Незамерзаючі теплоносія
С. Івахненка
Найкращий теплоносій для систем опалення – вода. Вона має максимальну теплоємність, високу плинність, загальнодоступність і екологічність. Проте за температури 0 °С вода замерзає. Для водяних систем опалення, що працюють з перервами при низьких зовнішніх температурах (заміський котедж, дачний будинок), це може призвести до небезпеки аварійного розморожування системи з виходом з ладу окремих її частин (теплообмінників, труб та ін.). Злив води при вимиканні котла та заповнення системи перед його пуском – трудомісткі операції, що потребують значних витрат часу (при цьому повністю видалити воду не вдасться). Інший варіант вирішення зазначеної проблеми, що розглядається в цій статті, - застосування теплоносія, що незамерзає (антифризу).
У нашій країні як побутовий антифриз для інженерних систем, як правило, пропонується суміш етиленгліколю з водою, до складу якої включені спеціальні добавки різного призначення - присадки.
Щільність чистого етиленгліколю – 1,13 г/см3 (при 20 °С), його температура замерзання дорівнює –13 °С. Водні розчини з концентрацією етиленгліколю від 30 до 70% мають нижчу температуру замерзання. Мінімальна температура замерзання досягається при співвідношенні води та етиленгліколю 1:2 і становить –70 °С. При замерзанні розчин перетворюється на аморфний стан, утворюючи в'язку масу зі збільшенням обсягу не більше 0,3 %. (Для порівняння: обсяг води при замерзанні збільшується приблизно на 9%.)
Пакет присадок налічує близько десятка речовин, призначених для зниження корозійних та окисних властивостей суміші, її піноутворення, запобігання утворенню накипу та видалення вже існуючої, підвищеннятермічної стабільності та інертності до синтетичних ущільнень.
Як правило, готові концентровані антифризи з певним значенням точки замерзання розбавляють водою перед заповненням системи. Наприклад, при змішуванні двох об'ємів антифризу з точкою кристалізації –65 °З одним обсягом води виходить розчин, що замерзає при –30 °С. Для розведення бажано використовувати дистильовану воду, за її відсутності водопровідну (з жорсткістю до 6 од.). Застосування води з природних джерел небажано через можливу несумісність з пакетом присадок. Розведення антифризу більш ніж на 50% призводить до помітного погіршення антикорозійних властивостей. Грамотно приготовлений склад із необхідною температурою кристалізації можна замовити у виробника.
Необхідно врахувати: через суттєві відмінності у фізичних властивостях води та незамерзаючих теплоносіїв на основі етиленгліколю, при використанні останніх виникає ряд технічних особливостей, що потребують серйозної уваги.
По-перше, в'язкість етиленгліколевих розчинів у 2–4 рази більша, ніж у води. Отже, гідродинамічний опір руху рідини в трубах буде вищим і вимагатиме більш потужного (приблизно на 10 % за продуктивністю та 60 % за напором) циркуляційного насоса.
По-друге, теплоносія має більший, ніж у води, коефіцієнт теплового розширення. Тому, щоб уникнути «заповітрювання» у відкритих системах, необхідно встановлювати розширювальний бак великого розміру (близько 15% обсягу системи).
По-третє, теплоємність етиленгліколевої суміші менша, ніж у води, приблизно на 15 %. Це погіршує умови теплообміну та потребує встановлення більш потужних радіаторів. Крім того, теплоносій не можна перегрівати, оскільки це може призвести до незворотногозміни хімічного складу та властивостей суміші.
Етиленгліколеві суміші активно реагують з цинком та олійними фарбами, утворюючи нерозчинний осад, велика кількість якого може блокувати роботу системи опалення. До того ж, на відміну від води, вони не викликають набухання клоччя. Тому в системі на теплоносії, що незамерзає, повинні бути відсутні оцинковані деталі, а для герметизації з'єднань слід використовувати спеціальні матеріали – силіконові герметики, льон та ін.
У місцях найбільшого гідродинамічного опору може відбутися спінювання етиленгліколевого розчину. Щоб уникнути цього діафрагми балансувальних клапанів і термостатів повинні бути налаштовані таким чином, щоб вільно пропускати робочу речовину.
При установці електричних котлів іонного (електродного) типу, теплоносій у яких є одночасно елементом електричного ланцюга, необхідно використовувати спеціальні антифризи (наприклад, Аргус-Галан, що випускається московською компанією «Галан»). Більшість антифризів не призначено для застосування як провідник електричного струму.
Слід також зазначити, що при температурі більше 90 ° С у водно-гліколевих сумішах інтенсифікується процес випадання пластівцевого осаду, що погіршує процес теплообміну. Для такого класу обладнання, як котли з високонапруженою топкою, це загрожує небезпекою перепалу трубок теплообмінника та топки.
І все ж таки головна небезпека, що виникає при використанні етиленгліколю, пов'язана з його токсичністю. Етиленгліколь відноситься до помірно небезпечних речовин (третій клас небезпеки згідно з ГОСТ 12.1.007). Він отруйний, має наркотичну дію на організм людини і здатний проникати через шкірні покриви. Смертельна доза для людини – 100мл.Тому антифризи на основі етиленгліколю не можна використовувати в системах із двоконтурними теплообмінниками, де у разі розгерметизації контурів теплоносій може потрапити до санітарної води.
Гранично допустима концентрація етиленгліколю у повітрі робочої зони – 5 мг/м 3 . Через випаровування етиленгліколю з поверхні відкриті розширювальні баки слід застосовувати з особливою обережністю.
Екологічно безпечною альтернативою етиленгліколю є пропіленгліколь. Його щільність – 1,04 г/см 3 температура замерзання – близько –67 °С. При змішуванні з водою температура замерзання підвищується (до -5 ° С при 15% концентрації пропіленгліколю). Антифризи на його основі мають практично ті ж теплофізичні властивості, що й етиленгліколеві, але при цьому безпечні (пропіленгліколь використовують як харчову добавку – Е 1520). За рахунок «змочувального ефекту» гідравлічний опір пропіленгліколю нижче, ніж етиленгліколю, що полегшує роботу циркуляційного насоса.
Єдиний фактор, що стримує поширення пропіленгліколю в опалювальних системах, – вища (у 2–2,5 рази) ціна антифризів на його основі порівняно з етиленгліколевими. Основна сфера застосування пропіленгліколевих теплоносіїв у нашій країні – будівлі з жорсткими екологічними вимогами (підприємства харчової та фармацевтичної промисловості, торгові центри тощо).
Цінову нішу між етилен- та пропіленгліколевими сумішами на українському ринку антифризів для інженерних систем займають склади на основі гліцерину з пакетом необхідних присадок (наприклад, теплоносій «Ольга», що випускається ЗАТ «Завод органічних продуктів» з Дзержинська, Нижегородська обл.). Гліцерин безпечний для людини і може застосовуватися у відкритих системах опалення табудинках з жорсткими екологічними вимогами. Його фізичні та хімічні властивості схожі на властивості водно-гліколевих сумішей. Важлива перевага гліцеринових антифризів – їхня інертність по відношенню до оцинкованих деталей.
Більш гнучку політику проводить компанія Buderus (Німеччина), яка допускає використання антифризів певних марок з усіма котлами, включаючи настінні Logano U.
Один із найбільш ліберальних підходів демонструє італійська компанія Baxi. Жорстка заборона застосування будь-яких антифризів має місце тільки для котлів Main з бітермічним теплообмінником. Для решти котлів розроблені відповідні рекомендації, які не накладають обмежень на марку теплоносія.
Власник повинен подбати про запас теплоносія для поповнення опалювальної системи. Використовувати антифризи різних марок не рекомендується: їх активні присадки можуть взаємодіяти з непередбачуваними наслідками. Термін служби незамерзаючих теплоносіїв обмежений ресурсом присадок і становить близько п'яти років (або десяти опалювальних сезонів).
Все вищесказане слід враховувати при переведенні системи опалення на роботу з теплоносіями, що незамерзають. Перед заливкою антифризу необхідно також очистити всі контури опалення від накипу та слідів корозії спеціальними складами (наприклад, Dixis Lux). В іншому випадку активні присадки теплоносія викличуть швидке відшарування іржі та відкладень, що призводить до засмічення системи.
Необхідно ретельно стежити за відсутністю протікання в системі опалення. Для їх оперативного виявлення за допомогою ультрафіолетового ліхтарика багато виробників вводять усклад теплоносія спеціальну фосфоресціювальну фарбу. Працювати з антифризами слід лише у захисних рукавичках. У разі потрапляння рідини на шкіру її потрібно відразу ж змити водою.