Существующие виды теплоносителей и их параметры

Какие существуют виды теплоносителей для систем отопления

Эффективность работы системы отопления главным образом зависит от используемого теплоносителя. Это может быть вода или антифриз. Несмотря на большое разнообразие составов, представленных на рынке, универсального продукта, который идеально подошел бы во всех случаях, на сегодняшний день не существует.

Что это такое, для чего нужно?

Теплоноситель отопительной системы — это жидкое вещество, способное передавать тепловую энергию от источника к приборам отопления. Иногда для этого используется пар, но он не применяется в целях отопления жилых помещений.

Теплоноситель должен обладать рядом определенных характеристик, которые позволяют ему:

• передавать максимальное количество тепла от нагревательного прибора к радиаторам;
• минимизировать потери тепловой энергии в процессе ее транспортировки;
• иметь низкий показатель вязкости, т. к. в противном случае скорость передвижения теплоносителя и температура внутри системы отопления быстро упадут;
• не способствовать образованию коррозии внутри труб и радиаторов, по которым теплоноситель перемещается;
• минимизировать риск протечек и утечек;
• обеспечивать безопасность в процессе эксплуатации.

Вода в качестве теплоносителя — преимущества и недостатки

При выборе теплоносителя для обогрева жилых помещений в большинстве случаев используется вода. Главное ее преимущество — низкая стоимость.

Кроме того, вода обладает такими характеристиками:

• высокий показатель теплоемкости, благодаря которому обеспечивается доставка тепловой энергии к приборам отопления в максимальном количестве;
• низкий уровень вязкости;
• отсутствие в составе токсинов;
• неспособность к возгоранию, что важно в случае протечки;
• постоянное наличие в зоне доступа, что имеет значение при необходимости пополнения объема теплоносителя внутри системы отопления в случае утечки.

Но нужно учитывать, что данный теплоноситель обладает и весомыми недостатками:

• вода способна вызывать коррозию внутренней поверхности труб, радиаторов и котла;
• температура замерзания воды составляет всего лишь 0 градусов Цельсия.

Кроме того, при замерзании вода имеет способность расширяться. Это, в свою очередь, приводит к возникновению порывов труб и радиаторов и, как следствие, к выходу из строя всей отопительной системы. Поэтому, если по какой-либо причине температура в помещении снизится до отрицательных значений, наличие воды в теплопроводных путях может привести к развитию аварийной ситуации.

Тем не менее существуют меры для борьбы с перечисленными недостатками. Например, чтобы исключить риски возникновения коррозии, используются специальные добавки. Чтобы на стенках труб не откладывались соли, применяется дистиллированная вода. Для снижения температуры замерзания используют специальные присадки. Таким образом, можно сделать вывод, что в системы отопления заливается не вода из водопровода в ее чистом виде, а раствор с определенным набором дополнительных компонентов.

Теплоноситель антифриз

Наибольшей эффективностью в качестве теплоносителей обладают антифризы. Поэтому рекомендуется подробно ознакомиться с видами и особенностями растворов данного типа.

Свойства и особенности

Антифризы сохраняют низкий показатель вязкости, обладают высоким уровнем текучести даже при отрицательных показателях температуры и не расширяются при замерзании.

Виды антифризов

На сегодняшний день наибольшее распространение получили:

• водный раствор этиленгликоля;
• водный раствор пропиленгликоля;
• водный раствор глицерина;
• бишофит;
• тосол;
• антифриз для электродных котлов.

Раствор этиленгликоля можно использовать при температуре от –20 до +130 градусов Цельсия. При более низких температурах, вплоть до –70 градусов, данный состав не утрачивает своей текучести, но показатель вязкости при этом возрастает. Тем не менее, если температура снизится ниже –20 градусов, трубы не подвергнутся порывам, а система отопления сохранит свою работоспособность.

В отличие от воды, раствор этиленгликоля замерзает постепенно. При показателе концентрации вещества в размере 40 % температура замерзания состава составляет –30 градусов, а показатель расширения в объеме — 1,5 %. Следовательно, линейное расширение составит 0,5 %, что безопасно для любых труб отопления.

Для сравнения: показатель расширения воды достигает 9 %. При превышении верхнего температурного порога, который обычно составляет 108–110 градусов Цельсия, происходит вспенивание антифриза, распад веществ с образованием кислоты и твердого осадка. Данные реакции, как правило, приводят к завоздушиванию системы. Раствор этиленгликоля токсичен, но при попадании на кожу или одежду человека легко удаляется с помощью воды. Недопустимо его проникновение в пищу или питьевую воду. Доза этиленгликоля в количестве 100 мл опасна для жизни человека.

Характеристики водного раствора пропиленгликоля имеют большое сходство со свойствами состава, произведенного на основе этиленгликоля. Но при этом он не является токсичным и может использоваться даже для отопительных систем с двухконтурным котлом. Кроме того, пропиленгликоль отличается смазывающим эффектом, чем облегчает функционирование циркуляционного насоса. Недостаток данного антифриза заключается в относительно высокой стоимости.

Виды теплоносителей (антифризов для отопления)

ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ – движущая жидкая или газообразная среда, используемая для осуществления теплообмена. Наиболее распространенными видами теплоносителей в системах отопления являются: вода и водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля с модифицирующими присадками.

Вода – занимает примерно 68 % от всего объема используемых теплоносителей. Антифризы (низкозамерзающие жидкости) занимают оставшиеся примерно 30 % объема теплоносителей. В свою очередь антифризы производятся на основе: этиленгликоля – около 25 % от всего объема теплоносителей; пропиленгликоля – около 5 % от всего объема используемых теплоносителей. Как правило, оставшиеся 2% антифризов приходится на специальные безводные охлаждающие жидкости.

Антифриз представляет собой смесь воды, основного компонента (как правило, этиленгликоля или пропиленгликоля) и целевых добавок. Для снижения коррозионной активности антифризов используются ингибиторы коррозии. Также в состав теплоносителя вводят ингибиторы накипеобразования, набухания и растворения резиновых уплотнителей систем отопления, пенооборазования и мн. др.

Ингибиторы – (от лат. Inhibeo – задерживаю) в химии – вещества, тормозящие химические процессы, например коррозию, полимеризацию, окисление. Относительная масса ингибиторов, добавляемых в реакционную среду, может меняться от долей процента (ингибиторы полимеризации) до нескольких процентов (присадки к смазочным маслам). Необходимо также отметить, что в настоящее время на рынке антифризов появились новые экономичные антифризы на основе органических солей марки ТЭЖ (ацетата и формиата калия) с температурным диапазоном эксплуатации от +102°C до -5°C. Для удобства сравнения основные достоинства и недостатки вышеупомянутых теплоносителей (антифризов) приведены в таблице 1.

Табл.1. Основные достоинства и недостатки теплоносителей

Тепло- носители

Основа теплоносителя

Достоинства

Недостатки

экологически и токсикологически безопасна; дешева

замерзает при температуре ниже 0 °С

удовлетворительные теплофизич. свойства; темп. замерзания до -60°С

Яд! Смертельная доза для человека 50-150 мл., средняя стоимость

экологически и токсикологически безопасен; темп. замерзания до -60°С

по теплофизич. свойствам уступает ЭГ на 10÷20 % ; относительно высокая стоимость

экологически и токсикологически безопасен; хорошие теплофизич. свойства; относительно дешев

замерзает при температуре ниже -5 °С

• Выбор конструкции фундамента для дома в зависимости от типа грунта

• История появления полистиролбетона на рынке строительных материалов

• Как сделать дом теплым? и при этом сэкономить!

• Эффективный бетон. повышение прочности материала.

ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ ДЛЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Какой теплоноситель будет использоваться антифриз или вода? Этот вопрос надо решить до создания проекта системы отопления. Тип теплоносителя влияет на мощность котла, отопительных приборов (радиаторов, конвекторов), на параметры насоса и на возможность применения различных материалов системы отопления. Рассмотрим вариант, когда нет опасности размораживания системы отопления вследствие прекращения работы котла. В таком случае оптимальный теплоноситель – это вода. Вода имеет прекрасные теплофизические свойства, она экологически безопасна. Но далеко не все догадываются, что у воды есть недостатки. Среди них высокая коррозионная активность по отношению к металлам, склонность к выпадению солей на поверхности оборудования. Существуют эффективные методы борьбы с коррозией и солеобразованием в системах отопления. Один из них – добавление в воду присадок-ингибиторов, которые снижают ее коррозионную агрессивность и уменьшают солеобразование. Таким простым способом можно продлить “жизнь” своей отопительной системы.

Далее рассмотрим вариант, когда размораживание системы возможно (из-за перебоев в подаче электроэнергии, падения давления газа или по другим причинам). В этом случае стоит подумать о применении антифриза (низкозамерзающей жидкости) в качестве теплоносителя.

Внимание! Это должен быть не автомобильный тосол, трансформаторное масло или этиловый спирт, а антифриз, специально разработанный для систем отопления. Антифриз должен быть пожаробезопасным и не содержать в своем составе добавок недопустимых к применению в жилых помещениях.

На российском рынке представлены различные антифризы для систем отопления. Антифризы отличаются по веществу, на основе которого они изготовлены (этиленгликоль, пропиленгликоль), по набору присадок, по температуре кристаллизации и по стоимости. Большинство антифризов изготовлено на основе этиленгликоля. Этиленгликоль – токсичное вещество, попадание которого на кожу или тем более в организм человека крайне не желательно. Кроме того, вредны и его испарения. Смертельная доза этиленгликоля составляет 5 миллиграмм на 1 кг веса. Принимая во внимание токсичность этиленгликоля, нежелательно применение антифриза на его основе в двухконтурных котлах, когда возможен подмес теплоносителя из контура отопления в контур водоснабжения, а также в открытых системах отопления, где возможно испарение теплоносителя. Менее опасен для человека низкозамерзающий теплоноситель, который изготовлен на основе пропиленгликоля. При этом пропиленгликоль может быть пищевым и техническим. Наиболее безопасен антифриз на основе пищевого пропиленгликоля.

Внимание! Некоторые иностранные производители снимают свое оборудование с гарантии при применении антифриза!

Отрицательное воздействие на антифриз может оказать слишком высокая температура, возникающая при ненормальном функционировании системы отопления. При перегреве теплоносителя свыше +107°С повышается скорость термического разложения этиленгликоля и антикоррозионных присадок. Для того чтобы избежать этого эффекта, надо обеспечить надлежащую циркуляцию теплоносителя в системе отопления.

При применении антифриза надо учитывать что: теплоемкость антифриза примерно на 10-15% ниже, чем у воды (он хуже накапливает тепло и хуже отдает его), следовательно, радиаторы надо выбирать более мощные, вязкость антифриза выше, чем у воды, поэтому нужно выбирать более мощные циркуляционные насосы, антифриз более текуч, чем вода, отсюда повышенные требования к разъемным соединениям системы отопления.

Обычно антифриз продается в двух модификациях: с температурой замерзания минус 65°С и температурой замерзания минус 30°С. При этом концентрированный вариант (рассчитанный на минус 65°С) может быть разбавлен водой до требуемой вам концентрации. Для получения теплоносителя с температурой замерзания минус 30°С к двум частям антифриза надо добавить одну часть воды, для минус 20°С – надо смешать антифриз пополам с водой.

Рекомендации производителей антифриза

Разбавление антифриза более чем на 50%, ведет к ухудшению его антикоррозийных свойств, а также к выпадению осадка солей жесткости, растворенных в воде. Если Вам необходимо иметь антифриз, разбавленный водой более чем на 50%, то в раствор следует добавить дополнительные присадки (суперконцентрат) в количестве рекомендованном производителем. Для разбавления антифриза желательно использовать воду с жесткостью до 7 единиц (в московской водопроводной воде жесткость составляет от 2 до 6 единиц). Использование воды с повышенным содержанием солей может привести к выпадению осадка. Если жесткость воды неизвестна, то рекомендуется предварительно смешать небольшое количество антифриза с водой в нужной вам пропорции в прозрачной емкости и убедиться в отсутствии осадка. Не рекомендуется заливать антифриз в системы, изготовленные из оцинкованных труб, так как водо-гликолевая смесь при взаимодействии с цинком образует чрезвычайно объемистые осадки, которые могут блокировать работу системы.

Из наиболее известных отечественных производителей антифризов можно назвать: ООО “ГЕЛИС-ИНТ” (производит антифриз “DIXIS”), ООО “ТЭКС” (производит антифриз “HOT BLOOD”), ООО “СПЕКТРОПЛАСТ” (производит антифриз “ХНТ” и ингибиторы коррозии для воды “СПВ”) и др.

Основные параметры выбора теплоносителя для системы отопления

Стабильность и надежность в работе системы теплоснабжения напрямую зависит от того, какого качества используются трубы и радиаторы. Немаловажную роль играет и теплоноситель. Свойства циркулирующего вещества влияют на долговечность, эффективность всей отопительной конструкции. Поэтому в данной статье будут рассмотрены параметры теплоносителя системы отопления, на которые нужно обращать внимание при выборе, и какому виду жидкости лучше отдать предпочтение для заполнения системы.

Что такое теплоноситель?

Но прежде чем переходить к рассмотрению свойств циркулирующей жидкости, надо ответить на вопрос: теплоноситель для систем отопления что такое и для чего используется? Это вещество, которое применяется для переноса тепла из нагревательного котла к батареям. Существуют разные типы теплоносителей, каждый из которых имеет характерные черты. Чаще всего используется вода. Но для продления эксплуатационного срока обогревательных приборов нередко применяются и другие виды жидкостей.

Основные параметры теплоносителя

Одним из наиболее значимых параметров считается температура теплоносителя в системе отопления дома. Именно под воздействием температуры жидкость, используемая для переноса тепла, может менять свои свойства. А от этого зависит эффективность обогрева. Среди прочих характеристик можно назвать вязкость и объем теплового расширения. Также немаловажным параметром является и оптимальная скорость теплоносителя. Зависит она от диаметра труб. Минимальное значение — от 0,2 м/с, верхней границы нет.

Ниже приведены некоторые требования, которым должен соответствовать теплоноситель:

1. Способствовать переносу максимального количества тепла за минимальный отрезок времени по всему периметру помещения с минимальными потерями.
2. Не вызывать коррозии.
3. Обладать небольшой степенью вязкости. Данный показатель влияет на скорость теплоносителя в системе отопления, а значит и на КПД.
4. Быть доступным по стоимости. А если цена высокая, то теплоноситель должен обладать такими свойствами, благодаря которым его можно эксплуатировать более продолжительное время.
5. Обеспечивать безопасность. Жидкость не должна содержать токсических, вредных веществ, не загораться при высокой температуре.

Виды теплоносителей и их сравнительные характеристики

Перед тем, как купить теплоноситель для системы отопления нужно определиться с типом. Как правило, используют воду либо антифризовую жидкость. Для систем отопления подходит только полностью очищенная вода – дистиллят. Проточная вода содержит в своем составе множество сторонних компонентов, которые оказывают негативное влияние на функционирование системы теплоснабжения, снижая срок ее эксплуатации. Поэтому подготовка воды для системы отопления очень важный процесс.

Чтобы определить максимальную температуру циркулирующей жидкости в обогревательной системе, надо знать свойства теплоносителя, и какие существуют ограничения в использовании труб и батарей. Элементы системы теплоснабжения не должны пострадать при высоком термическом воздействии.

Вода дистиллированная обладает такими характеристиками:

• массовая плотность: 1000 кг/куб.м при температуре +4 градуса. При нагревании удельная плотность уменьшается;
• теплоемкость равняется 4,2 кДж/кг*С;
• температура кипения — +100 градусов. Но при увеличении давления она повышается. Например, при давлении в 2,75 атмосфер, температура кипения будет равна +130 градусов. Надо отметить, что оптимальная температура теплоносителя в системе отопления равняется +75 градусам. Но при изменении погодных условий, данный показатель поддается корректировке. Например, в паровых системах нормальной считается температура + 120 градусов.

Данная жидкость обладает пониженной температурой замерзания – около -30-65 градусов. В состав входит этиленгликоль, который является опасным для здоровья. Но многие современные марки антифризов производят с использованием безвредного пропиленгликоля. Основным преимуществом незамерзающей жидкости перед водой является высокая стойкость к морозам. О выборе между водой и антифризом для теплоносителя можно прочитать здесь.

Чтобы определить, какой теплоноситель лучше для системы отопления, нужно сравнить характеристики двух жидкостей:

1. Вода не вредна для здоровья человека. А вот антифриз токсичен.
2. При перегреве вода не меняет своих свойств. Антифриз – вспенивается и выделяет осадок, который остается на стенках отопительной конструкции в виде нагара. Что плохо отражается на работе системы теплоснабжения.
3. Разница в цене: антифризовая система обойдется на 10-40% дороже, чем водяная.
4. Вода сочетается с трубами из любого материала. Антифриз – нет.
5. Вода пригодна всегда, а срок эксплуатации антифриза не больше 5 лет.

Для электродных котлов отопления используется специальный антифриз, который имеет особый состав, обеспечивает необходимую ионизацию, электропроводность и электрическое сопротивление. Выбирать теплоноситель для электродных котлов отопления надо, проведя мониторинг рынка и почитав отзывы пользователей. Ведь можно купить антифриз, который оптимально сочетается с котельным оборудованием, а можно приобрести неподходящий вариант либо подделку.

Особенности выбора теплоносителя

Чтобы обогрев помещения был эффективным, система функционировала правильно, надо знать, как рассчитать объем теплоносителя в системе отопления дома.

Примерное значение данного показателя можно определить из соотношения: 1кВт мощности составляет 15 литров жидкости. Но желательно знать точные данные. Для этих целей разработаны специальные расчетные таблицы. Исходя из них, объем теплоносителя в системе отопления для секции радиатора из алюминия составляет 0,45 л. А секция чугунной батареи вмещает около 1 литра жидкости.

Важно определить и расход теплоносителя в системе отопления здания. Рассчитывается данный показатель путем деления расчетной тепловой потребности на отдачу тепла 1 кг циркулирующей жидкости. Расход, как правило, измеряют в кг/ч.

Таким образом, сегодня в продаже имеются разные типы циркулирующей жидкости. Какой именно теплоноситель для отопления купить, все зависит от параметров системы отопления, условий эксплуатации, а также размера бюджета.

Как выбрать теплоноситель для системы отопления в частном доме? Рассказываем о видах и особенностях составов

Отопительная система частного дома с постоянным проживанием прекрасно функционирует с теплоносителем в виде обыкновенной воды. Это универсальный носитель, который способен нагреть радиаторы за короткое время до нужной температуры.

Проблемы возникают в тот момент, когда необходимо оставить дом на период более 5 дней. Если за окном минусовая температура, то система отопления с водой внутри может замерзнуть и повредить трубопровод. Кроме того, если дом в зимний период посещается периодически, например в выходные дни, то вода в качестве теплоносителя не подходит. Должна использоваться жидкость, которая не замерзает при низких температурах, не повреждает детали и узлы системы, имеет высокую теплоотдачу.

Особенности использование химического теплоносителя

Применение химических составов в качестве теплоносителя обусловлено рядом нюансов.

Во-первых, для введения состава необходимо подготовить систему отопления. В частности проверить герметичность контуров, так как жидкость может быть токсичной и огнеопасной.

Во-вторых, химический теплоноситель необходимо периодически менять.

В-третьих, у некоторых моделей отопительного оборудования в паспорте прописаны рекомендации по использованию теплоносителя определенного состава. В ином случае, производитель в праве отказать в гарантии.

Типы теплоносителей

1. Вода с добавлением химических составов.

Как уже написано выше, вода является универсальным носителем тепла. Уровень ее кристаллизации можно понизить за счет добавления в состав химических элементов. В данном случае носитель не нуждается в замене без веских причин. К плюсам варианта можно отнести:

• безопасность для здоровья человека и животных в случае протечки системы;
• высокая теплоотдача;
• низкая стоимость теплоносителя.

Но у этого решения есть и свои минусы, о которых обязательно нужно знать:

• недостаточно низкая температура замерзания, при сильных морозах вода может разорвать трубы;
• соли и минералы, содержащиеся в воде, могут откладываться на стенках труб и сужать их проходимость;
• растворенный в воде кислород может спровоцировать окисление и коррозию металла радиаторов и труб.

Главное достоинство антифриза — устойчивость к замерзанию. При минусовых температурах состав не кристаллизуется, а становится более густым. За счет этого трубопровод не повреждается и не деформируется. Неразбавленный антифриз сохраняет рабочее состояние при -65ºС. С помощью добавления дистиллированной воды можно регулировать порог замерзания. Состав качественно функционирует на протяжении 5 лет, после чего его рекомендуется заменить.

Итак, главный плюс использования антифриза — его не замерзание при очень низких температурах. Теперь давайте разберем его минусы:

• уровень теплоотдачи состава ниже показателя воды на 15%, что может повлечь за собой необходимость установки дополнительных радиаторов;
• антифриз бывает токсичен, поэтому его не используют в дувхконтруных системах с отводом для горячей воды;
• из-за сильной текучести требуется использовать в системе специальные уплотнители;
• для движения более вязкой консистенции антифриза понадобится мощный насос;
• повышенный коэффициент расширения потребует использование расширительного бака увеличенного объема;
• антифриз не используется в трубопроводе из оцинкованных труб, так как при взаимодействии с металлом состав теряет ряд изначальных свойств.

3. Теплоноситель на основе этиленгликоля

Демократичный по стоимости состав на основе этиленгликоля довольно популярен среди покупателей. В нем находится достаточное количество присадок, которые предотвращают вспенивание носителя и защищают детали системы от коррозии. Теплоноситель используют только в разбавленном виде, чтобы агрессивный состав не повредил радиатор и трубы изнутри.

Недостатков у состава с этиленгликолем достаточно:

• основное вещество токсично, поэтому перед использованием нужно убедиться в абсолютной герметичности системы;
• нельзя допускать нагревание состава до точки кипения, так как разлагающиеся вещества станут выделять кислоты и твердый осадок, которые в свою очередь разрушат систему;
• в связи с предыдущим пунктом, теплоноситель с этиленгликолем применяется в отопительных системах, оборудованных устройствами контроля температурного режима.

4. Теплоноситель на основе пропиленгликоля

Этот теплоноситель имеет много преимуществ перед описанным выше вариантом. Состав абсолютно нетоксичен, поэтому его можно использовать в двухконтурных системах, без боязни его попадание в питьевую воду.

Теплоотдача носителя может сравниться с водой, при этом наличие характеристик смазки значительно снижает гидравлическое сопротивление и повышает эффективность системы. Срок эксплуатации носителя достигает 10 лет.

К минусам можно отнести следующие параметры:

• более высокую стоимость;
• несовместимость состава с цинком.

5. Теплоноситель с глицериновой составляющей

Состав максимально приближен к воде, но имеет ряд преимуществ и недостатков. К плюсам носителя относится:

• абсолютная безопасность и экологичность;
• диапазон рабочей температуры от — 30ºС до +100ºС;
• в замерзшем состоянии практически не расширяется;
• нечувствителен к цинку;
• срок эксплуатации до 10 лет;
• доступная стоимость.

Несмотря на все очевидные преимущества, есть ряд недостатков, которые необходимо знать:

• теплоноситель представляет достаточно большую массу, что несет дополнительную нагрузку на трубы;
• нет существующих стандартов производства данного состава;
• при перегреве и выпаривании жидкости теплоноситель превращается в гелеобразную массу;
• пониженная теплоотдача;
• может ускорить износ оборудования из-за высокой вязкости.

Таким образом, выбирая теплоноситель для отопительной системы частного дома необходимо учитывать особенности оборудования и параметры каждого типа носителя. Только в этом случае можно добиться максимального эффекта без повреждения оборудования и с высокой безопасностью для людей.

Подписывайтесь на наш канал , чтобы узнать об особенностях выбора сантехники и оборудования!

Характеристики теплоносителей

Теплоносители (жидкости охлаждающие для теплообменных систем) – это рабочие среды, которые в процессе теплообмена либо отводят избыточное тепло, либо применяются для нагрева в технологиях различных производств, а также для обогрева жилых, офисных и производственных зданий и сооружений.

Для повышения эффективности процесса теплообмена в системах отопления в качестве рабочих сред применяют разные виды жидкостей-теплоносителей. Первоначально применялась простая вода или в отдельных случаях – водяной пар. В последующем такие технологии утратили развитие, так как стали неэффективными и дорогими. Теплообменное оборудование довольно быстро ржавеет, воду приходится постоянно менять, при этом остывание происходит слишком быстро.

С целью повышения эффективности работы теплообменного оборудования и улучшения эксплуатации систем теплообмена были разработаны новые виды всесезонных низкозамерзающих (составов) теплоносителей с большими сроками эксплуатации в системах отопления.

На современном этапе развития промышленного производства наибольшее распространение в качестве рабочих сред для систем теплообмена получили водные растворы гликолей (этиленгликоля, пропиленгликоля) или глицерина, содержащие пакеты присадок, улучшающих их эксплуатационные характеристики. На сегодня это наиболее эффективные рабочие среды, используемые в процессах теплообмена.

Существуют множество видов теплоносителей, физико-химические характеристики которых незначительно отличаются между собой, что дает возможность выбирать наиболее подходящий к применению с учетом условий его дальнейшего использования.

Из этого множества видов востребованных теплоносителей условно можно выделить следующие наиболее распространённые группы:

• вода (водно-солевые растворы);
• этиленгликоль, пропиленгликоль (водно-гликолевые растворы);
• смеси.

Каждый из теплоносителей этих групп обладает своими характерными преимуществами и недостатками.

Характеристики воды как проводника тепла

Многие системы отопления в качестве рабочей среды заполняются водой – наиболее доступным и универсальным теплоносителем. Она находится в свободном доступе, ее запасы в природе регулярно возобновляются. До 70% отопительных систем наполнены природной жидкостью.

Популярность воды обусловлена не только ее доступностью, но и экологической безопасностью. Также среди ее положительных особенностей – высокая плотность и удельная теплоемкость. Важная эксплуатационная характеристика – низкая химическая активность, хороший коэффициент передачи тепла, минимальная вязкость. Вода соответствует всем этим требованиям. При необходимости температуру ее нагрева можно регулировать.

Среди характеристик у природной жидкости существуют и недостатки. К ним относится:

• низкий верхний предел нагрева (температурный максимум в отопительной системе до 150 °C);
• замерзает при 0 °C, переходя в кристаллическую форму со значительным увеличением объёма, что приводит к разрушению оборудования и трубопроводов систем отопления;
• возможность возникновения коррозионных процессов с образованием оксидов металлов (ржавчины) и разрушением поверхностей оборудования;
• образование накипи на поверхностях трубопроводов при нагревании до 80 °C.

Если вода замерзнет в трубах зимой, вся отопительная система может прийти в негодность. Часто на металлических трубах и фитингах появляется ржавчина, отложения. Чтобы минимизировать риск их появления, используется дистиллированная вода или в техническую воду добавляют специальные присадки и щёлочи.

Отопительные приборы, где функцию теплоносителей выполняет вода, нуждаются в регулярном обслуживании – промывке теплообменных аппаратов и трубопроводов, проведении периодического ремонта котла, корректировке удельного сопротивления в отопительный сезон.

Технические свойства теплоносителей на основе гликолей

С 01.01.2017 г. для теплоносителей введён в действие ГОСТ 33341-2015 «Составы низкозамерзающие всесезонные и жидкости охлаждающие для теплообменных систем», в составе которых в качестве базовых компонентов – гликолей (этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, пропиленгликоль) используется специфическое свойство их водных растворов не приобретать твёрдую фазу при отрицательных температурах окружающей среды.

На основе гликолей разработаны десятки видов теплоносителей для применения в различных теплообменных системах. Это не только жидкости для коммунальной сферы, но и составы для промышленных теплообменных установок. Такие составы хорошо обеспечивают передачу тепла и позволяют поддерживать высокую эффективность процесса теплообмена.

Применять составы с сохранением оптимальных условий можно до 5-7 лет без их регенерации. После истечения гарантийного срока и проверки качества можно восстановить либо заменить состав и продолжить эксплуатацию.

Теплоносители на основе этиленгликоля

Для работы некоторых отопительных агрегатов необходимо применение теплоносителя, замерзание которого происходит только при очень низкой температуре. Жидкость охлаждающая низкозамерзающая (либо антифриз) на основе этиленгликоля – одна из них.

Низкая температура начала кристаллизации таких видов теплоносителей зависит от соотношения базового компонента – этиленгликоля и дистиллированной воды в растворе. Для улучшения эксплуатационных характеристик этих теплоносителей в их состав добавляют пакет функциональных присадок, которые защищают металлические поверхности оборудования от коррозионного воздействия этиленгликоля.

Антифриз подходит для применения и в автомобильных системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания и в системах, которые используются для обогрева зданий, сооружений и применения в качестве теплоносителя на различных производствах. Он относится к разряду теплоносителей средней ценовой категории.

Температура начала кристаллизации такой марки теплоносителя может достигать минус 70 °C, не образует отложений на трубах теплопровода.

Среди ключевых характеристик такого теплоносителя выделяют следующие:

• низкозамерзающие свойства (замерзание зависит от концентрации этиленгликоля в растворе);
• практичность и безопасность использования (во время охлаждения и кристаллизации приобретает аморфную структуру – значительно не расширяется, поэтому и не способен повредить оборудование системы отопления);
• в составе содержит пакет присадок (защищающие от коррозии, накипи, пенообразования и стабилизирующие, антиокислительные);
• не изменяет своих первоначальных основных особенных свойств на протяжении всего срока эксплуатации;
• имеет высокую температуру начала кипения в замкнутой системе;
• не оказывает агрессивного воздействия в гарантийный период эксплуатации на разные материалы (металл, пластик, резины, текстиль), так как в составе содержит необходимые присадки в достаточном количестве.

Главный недостаток такого теплоносителя – его токсичность. Они в меру токсичны по воздействию на организм человека (3 класс опасности) и опасны по экологическим параметрам. По этой причине его не применяют в открытых отопительных системах. Во время его использования важно предотвратить его попадание на какие-либо предметы. В противном случае их целесообразно будет заменить.

Теплоносители на основе пропиленгликоля

Пропиленгликолевые составы и жидкости охлаждающие, массовое распространение которых ограничивается дорогостоящим базовым рабочим компонентом – пропиленгликолем, получили распространения с внедрением теплоносителей в технологиях пищевых производств, а также на предприятиях фармацевтической промышленности. Основное преимущество их над этиленгликолевыми – более безопасны для человека и экологии.

Можно выделить следующие их основные характеристики:

• не вызывает отравления, водные растворы пропиленгликоля взрывопожаробезопасны и соответственно в их парах практически не содержится базовый активный компонент;
• подходит для обогрева жилых домов и зданий общественного назначения;
• имеет низкую химическую агрессивность;
• подходит для материалов, и в первую очередь оборудования из металлов, на которых при контакте с водой возникает коррозия;
• предотвращает гидроудары и обладает хорошим смазывающим эффектом.

К недостаткам, характеризующим пропиленгликолевые теплоносители, следует отнести:

• необходимость проведения замены каждые 5 лет, теплоносителей со стандартным набором пакета присадок. Для увеличения срока надёжной эксплуатации необходимо использовать пакет с карбоксилатными присадками для получения товарных марок «Карбо-ЭКО-ТЭН»;
• высокую стоимость;
• при отрицательных температурах теплоносители имеют высокую величину вязкости и в то же время характеризуются повышенной текучестью, поэтому могут легко проникать через неплотные соединительные детали отопительной системы (даже там, где не просачивается вода).

Теплоносители в виде смесей

Еще одна группа теплоносителей, применяемых в теплообменных системах включает составы и жидкости охлаждающие на основе водных растворов базового рабочего компонента – глицерина. Это современные и перспективные разработки с высокой эффективностью и незначительным потенциальным вредом для окружающей среды.

По требованиям заказчиков могут производиться теплоносители для применения в отопительных установках, на функциональной базе смешивания двух основ – пропиленгликоля и этиленгликоля. Такие смеси совмещают в себе характеристики двух активных базовых компонентов. Ввиду повышенной вязкости пропиленгликоля при низких температурах этот недостаток нивелируется добавлением в состав смеси этиленгликоля. Однако, при этом ухудшаются параметры экологии и безопасности теплоносителей.

По сути даже воду и теплоносители на базе водных растворов гликолей также можно отнести к группе смесевых теплоносителей.

Основные характеристики, на которые необходимо ориентироваться при выборе теплоносителя

К рабочим средам предъявляется ряд требований. Каждое из них – это определенная характеристика теплоносителей для теплообменных систем, включая и процессы отопления.

• Хорошая теплоаккумулирующая способность, позволяющая уменьшить энергозатраты на перемещение.
• Транспортабельность. Важно обладание стабильного агрегатного состояния и способности переносить тепло (холод) на необходимые расстояния.
• Низкий уровень токсичности или её минимальное воздействие на здоровье персонала.
• Экологическая безопасность. Необходимо, чтобы возможные непредусмотренные утечки и выбросы не оказывали негативного влияния на окружающую среду.
• Химическая инертность по отношению к материалам теплообменных систем и технологического оборудования различных производств (металлы, сплавы, уплотнительные изделия, резины и т.п.).
• Оптимальный работоспособный температурный диапазон, что обеспечивает стабильность теплообмена и устойчивость управления режимами многообразных процессов производства и снижает эксплуатационные расходы.
• Взрывопожаробезопасность. Важно, чтобы разогретый теплоноситель при контакте с воздухом не воспламенялся.

Не менее важны и некоторые физические характеристики: высокий коэффициент теплопроводности, величина коэффициента, характеризующего поверхностное натяжение и оптимальная величина вязкости в широком температурном интервале.

Компания «Савиа» специализируется на производстве и осуществляет продажу промышленных теплоносителей широкого спектра различных товарных марок.

Виды теплоносителей для систем отопления

Большинство современных систем отопления предполагает наличие теплоносителя, тепловая энергия которого передается от источника — потребителю. Обычно в роли теплоносителей выступают жидкости или газы. Однако каждый из видов теплоносителей не лишен преимуществ и недостатков. При выборе определенного вида теплоносителя, нужно учитывать первостепенность решения конкретных задач в отопительной системе. Выбранный вид теплоносителя лежит в основе проектируемой системы отопления.

Наиболее распространенными и доступными видами теплоносителей являются:

2. Этиленгликоль.

3. Пропиленгликоль.

Детально рассмотрим каждый из этих видов.

В силу своей доступности и универсальности, наиболее распространенным видом теплоносителя является именно вода. Ведь вода – это естественный ресурс, имеющийся в свободном доступе в каждом доме и постоянно возобновляющийся. Согласно статистике, около 70% всех отопительных систем работают с использованием воды в качестве теплоносителя.

Воду отличает высокая плотность и удельная теплоемкость. Для успешного использования воды в качестве теплоносителя важны также такие отличительные особенности как низкая вязкость, высокий коэффициент передачи тепла, невысокая химическая активность. Температура воды легко регулируется. В системе теплоносителей воду обозначается СП-В.

Однако вода имеет и ряд недостатков в сравнении с другими видами теплоносителей. Во-первых, верхний предел нагревания воды относительно низок – около 150°С при уровне давления, действующего в системе.

В случае хорошей изоляции теплопровода, потери тепла составят всего 1°С на километр. Самым существенным недостатком использования воды в качестве теплоносителя является то, что она замерзает при температуре ниже 0°С. Промерзание воды в трубопроводах неизбежно приведет к поломке всей системы. Если зимой выйдет из строя нагревательное оборудование, замерзшая в системе вода просто разорвет трубу.

Если в системе используются металлические трубы и фитинги георг фишер из каталога, то появляется вероятность появления коррозии, которая ускорит износ теплопроводов. А в случае нагрева циркулирующей в системе воды до температуры более 80°С, на стенках трубопроводов откладывается накипь. Во избежание скапливания накипи, нужно использовать дистиллированную воду или добавлять специальные примеси.

Помимо прочего, отопительные системы, в которых теплоносителем является вода, требуют регулярного обслуживания: как минимум, раз в год их нужно промывать, ремонтировать котел, корректировать удельное сопротивление воды в отопительный период.

Этиленгликоль

Иногда в отопительных системах необходимо использовать антифризы – теплоносители, характеризующиеся низкой температурой замерзания. Согласно статистике, примерно четверть всех теплоносителей составляет антифриз на основе этиленгликоля.

В его составе специальные добавки — ингибиторы, которые понижают скорость протекания нежелательных химических процессов, в результате воздействия этиленгликоля. Температура замерзания этого вещества около -60°С. Теплофизические свойства вещества делают его подходящим для отопительных систем. Антифризы на основе этиленгликоля используются в автомобильных системах отопления и для обогрева технических помещений. Одним из главных достоинств данного теплоносителя является невысокая цена, а также низкий уровень отложений в трубах.

Однако широкое распространение этиленгликоль не получил в связи с его высокой токсичностью. По сути, это – яд, лишь 50-500 мг которого достаточно для того, чтобы отравить человека. Этиленгликоль не применяется в открытых отопительных системах. К слабым сторонам вещества также можно отнести высокую вязкость при пониженных температурах. Примерять этиленгликоль нужно с особой осторожностью: если он случайно попадет на древесину, плитку, утеплитель в доме — материалы необходимо срочно заменить.

Пропиленгликоль

Стремление найти менее токсичный антифриз с достаточными теплофизическими характеристиками для использования в качестве теплоносителя привело к заполнению отопительных систем пропиленгликолем. Согласно статистике, лишь 5 % отопительных систем используют пропиленгликоль в качестве теплоносителя.

Весомым достоинством этого вещества является его экологическая безопасность, отсутствие негативных воздействий на здоровье человека. В случае протекания пропиленгликоля, его можно просто стереть тряпкой без соблюдения специальных мер предосторожности. Пары вещества также совершенно безопасны для человека. Антифризы на его основе характеризуются морозостойкостью, они замерзают при температуре -60°С — -70°С.

Другим важным преимуществом вещества является его низкая химическая агрессивность. При использовании пропиленгликоля можно применять материалы, которым противопоказан контакт с водой из-за высокой вероятности развития коррозии. Даже в случае полного удаления воды из смеси, морозостойкость останется на уровне -60°С. В то время как этиленгликоль в аналогичной ситуации замерзает при -13°С. Благодаря смазывающему эффекту, использование пропиленгликоля способствует предотвращению гидроударов.

Теплофизические параметры пропиленгликоля лишь на 20% уступают этиленгликолю. Однако стоимость этого теплоносителя значительно выше стоимости этиленгликоля.

Смеси

В поиске оптимального теплоносителя, современные производители предлагают различные смеси, в основе которых лежат этиленгликоль и пропиленгликоль. Такие теплоносители несут в себе преимущества обоих веществ. Использование теплоносителя на основе смеси позволяет при сохранении всех преимуществ пропиленгликоля, на 20% понизить энергетические затраты на ввод системы в эксплуатацию.

В вопросе выбора теплоносителя и проектирования отопительной системы лучше всего довериться мнению специалистов. Грамотная консультация, качественно разработанный проект, технически правильный монтаж оборудования и ввод системы в эксплуатацию, позволят Вам просто наслаждаться теплом в частном доме и годами не вспоминать о проблемах связанных с отоплением.

Классификация теплоносителей

Теплоносителя классифицируются по назначению, агрегатному состоянию, диапазону рабочих температур и давлений.

По назначению выделяют теплоносители: греющий, охлаждающий (хладоноситель), промежуточные тепло – и хладоносители, хладагент, сушильный агент и др.

По агрегатному состоянию различают однофазные и многофазные (чаще двухфазные) теплоносители:

– к однофазным теплоносителям относятся низкотемпературная плазма (пламя), газы, не конденсирующие пары, смечи газов, не кипящие и неиспаряющиеся при рабочем давлении жидкости, их смеси, растворы, твердые материалы (чаще сыпучие);

– к двухфазным и многофазным теплоносителям относятся кипящие, испаряющиеся и распыляемые газом жидкости, конденсирующиеся пары, плавящиеся и затвердевающие газы), капельные жидкости с температурой кипения при атмосферном давлении выше 200 0С;

– к среднетемпературным относятся водяной пар с твердые вещества, пены, газовзвеси, аэрозоли, эмульсии, суспензии, шламы, пасты и прочие сложные системы;

По диапазону рабочих температур выделяют высоко-, средне-, низкотемпературные и криогенные теплоносители:

– к высокотемпературным относятся газообразные теплоносители с температурой газов 1500 0С и выше (дымовые и топочные температурой до 650 0С, вода с температурой до 375 0С и воздух с температурой до 100 0С;

– к криогенным относятся сжиженные газы и их пары, область их применения лежит ниже -150 0С.

Наиболее распространенными из них являются вода, водяной пар, воздух, дымовые и топочные газы.

Характеристика теплоносителей

Выбор теплоносителя для каждого конкретного потребителя теплоты и предприятия в целом производится, прежде всего, в соответствии с требованиями санитарных и противопожарных норм и правил, действующих в данном производстве и для данного теплоносителя. Большое значение также имеет изучение режимов теплопотребления для рассматриваемой отрасли промышленности, особенно ее теплоемких производств.

На промышленных предприятиях широко используются вода и водяной пар. Эти теплоносители позволяют получать высокие коэффициенты теплоотдачи в теплообменных аппаратах, они дешевы и могут транспортироваться на значительные расстояния, теряя по пути относительно мало теплоты. Возможный радиус действия водяной системы оценивается в 30-60 км, а паровой – 6-15 км Выбор одного из двух теплоносителей определяется конкретными условиями их применения с учетом достоинств и недостатков каждого из них. К достоинствам водяного пара можно отнести уменьшение энтальпии при конденсации, благодаря этому для передачи значительного количества тепла достаточно небольших весовых количеств пара, постоянство температуры конденсации при заданном давлении облегчает поддержание постоянства режима и регулирование процесса в аппарате. Основным недостатком водяного пара является неизбежное и значительное повышение давления с ростом температуры. Например, при давлении 0,981 105 Па температура насыщенного пара составляет 99,1 0С, а температура насыщенного пара 309,5 0С может быть получена при давлении 98,1 105 Па. Поэтому паровой обогрев применяется для процессов с температурой 60 150 0С, при более высоких температурах теплообменные аппараты должны изготавливаться из толстостенных труб, с что делает их дорогими и громоздкими.

1 кг пара с давлением 0,5 МПа и температурой 150 0С может отдать потребителю в 6 раз больше теплоты, чем 1 кг горячей воды при той же температуре. Однако объем пара при этих параметрах почти в 400 раз больше объема воды. Для экономичной работы всей системы теплоснабжения, объединяющий источник и потребитель теплоты, желателен сбор и возврат образующегося из пара конденсата. Так, конденсат, образующийся в подогревателях нефтепродуктов и растворов красителей, часто в источник теплоты не возвращается, поскольку при выходе из строя нагревательных трубок теплообменника загрязняется и становится непригодным для питания котлов.

При использовании воды необходимость сбора и возврата конденсата источнику теплоты (например, ТЭЦ) отпадает.

Вода является основным рабочим телом в парогенераторах ТЭС, в системах вентиляции и водяного отопления. Для потребления она приготавливается в специальных водогрейных котлах, производственных технологических агрегатах, (например, в печах) или водонагревательных установках. Горячую воду, как теплоноситель, можно транспортировать по трубопроводам на значительные расстояния. Понижение температуры воды в хорошо изолированных трубопроводах составляет не более 1 0С на 1 км. Достоинством воды, как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи. Однако горячая вода из тепловых сетей в производственных теплообменниках используется редко, так как в течение отопительного периода температура ее непостоянна и изменяется от 70 до 130 0С, а в летнее время тепловые сети не работают.

В качестве теплоносителя в ряде производств используется воздух. В связи с этим знание свойств воздуха имеет большое значение. Сухим называют воздух, в котором не содержится водяной пар. Влажный воздух представляет собой механическую смесь сухого воздуха и паров воды. Процессы с влажным воздухом рассчитываются по уравнениям состояния идеальных газов (вследствие малых парциальных давлений пары воды считают идеальным газом) в условиях термодинамического равновесия (температура паров воды, сухого воздуха и влажного воздуха принимается одинаковой).

В зависимости от соотношения парциальных давлений паров воды рП и давлением насыщенных паров воды рS можно рассмотреть следующие состояния влажного воздуха.

Рис. 3.1 – Состояние влажного воздуха по диаграмме: К – критическая точка: а) – ненасыщенный (перегретый) влажный воздух; т. 1 – состояние паров воды при температуре tB давлении паров pП < pS; pS - давление насыщения при температуре tB

б) насыщенный влажный воздух; т. 2 – состояние паров воды при температуре tB и давлении паров pП = pS; в) – пересыщенный влажный воздух; т. 3 – состояние паров воды при температуре tS и давлении паров pП > pS; т. 3/ – состояние насыщения при температуре tB; pS – давление насыщения при температуре tB; tS – температура насыщения при давлении pП.

Ненасыщенный влажный воздух. Парциальное давление паров воды рП меньше давления насыщения рS при данной температуре, рП< рS. Температура паров воды (влажного воздуха) больше температуры насыщения (кипения) при данном давлении, tB>tS. Пары воды находятся в перегретом состоянии относительно температуры насыщения.

Насыщенный влажный воздух. Парциальное давление паров воды равно давлению насыщения при температуре воздуха, рП = рS. Температура влажного воздуха равна температуре насыщения воды при данном давлении, tB = tS.

Пересыщенный влажный воздух. Парциальное давление паров воды рП больше давления насыщения рS при данной температуре рП> рS. Температура влажного воздуха меньше температуры насыщения воды при давлении рП, tB < tS. В данном случае происходит конденсация части паров или пары (при отсутствии центров конденсации) остаются в термодинамически неустойчивом (пересыщенном) состоянии.

Дымовые и топочные газы применяются как теплоноситель в огнетехнических высокотемпературных процессах (печи, топки котлов и т.д.) для непосредственного обогрева различных материалов и изделий при температурах 600 – 2000 0С. Их основное достоинство – высокая температура при отсутствии избыточного давления в тепло производящем и теплоиспользующем агрегатах. Недостаток – низкий коэффициент теплоотдачи от газа к обогреваемому материалу, малое количество теплоты, переносимое единицей объема газа, невозможность транспортировки даже на небольшое расстояние (вследствие отсутствия давления в топочном устройстве), сложность регулирования рабочего процесса, пожароопастность, износ поверхностей золой, большие тепло потери при транспортировке даже на небольшие расстояния. Поэтому высокотемпературные процессы осуществляются непосредственно в самих агрегатах и проблема теплоснабжения в этих условиях, сводится по существу к проблеме сжигания топлива.

Кроме перечисленных теплоносителей в промышленности для осуществления высокотемпературного воздействия на обезвреживаемый или обезвоживаемый осадок сточных вод теплоносителем, находящимся при атмосферном давлении применяют высококипящие органические теплоносители. К таким относятся: минеральные масла, органические и кремнийорганические соединения, расплавленные металлы и соли.

Характеристика некоторых высокотемпературных теплоносителей:

теплоноситель воздух состояние

Если высокотемпературные теплоносители использовать при температурах ниже точки кипения, то в заполненном ими объеме теплообменного аппарата так же, как и при использовании дымовых газов, избыточное давление может отсутствовать. Для работы с высококипящими теплоносителями пригодны тонкостенные мало металлоемкие теплообменники.

Основными требованиями, предъявляемыми к высокотемпературным теплоносителям, являются:

-высокая температура кипения при атмосферном давлении;

-низкая температура отвердевания;

-малая активность коррозирующего действия на металлы;

-нетоксичность, невоспламеняемость, взрывобезопастность;

-термическая стойкость и дешевизна.

Наряду с высокотемпературными теплоносителями используются низкотемпературные теплоносители и холодильные агенты, которые кипят при температурах ниже 00С.

Для осуществления процесса трансформации теплоты применяются различного рода рабочие тела, термодинамические и физические свойства которых должны удовлетворять определенным требованиям, зависящим отряда условий: назначения установки, ее схемы, нижнего и верхнего температурного уровней, необходимого ресурса установки и безопасности ее обслуживания.

Рабочие тела могут представлять как чистые вещества, так и смесь веществ. В процессе работы трансформаторов теплоты некоторые рабочие вещества подвергаются фазовым превращениям. В качестве рабочих тел в термомеханических трансформатор теплоты применяются:

-хладагенты – вещества и их смеси, имеющие при давлении 0,1 МПа температуру кипения Тs (при нормальном давлении) 350120 К. При Тs = 350250 К хладагенты используются в большинстве теплонаносных установок, а при Тs = 273120 К – в установках кондиционирования воздуха и холодильных установках;

-криогенты – вещества и их смеси с температурой кипения при атмосферном давлении Тs120 К;

-абсорбционные пары веществ – рабочие агенты и абсорбенты абсорбционных установок (например, H2O – LiBr; NH3 – H2O);

-вода – использование воды в качестве хладагента ограничено сравнительно невысокой температурой ее тройной точки tтт = 0 0С. При этой температуре давление водяного пара очень низкое (ртт = 0,63 кПа), а удельный объем велик(Vтт = 206 м3/кг). Поэтому вода применяется, главным образом, в установках кондиционирования воздуха, где обычно температура теплоотдатчика tн 5 0С.

Требования к хлада- и криоагентам весьма разнообразны и определяются конкретными условиями их использования в различных трансформаторах теплоты.

Давление насыщенных паров холодильного агента, соответствующее требуемым низким температурам, должно быть выше атмосферного или близким к нему, так как вероятность утечек хладагента больше при его избыточном давлении, чем подсос воздуха при вакууме. Подсос воздуха нежелателен потому, что он ухудшает теплопередачу между хладагентом и охлаждающей средой в конденсаторе и охлаждаемой средой в испарителе. Кроме того, влажный воздух содержит водяные пары, которые могут замерзать в трубках испарителя или растворяться в смазывающих компрессор маслах и повышать температуру замерзания масла, а также образовывать с рабочим веществом соединения способствующие коррозии металлических деталей компрессора. Кроме того, присосы воздуха и других неконденсирующихся паров повышают рабочее давление и вызывают перерасход электроэнергии.

Нежелательно высокое давление пара при температуре конденсации, так как при этом удорожается машина, усложняется конструкция сальников, утяжеляются трубопроводы и другие части системы, потому что требуется большая плотность соединений во избежание утечек хладагента. Большинство хладагентов, за исключением углекислоты, этана и некоторых других, имеет умеренные давления пара при применяемых температурах конденсации.

Теплота парообразования хладагента r должна быть по возможности велика, так как она определяет холодильное действие 1 кг хладагента в паровых поршневых компрессионных машинах. Наибольшую теплоту парообразования имеет аммиак, затем идут хлорметил и сернистый ангидрид, имеющие в 3 раза меньшее значение r. Углекислота и фреоны занимают последние места в этом ряду. Отсюда следует, что наибольшее вредное влияние дроссельный регулирующий вентиль оказывает в установках с хладагентами углекислотой и фреоном – 12.

Для повышения внутреннего К.П.Д. турбокомпрессоров холодильный агент должен иметь большой удельный объем пара, чтобы уменьшить потери при дросселировании.

Холодильный агент должен иметь малую теплоемкость жидкости и большую массовую холодопроизводительность.

Хладагенты должны быть химически стабильными и обладать коррозионной пассивностью. Например, аммиак несовместим с применением меди и ее сплавов, однако он не вызывает коррозии стали, фосфористой бронзы, а сернистый ангидрид при соединении с водой образует серную кислоту, разъедающую металлы.

Хладагенты не должны оказывать вредного воздействия на здоровье обслуживающего персонала при неизбежных на практике утечках их паров. Наибольшими отравляющими свойствами обладает сернистый ангидрид (в малых концентрациях – раздражение слизистых оболочек, больших – удушье). Аммиак в слабых концентрациях вызывает слезотечении и кашель, более значительные – поражение кожи, удушье, воспаление глаз, резкие головные боли. Несмотря на сильные токсические действия, аммиак не представляет грозной опасности, так как обладает характерным и резким запахом, по которому малейшая утечка может быть тотчас же обнаружена и устранена. В качестве хладагента широко применяются фреоны – галоидные производные насыщенных углеводородов CnH2n+2, получаемые путем замены атомов водорода атомами хлора Cl, фтора F и брома Br. Химическая формула фреона, полученного на базе углеводорода CnH2n+2 следующая CnHxFyClzBru.

Числа молекул отдельных составляющих, входящих в эти химические соединения связаны зависимостью x+y+z+u=2n+2.

Сокращенное обозначение фреона строится по формуле Ф-N, где N – номер фреона (двух или трехзначное число). Например CF2Cl2 (химическая формула) или Ф – 12 (справа пишется число атомов фтора во фреоне); C3F4Cl4 – или Ф – 214.

Рассмотрим некоторые особенности наиболее распространенных фреонов Ф – 11 (CFCl3), Ф – 21 (CHFCl2),- имеющих высокую нормальную температуру ts, поэтому очень удобных для теплонасосных установок.

Они характеризуются малой удельной объемной холодопроизводительностью поэтому их применяют главным образом в турбокомпрессорных установках. Все эти фреоны малотоксичны.

Хладагенты Ф – 12 и Ф – 22 наиболее распространены в современных компрессионных автоматизированных холодильных установках.

Они широко применяются в поршневых компрессионных установках при температуре испарения t0 -40 0C и в турбокомпрессионных установках при t0 -60 0С. Агенты малотоксичные и в отсутствие влаги коррозии металла не вызывают.

Основные эксплуатационные преимущества фреонов – относительная безвредность и химическая инертность, не горючесть и взрывобезопасность.

Недостатки – низкая вязкость, взаимная растворимость в масле. Учеными также доказано, что значительные утечки фреона способствуют разрушению озонового слоя, поэтому в ряде стран его применение запрещено

Для транспортирования холода от низкотемпературных установок потребителям иногда используют жидкости, температура затвердевания которых существенно ниже Тн. Такие вещества называются хладоносителями. Основные требования к хладоносителям:

-малая вязкость для снижения гидравлических потерь в трубопроводах;

-большая теплоемкость, для снижения расхода хладоносителя и уменьшения необратимых потерь при теплообмене;

-малая коррозионная активность по отношению к черным и цветным металлам;

-низкая токсичность, не горючесть, взрывобезопасность.

В качестве хладоносителей в холодильных установках, как правило, применяются рассолы, т.е. растворы хлористого натрия NaCl и хлористого кальция CaCl в воде.