Незамерзающие теплоносители. Особенности применения.

Самым лучшим теплоносителем по праву считается вода. Она максимально теплоемкая, обладает высокой текучестью, экологична и общедоступна. Однако все достоинства перекрываются тем фактом, что при температуре 0°С вода замерзает. Для систем отопления, использующих воду в качестве теплоносителя и работающих с перерывами при низких внешних температурах (дом, коттедж), это опасно, потому что может привести к аварийной ситуации при размораживании системы с порчей труб, теплообменников и прочих частей конструкции. Слив воды и наполнение системы перед запуском весьма трудоемки и требуют много времени (при этом вода все равно до конца не удалится). Альтернативный вариант, который мы рассмотрим в этой статье – незамерзающие теплоносители (антифризы).

В России в качестве самого распространенного антифриза для систем отопления обычно используется смесь воды с этиленгликолем и присадками (специальными добавками для различных эффектов).

Свойства этиленгликоля и антифриза на его основе

Плотность этиленгликоля в чистом виде – 1,13 г/см³ при комнатной температуре (20-22 °С), замерзает он при t=-13°С. Растворы этиленкгликоля с водой с процентным соотношением от 30 до 70% имеют еще более низкую температуру замерзания. Минимум составляет -70°С и достигается при соотношении воды и двухатомного спирта 1:2. Раствор при замерзании превращается в вязкую аморфную смесь с незначительным увеличением объема общей массы в пределах 0,3% (в то время, когда чистая вода увеличивается до 9%).

Присадки в растворе воды и этиленгликоля насчитывают до 10 веществ, которые оказывают антикоррозийный эффект и снижают окислительные свойства смеси, пенообразование, предотвращают образование накипи, удаляют уже существующий налет, повышают термическую стабильность и инертность к синтетическим уплотнениям.

Большая часть концентрированных теплоносителей – это раствор, который состоит из 65% этиленгликоля, около 31% воды и 3-4% присадок (Hot Blood-65M, Dixis-65 и другие). Подобное соотношение дает в результате лучшие показатели теплообмена. Полученная смесь не распадается на составляющие и имеет температуру кристаллизации -65°С. Еще одна смесь для отопительного оборудования с маркировкой «30» замерзает при -30°С. Есть смеси, где процентное содержание этиленгликоля составляет до 95%. Их разбавляют непосредственно перед заполнением системы. Процентное содержание этиленгликоля в теплоносителе выбирается исключительно из расчета минимальной температуры, при которой смесь будет циркулировать в системе.

Чаще всего, готовые концентраты антифризов с определенной точкой замерзания разбавляют водой и после этого сразу наполняют систему отопления. Например, если смешать два объема антифриза с точкой кристаллизации -65°С и один объем воды – получится раствор, замерзающий при -30°С. Для разбавления используют дистиллят, если его нет – водопроводную воду (с жесткостью не более 6 ед.). Добавление воды из естественных внешних источников нежелательно только потому, что возможна несовместимость с присадками из-за их активных компонентов. Разбавление смеси более, чем наполовину уже способно привести к ухудшению антикоррозийных свойств. Профессионально приготовленный состав с нужной точкой кристаллизации можно заказать у изготовителя антифриза.

Обратите внимание: есть существенные отличия в физических свойствах воды и незамерзающих теплоносителях на основе двухатомного спирта, при использовании последних присутствует ряд технических особенностей, требующих обязательного учета.

1. Вязкость смесей с этиленгликолем почти в 4 раза больше, чем у воды. Следовательно, гидродинамическое сопротивление движению раствора в трубах потребует более мощного циркуляционного насоса (до 10 % по производительности и до 60% по напору).
2. Коэффициент теплового расширения также будет больше, чем у воды. Поэтому, необходимо монтировать расширительный бак, составляющий примерно 15% от общего объема отопительной конструкции.
3. Этиленгликолевая смесь имеет примерно на 15% меньшую теплоемкость, чем у воды. Это незначительно ухудшает условия теплообмена и требует монтажа более мощных радиаторов в систему. Кроме того, перегревать теплоноситель нельзя, поскольку это приведет к необратимому изменению химических свойств и состава раствора.

Раствор этиленгликоля вступает в реакцию с цинком и красками на масляной основе, образуя при этом нерастворимый осадок, большое количество которого может нарушить работу всей отопительной системы. К тому же, в отличие от воды, в местах соединений конструкции отопительной системы с антифризом пакля не разбухает. Мы рекомендуем не использовать оцинкованные детали при монтаже системы и в соединениях использовать не паклю, а силиконовые герметики и прочие уплотнители.

Вспенивание антифриза возможно в местах, где гидродинамическое сопротивление наибольшее. Чтобы этого не происходило, необходимо настроить диафрагмы клапанов балансировки и термостаты таким образом, чтобы быстро и свободно пропускать рабочую жидкость.

При монтаже электрокотлов электродного (ионного) типа, где теплоноситель является непосредственным элементом электрической цепи, допускается использовать только специальные антифризы. Большинство из жидкостей, используемых в системе, не предназначено для применения в качестве проводника электрического тока.

Кроме того, при температуре более 90°С в водном растворе этиленгликоля становится более интенсивным процесс образования осадка, который ухудшает теплообмен. Для моделей оборудования, где имеются котлы с высоконапряженной топкой, это может привести к пережогу трубок топки и теплообменника.

Но самая главная опасность связана с высокой токсичностью этиленгликоля. Он относится к умеренно опасным веществам, ядовит, способен проникать сквозь кожные покровы и действует наркотически на организм человека. Смертельная доза составляет 100 мл. Вот поэтому антифризы на основе этиленгликоля не используют в двухконтурных системах отопления, где в случае разгерметизации конструкции есть вероятность попадания раствора в санитарную воду. ПДК этиленгликоля в воздухе рабочей зоны – 5 мг/м³. Из-за возможности испарения раствора с поверхности, с особой осторожностью следует использовать в системе отопления открытые расширительные баки.

Свойства пропиленгликоля и антифриза на его основе

Улучшенной заменой этиленгликолю является пропиленгликоль. Его плотность 1,04г/см³, замерзает при t =-67°С. При смешивании с водой температура замерзания повышается (при 15% концентрации до -5°С). Антифриз на основе пропиленгликоля имеет практически те же свойства, что и этиленгликолевый, но при этом он безопаснее (пропиленгликоль используют в качестве пищевой добавки E1520). Его гидравлическое сопротивление ниже за счет «эффекта смачивания», что существенно облегчает работу циркуляционного насоса.

Единственный нюанс, сдерживающий пропиленгликоль от распространения - более высокая цена антифриза на его основе (в 2 раза), чем у аналогичных этиленгликолевых смесей. Основная область применения пропиленгликолевых антифризов – здания и сооружения с ужесточенными экологическими требованиями (торговые комплексы, предприятия пищевой промышленности и т.п.).

Ценовую нишу между вышеупомянутыми растворами занимает антифриз на основе глицерина с пакетом присадок. Глицерин вполне безопасен для человека и может с успехом применяться в открытых отопительных системах и зданиях с повышенными экологическими требованиями. Его химико-физические свойства похожи на свойства водно-гликолевых растворов. Главное преимущество, создающее перевес в пользу глицериновых антифризов – отсутствие химической реакции с цинком и, значит, возможность использовать в отопительной системе с оцинкованными деталями конструкции.

Проектирование системы с незамерзающим теплоносителем

В первую очередь необходимо убедиться, что производители монтируемой отопительной конструкции допускают использование антифризов. Политика европейских производителей отопительных систем существенно различается в этом вопросе. Например, германская компания «Vaillant» не разрешает использование антифризов и применяет лишение гарантийного обслуживания в качестве санкций за нарушение запрета. Другая германская компания «Buderus» - допускает вливать антифризы определенных марок во все котлы, включая настенные, и запрещает применение растворов только с котлами, которые оснащены алюминиевыми теплообменниками.

Самый либеральный подход у итальянской компании «Baxi», которая ввела жесткий запрет на антифризы только для котлов марки «Main» с битермическим теплообменником, а для прочих котлов разработала рекомендации, не ограничивающие состав теплоносителя.

Владелец дома, где устанавливается оборудование, должен позаботиться о запасе растворов-антифризов для пополнения системы. Мы не рекомендуем использовать растворы разных марок, их активные присадки могут вступить в реакцию с совершенно непредсказуемыми последствиями. Средний срок службы смесей ограничен только ресурсом присадок и составляет не более 5 лет (5 отопительных сезонов).

Необходимо учитывать все вышесказанное при переводе отопительной системы в работу с незамерзающими теплоносителями. Перед наполнением системы нужно очистить все контуры конструкции от накипи и коррозии специальными составами. В противном случае присадки антифриза быстрее вступят в реакцию с отслоившимися отложениями и ржавчиной, что приведет к засорению всей системы.

Также необходим тщательный контроль над отсутствием протечек в отопительной системе. Для того чтобы их быстро обнаружить с помощью ультрафиолетового фонарика, многие производители вводят в состав антифризов специальный фосфоресцирующий краситель. Работать с растворами следует только в перчатках. При попадании жидкости на кожу – немедленно промыть большим количеством воды.