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.

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.

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?

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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: