Теплоносители систем отопления – 11 лучших теплоносителей для систем отопления

wikiteplo.ru

видео-инструкция по монтажу своими руками, параметры, расход, расчет, цена, фото

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:

1. Обладать высокой теплоемкостью и теплопроводностью;
2. Иметь приемлемый диапазон температур жидкой фазы;
3. Обладать низкой вязкостью при достаточном поверхностном натяжении;
4. Обладать низкой коррозионной активностью и химической инертностью;
5. 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.

gidroguru.com

Теплоносители в системах отопления

Движущаяся среда в системе отопления — теплоноситель — аккумули­рует теплоту и затем передает ее в обогреваемые помещения. Теплоносите­лем для отопления может быть подвижная, жидкая или газообразная среда, соответствующая требованиям, предъявляемым к системе отопления.

Для отопления зданий и сооружений в настоящее время преимущест­венно используют воду или атмосферный воздух, реже водяной пар или на­гретые газы.

Сопоставим характерные свойства указанных видов теплоносителя при использовании их в системах отопления.

Газы, образующиеся при сжигании твердого, жидкого или газообраз­ного органического топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применимы в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-гигиенически­ми требованиями удается ограничить температуру теплоотдающей поверх­ности отопительных приборов. При транспортировании горячих газов име­ют место значительные попутные теплопотери, обычно бесполезные для обогревания помещения.

Высокотемпературные продукты сгорания топлива могут выпускать­ся непосредственно в помещения или сооружения, но при этом ухудшается состояние их воздушной среды, что в большинстве случаев недопустимо. Удаление же продуктов сгорания наружу по каналам усложняет конструк­цию и понижает КПД отопительной установки. При этом возникает необхо­димость решения экологических проблем, связанных с возможным загряз­нением атмосферного воздуха продуктами сгорания вблизи отапливаемых объектов.

Область использования горячих газов ограничена отопительными пе­чами, газовыми калориферами и другими подобными местными отопитель­ными установками.

В отличие от горячих газов вода, воздух и пар используются много­кратно в режиме циркуляции и без загрязнения окружающей здание среды.

Вода представляет собой жидкую, практически несжимаемую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Вода изменяет плотность, объем и вязкость в зависимости от температуры, а температуру кипения — в зависимости от давления, способна сорбировать или выделять растворимые в ней газы при изменении температуры и давления.

Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плот­ностью. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значитель­но изменяет объем и энтальпию при фазовом превращении.

Воздух также является легкоподвижной средой со сравнительно ма­лыми вязкостью, плотностью и теплоемкостью, изменяющей плотность и объем в зависимости от температуры.

Сравним эти три теплоносителя по показателям, важным для выпол­нения требований, предъявляемых к системе отопления.

Одним из санитарно-гигиенических требований является поддер­жание в помещениях равномерной температуры.

По этому пока­зателю преимущество перед другими теплоносителями имеет воздух. При использовании нагретого воздуха — теплоносителя с низкой теплоинерцион- ностью — можно постоянно поддерживать равномерной температуру каждо­го отдельного помещения, быстро изменяя температуру подаваемого возду­ха, т. е. проводя так называемое эксплуатационное регулирование. При этом одновременно с отоплением можно обеспечить вентиляцию помещений.

Применение в системах отопления горячей воды также позволяет поддерживать равномерную температуру помещений, что достигается регу­лированием температуры, подаваемой в отопительные приборы воды. При таком регулировании температура помещений все же может несколько от­клоняться от заданной (на 1-2 °С) вследствие тепловой инерции масс воды, труб и приборов.

При использовании пара температура помещений неравномерна, что противоречит гигиеническим требованиям. Неравномерность температуры возникает из-за несоответствия теплопередачи приборов при неизменной температуре пара (при постоянном давлении) изменяющимся теплопотерям помещения в течение отопительного сезона. В связи с этим приходится уменьшать количество подаваемого в приборы пара и даже периодически отключать их во избежание перегревания помещений при уменьшении их теплопотерь.

Другое санитарно-гигиеническое требование — ограничение темпе­ратуры наружной поверхности отопительных приборов — вызвано явлением разложения и сухой возгонки органической пыли на нагретой поверхности, сопровождающимся выделением вредных веществ, в частности окиси угле­рода. Разложение пыли начинается при температуре 65-70 °С и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80 °С.

При использовании пара в качестве теплоносителя температура по­верхности большинства отопительных приборов и труб постоянна и близка или выше 100 °С, т. е. превышает гигиенический предел. При отоплении го­рячей водой средняя температура нагретых поверхностей, как правило, ни­же, чем при применении пара. Кроме того, температуру воды в системе отопления понижают для снижения теплопередачи приборов при уменьше­нии теплопотерь помещений. Поэтому при теплоносителе воде средняя тем­пература поверхности приборов в течение отопительного сезона практиче­ски не превышает гигиенического предела.

Важным экономическим показателем при применении различных теплоносителей является расход металла на теплопроводы и отопительные приборы.

Расход металла на теплопроводы возрастает с увеличением их попе­речного сечения. Вычислим соотношение площади поперечного сечения теплопроводов, по которым подаются различные теплоносители для переда­чи в помещение одинакового количества теплоты. Примем, что для отопле­ния используется вода, температура которой понижается с 150 до 70 °С, пар избыточным давлением 0,17 МПа (температура 130 °С) и воздух, охлажда­ющийся с 60 °С до температуры помещения (например, 15 °С). Результаты расчетов, а также характерные параметры теплоносителей (плотность, теп­лоемкость, удельная теплота конденсации пара).

Видно, что площади поперечного сечения водоводов и паропроводов относительно близки, а сечение воздуховодов в сотни раз больше. Это объ­ясняется, с одной стороны, значительной теплоаккумуляционной способно

стью воды и свойством пара выделять большое количество теплоты при конденсации, с другой стороны — малыми плотностью и теплоемкостью воз­духа.

При сравнении расхода металла следует также учесть, что площадь поперечного сечения труб для отвода конденсата от приборов в паровой си­стеме — конденсатопроводов значительно меньше площади сечения паро­проводов, так как объем конденсата примерно в 1000 раз меньше объема той же массы пара.

Можно сделать вывод, что расход металла как на водоводы, так и на паро- и конденсатопроводы будет значительно меньшим, чем на воздухово­ды, даже если последние выполнить со значительно более тонкими стенка­ми. Кроме того, при большой длине металлических воздуховодов малотеп­лоемкий теплоноситель (воздух) сильно охлаждается по пути движения. Этим объясняется, что при дальнем теплоснабжении в качестве теплоноси­теля используют не воздух, а воду или пар.

Расход металла на отопительные приборы, обогреваемые паром, меньше, чем на приборы, нагреваемые горячей водой, вследствие уменьше­ния площади приборов при более высоких значениях температуры нагрева­ющей их среды. Конденсация пара в приборах происходит без изменения температуры насыщенного пара, а при охлаждении воды в приборах пони­жается средняя температура (например, до 110 °С при температуре воды, входящей в прибор, 150 °С и выходящей из прибора 70 °С). Так как площадь нагревательной поверхности приборов обратно пропорциональна темпера­турному напору (разности между средней температурой поверхности при­бора и температурой окружающего его воздуха), то при температуре пара 130 °С (см. табл. 1.1) площадь паровых приборов приблизительно (считая коэффициенты теплопередачи приборов равными и принимая температуру помещения — 20 °С) составит (110 — 20) / (130 — 20) = 0,82 площади водяных приборов.

В дополнение к известным эксплуатационным показателям следует отметить, что из-за высокой плотности воды (больше плотности пара в 600- 1500 раз и воздуха в 900 раз) в системах водяного отопления многоэтажных зданий может возникать разрушающее гидростатическое давление. В связи с этим в высотных зданиях в США применялись системы парового отопле­ния.

Воздух и вода до определенной скорости движения могут переме­щаться в теплопроводах бесшумно. Частичная конденсация пара вследствие попутных теплопотерь через стенки паропроводов и появления попутного конденсата вызывает шум (щелчки, стуки и удары) при движении пара.

В суровых условиях российской зимы в некоторых случаях рекомен­дуется использовать в системе отопления специальный незамерзающии теплоноситель — антифриз. Антифризами являются водные растворы эти- ленгликоля, пропиленгликоля и других гликолей, а также растворы некото­рых неорганических солей. Любой антифриз является достаточно токсич­ным веществом, требующим особого с ним обращения. Его использование в системе отопления может привести к некоторым негативным последстви­ям (ускорение коррозионных процессов, снижение теплообмена, изменение гидравлических характеристик, завоздушивание и др.). В связи с этим, при­менение антифриза в качестве теплоносителя в каждом конкретном случае должно быть достаточно обоснованным.

В заключение перечислим преимущества и недостатки основных теплоносителей для отопления.

При использовании воды обеспечивается достаточно равномерная температура помещений, можно ограничить температуру поверхности ото­пительных приборов, сокращается по сравнению с другими теплоносителя­ми площадь поперечного сечения труб, достигается бесшумность движения в теплопроводах. Недостатками применения воды являются значительный расход металла и большое гидростатическое давление в системах. Тепловая инерция воды замедляет регулирование теплопередачи приборов.

При использовании пара сравнительно сокращается расход металла за счет уменьшения площади приборов и поперечного сечения конденсато- проводов, достигается быстрое прогревание приборов и отапливаемых по­мещений. Гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по срав­нению с водой минимально. Однако пар как теплоноситель не отвечает са­нитарно-гигиеническим требованиям, его температура высока и постоянна при данном давлении, что затрудняет регулирование теплопередачи прибо­ров, движение его в трубах сопровождается шумом.

При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать установки отопи­тельных приборов, совмещать отопление с вентиляцией помещений, дости­гать бесшумности его движения в воздуховодах и каналах. Недостатками являются его малая теплоаккумулирующая способность, значительные пло­щадь поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое понижение температуры по их длине.

ru-stroyka.com