Одни из самых дорогих и сложных по конструктивному исполнению инженерных сетей в индивидуальных домах — отопительное оборудование с подключенными к нему контурами радиаторных теплообменников и теплых полов. Чтобы избежать промерзаний трубопроводов и котлов в аварийных ситуациях, приводящих к огромным финансовым потерям, многими хозяевами в качестве теплового носителя используется специальная незамерзайка для системы отопления частного дома.
Хотя ассортиментный перечень незамерзающих жидкостей довольно широк, для бытовых отопительных систем подходят лишь несколько конкретных видов. Для оптимального выбора подходящего теплоносителя следует знать основные марки выпускаемых незамерзаек, их техническо-эксплуатационные характеристики.
Рис. 1 Незамерзайка для системы отопления частного дома — популярные марки
Виды незамерзаек
Жидкости с низкой температурой замерзания, которые теоретически можно заливать в отопительные контуры, можно разбить на следующие группы:
На основе гликолей. Это наиболее часто используемые в отопительных системах и специально предназначенные для этих целей этиленовый и пропиленовый гликоли. Несмотря на схожесть составов, указанные жидкости обладают различными химическими свойствами. Обычно данные теплоносители используют в чистом виде, но иногда встречаются растворы с добавками гликолей другого химического состава. К примеру, триэтиленгликоль вводят для увеличения верхнего термического порога гликолевых незамерзаек.
Автомобильные антифризы. К данным видам помимо широкого ряда торговых марок можно отнести всем известный Тосол красного, зеленого или синего цветов соответственно с температурами замерзания 40 и 65 С. Использовать автомобильные антифризы в бытовых отопительных системах крайне нежелательно. Помимо того, что экономический эффект от их применения стремится к нулю, химический состав данных незамерзаек с большим количеством специальных присадок для автомобильных радиаторов, более малые срок эксплуатации и верхний температурный порог, вызывают серьезные технологическое проблемы при их использовании.
Рис. 2 Омыватели для стекол автомобилей – технико-эксплуатационные параметры
Автомобильные стеклоомыватели. Добавление в обычную воду спирта значительно снижает температуру ее замерзания. Этим свойством и пользуются все производители данного типа незамерзаек, используя метиловый, этиловый, (изо)пропиловый спирты для выпуска стеклоомывателей. Их стандартная температура применения не более -30 С. Широкому использованию теплоносителей со спиртами в отопительных системах препятствуют соображения безопасности и рационального подхода. Так как любое бытовое отопление с наружным трубопроводом содержит некоторое количество воздухоотводчиков, спирт в высокотемпературной среде будет испаряться, что не только снизит его количественное содержание в теплоносителе, но и вызовет взрывоопасную ситуацию в здании.
Прочие вещества. Общеизвестно, что точку кристаллизации воды в некоторой степени снижает добавление в ее состав солей хлористого натрия, калия, кальция. Также и некоторые жидкости (анилин) помимо спиртов при смешивании с водой способны понижать точку ее кристаллизации.
Глицерин. Некоторые производители выпускают незамерзайки на глицериновой основе. Их главное преимущество — дешевизна, но ответ на вопрос, можно ли залить незамерзайку в систему отопления из глицерина не столь однозначен. К его недостаткам следует отнести высокую вязкость и низкую тепловую емкость. К тому же при перегреве глицериновые незамерзайки распадаются, образуя токсичный реагент акролеин, раздражающего слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз человека. И наконец эксплуатационный срок глицериновых теплоносителей почти в два раза ниже гликолевых.
Рис. 3 Антифризы для двигателей
Сравнение технико-эксплуатационных параметров отопительных незамерзаек и воды
Стоит указать, что незамерзайка для системы отопления — это не единственный вариант решения проблемы возможного промерзания трубопровода и котла в случае возникновения аварий, а именно отсутствия электричества или прекращения поступления топлива в виде газа.
Выход из первой ситуации — использование запасных бензиновых генераторов, при отсутствии газа заранее приобретают котел на двух видах топлива.
То есть любой пользователь стоит перед выбором — использовать обычную воду с различными способами страховки от промерзания или применять антифризы. В любом случае ему полезно иметь следующую сравнительную информацию этих двух видов теплоносителей:
Доступность. Чистую воду можно получить всегда, включив в доме кран или набрав ее из колодца, скважины. Антифриз необходимо приобретать в торговой сети, теряя время, оплачивая транспортные расходы или доставку.
Читайте также: Полипропиленовые трубы — разновидности и технические характеристики
Рис. 4 Температуры кристаллизации разных незамерзаек в зависимости от их процентного содержания в водяном растворе
Стоимость. Здесь не может быть никакого сравнения практичной воды с гликолевыми незамерзайками. Средняя стоимость последних около 30 у.е. за 20-литровую канистру 65% этиленгликоля.
Экологичность. Вода является безвредным для человека природным ресурсом, ее можно без каких-либо проблем утилизировать в почву. Этиленгликоль — это ядовитое вещество, требующее для работы и эксплуатации с ним систем отопления соблюдения определенных правил техники безопасности.
Химическая активность. Если в системе используется водная среда, то она нейтральна к любым полимерным материалам и коррозионно воздействует лишь на металлы с содержанием железа. Аналогичными свойствами обладают и антифризы, являясь водными растворами гликолей.
Рис. 5 Популярная незамерзайка для системы отопления частного дома и основные физические свойства
Вязкость. Вода не обладает высокой вязкостью, имея показатель в 1 мм2/с, поэтому для ее проталкивания по трубопроводу циркуляционный электронасос затрачивает минимальное количество энергии в сравнении с незамерзайками. Вязкость гликолей примерно в 6 раз выше, что приводит к повышению гидравлического сопротивления в трубопроводе и соответственно к увеличению энергопотребления насосом.
Еще одна проблема гликолевых составов с высокой вязкостью – частое забивание узких каналов воздухоотводчиков, которые необходимо примерно раз в несколько лет прочищать.
Эксплуатационный срок. Гликоли рассчитаны примерно на 10 отопительных сезонов (или 5 лет эксплуатации). Вода практически не нуждается в замене, ее лишь периодически доливают в процессе пользования системой отопления.
Теплоемкость. У воды самая лучшая теплоемкость около 4,2 кДж/(кг·К) среди всех жидкостей. У гликолевых антифризов данный показатель на 15 — 20% ниже. Это говорит о том, что незамерзайки хуже накапливают тепловую энергию и отдают ее в меньшем объеме по сравнению с водой. Исходя из этого, КПД всей системы отопления с незамерзайками ниже, чем с водным тепловым носителем.
Рис. 6 Сравнительный график вязкости незамерзаек Zitrec на разной основе
Поведение в критических ситуациях. При перегреве вода просто испаряется, а незамерзайки разлагаются с появлением твердого водонерастворимого осадка, забивающего проходные каналы отопительного трубопровода и оборудования. Также при использовании незамерзаек с истекшим сроком эксплуатации велика вероятность их распада с образованием твердых частиц.
Изменение объема при нагреве. Вода имеет один из самых низких коэффициентов теплового расширения, увеличиваясь в объеме примерно на 3% при нагреве до 90 С. Гликолевые теплоносители расширяются чуть больше и в сравнении с водными требуют увеличенного на 10% объема расширительного бака.
Текучесть. Так как гликолевые растворы более текучи, при монтаже отопительного контура используют материалы и уплотнители с повышенной степенью герметичности.
Сферы применения. Если вода является основным видом теплового носителя, то заливка незамерзаек не приветствуется многими фирмами-производителями котельного оборудования. При обнаружении отличного от воды теплоносителя потребителю может быть отказано в гарантийном ремонте и обслуживании котла. Составы из гликолей запрещено эксплуатировать в электролизных котлах и контурах с оцинкованными стальными трубами.
Рис. 7 Эксплуатационные характеристики некоторых марок антифризов
Поведение при минусовых температурах. Главный недостаток воды помимо ее замерзания при температуре ниже нуля — 10% коэффициент объемного расширения. Как итог увеличившаяся в объеме жидкость, точнее менее плотный лед, физически разрушает трубопровод и нагревательное котельное оборудование. Как результат — огромные финансовые потери домовладельца, многократно возрастающие в системах с теплыми полами. Любая гликолевая незамерзайка в системе отопления частного дома даже при критических температурах, превышающих ее нижний рабочий порог, практически не увеличивается в объеме, превращаясь при этом в ледяное желе.
Это главное и единственное достоинство отопительных антифризов, за которое хозяева платят высокие суммы в форме затрат на приобретение данных теплоносителей и несут дополнительные расходы в процессе их эксплуатации из-за сниженного КПД, надежности системы.
Читайте также: Монтаж стояков отопления: что нужно знать, если делаешь это сам
Рис. 8 Система с принудительной циркуляцией – основные узлы
Незамерзайка для системы отопления частного дома — какую выбрать
Если подробно рассмотреть все характерные особенности и требования к антифризам для бытовых отопительных систем, касающихся их физико-химических характеристик и безопасности, то выбор перед рядовым потребителем не столь велик.
Все автомобильные антифризы для металлических двигателей имеют широкий ряд спецприсадок, бесполезных в отоплении. К тому же их эксплуатационные характеристики (максимальная температура использования, срок службы) намного уступают специальным отопительным незамерзайкам.
Составы на основе спиртов вполне подходят для использования в любых отопительных системах с единственным условием — контур обязан быть герметичен. Так как в сложных бытовых системах отопления имеется немалое количество автоматических воздухоотводчиков, при высоких температурах спирт быстро испаряется (температура кипения метилового 64,7 °С, этилового 78,3 °С) и может создать взрывоопасные ситуации.
Поэтому у любого хозяина бытовой отопительной системы практически нет альтернативы при выборе незамерзающей жидкости и приходится останавливаться на одном из двух антифризов, которыми являются этиленгликолевый и пропиленгликолевый составы. Температуры их кипения примерно равны, выше чем у воды (этиленовый и пропиленовый гликоли кипят соответственно при 197,8 °С и 187,4 °С) и зависят от их процентного содержания в растворе (для 40% состава точка кипения — 105 °С).
Рис. 9 Инструкция на популярный этиленгликолевый тепловой носитель Теплый дом
Этиленгликоль
Этиленгликолевый теплоноситель для бытовых отопительных систем обычно выпускают в пластиковой упаковке. Канистры объемом в 5, 10 и 20 литров содержат две типовые концентрации гликоля — 30 и 65%. Остальной объем занимает деионизированная вода и 3 — 4% присадок. Последние выполняют роль ингибиторов коррозии, препятствуют появлению накипи и нерастворимого осадка, подавляют пенообразование.
Этиленгликоль — эта жидкость красного, розового или желтого цветов, являющая ядом. Поэтому ее применение разрешено только в закрытых отопительных контурах с принудительной циркуляцией посредством электронасосов.
Обычно незамерзайка в систему отопления заливается в разбавленном виде. Для получения состава с необходимым нижним температурным порогом этиленгликоль разводят водой в концентрации, указанной на упаковке. Для более точного подбора температурного режима используют специальные таблицы. Связано это с тем, что термические характеристики гликолевых растворов не имеют линейной зависимости от концентрации основного реагента.
Рис. 10 Рекламный проспект с описанием и технико-эксплуатационными характеристиками на пропиленгликолевый антифриз Технология уюта
Пропиленгликоль
Пропиленгликолевые теплоносители поставляют на рынок в аналогичной с этиленгликолем пластиковой упаковке, при этом их цена в два раза выше этиленгликолевых растворов (примерно 30 у.е. за 20 литров 30% раствора). Обычно это состав зеленой окраски с пороговой температурой в — 30 С, нередко имеющий маркировку Эко.
Главное преимущество пропиленгликоля — абсолютная безвредность для человеческого организма — вещество используется как добавка в пищу. Поэтому пропиленгликолевый теплоноситель помимо закрытых можно заливать и в открытые отопительные системы.
Для задания порога кристаллизации пропиленгликоля используют информацию на упаковке или таблицы. Обычно, чтобы получить незамерзайку с нижним порогом — 20 °С (40% гликолевый состав) из 50% раствора с точкой кристаллизации — 30 °С, его разбавляют водой на 1/5 часть или 20%. Добавив 10% воды получают раствор, замерзающий при — 25 °С.
Рис. 11 Таблица температур кристаллизации и плотности этиленгликоля различной концентрации
Хотя использование незамерзающих жидкостей в отопительных системах на гликолевой основе является одним из основных методов борьбы с промерзанием трубопроводов и котлов, их технико-эксплуатационные характеристики помимо точки кристаллизации намного уступают обычной воде по всем параметрам. У рядового потребителя практически нет альтернативы при выборе довольно дорогих незамерзаек из двух доминирующих на рынке составов на основе этиленгликоля или пропиленгликоля.
