Незамерзающие теплоносители. Особенности применения

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 (пример- но 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, необхо- димо использовать специальные анти- фризы (например, «Аргус-Галан», выпу- скаемый московской компанией «Га- лан»). Большинство антифризов не предназначено для применения в качестве проводника электрического тока.

Следует также отметить, что при температуре более 90 °С в водногликолевых 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 ос- нове по сравнению с этиленгликолевыми. Основная область применения пропилен- гликолевых 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», вы- пускаемый 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 водногликолевых 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.

Автор: С. Ивахненко

Материал предоставлен сайтом Termoclub.ru
Все статьи