кипячения удаляется углекислый газ, соли откладываются на дне сосуда. К сожалению, стойкие соединения кальция и магния так и останутся в воде.

2. Химический, действующий за счет реагентов. При помощи кальцинированной соды, гашеной извести, ортофосфата натрия находящиеся в воде соли становятся нерастворимыми, выпадают в виде осадка. Последующая фильтрация устранит остатки веществ.

Идеальный вариант – дистиллированная вода, единственный минус которой кроется в ее покупке, тогда как обычную можно набрать из-под крана. Многие используют дождевую воду, выгодно отличающуюся от водопроводной, колодезной и артезианской.

Преимущества использования воды в качестве теплоносителя:

1. Экологически чистое вещество.

2. Обладает высокой теплоемкостью .

3. Легко циркулирует по системе отопления.

4. Общедоступность при низкой стоимости.

Недостатки использования воды, в качестве теплоносителя:

1. Достаточно высокая температура замерзания 0°С, а при переходе в твердую фазу объем увеличивается на 9%. Замерзание воды в системе отопления может привести к разрушению многих элементов, таких как: отопительные приборы, трубы, краны и сам котел.

2. Коррозия отопительной системы. Если, во избежание размораживания системы отопления, воду сливают - коррозионные процессы в системе, заполненной воздухом, идут ещё быстрее, чем в воде.

3. Природная вода характеризуется таким показателем как жесткость. При температуре воды выше 80°С начинается интенсивное разложение карбонатных солей и отложение накипи на стенках теплогенератора и трубах, что является причиной ухудшения теплоотдачи. Желательно, чтобы в воде были специальные присадки, способные продлить жизнь системе отопления ( ингибиторы коррозии и т.д.). Идеально, если присадки будут добавлены в дистиллированную воду.

4. Проведение ежегодной промывки системы.

Вывод: В системах отопления не подверженных прямому влиянию низких температур, в качестве теплоносителя, следует использовать очищенную воду (в идеале дистиллированную). В тех же системах, где теплоноситель может подвергаться прямому воздействию низких температур - следует использовать (антифризы) водные растворы этиленгликоля или пропиленгликоля с модифицирующими присадками..

ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЬ КАК ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ

Пропиленгликоль - (1,2-пропандиол, лат. варианты названий: 1,2-Propandiol, Propylenglykol) — органическое соединение класса предельных двухатомных спиртов. Химическая формула пропиленгликоля – C3H6(OH)2, производное предельного углеводорода пропана.

Пропиленгликоль относится к жирным органическим соединениям, с двумя гидроксильными ОН-группы при разных атомах углерода. Название произошло от углеводородного радикала — пропилена и слова «гликоль», то есть двухатомный спирт.
Пропиленгликоль - бесцветная вязкая жидкость сладкая на вкус и со слабым запахом, не токсичн и применяется даже в пищевых продуктах как пищевая добавка.

Пропиленгликоль обладает целым рядом превосходных свойств, благодаря которым применяется при производстве целого ряда незамерзающих жидкостей - теплоносителей и антифризов для систем отопления и промышленного холодоснабжения:

1. Хорошо растворяется в воде в любых соотношениях, с концентрацией от 0% и до 100%.

2. Придает водным растворам незамерзающие (низкозамерзающие) свойства. Температура начала замерзания зависит от концентрации самого пропиленгликоля в воде.

3. Обладает хорошими гигроскопическими свойствами - свойствами впитывать, поглощать влагу из поверхностей и воздуха.

4. Хорошо растворяет не растворимые или слабо растворимые друг в друге вещества - гидрофобные и гидрофильные соединения.

Пропиленгликоль является активным коррозионным веществом, относится к жирным органическим соединениям, в связи с чем при производстве водных растворов - незамерзающих жидкостей применяются антикоррозионные и противопенные присадки.

В отличие от теплоносителя на основе этиленгликоля теплоноситель, изготовленный на основе пропиленгликоля, является безопасным и экологически чистым антифризом.

Водный раствор пропиленгликоля с антикоррозионными присадками является безопасной и экологически чистой незамерзающей жидкостью. Эти растворы применяются в системах холодоснабжения и отопления в основном в пищевых и парфюмерных производствах и хладокомбинатах, в фармпроизводствах, в жилых и общественных зданиях, на объектах, на которых незамерзающей жидкости предъявляют высокие требования по экологичности, и где не исключена опасность попадания токсичных веществ в почву и грунтовую воду.

Изготавливают водные растворы на основе пропиленгликоля с температурой начала кристаллизации от 0°С и до -40°С и максимальной концентрацией пропиленгликоля 55% ( ограничение связано с высокой вязкостью самого пропиленгликоля).

Для идентификации , ЭКО жидкости на основе пропиленгликоля подкрашиваются в зеленый цвет, но некоторые производители не вводят в раствор красители, объясняя это тем. что в процессе эксплуатации именно краситель порой быстрее всего подвергается термическому распаду.

Водные растворы на основе пропиленгликоля сертифицированы, имеется сертификат соответствия и СанПин, по требованию покупателя предоставляется паспорт качества. Гарантийный срок эксплуатации как правило - 5 лет. Через 5 лет эксплуатации теплоноситель останется низкозамерзающей жидкостью, однако может снизить, либо и вовсе исчерпать ресурс присадок по противодействию коррозии. По истечении гарантийного срока необходимо провести анализ состояния незамерзающей жидкости, и продлить срок эксплуатации при соответствующих параметрах или произвести его замену.

Срок службы жидкости во многом зависит от состояния самой системы и условий её эксплуатации. К факторам, которые влияют на срок службы теплоносителя и существенно его сокращают, относятся перегрев при эксплуатации, попадание в систему посторонних загрязнений, разбавление водой готового к применению теплоносителя, применение для долива не дистиллированной воды.

При замене - раствор подлежит утилизации, а перед новой заливкой система промывается обычной водопроводной водой.

Состав водного раствора пропиленгликоля - тип 40 (температура начала кристаллизации - -40 С . Рабочий диапазон температур теплоносителя от -40°С до +95°С. ): пропиленгликоль- 54%; вода - 45%, антикоррозионные, стабилизирующие и антипенные присадки. – 1%.

Когда , в холодное время года, температура теплоносителя (тип 40) опускается ниже минус 40°С, жидкость образует кашеобразную рыхлую массу кристаллов в растворе пропиленгликоля. Эта масса не приводит к размораживанию системы. В отличие от воды, теплоносители-антифризы при замерзании расширяются незначительно: 0,1%, против 9-11% у воды. После запуска системы теплоноситель быстро переходит в жидкое состояние. Данное свойство продукта позволяет отключать (завершать) отопление и легко вновь запускать систему.

Преимущества использования водного раствора пропиленгликоля, в качестве теплоносителя:

1. Безусловно страхует систему от разрыва. Объем при замерзании увеличивается всего на 0,1 % (теплоноситель на этиленгликоле – примерно 1,5%, а вода на 9%). Сливать систему в зимнее время не требуется.

2. Пожаровзрывобезопасен.

3. Пропиленгликолевый теплоноситель практически единственный продукт такого назначения, когда при полном испарении воды из состава теплоносителя при последующем охлаждении пропиленгликоль не замерзает до минус 60°С ( этиленгликоль , напомним, замерзает при -13°С).

4. Экологически и токсикологически безопасен. Обеспечивает наивысший после воды уровень безопасности. Не опасен даже при длительном вдыхании паров и не вызывает отравления при случайном приеме внутрь. Не повреждает глаза и кожу. При разливе не требуется замена пола, плитки, утеплителя, достаточно собрать теплоноситель ветошью, опилками, песком, мокрой тряпкой, а поверхность промыть водой.

5. Некоррозионноактивен. Совмещается со всеми конструкционными материалами систем. Не образует накипи и способствует удалению с внутренних поверхностей теплообменного оборудования отложений.

6. Теплоноситель на основе пропиленгликоля обладает меньшей плотностью по сравнению с этиленгликолевыми теплоносителями и благодаря этому уменьшается расход электроэнергии на прокачку теплоносителя.

Недостатки использования водного раствора пропиленгликоля, в качестве теплоносителя:

1. Более высокая стоимость, чем на другие виды теплоносителей.

2. По уровню безопасности уступает воде.

3. Теплоноситель на основе пропиленгликоля обладает большей плотностью по сравнению с водой и тем самым увеличивается расход электроэнергии на прокачку теплоносителя.

Вниманию потребителя!

При понижении температуры теплоносителя (тип 40) до минус 40 С, только начинается процесс кристаллизации, а его загустение происходит только при понижении температуры еще на 5-7 °С. Разрушение системы исключено, так как при дальнейшем понижении температуры раствор пропиленгликоля превращается в гелеобразную массу.

Фасуют теплоноситель в любую полимерную тару. На время транспортирования допускается налив в металлические неоцинкованные бочки. Транспортируют как железнодорожным, так и автомобильным транспортом.

Хранят в крытых складских помещениях, допускается хранение на открытых площадках при температуре окружающей среды, исключая воздействие прямых солнечных лучей.

В учреждениях, на пищевых производствах и т.п. теплоноситель хранят в герметично закрытой таре, отдельно от пищевых продуктов.

В жилых домах, детских оздоровительных и спортивных учреждениях и т.п. хранение осуществляется в недоступном для детей месте.

Храните теплоноситель с этикеткой для контроля сроков хранения и во избежание использования не по назначению.

Вывод: Теплоноситель на основе пропиленгликоля рекомендуется применять в открытых системах с открытыми расширительными баками и двухконтурных отопительных котлах, на объектах с повышенными требованиями к экологической безопасности. Его можно использовать в системах, имеющих элементы отопления снаружи здания или на чердаке.

ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ

Этиленгликоль – густая бесцветная жидкость, без запаха, сладкая на вкус, ядовита. Температура плавления – 13.2°С, температура кипения 197.6°С. Плотность 1.11 г/см3, структурная формула выглядит так: HO—CH2—CH2—OH.

Этиленгликоль был получен в 1859 году, но повсеместно стал использоваться только в Первую мировую войну в виде замены глицерину при производстве взрывчатых веществ. Получение этиленгликоля из этилена возможно несколькими способами: путём гидратации его оксида (для этого требуется высокое давление и температура в 200 градусов) или с добавлением ортофосфорной кислоты (в этом случае на выходе получается 90% раствор).

Этиленгликоль обладает целым рядом уникальных свойств, благодаря которым применяется при производстве целого ряда незамерзающих жидкостей - водных растворов, теплоносителей и антифризов для систем отопления и промышленного холодоснабжения:

1. Хорошо растворяется в воде в любых соотношениях, с концентрацией от 0% и до 100%.

2. Придает водным растворам незамерзающие (низкозамерзающие) свойства и температура начала замерзания зависит от концентрации самого этиленгликоля в воде.

3. Обладает хорошими гигроскопическими свойствами - свойствами впитывать, поглощать влагу, воду из поверхностей и воздуха, осушая её.

4. Хорошо растворяет не растворимые или слабо растворимые друг в друге вещества - гидрофобные и гидрофильные соединения.

Этиленгликоль является активным коррозионным веществом, относится к жирным органическим соединениям, в связи с чем при производстве водных растворов - незамерзающих жидкостей необходимо использовать присадки для защиты систем от коррозии и пенообразований.

Многоатомный спирт – этиленгликоль – получил широкое применение не только в качестве антифриза, но и в качестве составляющего элемента при производстве полиуретана и целлофана.

Водный раствор этиленгликоля производится с применением антикоррозионных, противопенных и противонакипных присадок (игибиторов) и как незамерзающая жидкость благодаря своей невысокой стоимости и низкой вязкости массово применяется в системах промышленного кондиционирования (холодоснабжения) и отопления, если объекту не предъявляются высокие требования по экологичности.

При понижении температуры до температуры начала кристаллизации раствора начинается сам процесс кристаллизации, а его загустение происходит только при понижении температуры еще на 5-7 °С. Разрушение системы исключено, так как при дальнейшем понижении температуры раствор этиленгликоля превращается в гелеобразную массу.

Водный раствор на основе этиленгликоля сертифицирован, имеется сертификат соответствия и СанПин, предоставляется паспорт качества. Гарантийный срок эксплуатации - 5 лет. При замене раствор этиленгликоля подлежит утилизации, а перед заливкой нового раствора система промывается обычной водопроводной водой.

Для идентификации незамерзающие жидкости на основе этиленгликоля подкрашиваются в красно-розовый цвет.

Преимущества:

1. Страхует систему от размораживания.

2. Низкие показатели отложения солей и накипи.

3. Средняя стоимость.

Недостатки:

1. Этиленгликоль токсичен, обладает наркотическим действием. В организм всасывается быстро. Из-за токсичности растворы на этиленгликоле используется только в технических системах, где нет особых требований по экологичности.

ОПАСНО! Этиленгликоль способен проникать в организм через кожу и при вдыхании.

Поэтому очень опасно применять этиленгликолевый теплоноситель в открытых системах – испарения распространятся в помещении. В двухконтурных котлах может произойти подмешивание ядовитого теплоносителя в горячую воду. При длительном воздействии возможно хроническое отравление с поражением жизненно важных органов (сосуды, почки, нервная система).

Первые признаки отравления – подавленное настроение, вялость. При проглатывании происходит отек легких, развивается острая сердечная недостаточность. Специалисты называют разные цифры смертельной дозы вещества: 5 мг на кг веса тела; 50–500 мг на человека. Смертность при остром отравлении высока – более 50 %. Особо стоит помнить, что этиленгликоль не имеет неприятного запаха и обладает сладковатым вкусом, что представляет повышенную опасность для детей и животных в случае протечек теплоносителя из системы. Степень вреда, которую этиленгликоль наносит человеку, зависит от количества яда, способа проникновения и индивидуального состояния организма.

2. При разливе в жилом доме, доски пола, плитка, утеплитель, пропитанные этиленгликолевым теплоносителем подлежат обязательной замене.

3. Отработанный теплоноситель на основе этиленгликоля запрещается выливать в открытый грунт и в канализацию, его надлежит собирать и отправлять на переработку.

4. Имеет высокую вязкость при низких температурах.

5. В целях безопасности требуется постоянный контроль над системой.

Вывод: Теплоносители на основе этиленгликоля рекомендуется применять в закрытых системах отопления, с закрытым расширительным баком, для обогрева нежилых помещений с постоянным контролем над системой.

ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ГЛИЦЕРИНА

Теплоноситель на основе глицерина представляет собой раствор глицерина в воде с добавлением различных присадок и красителя.

Наличие глицерина в теплоносителе снижает температуру его замерзания, что делает систему отопления более стойкой к возникновению неисправностей, приводящих ко временному прекращению работы отопительного котла.

Вероятность того, что теплоноситель на глицерине замёрзнет в магистралях существенно меньше той, которая существует для систем, использующих в качестве теплоносителя только воду.

Глицерин в системе отопления является главным фактором, влияющим на дальнейший выбор проекта системы отопления частного дома, тип отопительного котла, мощность устанавливаемых отопительных приборов (конвекторов или радиаторов), на мощность основного насоса и перечень используемых материалов.

Принимая решение о покупке теплоносителя, произведённого с использованием глицерина, обязательно следует проанализировать основные параметры последнего, чтобы не испытывать в будущем излишних сложностей с эксплуатацией и обслуживанием системы отопления:

1. Интервал температур, в котором эксплуатация указанного теплоносителя будет проходить в штатном режиме, без значительных потерь его потребительских параметров.

2. Теплоёмкость глицерина, т.е. потребное количество теплоносителя, которое требуется прокачать за единицу времени в целях переноса необходимого количества тепла.

3. Коэффициент вязкости, влияющий на скорость циркуляции теплоносителя, на величину коэффициента теплопередачи и т.п. и на его изменение в зависимости от температуры теплоносителя.

4. Коррозионная активность, накладывающая ряд ограничений на использование теплоносителя с глицериновыми присадками без добавления требуемых ингибиторов коррозии, а также на выбор материала контура теплоносителя.

5. Вопросы безопасности использования подобных теплоносителей для окружающей среды и человека.

6. Смазывающая способность, обуславливающая ограничения, налагаемые использованием указанного теплоносителя на конструкцию элементов СО.

7. Показатель инертности к вспениванию, прямо влияющий на величину КПД перекачивающего насоса.

Преимущества использования глицерина для отопления

1. Теплоноситель, имеющий в своём составе глицерин, обладает существенно меньшей температурой кристаллизации (температура замерзания глицерина составляет минус 30 градусов).

2. Глицерин взрыво- и пожаро- безопасен, т.к. он вообще не воспламеняется.

3. Подобные теплоносители безвредны для здоровья.

4. Уровень теплоотдачи существенно превышает аналогичные показатели иных теплоносителей.

5. Система отопления с указанным теплоносителем способна работать при температурах от -30 градусов до +105 градусов.

6. Глицерин для отопления не имеет присвоенного ему класса опасности и, по международным стандартам, считается пищевой добавкой, имеющей код Е 422.

Недостатки теплоносителей на основе глицерина

1. Высокая вязкость теплоносителя требует насосов повышенной мощности и производительности, либо разбавления различными спиртами, включая метиловый.

2. Сильное вспенивание, приводящее к появлению воздуха в магистралях отопления, что ухудшает теплоотдачу сети.

3. Наличие глицерина резко повышает требования к качеству уплотнений и прокладок, используемых в СО, которые изготовлены из пластмассы и неполярной резины.

4. Значительно усиливается вероятность возникновения коррозии в металлических частях СО.

5. Высокотемпературный нагрев глицерина приводит к образованию акролеина, являющегося сильно ядовитым веществом, обладающего крайне неприятным запахом и слезоточивым эффектом.

Вывод: Идеальным выбором является – теплоноситель на основе глицерина, в химическом составе которого учтены возможные результаты его взаимодействия со всеми веществами, используемыми в настоящее время в конструкциях нагревательных котлов и магистралей отопления СО частных домов (сталь, чугун, медь, алюминий).
Так как в противном случае могут возникать реакции, приводящие к электрохимической коррозии.

Глицерин в системе отопления обязательно должен иметь присадки, препятствующие окислению и пенообразованию.
Категорически должны быть исключены ингибиторы, усиливающие хрупкость полимеров (уплотнители, трубы).

Хранить теплоносители, изготовленные с использованием глицерина, рекомендуется в специально предназначенной для этого герметично закрывающейся таре и в холодном помещении.

Необходимо предохранять данный теплоноситель от прямых солнечных лучей, так как это может привести к возникновению химической реакции разложения присадок, входящих в теплоноситель, и основного вещества.

Категорически запрещается смешивать несколько разных видов теплоносителей.

Во всех остальных случаях указанный теплоноситель стабилен и сохраняет свои свойства без изменений на протяжении 8 лет.