Обзор теплоносителей для отопительных систем

Электрические системы отопления

Электрические теплые полы

Электрический теплый пол Электрические теплые полы уже не является диковинкой, и количество их потребителей растет с каждым годом.

Чаще всего такой пол устанавливают в ванной, прихожей и детской комнате.

Электрический теплый пол состоит из нагревательного кабеля и терморегулятора. Нагревательный кабель может быть уложен на специальную сетку, если это не так, Вам самостоятельно пройдется делать расчеты по его укладке.Нагревательные кабели бывают одножильные и двужильные. Последние немного дороже, так как считается безопаснее.

Плюсы электрического теплого пола:

• долговечность;
• устойчивость к механическим воздействиям;
• экономичны в плане потребления электроэнергии.

К минусам можно отнести незначительное электромагнитное излучение (по утверждению медиков, оно никак не влияет на здоровые человека).

Электрические конверторы

электрический конвектор Электрическим конвертором называют отопительный прибор, который состоит из корпуса и нагревательного элемента, в основе работы которого лежит конвекция.

Его принцип действия прост: воздух внутри электроконвектора нагревается и поступает через жалюзи наверх.

Все электроконвекторы оснащены датчиком регулирования температуры воздуха.

Современные конвекторные обогреватели в обязательном порядке оснащаются системой безопасности. В случае появления препятствия для выхода воздуха прибор автоматически выключается, также ему не страшны скачки напряжения в сети.

Электрические конверторы используются в жилых помещениях, офисах, производственных помещениях для постоянного отопления или временного обогрева.

Однотрубная и циркуляционная система отопления

Важную роль в работе системы отопления играет выбранная разводка труб к отопительным приборам.

Разводка может быть:

• Однотрубная система отопления. В такой системе отопления движение теплоносителя происходит по одной трубе по кругу. Отопительные приборы (радиаторы) подключаются к стояку последовательно. Каждый отопительный прибор оснащен краном Маевского или другим воздухоотводчиком (при желании заказчика). Циркуляция воды в отопительном приборе происходит за законом гравитации. Преимущество такой системы – меньшая металлоемкость системы, как результат – небольшие капитальные затраты. Недостаток – неравномерный прогрев отопительных приборов;
• Двотрубная. В такой системе к одному отопительному прибору подводятся 2 трубы: подача и обратка. Преимущество системы – равномерное распределение температур в отопительных приборах, независимость от закона гравитации. Среди недостатков – повышенная металлоемкость в сравнении с однотрубной системой отопления, что приводит к увеличенным капитальным затратам, энергозависимость системы (работа насоса);
• Многотрубная. Второе название многотрубной разводки – паук. Из котла труба, подающая теплоноситель, выводится на чердачное техническое помещение. Из нее делается разводка труб к каждому отопительному прибору отдельно. Главное преимущество – наилучшее распределение температуры теплоносителя по всем приборам. Основной недостаток – возникает необходимость утеплить трубы, которые находятся в зоне чердачного помещения.

Что влияет на скорость движения для системы: таблица

На скорость циркуляции жидкости в системе влияют параметры труб системы и теплоносителя.

Вычислить скорость движения жидкости можно самостоятельно, используя формулу:

V= m/pf, где:

V — скорость,

m — расход теплоносителя на участок (кг/с),

f — площадь сечения трубы (кв.м),

p — плотность (кг/куб).

Измерив скорость циркуляции на всех участках системы, можно получить их общую сумму. Контрольными данными в этом случае считаются значения от 0,25 до 1,5 м/с. При увеличении этих цифр трубы будут шуметь, а при понижении есть риск образования воздушных пробок.

Немаловажное значение имеет правильный подбор труб. Пример приведен в таблице

Труба (мм)	Минимальная мощность (кВт)	Максимальная мощность (кВт)
Металлопластиковая труба 16 мм	2,8	4,5
Металлопластиковая труба 20 мм	5	8
Металлопластиковая труба 26 мм	8	13
Металлопластиковая труба 32 мм	13	21
Полипропилен 20 мм	4	7
Полипропилен 25 мм	6	11
Полипропилен 32 мм	18	10

Давление

Нормы гидронапора в централизованной системе отопления прописаны в СНиПе. На него влияют: диаметр и тип труб, характеристики отопительных приборов, этажность здания.

Давление бывает трёх видов:

• Статическое — подразумевает показатель напора в радиаторах, арматуре, трубопроводе. Чем больше этажей в доме, тем выше должен быть показатель.
• Динамическое — возникает при включении циркуляционного насоса и зависит от его характеристик.

Фото 3. Прибор манометр с циркуляционным насосом, необходимый для того, чтобы знать давление в системе отопления.

Допустимое — суммарное значение двух первых типов давлений.

На гидронапор влияют параметры и состояние отопительной системы. При установке труб большего диаметра в одной из квартир может снизиться общий показатель давления.

Внимание! Изношенный трубопровод также требует своевременной замены, во избежание непредвиденных аварий

Как рассчитать объем?

Чтобы вычислить объем воды в системе отопления, посмотрите паспортные данные каждого прибора.

Так в секции современного радиатора помещается 0,45 литра, а в старом чугунном агрегате это показатель вырастает до 1,45 литра.

Если нет возможности вычислить путём суммирования объёмов, то отталкиваются от мощности отопительной системы. Принято, что на один кВт тепла расходуется 15 литров жидкости.

Значит, если мощность 75 кВт, то объем жидкости 75х15=1125 литров. Этот метод имеет свои погрешности и не отличается высокой точностью.

Теплоноситель и требования к нему

Зимой в России без отопления обойтись нереально. У нас, как правило, наиболее распространено жидкостное (водяное) отопление. В такой отопительной системе используют воду либо специальную незамерзающую жидкость. При выборе вещества для переноса тепла к нему предъявляют несколько важных требований. Первое из них — способность аккумулировать, а затем переносить тепловую энергию на заданное расстояние. Однако есть и другие критерии.

Экологическая безопасность — главное качество. Поскольку иногда возникают протечки, теплоноситель обязан быть абсолютно безопасным для жильцов и окружающей среды.
Безвредность для теплопровода и оборудования. Теплоноситель не должен провоцировать быстрое повреждение труб, радиаторов из-за коррозионных процессов.
Инертность к вспениванию. От этой характеристики зависит производительность теплообменных механизмов, насосного оборудования.
Стабильность

Важно, чтобы теплоноситель, который будет использоваться в течение большого периода времени, не разлагался.
Высокая теплоемкость, небольшая степень вязкости. Без них невозможен эффективный перенос тепла.
Диапазон рабочих температур, в котором теплоноситель не теряет своих свойств.
Невоспламеняемость.
Доступность.

Последние, но немаловажные характеристики — долгий срок службы, приемлемая цена. Поскольку всем требованиям отвечает простая вода, то она до сих пор остается самым популярным теплоносителем, но даже у этой жидкости есть слабые стороны. Однако идеалов нет, поэтому владельцам домов приходится выбирать ту жидкость, которая при всех недостатках станет компромиссом для конкретной отопительной системы.

Антифризы для отопления

В системы отопления кроме воды заливают специальные незамерзающие жидкости — антифризы. Обычно это водные растворы многоатомных спиртов. Не так давно на нашем рынке появился антифриз на основе глицерина. Так что теперь типов незамерзающих жидкостей для систем отопления три.

Виды незамерзающих жидкостей и их свойства

Антифризы есть на основе двух веществ: этилен-гликоля и пропилен-гликоля. Первый более дешев, замерзает при более низких температурах, но очень токсичен. Отравиться можно не только выпив, но даже просто замочив руки или надышавшись парами. Второй незамерзающий теплоноситель для системы отопления — на основе пропилен-гликоля.Он более дорог, но безопасен. Иногда он даже используется как пищевая добавка. Его минус (кроме цены) — он теряет текучесть при более высоких температурах чем пропилен-гликоль.

Этилен-гликолевый теплоноситель очень ядовит

Несмотря на высокую токсичность чаще покупают этилен-гликолевые теплоносители. Связано это, скорее всего, с ценой — пропилен-гликоль дороже раза в два. Но этилен-гликолевые антифризы в чистом виде еще и химически активны, могут вспениваться, имеет повышенную текучесть. С пеной и активностью борются присадками, а повышенная текучесть никак не корректируется. В паре с токсичностью она — опасное сочетание. Если есть где-то малейшая возможность, этот антифриз протечет. А так как и его пары ядовиты, ни к чему хорошему это не приведет. Поэтому, если есть возможность, используйте пропилен-гликоль.

Еще один важный недостаток — этилен-гликоль очень плохо реагирует на перегрев, а перегрев наступает при довольно низкой температуре. Уже при +70°C образуется большое количество осадка, который оседает на элементах системы отопления. Отложения снижают теплоотдачу, что снова ведет к перегреву. В связи с этим в системах с котлами на твердом топливе такие антифризы не используют.

Пропилен-гликоль, наоборот, химически почти нейтрален. Он меньше всех теплоносителей реагирует с другими веществами, перегрев наступает при более высоких температурах и приводит не к таким последствиям.

Пропилен-гликолевый теплоноситель безопасен. но стоит дороже и замерзает при более высоких температурах

Особенности систем с антифризом в качестве теплоносителя

При проектировании системы отопления надо изначально принимать во внимание теплоноситель. Это связано с более низкой теплоемкостью незамерзающих жидкостей, а также другими их свойствами

Если все оборудование было рассчитано на воду, а зальют в нее антифриз, могут возникнуть следующие проблемы:

• Не хватит мощности и в доме будет холодно. Это связано с более низкой теплопроводностью антифризов. Решить эту проблему можно малой кровью — увеличить скорость движения теплоносителя, поставив более мощный циркуляционный насос. Но по-хорошему, требуется увеличение количества секций радиаторов .
• В системах закрытого типа может недостаточным оказаться объем расширительного бачка. Это связано с тем, что при нагревании незамерзайки расширяются больше, чем вода. Выход — поставить еще один бачок. Суммарный объем должен быть чуть больше требуемого (объем можно взять из таблицы).

Объем расширительного бачка для разных типов теплоносителя

Если использованы обычные резиновые прокладки, при использовании этилен-гликоля или глицерина они через некоторое непродолжительное время разрушатся и потекут. Потому перед заливкой антифриза во всех разъемных соединениях прокладки заменяют на паронитовые или тефлоновые.

Как вы поняли, лучший теплоноситель для системы отопления — вода. Она и лучше по характеристикам и в разы дешевле. Если же отоплению грозит разморозка, приходится заливать антифризы, но не автомобильные, а специальные — для отопления. В этом случае, при наличии достаточного количества средств, лучше использовать пропилен-гликоль. Этиленовые незамерзайки — крайний случай. Они пригодны в системах закрытого типа, в которых установлены специальные прокладки и автоматизированные котлы, которые не допустят перегрева.

Чтобы покупателям было проще ориентироваться, в теплоносители добавляют красители. В этиленовые — красные или розовые, в пропиленовые — зеленый, в глицериновые — голубой. Через некоторое время цвет может стать нет таким интенсивным или пропасть совсем. Это происходит из-за термического разрушения красителей, но на свойства самого антифриза не влияет.

Виды систем отопления

Автономное отопление в частном доме имеет широкий ассортимент систем. Если комбинированную систему соорудить не является возможным, то обсуждение каждой отдельно позволит безошибочно подобрать оптимальный вариант.

Водяное

Наиболее популярный вид для частного дома. Водяное отопление выигрывает у других за счет большой разнообразности: схемы, котлы, батареи – все это имеет несколько вариаций. Также отличается надежностью и легкостью в использовании. Дорогая сборка отплатит в будущем дешевыми затратами в эксплуатации. Обогрев хоть и медленный, но теплоноситель всегда будет заполнен жидкостью. А непростой процесс установки забудется последующей экономией и бесшумной работой.

Воздушное

Эта отопительная система имеет три пути нагревания воздуха: газом, электричеством или водой. Воздуховоды смешивают прохладный воздух дома вместе с уличным, фильтр его чистит, и дальше за работу принимается воздухонагреватель.

Из плюсов можно выделить возможность контролировать как температуру, так и вентиляцию, что означает экономичность. Также поступает исключительно отфильтрованный воздух, а летом вовсе можно оформить превращение в кондиционер. Все это закрепляется долговечностью и легкой заменой деталей.

Из минусов существуют только большой размер всей системы, что приводит к обязательному проектированию конструкции на раннем этапе строительства частного дома.

Паровое

Все еще используемый выбор, но только с различными комбинациями топлива (газ, электричество, уголь и даже дрова), так как это гораздо дешевле. Паровой котел и трубы обеспечивают цикличную подачу тепла. При этом, качество работы будет исходить от выбранной модели этого котла. Главными достоинствами являются быстрота и экологичность обогрева и теплоотдачи.

Недостатков будет побольше. Теплоноситель постоянно подвергается высоким температурам. В совокупности с взрывоопасностью таких котлов это требует непрерывных проверок системы и документы, позволяющие владеть ею. Шум во время работы, а также тяжелая и дорогая установка служат добивающими факторами, почему данный вариант не является оптимальным для дома.

Печное

Это, по сути, печи и камины. Разумеется, подойдут разве что как временный вариант или дополнение к основной системе обогрева. Невозможность равномерно распределять тепло по всей площади делает их лишь предметом декора для больших домов. Дачи – главное место использования печного отопления.

Проблема использование печного отопления так же заключается в скоплении сажи в трубе, из-за больших ее объемов она загорается и может привести к возгоранию дома. Подробнее можно узнать в статье — как прочистить дымоход от сажи.

Газовое

Если по разным причинам в доме отсутствует газ, то приходится прибегать к данной системе отопления. Для этого понадобится газгольдер и пропан-бутан, который будет заливаться в эту емкость.

Достоинств не так много, но они вполне значительны. Во-первых, предоставляет абсолютную автономию. Оборудование имеет хорошие эксплуатационные характеристики. А тепло является абсолютно экологичным.

Недостатки уже знакомые: сложный монтаж и последующая заправка газгольдера, необходимость специальных документов и высокая стоимость. Если рядом проходит газовая магистраль, но газ все равно не подключен, топливо потребуется содержать в особых установках. Для кого-то проблемой могут стать и регулярные визиты сервисных служб.

Солнечное

Солнечные батареи — наиболее экологичная система отопления. Основным источником тепла может служить исключительно в местах, где круглый год лето (но отопление там вовсе не нужно). В остальных случаях не более чем дополнение к основному варианту.

Из плюсов – легкая и длительная эксплуатация, ненадобность топлива, отличное сочетание с теплым полом. Да и монтаж особых проблем не создаст.

А вот провести корректный расчет для последующей установки – задача непростая. Еще и кровля должна быть под углом 30 градусов. Выполнять это самостоятельно не рекомендуется.

Электрическое

Для отопления электричеством должна быть веская причина: нет альтернативы либо есть финансовые возможности. Это связано с высокой ценой энергоносителей, которыми являются теплые полы, специальные камины, инфракрасные нагреватели и конвекторы.

Если сами электро носители дорогие, то вот их установка и ремонт обойдется вполне дешево. Еще одним плюсом является экология и возможное получение горячей воды. Бонусом идет возможное перемещение оборудования при необходимости.

Необходимость в многофазовых распределителях и большой мощности служат главными недостатками электро отопления. А проблема в подаче электричества приведет к неполадкам всей схемы.

Оборудование для отопления в разных отопительных системах

Трубопроводные отопительные системы – самые распространенные. Их обязательным элементом является нагревательный котел и система трубопроводов для подачи теплоносителя в помещения. Такие системы бывают двух типов.

Гравитационные системы основаны на естественной циркуляции теплоносителя. Она обеспечивается за счет того, что горячий и холодный теплоноситель имеют разный вес.

Благодаря системе труб и баков различного диаметра создаются условия, при которых теплоноситель циркулирует в замкнутой системе без дополнительного усилия извне. Этот вид отопительных систем подходит для небольших зданий.

Системы с принудительной циркуляцией для движения теплоносителя по трубам используют насос.

Насосы более энергозатратны, чем гравитационные, но благодаря использованию насоса такие системы могут обслуживать высокие здания или здания с большим количеством помещений и комнат. Помимо системы труб и баков здесь должен быть использован циркуляционный насос, расширительный мембранный бак и группа безопасности.

Помимо трубопроводных систем отопления, использующих теплоноситель, можно выделить воздушное отопление, коллекторные системы и теплые полы.

Воздушные системы используют горячий воздух, который по воздуховодам подается в помещения. Оборудованием для отопления в этих системах являются воздуховоды, нагреватели и воздушные фильтры, а также увлажнители. Преимуществом этого вида отопительных систем является низкая себестоимость, а также способность очищать и увлажнять воздух.

Коллекторные системы используют радиаторы отопления и шкафы с коллекторами по количеству этажей здания. Преимущество таких систем – в их универсальности и простоте расчета необходимого количества коллекторов и радиаторов.

Теплые полы – это система, использующая вместо радиаторов систему труб с горячим теплоносителем или систему электрических нагревательных элементов, смонтированных под покрытием пола.

Дополнительным оборудованием для отопления по такой системе в варианте электрического теплого пола будет являться регулятор температуры и сам нагревательный элемент. Водяной теплый пол мало чем конструктивно отличается от общей системы водяного отопления.

Виды теплоносителей

Перечисленные ниже варианты будут рассматриваться с учетом перечисленных выше критериев. Следует отметить сразу, что некоего «идеального рецепта» не существует. Каждое вещество (смесь ингредиентов) обладает преимуществами и недостатками.

Вода

Этот «классический»теплоноситель для системы отопления загородного дома отличается следующими положительными характеристиками:

• Он обладает наиболее высокой теплоемкостью по сравнению с иными аналогами. Один литр воды при остывании на 10°Cспособен передать 11,63 Вт энергии. Эффективность нагрева воздуха в комнате будет зависеть от параметров радиаторов. Но надо подчеркнуть, что с помощью такого теплоносителя правильно настроенная система будет работать рационально.
• К небольшому расходу энергетических ресурсов следует добавить безвредность воды для жильцов, домашних растений, животных.

Иногда упоминается также дешевизна воды. Однако необходимо понимать, что необходима предварительная подготовка жидкости для такого целевого использования. Технический дистиллят можно приобрести в магазине. Также допустимо использование домашней системы фильтрации с применением технологий обратного осмоса. Добавление специальных «умягчителей» не рекомендуется. Эти вещества сами являются загрязнителями.

Кипячение воды удалит соли жесткости, но эта методика сопряжена с большими затратами энергетических ресурсов

Вода и находящийся в ней кислород активизирует процессы коррозии. Чтобы исключить их, добавляют специальные блокирующие химические соединения, ингибиторы. Для удаления накипи и других отложений в протоках в состав включают поверхностно-активные вещества. В итоге – получается жидкость с нужными техническими характеристиками. Но даже она не способна сохранять исходный объем текучесть при понижении температуры ниже 0°C. Именно этот главный недостаток устраняют с помощью перечисленных далее методов.

Этиленгликоль

Многие производители такие теплоносители для системы отопления загородного дома выпускают с добавлением красных пигментов. Яркий цвет предупреждает будущих пользователей о том, что в составе содержится ядовитое вещество. Следует исключить попадание этиленгликоля в окружающую среду.

Антифризы этого типа при нагреве выше определенного порога активно выделяют газ, разлагаются на простейшие химические компоненты. Этот процесс необратим. Если разводите концентрированную незамерзайку для отопления своими руками, надо запомнить уровень 63-64%. С такой объемной концентрацией этиленгликоль обеспечивает текучесть жидкости при самой низкой температуре (-65°С). Дальнейшее повышение содержания активного вещества вызывает обратный процесс. При 95% жидкость замерзает на уровне -19°С.

Концентрированный этиленгликоль

Пропиленгликоль

Средства на основе данного соединения не являются токсичными. Их теплоемкость выше по сравнению с этиленгликолевой «незамерзайкой». Дополнительным преимуществом является способность пропиленгликоля ликвидировать микроскопические дефекты внутри труб. Это снижает сопротивление при движении жидкости и несколько улучшает энергетические параметры системы отопления.

Безопасность средства подчеркивают специфическими надписями на упаковке

Применение теплоносителя на основе глицерина: недостатки и преимущества

К применению составов на основе такой добавки следует относиться с осторожностью. Сам по себе глицерин безвреден

Он не вступает в химические реакции с цинком, отличается долговечностью и вполне разумной стоимостью.

Но эти смеси более плотные по сравнению с этилен- и пропиленгликолевыми. Их применение ускоряет износ насосного оборудования. В некоторых случаях приходится использовать более мощные силовые агрегаты. В глицериновых теплоносителях – самая низкая теплоемкость, поэтому для получения нужного результата придется перекачивать большие объемы. Примерно на уровне от +90°C до +92°C образуется активная пена и происходит химический распад. Образованные вещества выпадают в виде твердых и желеобразных осадков.

Нет государственных стандартов на такие теплоносители. С применением глицерина чаще всего выпускают подделки сомнительного качества

Как подобрать отопительный агрегат

Как уже известно, вода – основной теплоноситель. Для таких случаев необходимо приобрести вспомогательное оборудование. Оно может быть следующим:

1. Расширительный бак. Водяная система отопления без него функционировать не может. Помогает с лишней водой: принимая ее на себя, предотвращает разрыв труб.
2. Циркуляционный насос. Гарантирует хождение теплоносителя по трубам. Частные дома с несколькими этажами не откажутся от сочетания с буферным баком, который будет аккумулировать тепло.
3. Коллекторы. Используются вместе с теплыми полами, для их запитывания.
4. Емкость для косвенного нагрева. Отвечает за нагрев теплой воды.
5. Различные регуляционные и контролирующие приборы. Присматривают за степенью теплоты и давлением.

Антифриз как теплоноситель в системе отопления

Антифриз — это незамерзающая жидкость, сделанная на основе этиленгликоля и пропиленгликоля. Его можно использовать в качестве теплоносителя вместо воды.

В отопительной системе нельзя использовать антифризы, предназначенные для охлаждения двигателя автомобиля, а следует применять только специализированные составы. Это обусловлено тем, что сам по себе этиленгликоль агрессивен и может вызывать коррозию внутренней поверхности труб и радиаторов. Поэтому его разбавляют веществами, нейтрализующими химическую активность.

Антифриз для систем отопления продается в двух модификациях:

1. Концентрированный (с температурой замерзания минус 65°С).
2. Разбавленный (с температурой замерзания минус 30°С).

Концентрированный антифриз может быть разбавлен водой до требуемых пропорций:

• Для получения теплоносителя с температурой замерзания минус 30°С к двум частям антифриза добавляется одна часть воды.
• Для получения теплоносителя с температурой замерзания минус 20°С антифриз смешивается с водой в пропорции 1 : 1.

Особенность использования антифриза в системе отопления:

• Антифриз хуже накапливает и отдает тепло, так как его теплоемкость на 15 — 20% ниже, чем у воды. Поэтому, при проектировании системы отопления с антифризом в качестве теплоносителя потребители тепловой энергии (радиаторы) следует выбирать более мощные.
• Используя антифриз (более вязкий состав) нужно снижать трение в трубопроводе. Делается это путем увеличения диаметров на одну позицию относительно диаметров для воды и (или) выбором более мощного циркуляционного насоса.
• Антифриз также более текуч, чем вода (не путать с вязкостью). Текучесть — это свойство, означающее способность течь под влиянием самых малых сдвигающих усилий. Поэтому к системе предъявляются повышенные требования, и при монтаже разъемных соединений все прокладки должны быть заменены на специальные (для антифриза).
• Использование антифриза в системе с оцинкованными трубами нежелательно. Оцинковка приводит к химическим изменениям состава антифриза и потере его изначальных свойств.