Выбор теплоносителя для системы отопления: Как выбрать идеальный теплоноситель для системы отопления?

Как правильно выбрать теплоноситель для системы отопления частного дома

Главная » Системы отопления » Материал для системы отопления » Как правильно выбрать и рассчитать теплоноситель для системы отопления частного дома

Перед первым запуском автономной системы отопления (СО) и перед началом отопительного сезона каждый владелец решает непростую проблему, связанную с выбором жидкости, которая будет доставлять тепло в радиаторы. В квартирах, с современными газовыми котлами, в качестве теплоносителя традиционно используется вода. В частных домах – рассолы или антифризы. В этой публикации будет рассказано о видах теплоносителя в системах отопления, об особенностях их эксплуатации и правилах выбора.

[contents]

Содержание

1. Что значит хороший теплоноситель?
2. Виды и особенности применения
3. Вода
4. Антифризы
5. Как рассчитать количество жидкости в системе
6. Что выбрать?

Что значит хороший теплоноситель?

К большому сожалению, идеальной жидкости для транспортировки тепловой энергии не существует.

Другими словами, каждый состав или раствор, применяющийся в современных СО, может эксплуатироваться только в определенных условиях. Например, вода имеет неприятное свойство замерзать при температуре ниже 0°С. Антифриз, в отличие от воды, не замерзает, а превращается в гель. Рассолы безопасны и ощутимо не меняют вязкости, но негативно влияют на резиновые уплотнители.

Большинство наших соотечественников, впервые сталкивающихся с автономными СО, задаются вопросом: «Как выбрать теплоноситель для системы отопления?» Прежде чем ответить на вопрос, необходимо иметь следующие данные:

• Условия эксплуатации системы.
• Максимальная температура, до которой разогревается жидкость в конкретной СО.
• Приемлемые (для вас) сроки смены теплоносителя.

Используя полученные данные можно сделать некоторые выводы. Итак, хорошая жидкость для заполнения СО должна:

1. Перемещать максимальное количество тепловой энергии за минимально короткое время.
2. Обеспечивать быстрый запуск СО и ввод ее в номинальный режим.
3. Обладать необходимой вязкостью и текучестью.
4. Испарения теплоносителя не должны наносить вред человеку, домашним животным и вредить экологии.
5. Обладать хорошей теплопроводностью.
6. Не подвергать коррозии элементы СО.
7. Быть негорючей.
8. Быть недорогой.

Далее, рассмотрим особенности эксплуатации наиболее популярных видов теплоносителя для СО частного дома.

Виды и особенности применения

Все существующие виды транспортирующей тепловую энергию жидкости можно разделить на четыре основных группы:

• Вода.
• Теплоносители на основе гликоля.
• Антифризы на основе нефтяных масел.
• Глицерины и их производные.

Важно! Незамерзающие растворы и составы на основе нефтяных масел – пожароопасны, поэтому в частных домах, квартирах, общественных зданиях и сооружениях не применяются. Исходя из вышесказанного, в этой публикации данный вид теплоносителей рассматриваться не будет.

Чтобы сделать грамотный выбор теплоносителя для системы отопления необходимо ознакомиться с особенностями эксплуатации каждого вида.

Вода

Как уже упоминалось выше, вода, чаще всего применяется в автономных СО квартир в многоквартирных домах. Владельцы частных домов достаточно часто используют воду в качестве теплоносителя в СО, особенно в составе с газовым котлом. Такая повсеместная популярность обусловлена ее экологичностью, безопасностью, доступностью хорошей теплоемкостью и текучестью. Кроме этого, вода условно бесплатна, и ее объем в СО всегда можно пополнить не выходя из дома, прямо из водопровода. Последние факторы делают ее особо привлекательной для применения.

Казалось бы, вода – это лучший теплоноситель, если не несколько внушительных недостатков:

1. Вода замерзает. Если не слить воду из системы на протяжении 24 часов, гарантированно она разморозится, что повлечет за собой достаточно внушительные финансовые затраты.
2. Вода способствует коррозии. Чтобы быть до конца объективным, не сама вода, а кислород, который в избытке в ней присутствует.
3. Водопроводная вода и природная вода имеет в своем составе большое количество солей, которые выпадают на поверхности элементов СО в виде известкового налета, снижая пропускную способность трубопровода, радиаторов и эффективность работы насосов.

Для того чтобы применение воды в СО причиняло меньше проблем, необходимо использовать умягченную (в идеале дистиллированную) воду. Чтобы ее смягчить и снизить количество кислорода и солей в жидкости, достаточно пропустить ее через фильтр обратного осмоса.

Совет: Кипячение удалит излишки кислорода, а добавление кальцинированной соды заставит часть солей выпасть в осадок. После чего можно просто профильтровать жидкость и смело заливать в СО. Внимание! Данные процедуры не решат проблему замерзания воды. Единственный выход – сделать водно-спиртовой раствор (на основе этилового спирта) необходимой температурному режиму концентрации.

Антифризы

Сегодня, на современном рынке климатической техники представлен огромный ассортимент антифризов для СО, большинство которых изготовлено на основе водного раствора пропиленгликоля, этиленгликоля и глицерина. Кроме этого, хорошие производители такого незамерзающего теплоносителя вносят в состав ингибиторы, снижающие коррозийные проявления элементов СО.

Основным достоинством антифризов является то, что они не замерзают при минусовых температурах. Большинство марок, присутствующих на российском рынке, прекрасно выдерживают температуру 35 — 65°С. со знаком минус.

Глицериновые составы полностью безопасны и прекрасно растворяются в воде, не наносят вред элементам СО и отличаются длительным сроком службы. Единственным недостатком является высокая стоимость.

Важно! Данные растворы обладают большей вязкостью, меньшей текучестью, теплоемкостью и большим коэффициентом расширения, чем обычная вода. Именно поэтому использовать их в самотечных СО невозможно. Для эффективного перемещения составов, на основе пропилен – этиленгликоля и глицерина потребуется мощный циркуляционный насос и большой объем расширительного бака.

Как рассчитать количество жидкости в системе

Существует несколько методов, как рассчитать объем теплоносителя в системе отопления.

1. Самый простой способ – это заполнить систему выбранным теплоносителем.
   Подключить в обратку счетчик и полностью слить жидкость из СО. Вы точно будете знать ее количество в системе.

Совет! Если нет счетчика – используйте любую мерную емкость.

1. Сложить объемы жидкости в каждом радиаторе, котле и трубопроводной части. Заполнение котла и объем теплоносителя в секции конкретного радиатора описано в тех. документации к устройству. Объем жидкости в трубе можно рассчитать по формуле: S (площадь сечения трубы) х L (длина трубы) = V (объем трубопровода).

Важно! Для того чтобы правильно посчитать объем теплоносителя в системе отопления, не следует забывать о расширительном баке, объем которого необходимо внести в суммарный объем всех отопительных приборов СО.

Что выбрать?

Перед тем как сделать выбор жидкости для заполнения СО, необходимо изучить все «за и против», ознакомиться с их основными характеристиками. В таблице, представленной ниже, указаны основные параметры теплоносителей в системе отопления, популярных среди наших соотечественников.

И в качестве заключения несколько советов от специалиста.

• Если вы точно знаете, что в вашей местности температура воздуха не опускается ниже + 4°С – то смело используйте умягченную и очищенную воду. В противном случае используйте антифриз.
• Пары этиленгликоля негативно влияют на здоровье человека, поэтому в качестве теплоносителя в СО частного дома лучше выбирать пропиленгликоль или «незамерзайки» на основе глицерина.
• Перед применением антифризов тщательно изучите их влияние на материалы, применяемые в вашей СО.

Важно помнить, что тип системы отопления, рассчитанной для воды или антифриза, имеют значительные конструктивные отличия.

Выбор теплоносителя для системы отопления

Ранее выяснение вопроса о принадлежности теплоносителя к конкретной группе поможет его владельцу наладить работу отопительных приборов. Так как вид жидкости, которой будет наполнена система, напрямую влияет на мощность радиаторов и конвекторов, силу насосных станций и возможность использования дополнительных материалов для поддержания совокупной деятельности приборов нагревания. В случае, когда отсутствует вероятность полного размораживания системы отопления и приостановлении работы котла, идеальный теплоноситель – вода.

Помимо положительных технических свойств воды (экологическая и токсикологическая безопасность), ей присуще и существенные недостатки. В их числе высокая способность воздействия коррозионной внешней среды металлов и постоянная тенденция к выпадению солей и химический соединений коррозии на поверхности металлического оснащения. Но порой одного только знания о существующей проблеме недостаточно, чтобы предпринимать какие-либо действия для её устранения. Хотя возможен оперативный метод борьбы с коррозией в системе отопления. Например, добавление в воду присадок-ингибиторов, которые

призваны сокращать силу коррозийной деятельности и сдерживать солеобразование.

В случае, когда размораживание системы осуществимо, стоит воспользоваться низкозамерзающей жидкостью – антифриз. И не забывать о том, что данная жидкость обязана быть пожаробезопасной и не иметь в составе добавок, применение которых запрещено в жилых комнатах. Кстати, борьба с процессом разрушения металла антифриза рассчитана на 5 лет непрерывной работы или 10 отопительных сезонов. На российском рынке отопительных приборов производители предлагают

разнообразные антифризы. Они разнятся по:

• Веществу, на основе которого они изготовлены;
• Комплекту индивидуальных присадок;
• Температуре затвердевания;
• И стоимости.

Из популярных российских производителей антифризов можно выделить: ООО «Гелена Химавто» – «Тёплый дом». Данный антифриз вы можете приобрести в интернет-магазине компании «ТеплоРесурс».

Так большая часть антифризов произведена на основе токсичного вещества — этиленгликоля. Его взаимодействие с кожей недопустимо, как и попадание внутрь человеческого организма. Также негативное влияние оказывают его испарения. Исходя из вышеуказанного, можно сделать вывод о том, что использование антифриза на основе этиленгликоля крайне нецелесообразно в двухконтурных котлах, когда есть вероятность подмешивание вещества для передачи тепловой энергии из контура нагрева в контур системы водоснабжения, и в «наружных» системах отопления, где гарантировано улетучивание теплоносителя. Наиболее безвреден для человеческого организма пищевой или технический пропиленгликоль – основа для изготовления низкозамерзающего теплоносителя.

Экологически безобиден антифриз на основе трофического пропиленгликоля.Оказать негативный эффект на антифриз может повышенная температура, появляющаяся при неправильном «поведении» системы отопления. Если температура теплоносителя достигает +107°С, то возникает термический распад этиленгликоля и антикоррозионных присадок. Для того, чтобы предостеречь оборудование от такого вида воздействия, стоит наладить должную циркуляцию теплоносителя в системе отопления.

Антифризы Охлаждающие жидкости | Охлаждение электроники

Отвод избыточного тепла от электронных узлов с помощью циркулирующего жидкого хладагента — распространенный и эффективный метод с долгой и успешной историей, особенно в авионике и центрах обработки данных. Выбор охлаждающей жидкости зависит от многих факторов, включая коррозионную стойкость, стоимость, термические свойства, нормативные ограничения, термическую стабильность и температуру окружающей среды [1]. Одним из показателей качества для сравнения характеристик теплопередачи хладагентов является число Муромцева [2]. В некоторых случаях важны диэлектрические свойства хладагента. Для этих применений используются хладагенты, такие как полиальфаолефин (ПАО), силиконовое масло и фторуглероды, но в целом их теплопроводность и теплоемкость низкие. В качестве хладагента вода отвечает многим желаемым тепловым характеристикам, но для систем жидкостного охлаждения, в которых температура окружающей среды ниже 0°C, необходимость защиты от замерзания исключает использование только воды.

Наиболее распространенными растворами антифризов на водной основе, используемыми для охлаждения электроники, являются смеси воды и либо этиленгликоля (EGW), либо пропиленгликоля (PGW). Использование этиленгликоля имеет долгую историю, особенно в автомобильной промышленности. Однако растворы EGW, разработанные для автомобильной промышленности, часто содержат ингибиторы ржавчины на основе силикатов, которые могут покрывать и/или закупоривать поверхности теплообменников. Использование ПГВ в качестве теплоносителя получает все большее распространение прежде всего потому, что он экологически безопасен и нетоксичен. Этиленгликоль внесен в список токсичных химических веществ, требующих осторожности при обращении и утилизации. Тепловые свойства решений EGW и PGW схожи, но есть различия, на которые следует обратить внимание, особенно для инженеров-теплотехников, знакомых с EGW, но теперь проектирующих с PGW. В целом, при одинаковом уровне защиты от замерзания тепловые характеристики ПГВ будут меньше, чем ЭГВ. Дополнительным отличием является то, что минимальная точка замерзания раствора EGW возникает при объемном отношении этиленгликоля к воде примерно 63/37, но точка замерзания PGW продолжает снижаться по мере увеличения процентного содержания пропиленгликоля. Для применений, требующих потока охлаждающей жидкости в условиях низких температур, например, при пуске при низкой температуре, вязкость PGW выше, и требуется значительно большая мощность насоса.

Рис. 1. Изменение вязкости растворов EGW и PGW в зависимости от температуры.

На рисунках с 1 по 3 показаны изменения вязкости, удельной теплоемкости и теплопроводности в зависимости от температуры для двух объемных соотношений воды/этиленгликоля и воды/пропиленгликоля. Эти данные являются репрезентативными, и для конкретных значений следует обращаться к данным конкретных производителей. Обратите внимание, что хотя плотность этих растворов уменьшается с повышением температуры, объемная теплоемкость (плотность, умноженная на удельную теплоемкость) будет немного увеличиваться с повышением температуры. В частности, данные об изменении теплопроводности в зависимости от температуры не согласуются, и некоторые производители указывают на снижение теплопроводности с повышением температуры при концентрациях более 50 процентов. Тенденция изменения теплопроводности в зависимости от температуры, показанная на рис. 3, согласуется со ссылкой 3. Наиболее доступные составы EGW и PGW содержат ингибиторы коррозии, которые влияют на физические свойства раствора.

Рис. 2. Изменение удельной теплоемкости растворов EGW и PGW в зависимости от температуры.

Рис. 3. Изменение теплопроводности в зависимости от температуры для растворов EGW и PGW.

Ссылки

1. Мохапатра, С., «Обзор жидких охлаждающих жидкостей для охлаждения электроники», ElectronicsCooling, Vol. 12, № 2, май 2006 г.
2. Саймонс, Р., «Сравнение скоростей теплопередачи жидких хладагентов с использованием числа Муромцева», ElectronicsCooling, Vol. 12, № 2, май 2006 г.
3. Ассаэль, М.Дж., Харитиду, Э., Августиниатос, С., Уэйкхэм, В.А., «Абсолютные измерения теплопроводности смесей алкен-гликолей с водой», Международный журнал теплофизики, Vol. 10, выпуск 6, ноябрь 1989 г.

Какой теплоноситель следует использовать?

May42020

Охлаждающие жидкости

Управление температурой электроники можно просто описать как использование охлаждающих жидкостей для отвода тепла от горячие устройства . Но как быть с этими жидкостями? Как узнать, какую жидкость использовать для вашей системы? Какие свойства имеют значение для теплопередачи и где вы их найдете? Этот пост является универсальным ответом на вопросы, связанные с теплоносителем.

Для начала давайте проведем краткий обзор наиболее распространенных охлаждающих жидкостей и их свойств (вкратце: я трачу слишком много времени на поиск таблиц в учебниках и поиск свойств жидкостей в Google; теперь я знаю одно место, где мне нужно искать):

Таблица 1: Тепложидкостные свойства обычных теплоносителей [1,2,3,4]. Обратите внимание, что эти свойства жидкости могут значительно различаться в зависимости от температуры и давления.

 

Плотность, удельная теплоемкость, теплопроводность, вязкость, температура кипения и температура замерзания являются ключевыми величинами, которые следует учитывать при разработке решения по управлению температурным режимом. Точки фазового перехода играют ключевую роль в поиске правильного баланса температуры окружающей среды, устройства и охлаждающей жидкости. Между тем, теплофизические свойства помогают количественно оценить эффективность теплопередачи и требования к насосу.

Но как интерпретировать эти разные свойства для каждой жидкости? Давайте кратко рассмотрим каждую жидкость и то, где она чаще всего используется.

 

Воздух

Воздух является наиболее распространенным теплоносителем; если ваша система находится в атмосфере, воздух почти гарантированно попадет в ваш тепловой тракт в какой-то момент. В частности, воздух наиболее эффективно используется для электронных устройств с низкой плотностью мощности и в качестве окончательного поглотителя тепла. Это связано с тем, что низкие значения плотности жидкости и теплопроводности соответствуют низким коэффициентам теплопередачи, поэтому для любого существенного охлаждения требуется большая площадь. В результате воздух часто используется с ребристыми радиаторами, тепловыми трубками и методами распределения печатных плат для увеличения площади охлаждения. Воздух часто используется в качестве хладагента в центрах обработки данных с низкой плотностью, самолетах, автомобильных радиаторах и вышках сотовой связи. Короче говоря, универсальность воздуха с его диэлектрической природой и повсеместное распространение делает его распространенным выбором с низким уровнем стресса для систем с низкой удельной мощностью.

 

Вода

Вода также довольно распространена, и не зря. Он имеет благоприятные значения удельной теплоемкости, теплопроводности и вязкости, что делает его чрезвычайно эффективной охлаждающей жидкостью. Благодаря своим улучшенным свойствам водяные системы обычно обеспечивают в 10 раз более высокую эффективность охлаждения по сравнению с эквивалентными воздушными системами. Вода используется в центрах обработки данных высокой мощности, силовой электронике с высокой теплоемкостью, а также в системах связи высокой мощности и частоты. Наиболее серьезными недостатками воды являются ее электропроводность и коррозионная природа, что создает проблемы при реализации и конструкции охлаждающего модуля. Но, даже если требуется несколько добавок, чтобы заставить его вести себя так, как вы хотите, вода является выбором № 1 для тех, у кого есть устройства с высокой удельной мощностью в контролируемых условиях.

 

Смесь этиленгликоль + вода (ЭГВ) 50/50

Другим недостатком воды является то, что она замерзает при относительно высокой температуре. Для приложений, которые не находятся в комфортной лаборатории или в умеренном климате, замораживание становится серьезной проблемой реализации. Вот где вступает в дело смесь воды и гликоля 50/50. Вы жертвуете некоторыми тепловыми характеристиками, но температура замерзания снижается, чтобы сделать жидкость устойчивой к обычным изменениям температуры окружающей среды. Водно-гликолевые смеси обычно используются в самолетах, автомобилях и даже в некоторых вычислительных приложениях. В целом, водно-гликолевая смесь 50/50 представляет собой золотую середину между высокой производительностью и устойчивостью к температуре.

 

ПАО

Полиальфаолефины (ПАО) являются более нишевыми, но их свойства отражают более широкий класс минеральных масел, которые довольно широко используются. Термические свойства PAO значительно уступают воде или даже гликолевой смеси, что затрудняет прямую конкуренцию с другими жидкими хладагентами. Основными преимуществами ПАО являются а) то, что это диэлектрическая жидкость, и б) то, что он имеет огромный диапазон рабочих температур без замерзания или кипения. Где PAO находит применение, так это в некоторых системах военной электроники и прямом контактном охлаждении крупной электроники (например, трансформаторов), мощность которых начинает выходить за пределы воздуха. Это означает, что PAO не следует использовать, если он вам действительно не нужен — будь то из-за сложной геометрии или суровых условий окружающей среды.

 

Аммиак

Аммиачные системы также могут быть не такими обычными, но играют важную роль в космических системах. Из-за потрясающей защиты от замерзания аммиака его можно использовать в средах с очень низкими температурами. Кроме того, обладая в целом хорошими тепловыми свойствами, он обеспечивает очень конкурентоспособную скорость теплопередачи. Аммиак не часто используется в наземных целях из-за проблем со здоровьем и безопасностью, и необходимо тщательно контролировать давление, чтобы работать в надлежащем режиме. Аммиак также используется в качестве двухфазной жидкости, что будет обсуждаться в другой раз. В целом, аммиак в настоящее время ограничен космическими приложениями (например, на МКС) и другими нишевыми вариантами использования, но при правильной реализации это очень полезный вариант.

Существуют и другие жидкости, особенно для многофазного охлаждения. Но это обсуждение охватывает базовые аспекты теплоносителей и области их наиболее эффективного использования. Планируя свою следующую систему управления температурным режимом, начните с анализа требований и ожидаемых характеристик жидкости, которую вы в конечном итоге выберете.

 

Ссылки

[1] Мохапатра, Сатиш К. «Обзор жидких охлаждающих жидкостей для охлаждения электроники». Electronics Cooling , 2 июля 2019 г., http://www.electronics-cooling.com/2006/05/an-overview-of-liquid-coolants-for-electronics-cooling/.

[2] «Интернет-книга по химии NIST, SRD 69». Теплофизические свойства жидких систем , webbook.nist.gov/chemistry/fluid/.

[3] «Свойства сухого воздуха».