Теплоемкость воды и тосола: Что лучше вода или антифриз, как теплоноситель для системы отопления? – Плотность антифриза 65 (ГОСТ 159–52) и его свойства

Что лучше вода или антифриз, как теплоноситель для системы отопления?

Для правильной и эффективной работы системы отопления необходимо использовать подходящий теплоноситель. Существует несколько видов жидкостей для системы отопления, наиболее популярный из которых – обычная вода. Хоть вода и самый дешевый теплоноситель для системы отопления, применять ее можно не всегда. Так как эта жидкость замерзает даже при небольшом морозе, существует риск разрыва труб при расширении. Поэтому в домах, которые отапливаются нерегулярно, применяют другие жидкости в качестве теплоносителя.

Свойства теплоносителя

Хороший теплоноситель для систем отопления должен обеспечивать максимальную эффективность работы отопительного котла, и переносить за определенное количество времени как можно большее количество тепла.

Основные характеристики теплоносителя:

  • эффективность поставки тепла; этот показатель определяет КПД системы;
  • защита от коррозии и смазка элементов системы отопления;
  • температура замерзания;
  • вязкость теплоносителя;
  • безопасность жидкости в эксплуатации.

На выбор вида теплоносителя влияет также стоимость продукта. Даже идеальный по всем показателям теплоноситель для системы отопления цена которого очень высока, не будет востребован у потребителей, так как не обеспечит быструю окупаемость системы.

Основные виды теплоносителей, которые используются в нашей стране – вода и антифриз.

От того, какой вы решите купить теплоноситель для систем отопления в своем доме, зависит конструкция всей системы и ее эффективность. Например, для частного дома может использоваться отопление с насосной циркуляцией. Рассмотрим подробнее, какие преимущества и недостатки имеет антифриз или вода в системе отопления, и что следует выбирать для частного домовладения.

Вода – доступный теплоноситель

Большинство потребителей используют в качестве теплоносителя простую воду. Это обусловлено ее низкой ценой, абсолютной доступностью, и хорошими показателями теплоотдачи. Большое преимущество воды – ее безопасность для людей и окружающей среды. Если по каким либо причинам произойдет утечка воды, ее уровень можно легко восполнить, а вытекшую жидкость устранить привычным способом.

Особенность воды состоит в том, что она расширяется при замерзании, и может повредить радиаторы и трубы. Если вы не знаете, какой выбрать теплоноситель для системы отопления в доме, учтите ситуации, связанные с отсутствием отопления. Воду в качестве теплоносителя можно выбирать только в том случае, когда система отопления работает бесперебойно и постоянно.

Не стоит производить заполнение системы отопления теплоносителем из-под крана. Водопроводная вода содержит слишком много примесей, которые со временем осядут в трубах и могут стать причиной их поломки. Особенно опасны для систем отопления примеси солей и водород. Соли вступают в реакцию с металлическими поверхностями и провоцируют процесс коррозии. Для того чтоб повысить качество воды, необходимо сделать ее более «мягкой», устранив примеси. Этого можно достигнуть двумя способами: температурным воздействием, или с помощью химической реакции.

Температурное воздействие предполагает обычное кипячение. Кипятить воду нужно в металлической емкости без крышки, желательно с большой поверхностью дна. В процессе нагрева углекислый газ будет выделяться в воздух, а соли осядут на дно. Химическое устранение примесей происходит за счет реакции с кальцинированной содой и гашеной известью. Эти вещества делают соли нерастворимыми в воде, и они выпадают в виде осадка. Перед тем, как залить в систему отопления теплоноситель, его необходимо профильтровать, чтоб осадок не препятствовал ее нормальной работе.

Идеально подходит для систем отопления дистиллированная вода. Дистиллят лишен всяких примесей и не нуждается в дополнительной обработке. Такую воду необходимо покупать в магазине, так как она производится только промышленным способом.

Антифриз – незамерзающий теплоноситель

Специальный незамерзающий теплоноситель для систем отопления, который не боится минусовых температур, и не расширяется при охлаждении, называется антифриз. Он обладает всеми необходимыми свойствами для эффективной работы отопления, препятствует коррозии металла, не содержит в своем составе вредных солей и газов, и продлевает срок службы отопительных приборов.

Заливая антифриз в систему отопления, вы можете спокойно оставлять дом зимой на долгое время.

Даже если жидкость в ваше отсутствие замерзнет, она перейдет в кашицеобразное состояние, и никоим образом не повредит элементам отопительной системы. Когда вы вернетесь, и включите котел, теплоноситель для отопления опять превратиться в жидкость без потери технических свойств. Это идеальный вариант для владельцев загородных домов, а также тех людей, которые часто отлучаются из дома.

Из чего состоит антифриз?

Самый распространенный теплоноситель для системы отопления отзывы о котором преимущественно положительные, — состав на основе этиленгликоля. Это вещество чаще всего применяется для изготовления незамерзающей жидкости.

Этиленгликоль обладает несколькими преимуществами:

  1. выдерживает температуру до -70 градусов;
  2. не замерзает и не расширяется при охлаждении;
  3. не вызывает коррозию и оставляет накипь;
  4. может быть разбавлен водой в случае вытекания жидкости.

Гликолевые теплоносители для систем отопления цена на которые вполне доступна, содержат различные присадки, которые смазывают систему отопления и продлевают срок ее эксплуатации. Имеет антифриз на этиленгликоле и свои недостатки. Среди них можно выделить следующие:

  • меньшая теплоотдача по сравнению с водой. Эти показатели на 15% меньше, чем у воды, а значит, система будет работать менее эффективно;
  • высокая вязкость вещества. Этиленгликоль – довольно густая жидкость, для ее циркуляции необходима мощная помпа, и отдельный насос для закачки теплоносителя в систему отопления под давлением;
  • текучесть антифриза. Несмотря на свою вязкость, теплоноситель на основе этиленгликоля обладает большой текучестью. Он способен протекать через самые мелкие отверстия, куда не протечет обычная вода, поэтому прежде чем купить антифриз для отопления, систему необходимо тщательно герметизировать;
  • необходимость установки расширительного бака. Так как этиленгликоль сильно расширяется при нагреве, необходимо предусматривать резервуар для излишков жидкости, а также специальные радиаторы отопления для антифриза, которые имеют большую емкость;
  • необходимость полной замены жидкости через 3-5 лет эксплуатации. Антифриз необходимо полностью сливать и менять на новый соответственно с рекомендациями производителя. При этом необходимо полностью промыть систему, включая котел. Если этого не сделать вовремя, этиленгликоль превратится в агрессивную среду, разъест трубы и радиаторы.

К недостаткам этиленгликоля следует отнести и его токсичность. Нельзя допускать попадания вещества на кожу и вдыхать его пары. Несмотря на то, что такой теплоноситель применяется только в системах закрытого типа с одноконтурным котлом, этот факт существенно влияет на выбор антифриза для отопления жилых помещений.

Кроме этиленгликоля, существует еще ряд веществ, на основе которых может быть изготовлена незамерзающая жидкость для системы отопления. Каждый владелец сам решает, какой антифриз для отопления лучше подойдет для его дома, учитывая технические характеристики и особенности тех или иных жидкостей.

Рассмотрим наиболее популярные из них:

  1. Солевые растворы. Обыкновенная кухонная соль значительно понижает градус замерзания воды, но, добавляя ее в систему, вы провоцируете возникновение коррозии. Ржавление труб изнутри приводит к уменьшению срока их эксплуатации и загрязнению системы, поэтому солевые растворы применяются крайне редко.
  2. Глицерин. Состав на основе глицерина обладает всеми необходимыми качествами для эффективной работы отопления. Он обеспечивает хорошую теплоотдачу, не вредит трубам и полностью безопасен. Не позволяет повсеместно использовать такой антифриз для отопления дома цена материала. Глицерин используют в чистом, неразбавленном виде, и стоит он очень дорого.
  3. Спиртовой теплоноситель. Обычный этиловый спирт разбавляется с водой для достижения более низкого градуса замерзания. Дополнительную защиту для системы обеспечивают специальные присадки, которые производители добавляют в продукт. Этот вид теплоносителя используется мало, так как спирт обладает летучестью, а его пары взрывоопасны. Это же касается такого материала как солярка для отопления цена которого невысока, но эксплуатационные характеристики оставляют желать лучшего.
  4. Масло. Масляные радиаторы отличаются очень высокой теплоотдачей. Они стабильны при высоких температурах, что применяется в основном для производственных нужд. В быту масляные теплоносители не нашли широкого применения, несмотря на свои положительные стороны. При монтаже масляных радиаторов следует учитывать, что масло разъедает резину, поэтому все уплотнители должны быть выполнены из маслостойкого материала.

Выбираем антифриз

Выбор того или иного теплоносителя зависит от нескольких факторов. Для кого-то важны его технические характеристики и стоимость, другие беспокоятся о безопасности и удобстве. Многие опираются на то, какие имеют теплоносители для систем отопления отзывы потребителей.

Стоит отметить, что выбирать жидкость для отопления следует заранее, так как от этого будет зависеть конструкция самой системы. Для расчета количества жидкости, необходимой для обогрева, можно воспользоваться специальными формулами. Но лучшим вариантом будет обратиться к специалистам, особенно, если ваш дом имеет большую площадь и несколько этажей. Специалисты также могут промыть систему отопления, если это потребуется. Квалифицированные инженеры подберут наиболее подходящий тип отопления, который будет обеспечивать вас теплом с наименьшими затратами.

Плотность антифриза 65 (ГОСТ 159–52) и его свойства

В таблице приведена плотность антифриза 65 и значения его теплофизических свойств в зависимости от температуры. Антифриз 65 (водный раствор этиленгликоля или тосол ГОСТ 159–52) имеет температуру замерзания -65°С.

В таблице представлены следующие свойства антифриза: давление пара антифриза Р, кинематическая вязкость ν, плотность антифриза ρ, коэффициент объемного расширения β, удельная теплоемкость Cp, коэффициент теплопроводности λ, температуропроводность a, число Прандтля Pr.

Свойства антифриза в таблице даны в зависимости от температуры (в интервале от -60 до 120°С).

В процессе нагрева антифриза его плотность, а также кинематическая вязкость, температуропроводность и число Прандтля уменьшаются. По данным таблицы при росте температуры особенно заметно уменьшение значений таких свойств антифриза, как кинематическая вязкость и число Прандтля.

Коэффициент объемного расширения антифриза при увеличении температуры имеет слабую тенденцию к росту, то есть антифриз при нагревании расширяется более заметно. Плотность антифриза при увеличении его температуры снижается. Например, при температуре 20°С антифриз, согласно таблице, имеет плотность 1089 кг/м3, а при нагревании до 120°С плотность антифриза уменьшается до значения 1011 кг/м3. Плотность антифриза 65 в нормальных условиях больше плотности воды на 10%, а при температуре выше 120°С приближается к этому значению.

Теплопроводность антифриза слабо зависит от температуры. Удельная теплоемкость антифриза при повышении температуры увеличивается.

Источник:
Тепломассообмен влажного воздуха в компактных пластинчато-ребристых теплообменниках : монография / А.В. Чичиндаев. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. – 298 с.

Теплоноситель для системы отопления вода, антифриз

Лучшие ответы

Капрал:

Да, легко. Антифриз гигроскопичен и впитывает воду даже их влажного воздуха (как спирт), поэтому он и меняется раз в три года, даже если авто всё это время стояло в гараже…

Bender:

Смешивается, антифриз немного тяжелей.

дед михей:

Не смешиваю, денег хватает….

Вторник:

Конечно, он обычно на половину из воды и состоит.

Павел:

Если бы не смешивался как концентраты продавали? Есть безводный антифриз, вот туда вода противопоказана.

Alekcандр Амаретто:

Основа антифриза это дист. вода! Значится все смешивается, но это надо делать в крайнем случае и по приезду домой, заменить весь антифриз. Иначе зимой могут быть большие проблемы, конечно антифриз не застынет, но помпу можете угробить, так как разбавленный ан. фриз превращается в кашу

Владимир:

антифриз -ЭТО УЖЕ СМЕСЬ!!РАЗБАВИТЬ МОЖНО В ЛЮБОМ КОЛИЧЕСТВЕ!

Иван Ширков:

Антифризы обычно немного плотнее воды, потому и тяжелее. Охлаждающая жидкость предполагает определенную концентрацию различных веществ и добавляя воду вы можете сильно изменить ее, а это подвергает двигатель опасности. Если не хотите полностью менять, то лучше всего долить такой же антифриз. Я, например, всегда заливаю органические антифризы, их безопаснее смешивать, к тому же они качественнее и дольше служат. В последние лет 8 полностью перешел на кулстрим премиум на обеих машинах (форд фокус и фольксваген тигуан).

Применение охлаждающих жидкостей

С выбором антифриза особых сложностей обычно не возникает. Но при его использовании возникают некоторые особенности.

При приготовлении раствора охлаждающей жидкости и концентратов необходимо выполнять требования пропорции.

Теплоноситель для системы отопления вода, антифриз

Теплоноситель для системы отопления вода, антифриз

Антифриз необходимо заменять по мере необходимости или по графику технического обслуживания, если замена не требуется во время ремонта двигателя. Нельзя смешивать различные по свойствам и виду охлаждающие жидкости, так как могут возникнуть неисправности системы охлаждения.

Если неизвестна марка залитого в двигатель антифриза, то лучше его весь слить, и приобрести новый антифриз. Нежелательно смешивать разные марки антифриза, так как разные наборы присадок обладают разными свойствами, и в итоге химических реакций возникнет их разбалансировка. При смешивании разных реагентов возможно возникновение неисправностей и осадка балласта, поломка водяной помпы, перегрев двигателя, засорение охлаждающей системы, капитальный ремонт силового агрегата. Не стоит экономить на покупке антифриза, так как ремонт двигателя обойдется гораздо дороже.

Антифриз для двигателя автомобиля продается в готовом или концентрированном состоянии. Многие автолюбители привыкли приобретать концентрат, чтобы самому делать раствор в необходимой пропорции. Но нельзя забывать, что для разведения раствора необходима только дистиллированная вода, а пропорция должна определяться температурой замерзания. Каждый раз необходимо пользоваться только инструкцией изготовителя концентрата.

Ответы знатоков

Ольга Волошина:

Попробуй. Утонет- тяжелее, не утонет- легче.

Антон Вельтистов:

Чуть тяжелее. Плотность тосола 1.065-1.085 г/см3, а воды 0.99-1 г/см3

Мика да Винчи:

В качестве антифриза в Тосоле используется этиленгликоль. А он, как известно, чуть тяжелее воды по плотности. ( от 1055 до 11125 кг/м3, при 20°С)

Дмитрий Ломоносов:

Если касается охлаждения, то — вода. Вот несколько преимуществ: низкая вязкость, что уменьшает расход мощности на циркуляцию, большая теплоемкость, низкий коэффициент расширения. Но применение ТОСОЛа (он же антифриз с добавками) , удобно по причине низкой температуры замерзания. К тому же все эти преимущества незначитльны (хотя и имеют место быть) . Не удивляйтесь, что необразованные люди скажут Антифриз, это заблуждение связано с главным преимуществом — (см. выше) низкой температурой замерзания.

WIRUS:

компот вишневый

Илья Ситников:

Антифриз!

ЮРИСОВИЧ:

антифриз

deminserj:

морс с холодильника

Skorpi:

Конечно и однозначно — антифриз !

Людмила Плехова:

Антифриз

СТЕФАНИ:

Конечно антифриз

Грубый Вак:

Вода. На ее нагрев расходуется больше энергии. При равных объемах воды и антифриза.

Юрий Рубан:

антифриз не охлаждает он поглощает за щет плотности избыточную температуру

Volgar:

азот нехило так охлаждает…

mishka11111:

если машыну тогда антифриз или тосол а если тебя самого то вода

Сергей Исаков:

У воды намного больше теплоотдача. Она быстрее охлаждает двигатель и сама быстрее в радиаторе остывает ( если бы не замерзала!). Антифриз долго нагревается и долго остывает.

Maxim Filko:

Тут важно не то, что охлаждает лучше (всеми выше указанными факторами можно пренебречь) , а то, что лучше смазывает помпу (Которая на воде долго не проработает). Итог: если появилось желание ездить на воде лучше от него отказаться т

к. вода на помпу влияет далеко не благотворно, не говоря уже о накипе который обеспечивает вода!

Шутка:

Лучше охлаждает то, под что рассчитана система охлаждения! у воды и антифриза разные не только температуры кипения и замерзания, но и теплоемкость, вязкость, коэффициенты расширения, теплоотдача. А это все будет влиять на охлаждение жидкости в радиаторе. Если система охлаждения сделана под антифриз, то просто вода с меньшей вязкостью может не успевать остыть в радиаторе!

ххх:

Жидкость, указанная в инструкции по эксплуатации автомобиля. Артифриз и Тосол, разные вещи.

Как слить жидкость

Ответ на этот вопрос очень простой. Охлаждающая жидкость требует слива в следующих случаях:

  • При необходимости замены по сезону.
  • При замене радиатора охлаждения.
  • При установке нового термостата.

Работа выполняется в два шага, так как антифриз имеется в радиаторе и в двигателе. Эта работа уже стала привычной для владельцев автомобилей отечественного производства.

Нужно начинать сливать жидкость из радиатора:

  1. Заглушить двигатель.
  2. Выждать 15 минут, чтобы двигатель немного остыл.
  3. Рукоятку отопителя салона переключить на крайнее правое положение. При этом откроется сливной кран печки.
  4. Далее необходимо открыть пробку расширительного бачка.
  5. Открутить сливную пробку радиатора.
  6. Подождать около 10 минут до полного сливания жидкости.

Из двигателя охлаждающая жидкость сливается следующим образом:

  1. Взять накидной ключ и отвинтить сливную пробку на блоке двигателя.
  2. Подождать около 10 минут до полного слива жидкости.
  3. Протереть сливную пробку и проверить качество уплотнительной резинки, при необходимости заменить ее, и пробку закрутить на место.

При сливе антифриза необходимо соблюдать осторожность, так как эта жидкость имеет сладковатый запах, который привлекает к себе детей и домашних животных. Поэтому тосол или антифриз необходимо сливать в емкость, и утилизировать, а не выливать на землю

Как выбрать антифриз для автомобиля

Правильно выбрать охлаждающую жидкость для автомобиля могут далеко не все автомобилисты. Многие из них считают, что жидкость для охлаждения двигателя не так уж важна. Это мнение довольно распространено, и является заблуждением.

Защита мотора от размораживания блока цилиндров зимой или перегрева обуславливает интенсивную эксплуатацию охлаждающей жидкости. При этом ее постоянные параметры меняются. Использованный несколько раз состав охлаждающей жидкости не обеспечит должной защиты двигателя, а только навредит ему.

Каждый автомобилист когда-либо сталкивался с проблемой замены охлаждающей жидкости по различным причинам:

  • Жидкость совершенно изменила свою структуру и цвет в процессе работы.
  • По желанию автовладельца, например, после полного ремонта двигателя совместно с применением нового масла меняется и охлаждающая жидкость.
  • В процессе эксплуатации из-за периодических утечек выполнялась доливка воды или жидкости неизвестного качества.
  • Температура замерзания антифриза не соответствует условиям эксплуатации автомобиля.
  • Истек срок службы жидкости.

Также причиной замены может быть много других факторов. Практика показывает, что с проблемой замены охлаждающей жидкости владельцы автомобилей обычно сталкиваются перед наступлением зимы. Но выполнять это необходимо независимо от температуры внешней среды, а согласно условиям технического обслуживания.

Отечественная торговая сеть предлагает большой ассортимент охлаждающих жидкостей разных торговых названий, цветов и маркировок. Бывают и некачественные жидкости, являющиеся поддельным товаром. В этом случае вместо качественной жидкости для охлаждения может использоваться вода, закрашенная красителем. Часто в такие поддельные жидкости добавляют химические вещества, повышающие ее плотность.

Это делается для того, чтобы доказать потребителю, что этот продукт замерзает при низкой температуре, так как у настоящих охлаждающих жидкостей чем больше плотность антифриза, тем ниже температура его замерзания. Поэтому при езде на автомобиле с использованием некачественных жидкостей для охлаждения могут возникнуть серьезные проблемы.

Наиболее существенные из них – неисправность элементов системы охлаждения мотора и обогрева салона. Никому не хочется нарваться на поддельный товар, создавая вероятность выхода из строя своей машины и подвергать себя опасности. Разберемся, как необходимо выбирать жидкость для охлаждения двигателя автомобиля.

таблицы при различных температуре и давлении

Приведены таблицы значений удельной теплоемкости воды H2O и водяного пара в зависимости от температуры и давления. В первой таблице дана удельная теплоемкость воды в жидком состоянии при нормальном атмосферном давлении и температуре от 0,1 до 100°С.

Во второй таблице значения теплоемкости указаны в интервале температуры от 0 до 800°С и давлении от 0,1 до 100 бар. Вода в этих условиях может находится в жидком или газообразном состоянии, поскольку с понижением давления и (или) с ростом температуры она переходит в пар.

Жидкая вода обладает значительной величиной массовой удельной теплоемкости, по сравнению с другими жидкостями. При атмосферном давлении и температуре до 100°С она находится в виде жидкости и ее теплоемкость изменяется в диапазоне от 4174 до 4220 Дж/(кг·град).

При температуре 20 градусов Цельсия и нормальном атмосферном давлении удельная теплоемкость воды равна 4183 Дж/(кг·град). При температуре 100°С эта величина достигает значения 4220 Дж/(кг·град).

Изменение давления и температуры воды существенно влияет на ее удельную теплоемкость. Зависимость теплоемкости воды от температуры при атмосферном давлении не линейна. При нагревании воды до 30°С теплоемкость уменьшается, затем в интервале температуры 30…40°С значение этой величины остается практически постоянным (следует отметить, что в этом диапазоне температуры вода обладает наименьшей теплоемкостью). При температуре выше 40°С ее удельная теплоемкость увеличивается и достигает своего максимума при температуре кипения.

Удельная теплоемкость воды при температуре 0,1…100°С
t, °С 0,1 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Cp, Дж/(кг·град) 4217 4191 4187 4183 4179 4174 4174 4174 4177 4181
t, °С 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Cp, Дж/(кг·град) 4182 4182 4185 4187 4191 4195 4202 4208 4214 4220

Если продолжить нагрев воды до перехода ее в пар, то тогда, при дальнейшем нагреве пара при атмосферном давлении, величина теплоемкости будет снижаться до некоторого предела, а затем снова начнет увеличиваться. Эта точка перегиба кривой теплоемкости определяется значениями соответствующих температуры и давления.

Как видно по данным в таблице, с повышением давления удельная теплоемкость воды уменьшается, но увеличивается также и температура кипения воды, например, при давлении в 100 бар (атмосфер) она находится в жидком состоянии даже при температуре 300°С. Удельная теплоемкость воды при этом составляет величину 5700 Дж/(кг·град). При продолжении нагрева воды, например до 320°С, она переходит в пар, который имеет большую теплоемкость.

Однако, при низких давлениях, вода начинает кипеть и переходит в пар при температурах гораздо ниже 100°С. Например, по данным таблицы, при давлении 0,1 бар и температуре 50°С, вода уже находится в виде водяного пара и его теплоемкость при этих условиях составляет величину, равную 1929 Дж/(кг·град).

Таблица значений удельной теплоемкости воды и водяного пара
↓ t, °С | P, бар → 0,1 1 10 20 40 60 80 100
0 4218 4217 4212 4207 4196 4186 4176 4165
50 1929 4181 4179 4176 4172 4167 4163 4158
100 1910 2038 4214 4211 4207 4202 4198 4194
120 1913 2007 4243 4240 4235 4230 4226 4221
140 1918 1984 4283 4280 4275 4269 4263 4258
160 1926 1977 4337 4334 4327 4320 4313 4307
180 1933 1974 2613 4403 4395 4386 4378 4370
200 1944 1975 2433 4494 4483 4472 4461 4450
220 1954 1979 2316 2939 4601 4586 4571 4557
240 1964 1985 2242 2674 4763 4741 4720 4700
260 1976 1993 2194 2505 3582 4964 4932 4902
280 1987 2001 2163 2395 3116 4514 5250 5200
300 1999 2010 2141 2321 2834 3679 5310 5700
320 2011 2021 2126 2268 2649 3217 4118 5790
340 2024 2032 2122 2239 2536 2943 3526 4412
350 2030 2038 2125 2235 2504 2861 3350 4043
360 2037 2044 2127 2231 2478 2793 3216 3769
365 2040 2048 2128 2227 2462 2759 3134 3655
370 2043 2050 2128 2222 2446 2725 3072 3546
375 2046 2053 2127 2218 2428 2690 3018 3446
380 2049 2056 2127 2212 2412 2657 2964 3356
385 2052 2059 2126 2207 2396 2627 2913 3274
390 2056 2061 2125 2202 2381 2600 2867 3201
395 2059 2065 2125 2200 2369 2575 2826 3137
400 2062 2068 2126 2197 2358 2553 2789 3078
405 2066 2071 2127 2195 2349 2534 2756 3025
410 2069 2074 2128 2193 2340 2517 2727 2979
415 2072 2077 2129 2192 2334 2501 2700 2936
420 2076 2080 2131 2192 2327 2487 2675 2898
425 2079 2083 2132 2190 2321 2474 2653 2863
430 2082 2086 2134 2190 2316 2462 2632 2830
440 2089 2093 2138 2190 2307 2441 2596 2773
450 2095 2099 2141 2191 2300 2424 2565 2726
460 2102 2106 2146 2192 2294 2409 2538 2684
480 2116 2119 2154 2196 2286 2385 2496 2618
500 2129 2132 2164 2201 2281 2368 2464 2569
520 2142 2146 2175 2208 2280 2357 2441 2531
540 2156 2159 2185 2216 2280 2349 2423 2502
560 2170 2173 2197 2226 2285 2349 2416 2487
580 2184 2187 2208 2233 2285 2342 2401 2465
600 2198 2200 2219 2240 2287 2336 2389 2445
620 2212 2213 2230 2250 2291 2334 2381 2431
640 2226 2227 2243 2260 2298 2337 2379 2423
660 2240 2241 2256 2272 2307 2343 2381 2421
680 2254 2255 2270 2286 2317 2352 2388 2424
700 2268 2270 2283 2299 2330 2362 2398 2429
800 2339 2341 2352 2364 2389 2414 2440 2465

Примечание: В таблице синим цветом показаны значения удельной массовой теплоемкости воды в жидком состоянии, а черным – значения теплоемкости водяного пара.

Источники:

  1. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.
  2. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей

ТЕПЛОНОСИТЕЛИ ЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ Новости | Компания Теплодом

29.09.2013 00:59

Характеристика теплоносителей жидкостных систем охлаждения


Гольфстрим


Элита


Антифриз Эко-30

 

Назначение охлаждающих жидкостей ДВС – воспринимать и отводить тепловой поток от тех зон и деталей двигателя, перегрев которых вызывает нарушение нормальной работы двигателя или его разрушение.

Эффективность функционирования систем жидкостного охлаждения во многом определяется физическими и химическими свойствами охлаждающей жидкости. Процесс отвода теплоты от двигателя и передача его в окружающую среду зависят от теплоемкости и теплопроводности жидкости: чем выше эти показатели, тем интенсивнее охлаждается двигатель. С увеличением теплоемкости возрастает количество теплоты, которую жидкость способна воспринять при заданном повышении температуры, а с увеличением ее теплопроводности теплота отводится быстрее.

Таким образом, с увеличением теплоемкости можно уменьшить количество жидкости, циркулирующей в системе, а увеличением теплопроводности уменьшить скорость ее циркуляции и получить более равномерную ее температуру и сократить затраты мощности на привод насосов системы охлаждения.

В жидкостных системах охлаждения современных транспортных двигателей внутреннего сгорания применяют два основных типа охлаждающих жидкостей: воду и низкозамерзающие жидкости (антифризы).

Вода как охлаждающая жидкость по многим свойствам превосходит другие известные жидкости. Вода из известных нам теплоносителей обладает самой высокой теплоемкостью (4200 Дж/(кг*К)) и является идеальной тепловоспринимающей жидкостью.. Из десяти теплоносителей, среди которых были натрий, сплав 75% калия и 25% натрия, ртуть, вода, антифризы А-40 и А-65, фреон-12, дизельное топливо, масло М-10Г2 и метиловый спирт, по теплогидравлической эффективности вода уступает только натрию и сплаву калия и натрия, применение которых для охлаждения сопряжено со значительными трудностями, и превосходят все остальные теплоносители. Кроме того, применение таких теплоносителей, как ртуть и фреон-12, недопустимо экологически.

Вода обладает очень большой уделенной теплотой парообразования, что иногда используется в испарительной (пароводяной) системе охлаждения. Исключительная доступность воды, ее практически повсеместные запасы (реки, озера и др.) делают воду очень удобной и дешевой для применения.

Однако вода как охлаждающая жидкость обладает и существенными недостатками, затрудняющими ее применение.

При 0 ºС вода кристаллизуется со значительным увеличением объема (примерно на 10%), в результате чего в системе возникают давления до 200-300 Мпа, способные привести к серьезным повреждениям («размораживанию») системы.

Вода имеет сравнительно низкую температуру кипения (100 ºС при p=0,101 Мпа), что приводит иногда к ее закипанию в радиаторе, поэтому рабочая температура воды в открытой системе охлаждения не должна превышать 90 ºС. При более высоких температурах вода интенсивно испаряется. В разряженной атмосфере ее температура кипения понижается. Поэтому в горных районах с возрастанием высоты понижается предельная температура воды в радиаторе.

Вода хорошо растворяет многие вещества: соли, кислоты, щелочи и газы, такие как кислород, азот углекислоту и др. Поэтому в природе вода, никогда не встречается в абсолютно чистом виде. Большая часть растворенных в ней веществ представляет собой углекислые, хлористые и серно-кислые соли натрия, кальция и магния (до 94%), соли азотной, фосфорной, кремнивой кислот и другие.

Из различных солей, находящихся в растворенном состоянии в воде, особое значение имеют соли кальция и магния. Они придают ей свойства, которые принято называть жесткостью. За единицу жесткости принимают миллиграмм-эквивалент солей на 1л воды (1 мг-экв отвечает содержанию 20,04 мг/л Са++ или 12,16 мг/л Mg++).

Вода, предназначенная для приготовления охлаждающей жидкости, должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к технической воде. Для сравнения в табл. 2.1. приведены свойства питьевой и дистиллированной воды.

Прочерк означает, что данный показатель не регламентируется.

Если в качестве эталона принять физико-химический состав воды Онежского озера, наиболее близкий к требованиям инструкций по эксплуатации , то окажется, что вода Азовско-Донского и Волжско-Камского водно-транспортных бассейнов обладает наихудшим составом, что требует принять специальных мер по ее приготовлению, а также совершенствованию технического обслуживания систем охлаждения дизелей в целом ряде основных регионов России.

Высокая температура замерзания воды и большое объемное расширение ее при замерзании сильно усложняют эксплуатацию двигателей с водяным охлаждением в зимнее время. Поэтому при эксплуатации в условиях низких температур в качестве теплоносителя системы охлаждения вместо воды используется специальные низкозамерзающие жидкости, получившие общее название «антифризы».

Растворение различных неорганических и органических солей в воде позволяет значительно понизить ее температуру замерзания.

Таблица 2.1

Характеристики дистиллированной питьевой

Показатель Вода дистиллированная (ГОСТ 6709-72) Вода питьевая (ГОСТ 2874-82) Вода техническая (котловая) (ГОСТ 200995-75)
Водородный показатель, рН 5,4-6,6 6-9 5-6
Жесткость общая, мг-экв/л, не более 0 7 1,5-3,0
Остаток после выпаривания, мг/л, не более 1 1000 15
Остаток после прокаливания, мг/л, не более 1 1
Содержание химических веществ мг/л, не более:
нитраты 0,2 45
сульфаты 0,5 500
хлориды 0,02 350 < 30
алюминий 0,05 0,5
железо 0,05 0,3
медь 0,02 1,0
мышьяк 0,05
свинец 0,05 0,03
стронций 7,0
цинк 0,2 5,0

Наиболее низкую температуру замерзания дают водные растворы хлористого кальция, хлористого магния и лактата натрия (до – 45 ºС). Солевые растворы обладают высокой электропроводностью и вызывают значительную коррозию металлов системы охлаждения. До настоящего времени не найдено ни одного ингибитора, устраняющего коррозию, вызываемую солевыми антифризами. В качестве антифризов применялись водо-глицириновые смеси, которые обладают высокой температурой кипения. Вследствие высокой стоимости глицерина применение таких смесей экономически нецелесообразно. Кроме того, водо-глицириновые смеси имеют повышенную вязкость, что затрудняет циркуляцию, особенно при запуске холодного двигателя. В качестве антифризов использовались также водные растворы метилового, этилового и изопропилового спиртов. Недостатком их является сильная испаряемость, что вызывает большие потери спирта, и повышение температуры замерзания водо-спиртовой смеси в процессе эксплуатации.

Имеются замедлители испарения, состоящие из смеси минеральных масел с терпентиловыми спиртами. Водно-спиртовые охлаждающие жидкости из-за высокой стоимости и склонности к испарению не получили распространения. Самой распространенной низкозамерзающей жидкостью является смесь воды с двухатомным спиртом – этиленгликолем (СН2-СН2ОН или С2Н4(ОН)2). Смешивается в любых отношениях с водой, спиртами и многими другими растворителями. Не смешивается с бензолом, эфиром, хлороформом. Очень гигроскопичен. Замерзает не четко при температурах от – 12,5 до – 25 ºС, образуя звездчатые или перистые кристаллы.

Теплоемкость чистого этиленгликоля (ЭГ) при разных температурах с достаточной точностью можно вычислить по формуле Нейма и Курлянкина:

Ср=0,5388+0,00112 t, кДж/(кг*К),

где Ср– теплоемкость чистого ЭГ; t – температура, ºС.

 

Технический этиленгликоль применяют в качестве высококипящей жидкости для охлаждения двигателей, работающих в напряженном тепловом режиме.

При использовании этиленгликолевого охлаждения рабочая температура жидкости в системе может быть повышена до 120-130 0С. Этим создается значительно большой перепад температур охлаждающей жидкостиужающего воздуха, чем при применении воды, что способствует более интенсивному охлаждению двигателя.

К недостаткам этиленгликоля как высококипящей охлаждающей жидкости относятся:

  • низкая температура вспышки и в связи с этим пожароопасность;
  • повышенная гигроскопичность, вследствие чего в процессе эксплуатации постепенно увеличивается содержание воды в ЭГ и понижается его температура кипения;
  • высокая подвижность (проницаемость) ЭГ, что повышает требования к соединениям и уплотнениям системы охлаждения двигателя.

 

Отрицательным свойствам этиленгликоля как составной части антифриза является его коррозийное действие на материалы, для предотвращения которого требуется введение соответствующих присадок.

Теплофизические свойства воды и этиленгликоля приведены в табл. 2.2.

Теплоемкость и теплопроводность ЭГ значительно меньше тех же показателей воды. Коэффициент объемного расширения несколько больший. Это еще раз подтверждает, что в чистом виде ЭГ применять для охлаждения двигателей нецелесообразно.

Смеси с водой обладают свойством эвтектических растворов, т.е. их температура застывания ниже, чем у каждого компонента смеси в отдельности. На рис. 2.1. показана эвтектическая диаграмма различных (по соотношению компонентов) смесей воды и этиленгликоля. На диаграмме отчетливо видно, что самую низкую температуру застывания (-75 ºС) имеет смесь, содержащая 33% воды и 67% этиленгликоля. Этим свойством эвтектических растворов пользуются при приготовлении антифризов. Образующий гидрат также имеет низкую температуру застывания. Этиленгликоль весьма устойчив при высокой температуре, распад наступает при t>520 ºС. Термическая устойчивость этиленгликоля и явилась одной из причин широкого применения его в качестве охлаждающей жидкости.

Таблица 2.2

Теплофизические характеристики воды и этиленгликоля

Показатель Вода ЭГ
Формула Н2О С2Н4(ОН)2
Молекулярная масса 18,01 62,07
Плотность при 20ºС, кг/м3 998,2 1113,2
Коэффициент рефракции nd20 1,4318
Температура замерзания, ºС 0 -11,5
Температура кипения при 0,1Мпа, ºС 100 197,7
Удельная теплоемкость, кДж/(кг*ºС)
  при 20 ºС
  при º0С

4,184
2,04

2,422
Упругость насыщенного пара при 105ºС, мм рт.ст. 18
Удельная теплопроводность, кДж/(ч*м*ºС) 2,179 0,955
Вязкость при 20ºС, мм2/с 1,0 19-20
Удельная теплота испарения, Дж/кг 2258 800
Удельная теплота плавления, Дж/кг 532,7 182,3
Коэффициент объемного расширения (в пределах 0-100ºС) 0,00046 0,00062
Температура вспышки, ºС
  в открытом тигле
  в закрытом тигле


116
122
Температура воспламенения, ºС 140
Температура самовоспламенения на воздухе, ºС 416

Смешивание ЭГ с водой сопровождается выделением теплоты. Теплота образования гидрата этиленгликоля С2Н4(ОН)2*2Н2О составляет 2,5 Дж/моль. Максимальный тепловой эффект достигается при смешивании 37% (масс.) ЭГ и 63% воды. Чистый этиленгликоль и его водные растворы имеют строго определенный коэффициент рефракции, который используется как показатель, характеризующий состав. Зависимость между концентрацией ЭГ в водных растворах и коэффициентом рефракции линейная.

В нашей стране выпускаются два типа автомобильных ОЖ: Тосол-А40М и Тосол-А-65М (используется исключительно в районах с очень низкой температурой в зимний период). Первый имеет температуру кристаллизации не выше -400С, второй – не выше -650С. Состав ОЖ Тосол-А40М: этиленгликоль – 53%, вода – 44%, присадки 3%. Состав ОЖ Тосол-А-65М: этиленгликоль – 63%, вода – 33%, присадки 4%.

Показатель концентрации ионов водорода рН антифриза должен быть не выше 7,5-8,5. Жидкости, имеющие повышенную щелочную реакцию, вызывают коррозию алюминиевых и латунных двигателей системы охлаждения. Кислая реакция охлаждающих жидкостей также недопустима. Такие жидкости вызывают коррозию всех металлов системы охлаждения.

Склонность жидкости к вспениванию может послужить препятствием к ее применению в качестве теплоносителя, так как при вспенивании возможно нарушение нормальной работы системы охлаждения и утечки жидкости из системы, поэтому в антифризе содержится пеногаситель.


Охлаждающая жидкость — Википедия

Охлажда́ющая жи́дкость (ОЖ) — жидкость, играющая роль теплоносителя в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания и других машин. Современная ОЖ также выполняет другие функции, включая предохранение системы охлаждения от коррозионных процессов и накипи, разрыва из-за расширения при замерзании и нагревании, самой жидкости и так далее.

Одна из наиболее распространённых (и наиболее эффективных в качестве теплоносителя) охлаждающих жидкостей — обычная вода, в особенности не оставляющая накипи мягкая, дистиллированная или деионизированная. Преимуществами воды в качестве охлаждающей жидкости являются, в частности, высокая удельная теплоёмкость, низкая вязкость, высокая текучесть, доступность и низкая цена. Однако вода обладает коррозионной активностью по отношению ко многим металлам (точнее говоря — коррозионной активностью обладает не вода сама по себе, а образующийся из-за содержания в ней примесей слабый электролит, провоцирующий электрохимическую коррозию), а также имеет свойство замерзать при отрицательной температуре с образованием сплошного ледяного монолита, который из-за увеличения объёма при замерзании может серьёзно повредить рубашку водяного охлаждения двигателя и радиаторы. Поэтому в настоящее время как правило используются специальные охлаждающие жидкости, основа состава которых — всё та же вода, но с функциональными добавками (присадками), повышающими её эксплуатационные характеристики.

Охлаждающие жидкости (ОЖ) делятся на две большие категории — летние охлаждающие жидкости и зимние (низкозамерзающие) охлаждающие жидкости, также известные как антифризы. В настоящее время эксплуатационные качества антифризов повысились в такой степени, что в странах с умеренным и холодным климатом они зачастую используются для круглогодичной эксплуатации автотранспорта.

Летние охлаждающие жидкости предназначены для эксплуатации в тёплое время года, а также в тёплом безморозном климате. В большинстве случаев представляют собой дистиллированную или деионизированную воду с добавкой пакета ингибиторов коррозии (как правило выпускается в виде концентрата, на месте добавляемого к воде).

Низкозамерзающая охлаждающая жидкость (антифриз) состоит из воды, как правило — также дистиллированной или деионизированной (около половины состава), низкозамерзающего компонента — в большинстве случаев этиленгликоля, и специальных присадок (ингибиторов коррозии), компенсирующих коррозионную активность воды и этиленгликоля. По большому счёту, этиленгликолевые ОЖ разных сортов отличаются друг от друга только процентным соотношением между водой и этиленгилколем, определяющим температуру начала кристаллизации, а также составом пакета присадок, причём последний зачастую используется стандартный, производства крупных химических концернов, таких, как BASF. Играет свою роль, однако, и качество сырья — в частности, степень чистоты воды и этиленгликоля. В самых дешёвых ОЖ вместо моноэтиленгликоля могут использоваться его суррогаты — диэтиленглколь и другие полигликоли, обладающе худшей химической стабильностью и из-за этого имеющие низкий срок службы. В настоящее время происходит внедрение пропиленгликоля как замены этиленгликоля. Пропиленгликолевые антифризы менее токсичны, но их производство обходится дороже, и они имеют меньшую температуру кипения.

Наряду с этим, для придания охлаждающей жидкости низкотемпературных качеств могут использоваться практически все водные растворы неорганических солей (хлористый натрий, хлористый калий, хлористый кальций), анилин, спирты, глицерин, гликоли, целлозольвы, карбитолы и др. Одним из лучших антифризов является 40-градусный этиловый спирт, распространения которого в таком качестве не произошло из-за высокой стоимости, летучести, воспламеняемости и выраженных психоактивных свойств, вызывавших массовые отравления персонала в автохозяйствах (даже в виде денатурата). Более дешёвый метиловый спирт также использовался в составе некоторых антифризов, однако большой проблемой оказалась его высокая ядовитость, в сочетании с общими для всех одноатомных спиртов высокой испаряемостью и пожароопасностью.

Все охлаждающие жидкости на основе этиленгликоля также весьма ядовиты при приёме внутрь (летальная доза для чистого этиленгликоля — примерно 2 мл/кг массы тела для взрослого). При отравлении гликолевый антифриз воздействует на центральную нервную систему, вызывая потерю координации, слабость, рвоту. Первые симптомы отравления этиленгликолем схожи с алкогольным отравлением, однако через 20…30 минут они сменяются потерей сознания и судорогами; при тяжёлом отравлении в отсутствии лечения смерть наступает через 13-20 дней. Лечение аналогично отравлению метанолом. Поскольку этиленгликолевые ОЖ сладкие на вкус, наиболее подвержены риску отравления дети и домашние животные. В США, например, на территории нескольких штатов обязали производителей добавлять в антифриз горькие вкусовые добавки. Следует отметить, что особую опасность представляют также пары антифриза, например — поступающие в салон при наличии течи в радиаторе отопительной установке или его кране, и способные вызвать хроническое отравление. При таком хроническом ингаляционном отравлении наблюдается раздражение глаз и верхних дыхательных путей, вялость, сонливость. Опасности для жизни ингаляционное отравление обычно не представляет, лечение — общеукрепляющая терапия (витамины, глюкоза внутривенно и т. п.).

«Тосол» — торговое обозначение незамерзающей охлаждающей жидкости, разработанной в СССР, хотя в настоящее время это слово уже стало нарицательным. В качестве антифриза в Тосоле используется этиленгликоль. ТОСОЛ предназначен для охлаждения двигателей автомобилей в любое время года в рамках температур, указанных в марках. Числа 40 и 65, стоящие в марках Тосола, означают начало температуры замерзания марки. Самая низкая температура замерзания системы этиленгликоль-вода составляет около −70 °C.

Внешне стандартный ТОСОЛ-40 представляет собой жидкость голубого цвета, ТОСОЛ-65 — красный. Цвет необходим для определения чёткого уровня ОЖ в расширительном бачке, чтобы не путать разные марки, а также чтобы отличать подтёки охлаждающей жидкости от подтёков других эксплуатационных жидкостей. Изменение цвета охлаждающей жидкости в процессе эксплуатации сигнализирует о потере эксплуатационных свойств ОЖ и необходимости её замены: после определённого периода эксплуатации ТОСОЛ становится сине-зелёным, затем зелёным, жёлтым и, наконец, обесцвечивается. Бесцветная жидкость (а без добавления красителя гликолевый антифриз бесцветен) работала бы не хуже окрашенной, с точки зрения работы охлаждающей жидкости краситель не имеет никакой функциональной нагрузки. Тем не менее, изменение цвета сигнализирует о старении жидкости, в частности — выработке содержащихся в ней ингибиторов коррозии, что существенно снижает её эксплуатационные качества. Скорость изменения цвета зависит от рабочей температуры ОЖ: при работе двигателя с перегревом — порядка 105 °С и выше — ТОСОЛ может пожелтеть уже за 500 часов работы и менее, тогда как при нормальной рабочей температуре — порядка 95 °С — он меняет цвет на зелёный только через 500—600 часов и остаётся таким в течение длительного срока.

Разработчиками рецептуры «Тосола» были Алексей Васильевич Борисов и Оскар Наумович Дымент. Разработчиками технологии получения и организаторами его производства — Чижов Евгений Борисович и Шаталов Марк Петрович. Авторами торгового названия — Кирьян Борис Владимирович и Чижов Евгений Борисович. Коррозионные испытания проводил Тихонов Юрий Владимирович.

Название[править | править код]

Слово «ТОСОЛ» образовано из аббревиатуры «ТОС» — «Технология органического синтеза», отдела НИИ органической химии и технологии, где работали создатели, и окончания «-ол», применяемого для обозначения спиртов (этиленгликоль — это двухатомный спирт). Для примера: «этанол» — этиловый спирт, «этан-1,2-диол» — этиленгликоль. По другой версии, «ОЛ» — сокращение Отдельной Лаборатории, разработавшей вещество.

Основные национальные стандарты на охлаждающие жидкости[править | править код]

  • ГОСТ 28084-89 (Российская Федерация)
  • BS 6580: 1992 (Великобритания)
  • SAE J 1034 (США)
  • ASTM D 3306 (США)
  • ONORM V5123 (Австрия)
  • AFNOR NF R15-601 (Франция)
  • CUNA NC956 16 (Италия)
  • JIS K2234 (Япония)

Низкозамерзающий теплоноситель для высоких температур

Для значительной части отечественных автономных систем теплоснабжения дилеммы, какой жидкий теплоноситель использовать – воду или гликолевые растворы, не существует. При дискретном режиме теплогенерации наличие воды в системе приведет на большей части территории нашей страны как минимум к размораживанию, как максимум – к полному выходу из строя системы.

Большинство ведущих производителей современных бытовых котлов указывают в технических паспортах, что в качестве теплоносителя используется прошедшая подготовку вода. Нетрудно догадаться, что неукоснительное следование этому требованию практически равнозначно для компании сокращению российской рыночной ниши вдвое, а то и втрое. Поэтому в последнее время в технической документации ряда производителей появилась оговорка о возможности применения антифризов в котловом контуре. Но это именно не рекомендация, а оговорка, следование которой, например, может привести к снятию гарантии с теплообменника. И чтобы этого не произошло, компании настаивают на выполнении ряда условий, важнейшим из которых является  использование низкозамерзающих теплоносителей лишь определенных марок.

Нельзя, но можно

По сравнению с водой в качестве теплоносителя гликолевый раствор, во-первых,  имеет большую кинематическую вязкость и меньшую теплоемкость, во-вторых, значительно дороже, в-третьих, требует ревизии всех соединений, в-четвертых, относительно более дешевый по сравнению с пропиленгликолем, раствор моноэтиленгликоля токсичен (смертельная доза 100 мл) и поэтому не должен использоваться при обустройстве ГВС (как в двухконтурных котлах, так и в бойлерах косвенного нагрева).

Но только более низкой теплоемкостью, более высокими вязкостью и коэффициентом объемного расширения, большей вероятностью протечек негативные качества антифризов, увы, не исчерпываются. Они по сравнению с водой имеют еще и более высокую коррозионную активность и вспениваемость. А при перегреве разлагаются с выпадением нерастворимых осадков, изменением характеристик, образованием слоев накипи,  что не только накладывает ряд ограничений на их использование (например, в системах с алюминиевыми отопительными приборами), но и требует внесения добавок-ингибиторов.

Но все эти минусы гликолевых теплоносителей перекрывает один плюс: такие растворы даже при достижении критически низкой  температуры эксплуатации не разрушают систему теплоснабжения. Так, при –25 °С раствор, рассчитанный на температуры до –20 °С, превращается не в монолитный кристалл, разрывающий теплообменники, трубы и отопительные приборы, а в шугу – смесь жидкой и твердой фракций.

           И преимущества воды – дешевого штатного теплоносителя с высокой теплоемкостью и низкой коррозионной активностью – становятся несущественными для значительного числа потребителей: ведь ниже 0 ˚С вода кристаллизуется со значительным увеличением объема (11 %) и создаваемым давлением 2500 бар.

Тосол – не тосол

Часто возникает путаница при употреблении терминов «тосол», «антифриз», «незамерзающий (?) теплоноситель». Тосол –  это водный раствор моноэтиленгликоля, изначально не рассчитанный на эксплуатацию в системах отопления,  и производится он по различным ТУ.

          Все его параметры регламентирует ГОСТ 28084-89 «Жидкости охлаждающие и низкозамерзающие. Общие технические условия», который распространяется на охлаждающие низкозамерзающие жидкости, предназначенные для охлаждения двигателей, а также в качестве рабочих жидкостей в других теплообменных аппаратах, работающих при низких и умеренных температурах. Под таковыми жидкостями понимаются водные растворы этиленгликоля по ГОСТ 19710 с массовой долей воды до 30 % и присадками. Состав  таких растворов, концентрация, смешиваемость жидкостей, срок службы и условия ресурсных испытаний  – не оговариваются.

          Из-за рубежа пришло название антифризы – теплоносители, имеющие низкую ( ниже 0 °С) температуру кристаллизации. В их числе и различные солевые или спиртовые растворы, не нашедшие широкого применения в системах теплоснабжения из-за нестабильности при нагреве.

          Все остальные используемые в бытовых отопительных системах «незамерзайки» можно подразделять на водные растворы этиленгликоля (моноэтиленгликоля),  отличающиеся от автомобильного тосола лишь набором присадок, диэтиленгликоля (физико-химические свойства которого сходны с первым – например, плотность при 20 ˚С  – 1116 кг/м3, удельная теплоемкость 2,09 кДж/кг•К) и пропиленгликоля, основное достоинство которого – нетоксичность, а недостаток – стоимость. Низкозамерзающие жидкости на его основе часто содержат и инновационные присадки, в значительной степени модифицирующие основные характеристики растворов. Сообщая им новые качества, такие присадки (например, карбоксилатные) существенно расширяют и сферу применения  низкозамерзающих растворов.

Основной недостаток этиленгликолевых растворов – токсичность. Причем ядовиты и пары этиленгликоля, растворы которого часто проникают через соединения, герметичные в системах с водяным теплоносителем.  Вполне реальна и угроза попадания токсичного вещества в контур ГВС. 

          Не кристаллизирующиеся при низких температурах (до –68 ˚С в зависимости от концентрации) этилен- и пропиленгликолевые антифризы характеризуются физико-химические свойствами, ухудшающими их параметры как теплоносителя (табл. 1).

Сила в присадках

Тосолы (автомобильные антифризы) разных производителей существенно отличаются друг от друга, в свою очередь, отличается от них и низкозамерзающая жидкость (антифриз) для отопительных систем. Эти отличия ей сообщают присадки, без добавления которых просто разбавленный в той или иной пропорции водой этиленгликоль – жидкость с коррозионной активностью в сотни раз выше, чем у воды и высоким накипеобразованием. А заливка ее в отопительный контур – «гарантия» быстрого выхода из строя теплообменников, арматуры, трубопроводов и отопительных приборов. Присадки сообщают качественным антифризам такие свойства, как предотвращение коррозии стали, чугуна, меди, латуни, алюминия и припоя, способность удалять накипь и предотвращать ее появление, безвредны для  уплотнительных материалов и имеют длительный срок эксплуатации.

          Присадки могут модифицировать не только химические, но и физические параметры смеси – плотность и кинематическую вязкость. Но для расчетов гидравлических схем и теплоотдачи приборов  достаточно знать, из какого вещества приготовлен антифриз и его концентрацию.

          Объем присадок может достигать 3–4 % (обычно – до 2 %). Количество их также сильно различается у различных производителей – от 10 до 40 в высококачественных антифризах. Время жизни присадок (а именно оно лимитирует срок безопасной эксплуатации гликолевых растворов) – от четырех–пяти до десяти лет для штатных условий эксплуатации.  Но даже кратковременный или локальный перегрев может привести к необратимому разложению присадок.

          В традиционных низкозамерзающих жидкостях ингибиторами коррозии служат силикаты, бораты и нитриты. В качестве парофазного ингибитора коррозии используются амины. Существуют бессиликатные ингибиторы для защиты алюминия, меркаптобензтиазол натрия применяется для защиты меди и латуни, бораты или фосфаты –  для поддержания pH.

          В качестве ингибитора кавитационной коррозии обычно используют нитрит. Но помимо того, что он может взаимодействовать с аминами и образовывать канцерогенные вещества, он имеет и другие недостатки. Например, быстрое падение его содержания, переход в неактивные формы. А увеличение его концентрации приводит к коррозии алюминиевых сплавов и припоя.

Кипеть не разрешается

Важнейший параметр для низкозамерзающих жидкостей – максимальные рабочие температуры. Как правило, гликолевые растворы имеют еще один  недостаток – они начинают кипеть при достижении температуры 104–112 °С. Это кажется не столь существенным по сравнению  с такими «минусами», как относительно высокая стоимость и низкая теплоемкость, приводящая к  снижению мощности отопительных приборов, отличным от воды гидравлическим характеристикам, часто приводящих к аварии теплообменника. Казалось бы, для современной автоматики задача не позволять температуре теплоносителя превышать определенные критические значения  не представляет сложности.

Но, во-первых, даже актуальный контроль за температурой в отопительном контуре не  гарантирует от локального перегрева, во-вторых, в поливалентных системах теплоснабжения с  использованием гелиоколлекторов температура теплоносителя может достигать 150 °С.

Некоторые производители, например Clariant, указывают рабочие температуры  низкозамерзающих жидкостей (строго говоря, традиционный термин «теплоноситель» неточен, и его применение оправдано лишь в определенном круге задач – прим. ред.)   значительно выше (рис. 1), иногда встречаются и… «высокотемпературные» низкозамерзающие жидкости, использование которых, по данным производителей, возможно даже до 200 ˚С.

Принципиальное значение этот параметр имеет потому, что при превышении допустимой температуры происходит необратимое, в отличие от воды, разложение гликолевых растворов. Если температура даже в какой-либо одной точке системы превысит критическое для данной марки антифриза значение, произойдет термическое разложение гликоля и антикоррозионных присадок с образованием кислот и выпадением твердых осадков. При выпадении их на нагревательные элементы котла образуется нагар, который приведет к ухудшению теплообмена, образованию новых осадков и дальнейшему перегреву этих участков.

          Образующиеся кислоты взаимодействуют с металлами системы отопления, инициируя их коррозию. Термическое разложение присадок приводит также к потере защитных свойств антифриза по отношению к материалу уплотнителей – резины, паронита и т. п., появлению течей в местах соединений. Перегрев антифриза также вызывает повышенное пенообразование, приводящее к завоздушиванию системы. Исключить перегрев можно, только контролируя режимы работы котла и системы отопления.

Разрешенная «незамерзайка» 

Несколько лет назад на своего рода сенсацию претендовало размещенная на сайте компании ООО «Виссманн» информация о допустимости использования в котлах этой компании низкозамерзающих жидкостей на основе гликолевых растворов. Впрочем, при внимательном ознакомлении становилось ясно, что речь идет  лишь о двух типах (пропилен- и  этиленгликолевого раствора) такого теплоносителя одной марки Antifrogen. Но и это вызвало большой интерес, несмотря на относительно высокую стоимость «незамерзающего» решения от Viessmann, решения, очевидно, не носящего массового характера, но тем не менее создавшего важный прецедент.

Вообще говоря, все котлы компании Viessmann спроектированы с предположением, что теплоносителем будет вода. Но с учетом российских реалий были предложены антифризы Antifrogen L (табл.2) и Antifrogen N, имеющие голубой и бледно-желтый оттенки, соответственно. Их можно использовать в системах теплоснабжения, в том числе поливалентных, и для промышленного применения в холодильных установках. В состав первого входят антикоррозионные добавки и 1,2-полипропиленгликоль.  Рабочий диапазон температур  –25–150 °С, он может использоваться с эластомерами, пластиками и т. п., минимальная концентрация при температуре –10 °С составляет 15% общего объема оборотной воды. В состав второго входит моноэтиленгликоль с минимальной концентрацией 20 % об.,  диапазон рабочих температур начинается с –35 °С. Так же, как и для Antifrogen L, допустимо использование этого антифриза с пластиками и эластомерами.

Проблему защиты от коррозии решают пакеты ингибиторов на основе композиции солей моно- и дикарбоновых кислот (карбоксилатная технология).  Поэтому антифризы нового поколения не содержат силикатов, нитритов, нитратов, фосфатов, боратов и аминов. В табл.3 приведены основные рабочие параметры антифриза Antifrogen L на основе 1,2-пропиленгликоля и антикоррозионных добавок.

Специфика применения новых антифризов

Ингибиторы образуют более тонкую защитную пленку на поверхностях и расходуются в основном только в случае возникновения очагов коррозии. Именно этим обуславливается более длительный нормативный срок эксплуатации антифризов с такими присадками.

При этом применение  новых низкозамерзающих жидкостей  требует более строгого соблюдения регламента и режимов эксплуатации котлов, а неправильное использование антифриза приводит к потере гарантии на оборудование. К котлам компании, в которых предполагается применение таких  антифризов, прилагается подробная инструкция по эксплуатации, содержащая рекомендации, условия применения и требования, гарантирующие сохранение гарантии.

Antifrogen L выполняет двойную функцию как теплоноситель. Во-первых, водный раствор остается жидким при требуемой температуре и, во-вторых, защищает  металлические компоненты системы охлаждения от коррозии. Причем ниже температуры застывания -20 ºС отвержденные смеси не приводят к разрыву трубопроводов . Но при сборке системы необходимо использовать только бесхлорные припои. Нетоксичный пропиленгликоль, обеспечивает основную морозостойкость. Но вследствие его высокой температуры кипения (~187 ºС) не происходит потерь жидкости в результате испарения.

Критические коэффициенты теплопередачи наиболее часто применяемых смесей Antifrogen L/вода незначительно отличаются от аналогичного коэффициента водопроводной воды без примесей при передаче тепла радиаторами. Поэтому количество тепла, которое может быть передано при использовании такой смеси, практически не отличается от аналогичного показателя воды без примесей. Поэтому не возникает необходимость изменять  площадь  теплообменных поверхностей.

Но при передаче тепла в системе «жидкость/жидкость» его количество уменьшается по мере увеличения доли продукта Antifrogen L в смеси. И таким образом, теплообменная поверхность должна быть увеличена в соответствии с измененными значениями показателя теплопроводности k.

А поскольку смеси Antifrogen L/вода имеют более высокие значения вязкости и плотности, чем у чистой воды, при их применении можно ожидать более резкого перепада давления в трубопроводах и ином оборудовании.

В воде, используемой для разбавления продукта Antifrogen L, должно содержаться не более 100 мг/кг хлоридов. Их содержание необходимо учитывать в особенности, если в системы входят компоненты из алюминия или его сплавов. Допустимо применять воду различной жесткости (от 0 до 25º GH), т. е. даже из водопровода.

Но ингибирующие свойства смесей Antifrogen L/вода уменьшаются по мере увеличения доли воды. Таким образом, концентрация Antifrogen L в охлаждающем растворе или в теплоносителе должна быть не менее 25 % общего объема (температура замерзания –10 ºС).

Системы, из которых была удалена жидкость, должны  быть вновь наполнены в течение нескольких дней. В первую очередь это касается использования низкозамерзающей жидкости с карбоксилатными приставками в системах охлаждения и нагрева, а также в поливалентных системах (с гелио- и тепловыми насосами). До добавления в систему смеси Antifrogen L/вода необходимо тщательно проверить состояние коррозии в системе. При необходимости принимаются меры для очистки металлических поверхностей.

Ведь системы, имеющие следы образования ржавчины, не могут впоследствии эксплуатироваться без образования ржавчины даже при использовании продукта Antifrogen L, так как металл может защищаться неравномерно, и возникает перерасход ингибитора.

Рис. 2. Емкость с низкозамерзающим теплоносителем

Существуют и специфические требования к подбору насосного оборудования. Например, компоненты насоса, сделанные из фенольных смол, не соответствуют этим требованиям.

Если в холодильную систему или систему отопления, которая ранее эксплуатировалась с использованием охлаждающего солевого раствора или воды, вводят Antifrogen L, более низкое поверхностное натяжение и связанный с ним эффект ликвидации ржавчины могут привести к проявлению существующей коррозии в виде протечек.

Поэтому эксплуатировавшиеся ранее системы тепло- и холодоснабжения должны пройти тщательную проверку и очистку от коррозии до заполнения их смесью Antifrogen L/вода. Высококачественные прокладки  обеспечивают надлежащее функционирование системы и предотвращение протечек. Испытания подтвердили возможность использования в таких системах высококачественных, устойчивых к воздействию горячей воды прокладок из асбестового волокна (IT). А в качестве сальников могут быть применены графитовые шнуры.

Теплоносители с карбоксилатными присадками (рис. 2) обычно рассчитаны на более длительные, по сравнению с традиционными низкозамерзающими жидкостями, сроки службы –  «Hot Stream – ЭкоПро», «Техноформ» (г. Климовск, Московская обл.), Thermagent («Обнинскоргсинтез»), Arkton («Аметист+», г. Мытищи, Московская обл.), Antifrogen N и L (Clariant, Германия), Thermagent EKO и Thermagent Sol («Обнинскоргсинтез»). Такие теплоносители также экологически безопасны, поскольку получены без использования фосфатов и солей азотных кислот – аминов и нитритов.

Статья из журнала «Аква-терм» №6 (94), 2016г.

Опубликовано: 12 декабря 2016 г.

вернуться назад

Читайте так же:

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о