Основные виды теплоносителей

Теплоносители – рабочие среды, предназначенные к применению в теплообменном оборудовании как в технологических процессах различных производств, так и в бытовых системах и аппаратах для перераспределения тепловой энергии. В физической форме они могут иметь жидкое, газообразное состояние либо форму расплавов — в зависимости от области использования.

Наибольшее распространение на сегодня получили теплоносители (составы низкозамерзающие всесезонные и жидкости охлаждающие для теплообменных систем или сокращённо «СВНТС» – ГОСТ 33341-2015), представляющие собой в основном водные растворы гликолей с пакетами присадок, позволяющими повысить их эксплуатационные характеристики в широком температурном диапазоне.

Что используют в отопительных системах?

В настоящее время наибольшее распространение по применению в системах теплообмена приобрели промышленные виды теплоносителей на основе этиленгликоля — в качестве основного компонента. Это сравнительно недорогие и довольно эффективные составы низкозамерзающие всесезонные или охлаждающие жидкости, содержащие пакет функциональных присадок, и предназначенные для эффективной эксплуатации теплообменных аппаратов. Их товарные марки, которые должны работать в закрытых герметичных контурах без утечек.

Этиленгликоль и его водные растворы- токсичные вещества по воздействию на организм человека и окружающую среду, а утилизация требует больших затрат. Поэтому в современных технологиях и в быту всё большее распространение приобретают охлаждающие жидкости, которые в качестве базового компонента содержат водный раствор пропиленгликоля либо глицерина, что в первую очередь требуется в производствах более экологически чистой продукции.

Вода с добавлением солей, повышающих температуру начала кипения и уменьшающих образование накипи, также может применяться в качестве сезонного теплононосителя.

«СВНТС» на основе пропиленгликоля применяются в системах отопления, так как имеют хорошие теплофизические характеристики, экологически безопасны, поэтому не оказывают губительного воздействия на организм человека и окружающую среду.

Утечки теплоносителя на основе пропиленгликоля менее опасны. Для устранения розлива не требуется специальных мер безопасности. Всесезонные низкозамерзающие теплоносители на его основе морозоустойчивы (температура начала кристаллизации до минус 60 °C, в зависимости от концентрации пропиленгликоля в водном растворе).

Производство товарных марок теплоносителей осуществляет компания «Савиа», где можно сделать заказ.

Также к основным положительным характеристикам этого вида теплоносителя для систем отопления следует отнести следующие:

• минимальная химическая агрессивность;
• содержащийся в составе пакет присадок обеспечивает надёжную защиту материалов оборудования от коррозии;
• обладает смазывающим эффектом, что способствует предотвращению значительных гидроударов.

Виды теплоносителей на основе этиленгликоля содержат в своем составе пакет функциональных присадок, предназначенных для эффективной эксплуатации теплообменных систем, которые снижают скорость протекания нежелательных химических процессов коррозии. Низкая температура начала кристаллизации водных растворов гликоля — до минус 70°C позволяет применять их всесезонно в различных климатических регионах, включая Крайний Север и Заполярье.

Благодаря своим теплофизическим свойствам, он идеально подходит для закрытых отопительных систем. Основным недостатком теплоносителей этого вида является их токсичность, по сравнению с охлаждающими всесезонными жидкостями на основе водных растворов пропиленгликоля, но к их преимуществу можно отнести меньшую стоимость.

Перечень видов теплоносителей в системах отопления был бы неполным без воды. Она – естественный природный теплоноситель, поэтому наиболее доступна. К ее основным положительным характеристикам относится:

• высокий коэффициент передачи тепла;
• минимальная вязкость, при положительных температурах окружающей среды;
• незначительная химическая активность;
• простота регулирования температурных режимов в весенне — летний и осенний циклы.

Чтобы в системе отопления не появилась накипь, используется дистиллированная вода или добавляются специальные присадки. Отопительное оборудование, где применяется вода или её солевые растворы, нуждается в проведении регулярного обслуживания: промывке, ремонте котла до начала отопительного сезона.

Промышленные теплоносители

По настоящее время в качестве промышленных теплоносителей используют и два основных их вида: воду и пар. Вода обеспечивает отопление и горячее водоснабжение, а с помощью пара проводятся технологические процессы, он применяется как горячий теплоноситель в теплообменной аппаратуре.

Теплоснабжение при помощи горячей воды является более экономичным, так как она экологична, отличается повышенной аккумулирующей способностью и позволяет централизованно регулировать тепловые нагрузки.

При применении пара, как вида теплоносителя в процессах теплообмена, включая и отопление, образуются вторичные энергоресурсы (промышленный водный конденсат).

При выборе параметров промышленного теплоносителя учитываются технологические режимы производства. В случае централизованного теплоснабжения от ТЭЦ, повышение параметров способствует уменьшению выработки электроэнергии. Если источником теплоснабжения являются котельные, которые занимаются выработкой только тепловой энергии, повышение параметров осуществляется с учетом полноты использования теплоты, потребляемой в промышленных установках.

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.