Статьи

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

Теплоноситель для системы отопления является средством переноса энергии от места ее генерации до отопительного прибора. Мы говорим о системах водяного отопления, поэтому рассматривать будем исключительно жидкости. В статье вы прочтете об особенностях применения различных видов теплоносителей для отопления.

Незамерзающие теплоносители для систем отопления различных производителей.

Теплоноситель в системах отопления зданий

Назначение

Перенос тепла осуществляется за счет циркуляции нагретой жидкости.

Теплоноситель для отопления – это важнейший элемент, без которого работа системы невозможна в принципе.

Ранее человеком применялся непосредственный способ обогрева за счет открытого пламени: в жилище располагался очаг, в котором сжигали дрова. Со временем цивилизация упразднила такой способ как опасный и некомфортный, и очаг переместился в топку котла, а сам котел расположился в отдельном помещении дома или за его пределами.

Даже автономные системы обогрева предполагают вынос котла в подсобное помещение.

Однако такая передислокация потребовала изобретения способа переноса тепла на расстояние, и здесь мы видим появление такого понятия, как теплоноситель: вещество, способное запасать тепловую энергию для транспортировки от котельной до конечного потребителя. Первым теплоносителем, примененным человеком, был воздух.

Со временем системы обогрева помещений совершенствовались, и в конце концов появились водяные контуры переноса тепла. С тех пор вода является основной разновидностью агента для транспортировки тепловой энергии для обогрева жилых и общественных объектов.

Нагретая вода – один из лучших аккумуляторов тепловой энергии.

Сегодня номенклатура используемых агентов расширилась, однако для бытовых систем наиболее распространенной остается вода. В локальных и автономных сетях часто используют смеси, состоящие из воды, антифризов и комплекса добавок, которые снижают коррозионную активность среды.

Агент переноса тепла с добавлением антифриза и пакета присадок.

Важно!
Теплоноситель – это важнейший элемент отопления, от свойств которого зависит множество определяющих параметров.
Поэтому к выбору переносчика тепла следует отнестись серьезно и максимально ответственно.

Основные параметры и требования

Радиаторная батарея – конечный пункт транспортировки тепла.

Чтобы лучше понимать, каким требованиям должен отвечать теплопереносчик, рассмотрим его полный рабочий цикл:

Теплоноситель для отопления заливают в систему, состоящую из теплообменника котла, подающего трубопровода, радиаторов, расширительного бака и обратного трубопровода;
Горящее топливо или ТЭН нагревает воду в теплообменнике, и она начинает естественную или принудительную циркуляцию по контуру;
Так как система замкнута, на место ушедшей из теплообменника жидкости тут же поступает новая порция вещества, которое также нагревается и поступает в трубопровод;
Вода по трубам подается в радиаторы, где тепловой агент отдает свою энергию окружающей среде за счет теплопередачи, излучения и конвекции;
По обратному трубопроводу остывшая жидкость возвращается в теплообменник, и процесс повторяется;
Для компенсации тепловых расширений используют расширительный бак для систем отопления открытого или закрытого типа.

Циркуляция жидкости в однотрубной системе отопления.

Очевидно, что для характеристики транспортировщика энергии важен такой показатель, как способность накапливать тепло. Если провести аналогию с автотранспортом, это будет грузоподъёмностью машины, а в нашем случае этот параметр называют теплоемкостью.

Мы не будем вдаваться в анализ разных жидкостей, но заметим, что вода отличается самой высокой теплоемкостью из всех жидкостей (не считая расплавов).

Однако параметры теплоносителя системы отопления не ограничены теплоемкостью, хоть это и весьма важный показатель. На работу отопления сильное влияние оказывают также такие характеристики, как температуры фазовых переходов из одного агрегатного состояния в другое, то есть температура кипения и температура замерзания.

Замерзание жидкости и ее кристаллизация недопустимы.

Важно!
Для обогрева жилых и общественных зданий вода подходит практически идеально при условии постоянного отопления в холодное время года. Однако для автономных систем, работающих в кратковременно-периодическом режиме, замерзание воды чревато разрывом труб и выходом системы из строя.

Кроме того, следует помнить, что жидкости демонстрируют такое поведение в условиях перепада температуры:

при возрастании температуры они расширяются;
а при падении – сужаются;
но при падении ниже точки перехода в кристаллическую фазу объем начинает снова расти, и вода здесь демонстрирует аномально высокое расширение – до 9 %.

Это делает невозможным и опасным для труб использование воды в условиях возможной заморозки, единственное спасение – это слив теплоносителя, который чреват повышенной коррозией стенок.

Зависимость объема воды от ее температуры.

Максимальная температура ограничена нормами пожарной и травматической безопасности, поэтому нагревать теплоноситель выше 95 – 110 градусов смысла нет. В этом отношении вода нам подходит, но в целях исключения вскипания этот показатель иногда повышают добавлением различных примесей.

Инструкция СНиП требует строго ограничивать максимальную температуру.

Другой важный параметр – это вязкость и поверхностное натяжение жидкости. Так как наша система представляет собой замкнутый контур с сообщающимися сосудами под давлением, то мы должны учесть гидравлические законы и процессы. Чтобы обеспечить нормальную циркуляцию агента с заданной скоростью, необходимо преодолеть гидравлическое сопротивление трубопровода, которое прямо пропорционально вязкости.

Важно!
Чем ниже вязкость, тем проще насосу перемещать теплоноситель по контуру.
Это напрямую влияет на КПД системы и затраты энергии на работу насоса.

Как правило, вязкость ограничена таким параметром, как скорость теплоносителя в системе отопления. Она не должна быть ниже 0.2 – 0.3 м/с.

Коррозия может привести к серьезным нарушениям.

Подавляющее большинство труб изготовлены из стального проката, поэтому важно учитывать такой показатель жидкости, как коррозионная активность и жесткость.

Вода сама по себе не является опасной средой, однако в присутствии кислорода и различных примесей она может наносить заметный ущерб материалу стенок сосудов. Эта проблема решается комплексом мер, который называется водоподготовкой.

Объем теплоносителя в системе отопления определяют путем расчетов. Упрощенно расчет теплоносителя в системе отопления выглядит так: объем котла + объем отопительных приборов + объем воды в трубах + количество жидкости в расширительном баке.

Первые два параметра определяют по паспорту изделий, количество вещества в баке от нас не зависит, а объем трубопровода вычисляют по формуле:

V =π*R²*L*1000, где:

Π = 3.14;
R – радиус трубы в метрах;
L – длина трубопровода.

Расход теплоносителя в системе отопления легче определять по таблице.

Наконец, мы не можем не учитывать тот факт, что система отопления проложена в жилых и общественных помещениях, где постоянно находятся люди. Это значит, что переносчик тепла должен быть приемлем с точки зрения пожарной, токсикологической и химической безопасности.

Химический состав воды влияет на активность отложений на стенках труб и приборов.

Итак, подытожим все сказанное.

Теплоноситель должен отвечать таким требованиям:

Обладать высокой теплоемкостью и теплопроводностью;
Иметь приемлемый диапазон температур жидкой фазы;
Обладать низкой вязкостью при достаточном поверхностном натяжении;
Обладать низкой коррозионной активностью и химической инертностью;
Жидкость должна быть максимально безопасной для человека, негорючей и нетоксичной.

На фото – последствия кристаллизации воды в чугунной батарее.

Важно!
Жесткие требования к составу и свойствам теплоносителя ограничивают список используемых веществ достаточно сильно: как правило это либо дистиллированная/водопроводная вода, либо вода с добавлением антифризов и присадок.

Разновидности

Вода

Вода – самая распространенная жидкость на планете.

Вода относится к наиболее часто используемым типам теплоносителей для систем отопления. Это объясняется ее крайне широкой распространенностью, доступностью и дешевизной.

Но это далеко не все преимущества:

Вода обладает самой высокой теплоемкостью и достаточно высокой теплопроводностью;
Текучесть воды позволяет отнести ее к веществам с низкой вязкостью;
Вещество абсолютно безопасно для человека и окружающей среды;
Жидкая фаза находится в приемлемом температурном диапазоне;
Коррозионная активность очищенной воды достаточно низкая;
Не горит, не взрывается, не вступает в опасные реакции.

Важно!
Дистиллированную и деминерализованную воду можно было бы назвать идеальным теплоносителем, однако существует ряд недостатков, которые вынуждают искать способы оптимизации свойств этого вещества.

Дистиллированная вода – практически идеальный теплоноситель.

Основной недостаток воды – это ее способность замерзать при отрицательных температурах с резким расширением, в результате которого сосуды системы разрывает. Это значит, что зимой отопление должно работать бесперебойно, что не всегда приемлемо.

Еще одно свойство воды – это способность растворять большинство химических соединений, особенно солей и минералов. В результате при изменении температуры эти соединения выпадают в осадок и откладываются в виде налета на стенках труб, сужая их просвет и снижая теплопроводность стенок в разы.

Системы водоподготовки снижают количество растворенных солей и минералов.

Важно!
Для борьбы с недостатками воду смешивают с различными субстанциями – антифризами, присадками, добавками.
Это можно сделать своими руками, а можно приобрести готовый продукт.

Антифриз

Один из наиболее качественных антифризов от компании Clariant.

Антифриз – это незамерзающий теплоноситель с пакетом антикоррозионных и смягчающих присадок. Наиболее распространен и доступен комплекс на основе этиленгликоля.

Добавление гликолей значительно понижает температуру кристаллизации смеси, и диапазон жидкой фазы расширяется до значений от – 30 до + 130 градусов. При этом даже при замерзании увеличение объема не превышает 1.5 %, что безопасно для конструкционных материалов.

Антифриз с присадками от Arteco.

Применение антифриза снижает скорость коррозии металлов на два порядка и более, но при этом отмечается некоторая токсичность этиленгликоля. Более современным и менее токсичным является пропиленгликоль, физические свойства которого сходны с этиленгликолем, однако цена этого вещества в два раза выше.

Еще один безопасный компонент антифризов – это глицерин. Применение пищевого глицерина абсолютно безопасно как для человека, так и для материалов отопительной системы.

Глицериновый антифриз.

К недостаткам антифризов можно отнести их более высокую вязкость и меньшее поверхностное натяжение. Это накладывает особые требования к циркуляционным насосам, запорной арматуре, прокладкам и прочим элементам системы.

Наиболее качественные продукты выпускают такие компании, как Clariant, Arteco, BASF, DOW Chemical.

Объем тары можно подобрать под нужды вашей системы.

Важно!
Чтобы понять, как выбрать теплоноситель, следует определить режим эксплуатации отопления в зимнее время: для постоянной работы подойдет вода, а для помещений с периодическим использованием (дачи, коттеджи, гостевые домики и пр.) лучше подойдет антифриз.

Вывод

От выбора теплоносителя зависит множество параметров системы отопления, поэтому выбирать следует еще на этапе проектирования. Чаще всего используют водопроводную или дистиллированную воду, а также антифризы с пакетом присадок. Видео поможет вам не ошибиться в выборе теплоносителя.