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.

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

Незамерзающие теплоносители для систем отопления различных производителей.

Теплоноситель в системах отопления зданий

Назначение

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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.

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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.

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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.

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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.

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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.

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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.

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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.

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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.

Читайте также »   Мотоцикл «Урал» на гусеницах

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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.

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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.

Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

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.
  • Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

    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

    Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

    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.

    Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

    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.

    Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

    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

    Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

    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.

    Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

    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.

    Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

    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.

    Теплоноситель для систем отопления: назначение, свойства, разновидности

    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.

    Понравилась статья? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен

    Ремонт квартир в Можайске © 2019. Все права защищены.