Теплоноситель для системы отопления – выбираем оптимальную жидкость

Есть ли альтернативы?

Длительное отключение электричества зимой само по себе — чрезвычайная ситуация. На этот случай лучше иметь резервный источник питания или альтернативные методы отопления. Рассчитав прогнозируемые траты на обеспечение бесперебойного отопления, можно сравнить их со стоимостью антифриза. Антифриз имеет определенный срок службы, а значит, его придется периодически менять — в среднем раз в три года.

Вода в системе отопления не замерзнет сразу после отключения электричества. У вас будет по крайней мере несколько часов на то, чтобы принять меры. Настоящий форс-мажор — если электричество отключат надолго в ваше отсутствие. Многое зависит от материалов дома, его утепления и утепления труб. Некоторым домам для полного размораживания может потребоваться несколько дней.

Выводы:

1. Вода намного лучше подходит для систем отопления, чем антифриз. Большинство котлов проектируется и производится для работы с водой в качестве теплоносителя.
2. При всех преимуществах воды нужно помнить о качестве. Ее нужно специально подготавливать или использовать дистиллированную.
3. Вид теплоносителя (вода или антифриз) нужно выбирать на стадии проектирования отопительной системы дома.
4. Если склоняетесь к антифризу, нужно учесть все проблемы, которые он может вызвать. Убедитесь, что агрегаты системы отопления и ее поверхности могут использоваться в контакте с выбранным химическим составом.
5. В случае долгого отсутствия тепла антифриз спасет только систему отопления, но под ударом окажутся водопровод и канализация. Если у вас нет «плана Б», серьезных убытков не миновать. А если он есть — то и необходимость в использовании антифриза сомнительна.

Антифриз в качестве теплоносителя

Более высокими характеристиками для эффективной работы отопительной системы обладает такой тип теплоносителя, как антифриз. Заливая антифриз в контур отопительной системы, можно свести риск замерзания отопительной системы в холодное время года до минимума. Антифриз рассчитан на более низкие температуры, чем вода, и они не способны изменить его физического состояния. Антифриз выделяется многими преимуществами, так как он не вызывает отложений накипи и не способствует коррозийному износу внутренней области элементов системы отопления.

Даже если антифриз и затвердеет при очень низких температурах, он не будет расширяться подобно воде, а это не повлечет никаких поломок компонентов отопительной системы. В случае замерзания антифриз превратится в гелеобразный состав, а объем сохранится прежний. Если после замерзания температура теплоносителя в системе отопления повысится, он из гелеобразного состояния перейдет в жидкое, а это не вызовет никаких негативных последствий для отопительного контура.

Многие производители добавляют в антифриз различные присадки, которые способны увеличить эксплуатационный срок отопительной системы.

Такие присадки способствуют удалению из элементов отопительной системы различных отложений и накипи, а также устраняют очаги коррозии. Выбирая антифриз, нужно помнить, что такой теплоноситель не является универсальным. Присадки, которые в нем содержаться, подойдут только для определенных материалов.

Существующие теплоносители для систем отопления-антифризы можно разделить на две категории исходя из температуры их замерзания. Одни рассчитаны на температуру до – 6 градусов, а другие до -35 градусов.

Свойства различных видов антифризов

Состав такого теплоносителя, как антифриз рассчитан на полных пять лет эксплуатации, или на 10 сезонов отопления. Расчет теплоносителя в системе отопления должен быть точным.

Существуют у антифриза и свои недостатки:

• Теплоемкость антифриза на 15% ниже, чем у воды, а значит, они будут медленнее отдавать тепло;
• У них довольно высокая вязкость, а это значит, что в систему нужно будет монтировать достаточно мощный циркуляционный насос.
• При нагреве антифриз увеличивается в объеме больше чем вода, значит, отопительная система должна включать расширительный бак закрытого типа, а радиаторы должны обладать большей емкостью, чем те, которые используются для организации отопительной системы, в которой теплоносителем является вода.
• Скорость теплоносителя в системе отопления – то есть, текучесть антифриза, на 50% больше чем у воды, значит, все соединительные разъемы отопительной системы необходимо очень тщательно герметизировать.
• Антифриз, который включает в свой состав этиленгликоль, является для человека токсичным, поэтому его можно использовать только для котлов одноконтурного типа.

В случае использования в системе отопления такого типа теплоносителя, как антифриз, необходимо учитывать определенные условия:

• Система должны быть дополнена циркуляционным насосом с мощными параметрами. Если циркуляция теплоносителя в системе отопления и контур отопления является большой протяженности, то циркуляционный насос должен быть наружной установки.
• Объем расширительного бака должен быть не меньше, чем в два раза по сравнению с баком, который применяется для такого теплоносителя, как вода.
• В отопительную систему необходимо монтировать объемные радиаторы и трубы с большим диаметром.
• Запрещается использовать воздухоотводчики автоматического типа. Для отопительной системы, в которой теплоносителем является антифриз, можно использовать только краны ручного типа. Более популярным краном ручного типа является кран Маевского.
• Если антифриз разбавлять, то только с дистиллированной водой. Талая, дождевая или колодезная вода никак не подойдут.
• Перед тем, как будет производиться заправка системы отопления теплоносителем – антифризом, ее нужно хорошо промыть водой, не забывая и про котел. Производители антифризов рекомендуют менять их в системе отопления хотя бы раз в три года.
• Если  котел холодный, то не рекомендуется задавать сразу высокие нормативы температуры теплоносителя системе отопления. Она должны подниматься постепенным образом, теплоносителю необходимо некоторое время на обогрев.

Если зимой двухконтурный котел, работающий на антифризе, будет отключен на долгий период, то необходимо из контура горячего водоснабжения слить воду. В случае замерзания вода может расшириться и нанести ущерб трубам или другим элементам отопительной системы.

Использование воды

Основное преимущество воды – в ее теплоемкости и экологичности. Всем известно, что вода долго нагревается, и необходимо затратить много энергии, чтобы довести ее до кипения. Это указывает на большое количество энергии, которое аккумулирует в себе жидкость, а, значит, сможет передать окружающему воздуху при остывании в отопительных приборах.

Главные недостатки

Существенным недостатком воды служит ее способность вызывать коррозию металлов, особенно стальных сплавов. Со временем окисленный металл и накипь, образовавшаяся от выпадения на внутреннюю поверхность труб и оборудования содержащихся в воде солей, существенно ухудшает теплообмен.

Вторым серьезным недостатком воды является ее расширение при замерзании при температуре ниже 0°С. То есть при перерыве в подаче топлива или электроэнергии в системах с электрическими насосами замораживание воды приводит к разрыву труб и отопительных приборов, полностью выводит систему из строя.

Цели и задачи гидравлического расчёта

С инженерной точки зрения жидкостная система отопления представляется достаточно сложным комплексом, включающим устройства генерации тепла, его транспортировки и выделения в обогреваемых помещениях. Идеальным режимом работы гидравлической системы отопления считается такой, при котором теплоноситель поглощает максимум тепла от источника и передаёт его комнатной атмосфере без потерь в процессе перемещения. Конечно, такая задача видится совершенно недостижимой, однако более вдумчивый подход позволяет предсказать поведение системы в различных условиях и максимально приблизиться к эталонным показателям. Это и есть главная цель проектирования систем отопления, важнейшей частью которого по праву считается гидравлический расчёт.

Практические цели гидравлического расчёта таковы:

1. Понять, с какой скоростью и в каком объёме осуществляется перемещение теплоносителя в каждом узле системы.
2. Определить, какое влияние оказывает изменение режима работы каждого из устройств на весь комплекс в целом.
3. Установить, какая производительность и рабочие характеристики отдельных узлов и устройств будут достаточными для выполнения отопительной системой своих функций без значительного удорожания и обеспечения необоснованно высокого запаса надёжности.
4. В конечном итоге — обеспечить строго дозированное распределение тепловой энергии по различным зонам отопления и гарантировать, что это распределение будет сохраняться с высоким постоянством.

Можно сказать больше: без хотя бы базовых расчётов невозможно добиться приемлемой стабильности работы и долговечного использования оборудования. Моделирование действия гидравлической системы, по сути, является базисом, на котором строится вся дальнейшая проектная разработка.

Пропиленгликоль

Стремление найти менее токсичный антифриз с достаточными теплофизическими характеристиками для использования в качестве теплоносителя привело к заполнению отопительных систем пропиленгликолем. Согласно статистике, лишь 5 % отопительных систем используют пропиленгликоль в качестве теплоносителя.

Весомым достоинством этого вещества является его экологическая безопасность, отсутствие негативных воздействий на здоровье человека

В случае протекания пропиленгликоля, его можно просто стереть тряпкой без соблюдения специальных мер предосторожности. Пары вещества также совершенно безопасны для человека

Антифризы на его основе характеризуются морозостойкостью, они замерзают при температуре -60°С — -70°С.

Другим важным преимуществом вещества является его низкая химическая агрессивность. При использовании пропиленгликоля можно применять материалы, которым противопоказан контакт с водой из-за высокой вероятности развития коррозии. Даже в случае полного удаления воды из смеси, морозостойкость останется на уровне -60°С. В то время как этиленгликоль в аналогичной ситуации замерзает при -13°С. Благодаря смазывающему эффекту, использование пропиленгликоля способствует предотвращению гидроударов.

Теплофизические параметры пропиленгликоля лишь на 20% уступают этиленгликолю. Однако стоимость этого теплоносителя значительно выше стоимости этиленгликоля.

Инструкция по применению

Теплоноситель «Тёплый дом» выпускается следующих марок.

На основе этиленгликоля (красного цвета):

«Теплый дом -65» (концентрированный);

«Теплый дом -30» (готовый к применению).

На основе пропиленгликоля (зеленого цвета):

«Теплый дом-ЭКО -30» (готовый к применению);

«Теплый дом-ЭКО -20» (готовый к применению).

Теплоносители на основе этиленгликоля применяются в качестве рабочей жидкости в системах отопления и кондиционирования крупных промышленных объектов, а также индивидуальных домов и дач (в одноконтурных газовых, тэновых и твердотопливных котлах).

Теплоносители на основе пропиленгликоля также используются в любых системах в качестве рабочей жидкости, но в первую очередь на объектах с повышенными требованиями к экологической безопасности (в двухконтурных котлах, тепловых насосах).

Диапазоны рабочих температур от -20(-30°С) до +104(+106°С).

Специально подобранный пакет присадок в теплоносителе «Теплый дом» надежно защищает оборудование от накипи, пенообразования и коррозии.

Теплоносители не оказывают агрессивного воздействия на пластик и металлопластик, резину, паронит и лен, что исключает возможность протечек. Однако следует знать, что все теплоносители обладают несколько большей текучестью, чем вода, поэтому необходимо тщательнее осуществлять сборку всех стыковочных узлов и обязательно проводить предварительную опрессовку системы. При необходимости, места соединений в системах можно обрабатывать герметиками, стойкими к гликолевым смесям («Гермесил», «ABRO», «LOCTITE»), а также использовать шелковистый лен без подмазки масляной краской.

Теплоносители при нагреве имеют высокий коэффициент объемного расширения и, как следствие этого, расширительный бак в системах должен быть не менее 15% их объема. Мощность циркуляционного насоса должна быть выше, чем при работе на воде: по производительности – на 10% , по напору – на 60%.

Концентрированный теплоноситель (-65°С) нужно обязательно разбавлять! Это позволяет повысить его теплоемкость и уменьшить вязкость, то есть улучшить циркуляцию. Оптимальным считается разбавление теплоносителя на температуру -25°С или -30°С. Для электрических и газовых двухконтурных котлов на -20°С.

Для информации: теплоноситель, разбавленный даже до -15°С, гарантированно защитит систему от разрушения в случае аварийной остановки и при более низких (до -60°С) показателях температуры, так как гликолевые растворы при охлаждении не расширяются в объеме. Использование же смеси с более высокой (выше оптимального значения) концентрацией гликолей может привести к их нагару на ТЭНах или в зоне горелки, что приведет к образованию смолянистых осадков, перегоранию ТЭНов и т.п.

Для получения рабочей жидкости с указанной ниже температурой начала кристаллизации теплоноситель «Тёплый дом» следует разводить водой (дистиллированной или водопроводной с общей жесткостью не более 6 мг-экв/л) в соответствии с таблицей, приведенной ниже.

Расход теплоносителя и воды на 100-литровую систему отопления

Открытая и закрытая системы отопления: принцип заполнения

Открытая система оснащается расширительным бачком в своей верхней точке. Поверхность жидкости-теплоносителя в нем непосредственно соприкасается с атмосферным воздухом. Закрытая система оснащена мембранным расширительным бачком, герметически изолированным от атмосферы.

Отопительные системы любого типа можно заполнять следующим образом:

• водопроводной водой, подаваемой в нижнюю точку системы – через подпиточный вентиль;
• водой (дистиллированной) или антифризом, подавая жидкость из емкости (колодца, водоема):
• наливом вручную и/или посредством насоса в верхнюю точку (штуцер под воздухоотводчик или через открытый расширительный бак);
• закачиванием насосом через нижнюю точку – подпиточный вход.

Многим домовладельцам известен простейший (и наихудший!) способ заполнения открытых систем через расширительный бачок. Вода/антифриз заливаются внутрь с перерывами для выпускания воздуха. Повторять этот способ в закрытых системах, используя патрубки верхних воздухоотводчиков, не рекомендуется. Воздух, изначально заполняющий систему, проходит вверх через слой заливаемой воды, растворяясь в ней. Воздушные пробки, препятствующие току воды по трубам и радиаторам, будут вам гарантированы.

Тогда как заполнить систему отопления закрытого типа? Рекомендуемым способом заполнения любых систем отопления является подача жидкости под давлением (из водопровода или емкости посредством насоса) через нижний подпиточный вентиль.

Расположение узла подпитки системы отопления.

Антифризы для отопления

В системы отопления кроме воды заливают специальные незамерзающие жидкости — антифризы. Обычно это водные растворы многоатомных спиртов. Не так давно на нашем рынке появился антифриз на основе глицерина. Так что теперь типов незамерзающих жидкостей для систем отопления три.

Виды незамерзающих жидкостей и их свойства

Антифризы есть на основе двух веществ: этилен-гликоля и пропилен-гликоля. Первый более дешев, замерзает при более низких температурах, но очень токсичен. Отравиться можно не только выпив, но даже просто замочив руки или надышавшись парами. Второй незамерзающий теплоноситель для системы отопления — на основе пропилен-гликоля.Он более дорог, но безопасен. Иногда он даже используется как пищевая добавка. Его минус (кроме цены) — он теряет текучесть при более высоких температурах чем пропилен-гликоль.

Этилен-гликолевый теплоноситель очень ядовит

Несмотря на высокую токсичность чаще покупают этилен-гликолевые теплоносители. Связано это, скорее всего, с ценой — пропилен-гликоль дороже раза в два. Но этилен-гликолевые антифризы в чистом виде еще и химически активны, могут вспениваться, имеет повышенную текучесть. С пеной и активностью борются присадками, а повышенная текучесть никак не корректируется. В паре с токсичностью она — опасное сочетание. Если есть где-то малейшая возможность, этот антифриз протечет. А так как и его пары ядовиты, ни к чему хорошему это не приведет. Поэтому, если есть возможность, используйте пропилен-гликоль.

Еще один важный недостаток — этилен-гликоль очень плохо реагирует на перегрев, а перегрев наступает при довольно низкой температуре. Уже при +70°C образуется большое количество осадка, который оседает на элементах системы отопления. Отложения снижают теплоотдачу, что снова ведет к перегреву. В связи с этим в системах с котлами на твердом топливе такие антифризы не используют.

Пропилен-гликоль, наоборот, химически почти нейтрален. Он меньше всех теплоносителей реагирует с другими веществами, перегрев наступает при более высоких температурах и приводит не к таким последствиям.

Пропилен-гликолевый теплоноситель безопасен, но стоит дороже и замерзает при более высоких температурах

Особенности систем с антифризом в качестве теплоносителя

При проектировании системы отопления надо изначально принимать во внимание теплоноситель. Это связано с более низкой теплоемкостью незамерзающих жидкостей, а также другими их свойствами. Если все оборудование было рассчитано на воду, а зальют в нее антифриз, могут возникнуть следующие проблемы:

Если все оборудование было рассчитано на воду, а зальют в нее антифриз, могут возникнуть следующие проблемы:

• Не хватит мощности и в доме будет холодно. Это связано с более низкой теплопроводностью антифризов. Решить эту проблему можно малой кровью — увеличить скорость движения теплоносителя, поставив более мощный циркуляционный насос. Но по-хорошему, требуется увеличение количества секций радиаторов.
• В системах закрытого типа может недостаточным оказаться объем расширительного бачка. Это связано с тем, что при нагревании незамерзайки расширяются больше, чем вода. Выход — поставить еще один бачок. Суммарный объем должен быть чуть больше требуемого (объем можно взять из таблицы). Объем расширительного бачка для разных типов теплоносителя
• Если использованы обычные резиновые прокладки, при использовании этилен-гликоля или глицерина они через некоторое непродолжительное время разрушатся и потекут. Потому перед заливкой антифриза во всех разъемных соединениях прокладки заменяют на паронитовые или тефлоновые.

Как вы поняли, лучший теплоноситель для системы отопления — вода. Она и лучше по характеристикам и в разы дешевле. Если же отоплению грозит разморозка, приходится заливать антифризы, но не автомобильные, а специальные — для отопления. В этом случае, при наличии достаточного количества средств, лучше использовать пропилен-гликоль. Этиленовые незамерзайки — крайний случай. Они пригодны в системах закрытого типа, в которых установлены специальные прокладки и автоматизированные котлы, которые не допустят перегрева.

Чтобы покупателям было проще ориентироваться, в теплоносители добавляют красители. В этиленовые — красные или розовые, в пропиленовые — зеленый, в глицериновые — голубой. Через некоторое время цвет может стать нет таким интенсивным или пропасть совсем. Это происходит из-за термического разрушения красителей, но на свойства самого антифриза не влияет.

Циркуляция теплоносителя

Скорость движения теплоносителя по трубам определяет параметры циркуляционного насоса. Производительность насоса лучше выбирать, зная объем системы отопления, который проще всего определить опытным путем, заполнив систему и затем слив воду из контура.

Для систем отопления минимальная скорость движения теплоносителя по условию препятствования отложению солей составляет 0,5 м/с. При этом нормальная скорость движения теплоносителя составляет от 0,7 до 1 м/с. При большей производительности насоса за счет гидравлических шумов в контуре жильцы дома могут испытывать дискомфорт.

Второй шаг – промыка системы

Заполняем систему отопления водой до давления в 2 бара, после этого включаем циркуляционный насос. Если есть система первично-вторичных колец или котел подключен к системе непосредственно, то сразу можно запускать котел и без нагрева или при минимальном нагреве даем возможность поработать системе приблизительно час.

После этого проверяем состояние фильтра-грязевика. Если он чистый, на этом промывка считается законченной. Если в нем есть грязь, то нужно очистить сеточку, запустить систему снова, дать поработать полчаса и снова смотреть состояние фильтра. Промывка считается законченной, через полчаса на сетке фильтра не будет грязи.

Промывочную воду нужно слить из системы отопления, остатки удалить компрессором. После этого можно начинать заполнение системы рабочим теплоносителем.

Простейшие приемы расчета

Для того чтобы система отопления создавала в холодное время года комфортные условия проживания, она должна справляться с двумя основными задачами. Эти функции тесно связаны между собой, и разделение их – весьма условно.

Первое – это поддержание оптимального уровня температуры воздуха во всем объеме отапливаемого помещения. Безусловно, по высоте уровень температуры может несколько изменяться, но этот перепад не должен быть значительным. Вполне комфортными условиями считается усредненный показатель в +20 °С – именно такая температура, как правило, принимается за исходную в теплотехнических расчетах.

Если уж подходить с полной точностью, то для отдельных помещений в жилых домах установлены стандарты необходимого микроклимата – они определены ГОСТ 30494-96. Выдержка из этого документа – в размещенной ниже таблице:

	оптимальная	допустимая	оптимальная	допустимая, max	оптимальная, max	допустимая, max
Для холодного времени года
Жилая комната	20÷22	18÷24 (20÷24)	45÷30	60	0.15	0.2
То же, но для жилых комнат в регионах с минимальными температурами от — 31 °С и ниже	21÷23	20÷24 (22÷24)	45÷30	60	0.15	0.2
Кухня	19÷21	18÷26	Н/Н	Н/Н	0.15	0.2
Туалет	19÷21	18÷26	Н/Н	Н/Н	0.15	0.2
Ванная, совмещенный санузел	24÷26	18÷26	Н/Н	Н/Н	0.15	0.2
Помещения для отдыха и учебных занятий	20÷22	18÷24	45÷30	60	0.15	0.2
Межквартирный коридор	18÷20	16÷22	45÷30	60	Н/Н	Н/Н
Вестибюль, лестничная клетка	16÷18	14÷20	Н/Н	Н/Н	Н/Н	Н/Н
Кладовые	16÷18	12÷22	Н/Н	Н/Н	Н/Н	Н/Н
Для теплого времени года (Норматив только для жилых помещений. Для остальных – не нормируется)
Жилая комната	22÷25	20÷28	60÷30	65	0.2	0.3

Второе – компенсирование потерь тепла через элементы конструкции здания.

Самый главный «противник» системы отопления — это теплопотери через строительные конструкции

Увы, теплопотери – это самый серьезный «соперник» любой системы отопления. Их можно свести к определенному минимуму, но даже при самой качественной термоизоляции полностью избавиться от них пока не получается. Утечки тепловой энергии идут по всем направлениям – примерное распределение их показано в таблице:

Фундамент, полы по грунту или над неотапливаемыми подвальными (цокольными) помещениями	от 5 до 10%
«Мостики холода» через плохо изолированные стыки строительных конструкций	от 5 до 10%
Места ввода инженерных коммуникаций (канализация, водопровод, газовые трубы, электрокабели и т.п.)	до 5%
Внешние стены, в зависимости от степени утепленности	от 20 до 30%
Некачественные окна и внешние двери	порядка 20÷25%, из них около 10% — через негерметизированные стыки между коробками и стеной, и за счет проветривания
Крыша	до 20%
Вентиляция и дымоход	до 25 ÷30%

Естественно, чтобы справиться с такими задачами, система отопления должна обладать определенной тепловой мощностью, причем этот потенциал не только должен соответствовать общим потребностям здания (квартиры), но и быть правильно распределенным по помещениям, в соответствии с их площадью и целым рядом других важных факторов.

Обычно расчет и ведется в направлении «от малого к большому». Проще говоря, просчитывается потребное количество тепловой энергии для каждого отапливаемого помещения, полученные значения суммируются, добавляется примерно 10% запаса (чтобы оборудование не работало на пределе своих возможностей) – и результат покажет, какой мощности необходим котел отопления. А значения по каждой комнате станут отправной точкой для подсчета необходимого количества радиаторов.

Самый упрощённый и наиболее часто применяемый в непрофессиональной среде метод – принять норму 100 Вт тепловой энергии на каждый квадратный метр площади:

Самый примитивный способ подсчета — соотношение 100 Вт/м²

Q = S × 100

Q – необходимая тепловая мощность для помещения;

S – площадь помещения (м²);

100 — удельная мощность на единицу площади (Вт/м²).

Например, комната 3.2 × 5,5 м

S = 3,2 × 5,5 = 17,6 м²

Q = 17,6 × 100 = 1760 Вт ≈ 1,8 кВт

Расчет тепловой мощности от объема помещения

Понятно, что в этом случае значение удельной мощности рассчитано на кубический метр. Его принимают равным 41 Вт/м³ для железобетонного панельного дома, или 34 Вт/м³ — в кирпичном или выполненном из других материалов.

Q = S × h × 41 (или 34)

h – высота потолков (м);

41 или 34 – удельная мощность на единицу объема (Вт/м³).

Например, та же комната, в панельном доме, с высотой потолков в 3.2 м:

Q = 17,6 × 3,2 × 41 = 2309 Вт ≈ 2,3 кВт

Результат получается более точным, так как уже учитывает не только все линейные размеры помещения, но даже, в определенной степени, и особенности стен.

Но все же до настоящей точности он еще далек – многие нюансы оказываются «за скобками». Как выполнить более приближенные к реальным условиям расчеты – в следующем разделе публикации.