Незамерзающие теплоносители

Наилучший теплоноситель для систем отопления – вода. Она обладает максимальной теплоемкостью, высокой текучестью, общедоступностью и экологичностью. Однако при температуре 0 °С вода замерзает. Для водяных систем отопления, работающих с перерывами при низких наружных температурах (загородный коттедж, дачный дом), это чревато опасностью аварийного размораживания системы с выходом из строя отдельных ее частей (теплообменников, труб и др.). Слив воды при выключении котла и заполнение системы перед его пуском – трудоемкие операции, требующие значительных затрат времени (при этом полностью удалить воду не удастся). Другой вариант решения указанной проблемы, рассматриваемый в данной статье, – применение незамерзающего теплоносителя (антифриза). 

В нашей стране в качестве бытового антифриза для инженерных систем, как правило, предлагается смесь этиленгликоля с водой, в состав которой включены специальные добавки различного назначения – присадки.

Плотность чистого этиленгликоля – 1,13 г/cм3 (при 20 °С), его температура замерзания равна –13 °С. Водные растворы с концентрацией этиленгликоля от 30 до 70 % имеют более низкую температуру замерзания. Минимальная температура замерзания достигается при соотношении воды и этиленгликоля 1:2 и составляет –70 °С. При замерзании раствор переходит в аморфное состояние, образуя вязкую массу с увеличением объема в пределах 0,3 %. (Для сравнения: объем воды при замерзании увеличивается примерно на 9 %).

Пакет присадок насчитывает около десятка веществ, предназначенных для снижения коррозионных и окислительных свойств смеси, ее пенообразования, предотвращения образования накипи и удаления уже существующей, повышения термической стабильности и инертности к синтетическим уплотнениям.

Большинство концентрированных теплоносителей представляют собой раствор, состоящий из 65 % этиленгликоля, 31 % воды и 4 % активных присадок (Dixis-65, Hot Blood-65M, «Теплый дом-65» и др.). Такое сочетание позволяет получить наилучшие показатели теплообмена. При этом смесь не расслаивается на компоненты и имеет температуру начала кристаллизации –65 °С. Другая распространенная смесь с маркировкой «30» (Dixis-30, «Гольфстрим-30» и др.) замерзает при –30 °С. Предлагаются и концентраты с 95-процентным содержанием этиленгликоля (их разбавляют перед заливкой в систему). Процентное содержание этиленгликоля следует выбирать из расчета минимальной температуры, при которой теплоноситель будет находиться в системе.

Как правило, готовые концентрированные антифризы с определенным значением точки замерзания разбавляют водой перед заполнением системы. Например, при смешивании двух объемов антифриза с точкой кристаллизации –65 °С с одним объемом воды получается раствор, замерзающий при –30 °С. Для разбавления желательно использовать дистиллированную воду, при ее отсутствии – водопроводную (с жесткостью до 6 ед.). Применение воды из естественных источников нежелательно ввиду возможной несовместимости с пакетом присадок. Разбавление антифриза более чем на 50 % приводит к заметному ухудшению антикоррозионных свойств. Грамотно приготовленный состав с нужной температурой кристаллизации можно заказать у производителя.

Необходимо учесть: из-за существенных отличий в физических свойствах воды и незамерзающих теплоносителей на основе этиленгликоля, при использовании последних возникает ряд технических особенностей, требующих серьезного внимания.

Во-первых, вязкость этиленгликолевых растворов в 2–4 раза больше, чем у воды. Значит, гидродинамическое сопротивление движению жидкости в трубах будет выше и потребует более мощного (примерно на 10 % по производительности и 60 % по напору) циркуляционного насоса.

Во-вторых, теплоносители имеют больший, чем у воды, коэффициент теплового расширения. Поэтому, во избежание «завоздушивания» в открытых системах, необходимо устанавливать расширительный бак большого размера (около 15 % объема системы).

В-третьих, теплоемкость этиленгликолевой смеси меньше, чем у воды, примерно на 15 %. Это ухудшает условия теплообмена и требует установки более мощных радиаторов. Кроме того, теплоноситель нельзя перегревать, поскольку это может привести к необратимому изменению химического состава и свойств смеси.

Этиленгликолевые смеси активно реагируют с цинком и масляными красками, образуя нерастворимый осадок, большое количество которого может блокировать работу системы отопления. К тому же, в отличие от воды, они не вызывают набухание пакли. Поэтому в системе на незамерзающем теплоносителе должны отсутствовать оцинкованные детали, а для герметизации соединений следует использовать специальные материалы – силиконовые герметики, лён и др.

В местах наибольшего гидродинамического сопротивления может произойти вспенивание этиленгликолевого раствора. Во избежание этого диафрагмы балансировочных клапанов и термостатов должны быть настроены таким образом, чтобы достаточно свободно пропускать рабочее вещество.

При установке электрических котлов ионного (электродного) типа, теплоноситель в которых является одновременно элементом электрической цепи, необходимо использовать специальные антифризы (например, «Аргус-Галан», выпускаемый московской компанией «Галан»). Большинство антифризов не предназначено для применения в качестве проводника электрического тока.

Следует также отметить, что при температуре более 90 °С в водно-гликолевых смесях интенсифицируется процесс выпадения хлопьевидного осадка, ухудшающего процесс теплообмена. Для такого класса оборудования, как котлы с высоконапряженной топкой, это чревато опасностью пережога трубок теплообменника и топки.

И всё же главная опасность, возникающая при использовании этиленгликоля, связана с его токсичностью. Этиленгликоль относится к умеренно опасным веществам (третий класс опасности по ГОСТ 12.1.007). Он ядовит, обладает наркотическим действием на организм человека и способен проникать через кожные покровы. Смертельная доза для человека – 100 мл. Поэтому антифризы на основе этиленгликоля нельзя использовать в системах с двухконтурными теплообменниками, где в случае разгерметизации контуров теплоноситель может попасть в санитарную воду.

Предельно допустимая концентрация этиленгликоля в воздухе рабочей зоны – 5 мг/м3. Из-за испарения этиленгликоля с поверхности открытые расширительные баки следует применять с особой осторожностью.

Экологически безопасной альтернативой этиленгликолю является пропиленгликоль. Его плотность – 1,04 г/см3, температура замерзания – около –67 °С. При смешивании с водой температура замерзания повышается (до –5 °С при 15-процентной концентрации пропиленгликоля). Антифризы на его основе имеют практически те же теплофизические свойства, что и этиленгликолевые, но при этом безопасны (пропиленгликоль используют как пищевую добавку – Е 1520). За счет «смачивающего эффекта» гидравлическое сопротивление пропиленгликоля ниже, чем этиленгликоля, что облегчает работу циркуляционного насоса.

Единственный фактор, сдерживающий распространение пропиленгликоля в отопительных системах, – более высокая (в 2–2,5 раза) цена антифризов на его основе по сравнению с этиленгликолевыми. Основная область применения пропиленгликолевых теплоносителей в нашей стране – здания с ужесточенными экологическими требованиями (предприятия пищевой и фармацевтической промышленности, торговые центры и т.д.).

Ценовую нишу между этилен- и пропиленгликолевыми смесями на российском рынке антифризов для инженерных систем занимают составы на основе глицерина с пакетом необходимых присадок (например, теплоноситель «Ольга», выпускаемый ЗАО «Завод органических продуктов» из Дзержинска, Нижегородская обл.). Глицерин безопасен для человека и может применяться в открытых системах отопления и зданиях с ужесточенными экологическими требованиями. Его физические и химические свойства схожи со свойствами водно-гликолевых смесей. Важное достоинство глицериновых антифризов – их инертность по отношению к оцинкованным деталям.

Если в системе предполагается применить незамерзающий теплоноситель, то ее следует спроектировать соответствующим образом. В первую очередь необходимо удостовериться, что изготовители устанавливаемого оборудования разрешают применение антифризов. Политика европейских производителей в этом вопросе существенно различается. Пример наиболее жесткой позиции подает германская компания Vaillant, категорически запрещающая использование антифризов. Санкция за нарушение – лишение прав на гарантийное обслуживание.

Более гибкую политику проводит компания Buderus (Германия), допускающая использование антифризов определенных марок со всеми котлами, включая настенные Logano U. Антифризы запрещено применять только с настенными конденсационными котлами Logano GB, оснащенными алюминиевыми теплообменниками.

Один из наиболее либеральных подходов демонстрирует итальянская компания Baxi. Жесткий запрет на применение каких-либо антифризов имеет место только для котлов Main с битермическим теплообменником. Для остальных котлов разработаны соответствующие рекомендации, не накладывающие ограничений на марку теплоносителя.

Владелец должен позаботиться о наличии запаса теплоносителя для пополнения отопительной системы. Использовать антифризы разных марок не рекомендуется: их активные присадки могут взаимодействовать с непредсказуемыми последствиями. Срок службы незамерзающих теплоносителей ограничен ресурсом присадок и составляет около пяти лет (или десяти отопительных сезонов).

Всё вышесказанное нужно учитывать при переводе системы отопления на работу с незамерзающими теплоносителями. Перед заливкой антифриза необходимо также очистить все контуры отопления от накипи и следов коррозии специальными составами (например, Dixis Lux). В противном случае активные присадки теплоносителя вызовут быстрое отслоение ржавчины и отложений, приводящее к засорению системы.

Необходимо тщательно следить за отсутствием протечек в системе отопления. Для их оперативного обнаружения с помощью ультрафиолетового фонарика многие производители вводят в состав теплоносителя специальную фосфоресцирующую краску. Работать с антифризами следует только в защитных перчатках. При попадании жидкости на кожу ее нужно сразу же смыть водой.

Статья опубликована в журнале «Аква-Терм» # 4(44) 2008

18 апреля 2014 г.