Виды теплоносителей для системы отопления, их оптимальные параметры и пример расчета объема

Эффективная работа водяной системы отопления возможна только при правильном выборе теплоносителя. Перед созданием проекта теплоснабжения необходимо заранее определиться с его типом, узнать основные технические и эксплуатационные характеристики. Существуют определенные параметры, свойственные для теплоносителя системы отопления: температура, объем теплового расширения, вязкость.

Функции теплоносителя в системе отопления

Как правильно выбрать жидкость теплоноситель для отопления? Для этого следует определиться с его назначением для систем теплоснабжения. Расчет его характеристик входит в проектирование. Поэтому необходимо знать функциональные особенности воды или антифриза в отоплении.

Теплоносители для отопления
Теплоносители для отопления

Основная задача, которую должен выполнять безопасный теплоноситель для систем отопления – это передача тепловой энергии от котла батареям и радиаторам.

В автономном отоплении этот процесс осуществляется с помощью нагревательного элемента, который повышает температуру теплоносителя до требуемого уровня. Затем температурное расширение и работа циркуляционного насоса создают должную скорость горячей воды для ее транспортировки к радиаторам системы.

До того как рассчитать объем теплоносителя в системе отопления рекомендуется ознакомиться с его второстепенными функциями:

  • Частичная защита стальных элементов от коррозии. Это будет происходить только при минимальном содержании кислорода в воде и отсутствии вспенивания. Было замечено, что в незаполненном отоплении ржавление происходит намного быстрее;
  • Охладитель для циркуляционного насоса. Наиболее распространенная модель насоса имеет так называемый «мокрый ротор». Даже если будет достигнута максимальная температура теплоносителя в системе отопления — он все равно будет снижать уровень нагрева силового агрегата насоса.

На эти функции влияют параметры теплоносителя системы отопления. Поэтому при выборе следует внимательно изучить характеристики воды или антифриза. В противном случае фактические параметры теплоснабжения не будут совпадать с расчетными, что приведет к созданию аварийной ситуации.

Даже если в системе отопления залита простая вода – ее нельзя использовать для горячего водоснабжения дома. В процессе эксплуатации меняется содержание и параметры теплоносителя системы отопления

Виды теплоносителя для отопления

В качестве циркулирующей жидкости можно использовать воду и некоторые типы антифризов. Это не влияет на количество теплоносителя в системе отопления, но сказывается на теплоотдаче, скорости движения и требованиям к безопасности системы.

Система отопления частного дома
Система отопления частного дома

Для выявления наиболее приемлемого варианта необходимо сравнение теплоносителей для систем отопления. Чаще всего используют обычную воду. Это объясняется ее доступной стоимостью, хорошими показателями теплоемкости и плотности. При прекращении работы котла она еще некоторое время может аккумулировать полученное тепло для передачи его поверхности батарей. При этом объем теплоносителя в системе отопления останется прежним.

Однако несмотря на свои положительные свойства, вода имеет ряд недостатков:

  • Замерзает. При воздействии отрицательных температур происходит кристаллизация и увеличение объема. Именно это является причиной повреждения труб и радиаторов. Поэтому должна поддерживаться оптимальная температура теплоносителя в системе отопления;
  • Содержание примесей. Это относится к обычной воде. Зачастую именно это становится причиной появления накипи на батареях, радиаторах и теплообменнике котла. Специалисты рекомендуют использовать дистиллированные жидкости, в которых процент содержания щелочей, солей и металлов минимален;
  • При большом содержании кислорода провоцирует процесс ржавления. Это в большей мере свойственно для открытых систем отопления. Но и в закрытых схемах теплоснабжения со временем в воде может увеличиться % содержания кислорода.

В тоже время вода может использоваться как теплоноситель для алюминиевых радиаторов отопления. При соблюдении состава жидкости и минимальном количестве кислорода в ней не будут происходить разрушающие процессы.

Если условия эксплуатации отопительной системы подразумевают возможность воздействия отрицательных температур — следует использовать другой вид циркулирующей жидкости. Как выбрать теплоноситель для систем отопления в этом случае, и какими критериями следует руководствоваться?

Антифриз для системы отопления
Антифриз для системы отопления

Одним из определяющих параметров является температура замерзания. Для антифризов она может быть равна от -20°С до -60°С. Это позволяет эксплуатировать теплоснабжение даже в условиях отрицательных температур без возникновения поломок.

Однако антифризы имеют большую плотность, чем вода – оптимальная скорость теплоносителя в системе отопления в этом случае может быть достигнута только при установке мощного циркуляционного насоса.

В зависимости от состава и компонентов бывают следующие типы антифризов:

  • Этиленгликоль. Характеризуется низкой стоимостью, но крайне токсичен. Не рекомендуется для автономного отопления частного дома;
  • Пропиленгликоль. Полностью безопасен для здоровья человека. Имеет худший коэффициент теплопроводности, чем жидкость на основе этиленгликоля. Отличается высокой стоимостью;
  • Антифризы на основе глицерина. Именно его чаще всего выбирают в качестве жидкости-теплоносителя для отопления. Цена намного меньше, чем у пропилен-гликолевых составов, не токсичен, обладает хорошим показателем теплоемкости.

Нужно знать, что расчет количества теплоносителя в системе отопления для антифризов будет сложнее. Это объясняется их вспениванием при достижении максимальной температуры. Для минимизации этого явления производители добавляют в состав жидкости специальные ингибиторы и присадки.

Перед приобретением безопасного теплоносителя для систем отопления следует ознакомиться с рекомендациями от производителей котла и радиаторов. Не все типы незамерзающей жидкости можно использовать для алюминиевых радиаторов и газовых котлов.

Основные характеристики теплоносителя для отопления

Определить заранее расход теплоносителя в системе отопления можно лишь после анализа его технических и эксплуатационных параметров. Они повлияют на характеристики всего теплоснабжения, а также скажутся на работе других элементов.

Дистиллированная вода для отопления
Дистиллированная вода для отопления

Так как свойства антифризов зависят от их состава и содержания дополнительных примесей, будут рассмотрены технические параметры для дистиллированной воды. Для теплоснабжения следует использовать именно дистиллят – полностью очищенную воду. При сравнении теплоносителей для систем отопления можно определить, что проточная жидкость содержит большое количество сторонних компонентов. Они негативно влияют на работу системы. После использования в течение сезона на внутренних поверхностях труб и радиаторов образуется слой накипи.

Для определения максимальной температуры теплоносителя в системе отопления следует обращать внимание не только на его свойства, но и на ограничения в эксплуатации труб и радиаторов. Они не должны пострадать при повышенном термическом воздействии.

Рассмотрим самые значимые характеристики воды, как теплоносителя для алюминиевых радиаторов отопления:

  • Теплоемкость – 4,2 кДж/кг*С;
  • Массовая плотность. При средней температуре +4°С она составляет 1000 кг/м³. Однако во время нагрева удельная плотность начинает снижаться. При достижении +90°С она будет равна 965 кг/м³;
  • Температура кипения. В открытой системе отопления вода закипает при температуре +100°С. Однако если увеличить давление в теплоснабжении до 2,75 атм. — максимальная температура теплоносителя в системе теплоснабжения может составлять +130°С.

Немаловажным параметром в работе теплоснабжения является оптимальная скорость теплоносителя в системе отопления. Она напрямую зависит от диаметра трубопроводов. Минимальное значение должно составлять 0,2-0,3 м/с. Максимальная скорость ничем не ограничивается. Важно, что бы в системе поддерживалась оптимальная температура теплоносителя в отоплении по всему контуру и отсутствовали посторонние шумы.

Однако профессионалы предпочитают руководствоваться норами старого СНиПа 1962 г. В нем указаны предельные значения оптимальной скорости теплоносителя в системе теплоснабжения.

Диаметр трубы, мм

Максимальная скорость воды, м/с

25

0,8

32

1

40 и более

1,5

Превышение этих значений скажется на расходе теплоносителя в системе отопления. Это может привести к увеличению гидравлического сопротивления и «ложным» срабатываниям спускного предохранительного клапана. Следует помнить, что все параметры теплоносителя системы теплоснабжения должны быть предварительно рассчитаны. Это же касается оптимальной температуры теплоносителя в системе теплоснабжения. Если проектируется низкотемпературная сеть — можно не придавать этому параметру значения. Для классических схем максимальное значение нагрева циркулирующей жидкости напрямую зависит от давления и ограничений по трубам и радиаторам.

Для правильного выбора теплоноситель для систем отопления предварительно составляют температурный график работы системы. Максимальные и минимальные значения нагрева воды не должны быть ниже 0°С и выше +100°С

Расчет объема теплоносителя в отоплении

Перед заполнением системы теплоносителем необходимо правильно рассчитать его объем. Он напрямую зависит от схемы теплоснабжения, количества компонентов и их габаритных характеристик. Именно они влияют на количество теплоносителя в системе отопления.

Виды труб для отопления
Виды труб для отопления

Сначала анализируются параметры подающей магистрали. Важное значение имеет материал ее изготовления. Для вычисления объема теплоносителя в системе отопления необходимо знать внутренний диаметр трубы. Согласно современным нормативам в артикуле стальных трубопроводов дается внутренний размер сечения, а для пластиковых принят наружный. Поэтому в последнем случае необходимо вычесть две толщины стенки.

Для того чтобы самостоятельно рассчитать объем теплоносителя в системе отопления не нужно делать вычисления. Достаточно воспользоваться данными из нижеприведенной таблицы. С ее помощью можно сделать расчет количества теплоносителя в системе теплоснабжения.

Диаметр, мм

Объем теплоносителя (л) в 1 м.п. трубы, в зависимости от материала изготовления

Стальные

Полипропиленовые

Металлопластиковые

15

0,177

0,098

0,113

20

0,314

0,137

0,201

25

0,491

0,216

0,314

32

0,804

0,353

0,531

40

1,257

0,556

0,865

Имея эту информацию достаточно по схеме теплоснабжения определить протяженность труб определенного диаметра и умножить получившееся значение на объем в 1 м.п. Таким способом рассчитывается объем теплоносителя в системе теплоснабжения, но только в трубах.

Размеры радиатора отопления
Размеры радиатора отопления

Но помимо подающих магистралей в схеме отопления присутствуют радиаторы и батареи. Они также влияют на объем теплоносителя в системе теплоснабжения. Каждый производитель указывает точную вместительность отопительного прибора. Поэтому оптимальным вариантом расчета буде изучение паспорта батареи и определение количества требуемой жидкости теплоносителя для теплоснабжения.

Если же это невозможно по ряду причин – можно воспользоваться приблизительными цифрами. Стоит отметить, что при большом количестве батарей погрешность вычислений будет увеличиваться. Поэтому для точного расчета количества теплоносителя в системе теплоснабжения рекомендуется узнать паспортные характеристики батареи. Это можно сделать на сайте производителя в разделе технической информации.

В таблице показан средний объем теплоносителя для одной секции в алюминиевых, биметаллических и чугунных радиаторов отопления.

Тип радиатора

Межцентровое расстояние, мм

300

350

500

Алюминиевые

0,36

0,44

Биметаллические

0,16

0,2

Чугунные

1,1

1,45

Эти цифры необходимо умножить на общее количество секций в системе отопления. Затем к полученным данным следует прибавить уже рассчитанный объем воды в трубах и можно определить общее количество теплоносителя в системе отопления.

Однако следует помнить, что при сравнении теплоносителей для систем теплоснабжения отмечалось, что со времен объем может уменьшаться по объективным причинам. Поэтому для поддержания работоспособности системы следует периодически добавлять в нее теплоноситель.

Для точного расчета объема расчета воды в системе отопления необходимо учитывать вместительно теплообменника котла. Для твердотопливных моделей этот показатель может составлять несколько десятков литров. У газовых он несколько ниже.

Способы заполнения систему отопления теплоносителем

Определившись с типом теплоносителя и вычислив его объем в отоплении остается решить ее одну задачу – как добавлять воду в систему. Это важный пункт в проектировании теплоснабжения, так как при достижении критического уровня воды может выйти из строя теплообменник котла и радиаторы.

Узел подпитки закрытой системы отопления
Узел подпитки закрытой системы отопления

Для отрытой системы теплоснабжения добавление воды может осуществляться через расширительный бак, расположенный в самой высокой точке системы.

Для этого необходимо провести подающую магистраль и подключить ее к конструкции бака. При снижении объема теплоносителя достаточно включить подачу новой порции воды для дополнения системы.

Заполнение закрытой системы осуществляется по другой схеме. В ней должен быть предусмотрен узел подпитки. Этот компонент располагается на обратной трубе, перед расширительным баком и циркуляционным насосом. В комплектацию подпиточного узла входят следующие компоненты:

  • Запорная арматура, устанавливаемая на подключаемом патрубке;
  • Обратный клапан, предотвращающий изменение направления потока теплоносителя;
  • Сетчатый фильтр.

Для автоматизации работы узла можно установить на кран сервомеханизм. Он подключается к датчику давления. При снижении показателя давления сервомеханизм открывает кран и тем самым добавляет в систему теплоноситель.

В видеоролике рассказывается о параметрах выбора теплоносителя для отопительной системы: