Незамерзающий теплоноситель: назначение, виды, особенности эксплуатации

Перенос тепла от отопительного котла к радиаторам в помещение происходит за счет использования теплоносителя. Работа этой жидкости в системе отопления осуществляется по следующему принципу:

• Теплоноситель находится в нагревательном контуре котла, где получает тепловую энергию.

• Жидкость поступает по трубам в отопительные приборы.

• В радиаторах теплоноситель контактирует со стенками и передает им тепло.

• Отопительные приборы, контактируя с атмосферой помещения, отдают в нее приобретенную от теплоносителя тепловую энергию.

• Теплоноситель остывает и по трубам возвращается обратно в котел, и цикл повторяется.

От характеристик теплового агента зависит эффективность и работоспособность отопительной системы, поэтому его подбирают в соответствии с условиями эксплуатации. 

Основные требования к теплоносителю:

• Высокая теплоемкость. Характеризуется способностью быстро набирать, переносить и отдавать тепловую энергию.

• Химическая инертность. Вещество должно быть как можно менее активным и не вступать в химическое взаимодействие с элементами отопительной системы, с которыми имеется непосредственный контакт.

• Широкий диапазон рабочих температур. Идеальным теплоносителем можно считать такую жидкость, которая быстро не закипит и не превратится в пар, а также не загустевает и не кристаллизуется в морозы.

• Отсутствие растворенных компонентов. Примеси в теплоносителе откладываются на стенках элементов отопительной системы, что резко снижает ее эффективность.

• Минимальная коррозионная активность. Контакт теплоносителя с металлическими поверхностями не станет причиной их разрушения из-за развития коррозии. 

• Химическая стабильность. Жидкость не должна распадаться или превращаться в другие соединения при нагреве, длительном использовании и других внешних факторах.

• Стабильность рабочих характеристик. Теплоноситель должен иметь определенные технические характеристики в течение всего срока эксплуатации в определенных условиях.

• Безопасность. Вещество, используемое в отопительной системе, не должно представлять угрозу для людей, находящихся в помещении.

Вода — самый популярный и доступный теплоноситель, который обладает рядом преимуществ:

• Вода — естественный возобновляемый теплоноситель, использование которого снижает расходы на его приобретение к минимуму.

• Высокая теплоемкость обеспечивает эффективную передачу тепла.

• Оптимальные показатели текучести, диапазон рабочих температур и стабильность характеристик.

• Вода не представляет опасности для жизни и здоровья человека и животных, не взрывоопасна и не горюча.

Несмотря на множество достоинств, вода как теплоноситель имеет недостатки:

• Эксплуатация невозможна при снижении температуры окружающей среды ниже 0°C, так как происходит разрыв труб и выход из строя оборудования.

• Высокая коррозионная активность резко снижает срок эксплуатации металлических элементов отопительной системы, не имеющих антикоррозионной защиты.

• Наличие примесей в воде приводит к образованию отложений внутри труб, радиаторов и других компонентов системы отопления, что снижает теплопередачу.

Очистка воды и введение в ее состав специальных присадок для придания нужных характеристик не позволяет сделать из воды идеальный теплоноситель и избавиться от основного недостатка — замерзания при температуре ниже нулевой отметки. Незамерзающие жидкости приходят на помощь там, где существует риск размораживания отопительной системы.

К преимуществам использования антифризов в качестве теплоносителя относят:

• Сохранение целостности и работоспособности отопительной системы. При снижении температуры жидкость не кристаллизуется, а переходит в гелеобразное состояние.

• Экономичность. Состав поступает в продажу в виде концентрата, а перед заливкой в систему отопления разбавляется в определенной пропорции водой, что снижает расход теплоносителя.

• Химическая инертность. Качественный состав не вступает в химическое взаимодействие с материалом элементов отопительной системы. Однако следует остерегаться подделок, которые разрушают алюминий.

Однако антифриз, как и воду, нельзя назвать идеальным теплоносителем. Незамерзающие жидкости не лишены недостатков:

• Высокая вязкость. Требуется использовать более мощный циркуляционный насос. Применение антифризов в системах с естественной циркуляцией невозможно.

• Пониженная теплоемкость. Этот показатель у незамерзающих жидкостей на 15% ниже, чем у воды, поэтому требуется затратить больше энергоресурсов для эффективной работы отопления.

• Высокая текучесть. Требуется уделять пристальное внимание уплотнительным элементам, чтобы не допустить протечки.

• Присутствие токсичных компонентов. В составе антифриза присутствуют соединения, которые опасны для здоровья человека и окружающей среды.

Незамерзающие теплоносители — широкая группа технических жидкостей, в составе которой находятся антифризы с разной химической основой:

• Этиленгликоль.

• Пропиленгликоль.

• Глицерин.

Для котлов электродного типа разработаны специальные составы, учитывающие особенности функционирования таких теплогенераторов. Кроме этого, некоторые пользователи применяют автомобильный тосол, который справляется с основными задачами, стоящими перед теплоносителем.

Незамерзающий теплоноситель на основе этиленгликоля обладает следующими свойствами:

• Широкий температурный диапазон. Находится в пределах от -65 до +118°С. Концентрация в теплоносителе активного вещества определяет температуру замерзания. Концентрация, равная 70%, считается оптимальной — температура загустевания составляет -65°С, так как при увеличении концентрации происходит рост температуры замерзания

• Низкий коэффициент расширения при замерзании. Это существенное преимущество перед водой, расширение которой при замерзании становится причиной повреждения элементов отопительной системы. Этиленгликолевый теплоноситель имеет коэффициент расширения, равный 0,5%, по сравнению с 9% у воды.

Низкая стоимость и удачное сочетание эксплуатационных характеристик делают этиленгликоль наиболее популярным незамерзающим теплоносителем. Однако при его использовании следует контролировать следующие параметры:

• Температура. При повышении температуры антифриза в системе выше точки кипения этиленгликоль начинает разлагаться с образованием солей. Одновременно с этим уничтожаются ингибиторы, поэтому риск развития коррозионных процессов повышается. 

• Герметичность системы. Этиленгликоль при контакте с воздухом окисляется, причем этот процесс ускоряется при увеличении температуры. В ходе окислительных процессов образуются кислоты, которые разрушают ингибиторы, что приводит к коррозии, снижению теплоотдачи, разгерметизации подшипников циркуляционного насоса и в некоторых случаях — протечке.

Этиленгликоль — ядовитое вещество (третий класс токсичности), поэтому контакт человека с ним категорически запрещен. В организм антифриз может проникать через кожу и воздушно-капельным путем, поэтому он может использоваться только в закрытых одноконтурных системах отопления.

Пропиленгликоль — нетоксичное и безопасное вещество, которое широко используется в системах отопления. Рост популярности этого вида незамерзающего теплоносителя сдерживает его высокая стоимость.

Основные особенности полипропиленгликоля:

• Широкий диапазон рабочих температур. Антифриз в чистом виде способен сохранять свои эксплуатационные характеристики  от -40 до +100°С, в виде раствора — от -60 до +185°С.

• Защита труб. В состав антифриза на базе пропиленгликоля входят карбоксилаты, которые предохраняют материал трубопровода от разрушения.

• Стабильность свойств, низкая коррозионная активность, отсутствие накипи. Наличие в составе добавок обеспечивает долговечность системы.

• Низкая плотность. Этот показатель ниже, чем у этиленгликоля, поэтому энергозатраты на циркуляцию теплоносителя снижаются.

Однозначного ответа на этот вопрос нет, так как незамерзающий теплоноситель подбирается в зависимости от концентрации и следующих факторов:

• Особенности отопительной системы. Применение этиленгликоля ограничивается закрытыми контурами и требует постоянного контроля над состоянием системы. Полипропиленгликоль используется без ограничений, а его протечка не приведет к отравлению людей и окружающей среды.

• Назначение отапливаемого здания. Если повышенные требования к безопасности и экологичности отсутствуют, то допускается применение этиленгликоля. Пропиленгликоль может быть залит в отопительную систему любого объекта.

• Климатические условия. Оба состава могут эксплуатироваться в виде водного раствора в районах, в которых преобладают низкие температуры. Однако незамерзающие теплоносители на основе полипропиленгликоля более предпочтительнее, так как отсутствует риск  выкипания воды.

Этот вопрос не праздный, так как у людей, изучивших преимущества и недостатки незамерзающих теплоносителей, но далеких от химии и теплофизики, может возникнуть желание «усреднить» характеристики и создать универсальный антифриз. Смешивание этиленгликоля и пропиленгликоля не рекомендуется по следующим причинам:

• Смесь двух антифризов имеет более низкие теплофизические свойства по сравнению с каждым из них.

• Смесь останется токсичной и по-прежнему будет представлять опасность.

• Присадки, содержащиеся в каждом из антифризов, могут вступить в химическое взаимодействие с образованием осадка и повышением коррозионной активности.

Антифризы лучше не смешивать, а подбирать в соответствии с условиями эксплуатации. Если самостоятельный выбор затруднителен, то специалисты компании-продавца помогут подобрать оптимальный состав.