Россия – самая холодная в мире страна. Подавляющий процент ее территории географически располагается в умеренных, субполярных и полярных широтах. В результате для большинства населения нашей необъятной Родины продолжительность отопительного сезона составляет не менее полугода.
Неудивительно, что номенклатура всевозможных отопительных систем, тестируемых россиянами, огромна – традиционные дровяные, угольные, газовые, мазутные, электрические, геотермальные и даже солнечные. Но, несмотря на все это разнообразие, выбор конкретного типа теплоносителя довольно ограничен – воздух, пар или жидкость.
Причем первые два варианта используются в основном для обогрева крупных производственных и общественных помещений. Для бытовых систем отопления альтернативы жидкости не существует. Только такое агрегатное состояние теплоносителя способно обеспечить достаточную эффективность и экономичность обогрева при сравнительной простоте обслуживания и безопасности.
Увы, все это вовсе не означает, что проблема выбора теплоносителя отсутствует. Да, практически любая жидкость способна перенести тепловую энергию от одной точки (котельное оборудование) к другой (радиатор отопления, система теплого пола, конвектор). Однако этого недостаточно. Потому каждый владелец автономной системы отопления хочет добиться от нее максимально возможной эффективности, надежности и безопасности. Таким образом, к теплоносителю предъявляется ряд важных требований.
Какие характеристики должен иметь идеальный теплоноситель?
- Максимальная теплоемкость и теплопроводность.
Эти два показателя жидкости напрямую влияют на эффективность теплоносителя. Чем они выше, тем больше тепла сможет отобрать конкретная жидкость от энергогенератора в единицу времени и тем быстрее она передаст это тепло потребителю.
- Стабильные свойства в широком диапазоне температур.
Другими словами, жидкость не должна менять своего агрегатного состояния (замерзать или превращаться в газ) при любых внешних и внутренних условиях, а также обладать минимальным температурным разбросом физических и химических характеристик (плотности, вязкости, теплоемкости и т.д.).
- Отсутствие разрушающего воздействия на оборудование и материалы.
Идеальный теплоноситель не способствует развитию коррозионных процессов и химически инертен ко всем соприкасающимся с ним поверхностям (металлы, резина и т.д.).
- Исключение загрязнений контура отопления.
Желательно, чтобы теплоноситель работал без формирования накипи на стенках труб и, в особенности, на теплообменниках.
- Безопасность для здоровья человека и окружающей среды.
Разумеется, теплоноситель не должен быть токсичным, взрывоопасным или легковоспламеняющимся.
- Низкая стоимость (в идеале вообще бесплатный и общедоступный).
А теперь подведем итоги. Как вы думаете, существует ли в природе жидкость, которая обладает всеми описанными выше достоинствами и может заслужить звание «идеального теплоносителя»? К сожалению, нет. Поэтому выбор теплоносителя – это всегда компромисс.
Пользователю приходится выбирать, чем он может пренебречь – эффективностью, надежностью, безопасностью или стоимостью. Для этого нужно предварительно расставить приоритеты и, выбрав те характеристики, которые необходимо обеспечить в первую очередь, определиться с конкретным видом теплоносителя.
Вода в качестве теплоносителя
Оксид водорода или просто вода – самое распространенное и доступное вещество на планете. И по удивительному стечению обстоятельств именно оно является одним из лучших претендентов на звание «идеальный теплоноситель». Однако не все так просто.
Основные достоинства воды
- Максимальная эффективность теплопередачи.
Теплопроводность воды в нормальных условиях составляет 0,6 Вт/(м·K), что является рекордным значением среди всех жидкостей (если не учитывать ртуть и некоторые сплавы). Аналогично обстоят дела с теплоемкостью воды – 4.2 кДж/(кг·К), что также не имеет аналогов в жидких средах.
Если нагреть 1 литр воды до 90°С, то при охлаждении в радиаторе до 70°С она передаст 20 килокалорий тепла – больше ни один жидкий теплоноситель не способен добиться таких результатов.
- Доступность.
Если не брать экстремальные случаи (пустыня), то стоимость воды практически нулевая. По крайней мере в России свободный доступ к ней в любых количествах есть у каждого. Альтернативные теплоносители даже близко не способны конкурировать по этому показателю.
- Безопасность.
Вода не токсична и обладает абсолютной экологической чистотой. Никакие утечки из контура отопления не способны привести к серьезным последствиям для здоровья человека или окружающей среды. Разумеется, также не идет речь о какой-либо пожаро- или взрывоопасности.
Основные недостатки воды
- Ограниченный температурный диапазон.
Каждый знает, что при 0°С вода превращается в лед, а при 100°С – в пар. Причем оба варианта изменения агрегатного состояния приводят к существенному увеличению объема.
И если с кипением воды еще как-то можно справиться, ограничив максимальную температуру нагрева, то с замерзанием дела обстоят гораздо хуже. Стоит зимой оставить систему без присмотра (например, на даче) и вода просто разорвет все трубы и радиаторы.
- Окисление.
Вода – отличный окислитель, поскольку валентная связь между атомами водорода и кислорода невелика. Поэтому рано или поздно разовьются разрушительные коррозионные процессы.
Единственный выход – покупать трубы и радиаторы из нержавеющей стали или имеющие внутри защитное покрытие. Можно подойти к решению проблемы и с другой стороны – добавлять в воду так называемые ингибиторы коррозии (специальные химические компоненты, уменьшающие ее коррозионную активность).
- Осадок.
Если использовать обычную, а не дистиллированную воду (которая далеко не бесплатна), то со временем растворенные в ней соли оседают на поверхностях трубопровода, снижая их пропускную способность и ухудшая эффективность теплообмена. Это приводит к повышению себестоимости отопления и ускорению износа оборудования.
Однако существуют способы смягчения воды. Самый простейший из них – кипячение. Но чтобы устранить все примеси, придется воспользоваться более сложным химическим методом отделения солей с последующим фильтрованием.
- Необходимость частой замены.
Воду в контуре отопления желательно менять ежегодно, в то время как альтернативные теплоносители допускают эксплуатацию в течение 5 и более лет.
Антифриз в качестве теплоносителя
Вода – практически идеальный теплоноситель. А если использовать дистиллированную воду, да еще и с ингибиторами коррозии, то из существенных недостатков останется только один. Но, к сожалению, он очень важный и непреодолимый – замерзание, сопровождающееся сильным расширением уже при 0°С.
Поэтому, если вы не можете обеспечить присмотр за системой отопления на протяжении всего года, то лучше воспользоваться альтернативными жидкостями, температурный диапазон эксплуатации которых намного шире. Классический вариант таких теплоносителей – это антифризы, или «незамерзайки» (если дословно перевести с английского).
Основные достоинства антифризов
- Низкая температура кристаллизации.
В зависимости от конкретной марки антифризы не теряют своей текучести до температур -30….-65°С. Но самое главное, что даже при достижении данного температурного порога антифриз не увеличивает свой объем, а просто превращается в гелеобразную субстанцию. Стоит температуре повыситься, и текучесть жидкости вернется без всяких негативных последствий для отопительного контура.
- Продолжительный срок эксплуатации.
Залитый в систему качественный антифриз способен прослужить как минимум 5 лет, сохраняя стабильные физические и химические характеристики (конкретный срок указан на упаковке). После этого его нужно полностью слить и заменить.
- Щадящее воздействие на компоненты системы.
Во все антифризы добавляются специальные присадки – ингибиторы (замедлители), способствующие торможению нежелательных физических и химических реакций: окисления и коррозии металлов, растворения и набухания резиновых прокладок, образования пены и накипи, полимеризации и так далее.
Основные недостатки антифризов
- Эффективность существенно ниже в сравнении с водой.
Даже в самых лучших антифризах теплоемкость и теплопроводность на 15-20% хуже. В результате, чтобы добиться аналогичного с водой уровня нагрева помещения следует повышать мощность котла отопления, а также увеличивать количество секций и общую площадь радиаторов отопления. Все это приводит к росту финансовых затрат.
- Повышенная вязкость.
Антифризы уступают воде по показателю текучести, а значит, чтобы обеспечить циркуляцию теплоносителя с заданной скоростью придется поднять мощность циркуляционных насосов. А это опять перерасход электроэнергии и дополнительный износ оборудования.
- Высокая проникающая способность.
Антифриз просачивается там, где вода протекать не может физически. То есть для обеспечения герметичности контура придется использовать более качественные (и дорогие) прокладки. И экономить тут нельзя ни в коем случае, учитывая следующий недостаток данного типа теплоносителей.
- Токсичность.
Самые дешевые антифризы – крайне опасны для человека (смертельная доза около 100 мл) причем не только при попадании внутрь организма, но и в процессе вдыхания испарений. Необходимо предупредить любую возможную утечку. Кроме того, нежелательно использовать такой теплоноситель в двухконтурной системе, чтобы он не просочился в ГСВ.
- Цена.
Стоимость хорошего антифриза составляет не менее 1 000 рублей за 10-литровую канистру. Учитывая, что в системе отопления могут циркулировать сотни литров, то сумма получается немаленькая. Правда, следует помнить, что закупка будет осуществляться не чаще, чем раз в 5 лет, так что не все так страшно.
Выбираем антифриз
Любой антифриз – это смесь воды, базовой жидкости и ингибиторных присадок. Основные характеристики теплоносителя (температура замерзания, токсичность, стоимость и т.д.) определяются именно базовой жидкостью. Рассмотрим самые популярные сегодня варианты.
- Моноэтиленгликолевые антифризы.
Это самые распространенные в нашей стране «незамерзайки». Причина их популярности заключается, прежде всего, в минимальной цене продукта из-за простоты его промышленного производства.
Моноэтиленгликолевый теплоноситель поступает на рынок обычно в виде концентрата с точкой кристаллизации «-65°С» либо готовой к употреблению жидкости с температурой замерзаний «-30°С». Концентрат позволяет пользователю самостоятельно изготовить теплоноситель с требуемыми характеристиками в соответствии с конкретной климатической зоной. Для этого достаточно развести его дистиллированной водой в определенных пропорциях.
К недостаткам моноэтиленгликолевых антифризов можно отнести высокую токсичность и активное разложение с выделением осадка при температурах близких к точке кипения. Это исключает возможность их применения в двухконтурных котлах, а также в системах без точного контроля температурного режима.
- Пропиленгликолевые антифризы.
Данный теплоноситель избавлен от основных недостатков предыдущего варианта. В частности, его теплотехнические характеристики значительно выше, но самое главное – он безвреден для здоровья человека и окружающей среды. Достаточно сказать, что некоторые виды пропиленгликоля (Е1520) используются в пищевой промышленности.
Кроме того, пропиленгликолевые антифризы способны оказывать смазывающий эффект на внутренних поверхностях, что снижает гидравлическое сопротивление и увеличивает эффективность системы отопления.
Единственным существенным недостатком данного теплоносителя в сравнении с моноэтиленгликолем является цена, которая примерно в 1,5 раза выше.
- Глицериновые антифризы.
Это самый «древний» вид «незамерзаек», разработанный почти 100 лет назад. Тем не менее, по некоторым параметрам он превосходит конкурирующие современные решения.
К преимуществам глицериновых антифризов можно отнести:
- безопасность для человека и окружающей среды;
- нейтральность к цинку (в отличие от предыдущих двух вариантов), что позволяет использовать данный теплоноситель в оцинкованных трубах, широко распространенных в России;
- умеренная стоимость – глицерин дешевле полипропиленгликоля (но дороже моноэтиленгликоля);
- длительный срок службы (до 10 лет).
Недостатки также имеются:
- повышенный удельный вес и вязкость, что увеличивает нагрузку на трубы и насосное оборудование;
- теплоемкость ниже, чем у полипропиленгликолевых антифризов;
- отсутствие стабильности при высоких температурах – уже при 90°С начинается процесс разложения и пенообразования;
- невысокий уровень стандартизации – в отличие от гликолевых антифризов здесь каждый производитель самостоятельно разрабатывает технические условия.
- Спиртовые антифризы.
Этиловый спирт – неплохая альтернатива гликолевым и глицериновым антифризам. 96%-ный продукт достаточно развести в пропорции 1:3, чтобы получить раствор, не замерзающий до -20°С.
Основные преимущества:
- безопасность для человека и экологии;
- теплоемкость и теплопроводность, близкие к воде, что обеспечивает высокую эффективность системы отопления;
- меньшая проникающая способность и вязкость, что снижает требования к герметичности контура и мощности насосного оборудования;
- спирт сам по себе является ингибитором коррозии и защищает внутренние поверхности от накипи;
- спирт не оказывает значительного разрушающего воздействия на уплотнители, это значит, что можно использовать обычные недорогие резиновые изделия.
Недостатки:
- стоимость спирта примерно в 2 раза выше в сравнении с полипропиленгликолем;
- низкая температура кипения (около 90°С);
- его могут слить и выпить (ведь, по сути, в ваших трубах будет циркулировать водка)…
Советы по использованию антифризов
- Приготовление раствора.
Концентрат антифриза желательно разбавлять только дистиллированной водой. Залив воду из-под крана или даже кипяченую/отстоявшуюся/талую, вы гарантированно ухудшите эффективность системы отопления и сократите срок ее службы.
- Пропорции.
Стандартный концентрат «-65°С» имеет минимальную температуру кристаллизации (-65°С) при разбавлении в соотношении примерно 2:1 (2 доли концентрата и 1 воды). При увеличении концентрации антифриза, как это ни странно, его показатели ухудшаются. В исходном 100% состоянии концентрат кристаллизуется уже при -13°С.
Чаще всего разбавляют в пропорции 1:1, что обеспечивает температуру замерзания около -34°С. Но даже, если ваш термометр не опускается зимой ниже -10°С, не рекомендуется разбавлять ниже пропорции 1:2 (-18°С). Излишек воды ухудшит работу ингибиторов и нарушит химический баланс базовой жидкости.
- Оборудование и материалы.
Для работы с антифризами не подходят стандартные автоматические воздухоотводчики, используемые в водяных системах. Их нужно заменить кранами Маевского или ручными клапанами. Кроме того понадобится более мощный циркуляционный насос и расширительный бак удвоенной емкости, а также трубы и радиаторы увеличенного объема. Следует обратить пристальное внимание на качество уплотнителей и резьбовых соединений.
- Заливка.
Закачивать антифриз в систему отопления можно только после ее качественной промывки посредством специальных составов, присутствующих сегодня в свободной продаже. После завершения процедуры заливки нельзя сразу запускать котел на полную мощность. Нужно дать возможность антифризу постепенно расшириться и перейти в свое рабочее состояние.
Что касается выбора конкретного типа «незамерзайки», то здесь следует руководствоваться особенностями конкретной системы отопления и предъявляемыми к ней требованиями:
- минимально возможная температура окружающей среды для данной климатической зоны;
- материалы, использованные при построении системы (устойчивость к коррозии, качество уплотнителей);
- конструкция трубопровода и конечных потребителей (диаметр труб, количество и площадь секций радиаторов);
- желаемый уровень безопасности – в частности, если планируется двухконтурная система отопления с горячим водоснабжением, то лучше не экономить, а приобрести антифриз на базе пропиленгликоля;
- ваши финансовые возможности.