Характеристика основних теплоносіїв систем опалення - студопедія
Теплоносієм для опалення може бути будь-яка рідка або газоподібна середовище, що має здатність акумулювати тепло і змінювати свої основні теплотехнічні показники, а також досить рухома і дешева. Разом з тим теплоносій повинен сприяти виконанню вимог, що пред'являються до опалювальної установки
Для опалення будинків і споруд в даний час використовують:
· Воду, водяну пару,
· Органічні теплоносії, температура кипіння за атмосферним тиском перевищує 250 ° С (поліфеніли і ін.), Частіше застосовуються в спеціальних високотемпературних установках.
Дамо порівняльну характеристику цим теплоносія, яка відображає вимоги, що пред'являються до опалювальної установки, а також властивості самих теплоносіїв.
Гази, що утворюються при згорянні твердого, рідкого або газоподібного палива, мають порівняно (високу температуру і застосовні для опалення в тих випадках, коли відповідно до санітарно-гігієнічними вимогами вдається обмежити температуру теплоотдающей поверхні приладів. Через високу температуру продуктів згоряння палива зростають даремні втрати тепла при транспортуванні.
Випуск продуктів згоряння палива в опалювальні приміщення погіршує стан їх повітряного середовища і в більшості випадків є неприпустимим, тому канали для димових газів повинні відрізнятися високою герметичністю і щільністю, а для видалення газів назовні необхідні димоходи, які конструктивно ускладнюють систему опалення і вимагають порушення цілісності стін або покриття будівлі.
Область використання продуктів згоряння як теплоносія обмежена системами місцевого опалення з такими опалювальними установками, як опалювальні печі, газові калорифери і т. П.
Найбільшого поширення в якості теплоносіїв в системах опалення мають вода, пар і повітря.
Порівняємо ці теплоносії як за фізичними властивостями, так і за техніко-економічними, санітарно-гігієнічним та експлуатаційним показниками, важливим для вибору системи опалення.
Перш за все перерахуємо фізичні властивості кожного з теплоносіїв. відбиваються на конструкції і дії системи опалення.
великі теплоємність (4,187 кДж / (кг С) і щільність (1000 кг / м3 при 4 С), нестисливі, розширення при нагріванні зі зменшенням щільності, підвищення температури кипіння при збільшенні тиску, зменшення абсорбції повітря при нагріванні і зниженні тиску.
мала теплоємність і щільність, легка рухливість, зменшення щільності при нагріванні.
Істотним техніко-економічним показником є маса металу. витрачається при тому чи іншому теплоносії на виготовлення теплообмінника, опалювальних приладів і теплопроводів, що впливає на вартість пристрою і експлуатації системи опалення.
При теплоносії повітря площа нагрівальної поверхні калорифера зменшується в порівнянні з площею опалювальних приладів при двох інших теплоносіях. При теплоносії пар площа (і маса) опалювальних приладів менше, ніж при теплоносії воді, що пояснюється більш високою температурою парових приладів.
Якщо при парі температура теплоносія в приладі дорівнює температурі насиченої пари (наприклад, 150 ° С), то при воді ця температура може бути дорівнює напівсумі температури води, що входить і виходить з приладу [наприклад, (150 + 70) 0,5 = 110 ° З]. У цьому прикладі співвідношення площ нагрівальної поверхні парових і водяних приладів приблизно дорівнює (110 - 20): (150 - 20) = 9: 13 (20 ° С - температура повітря в приміщенні).
Витрата металу на теплопроводи зростає зі збільшенням площі їх поперечного перерізу.
Визначимо співвідношення площ поперечного перерізу теплопроводів, за якими транспортуються вода, пар і повітря в обсягах, необхідних для передачі приміщення однакової кількості тепла. Приймемо, що для опалення використовується вода, температура якої знижується від 150 до 70 ° С, пар, що має надлишковий тиск 0,37 МПа або 3,8 кгс / см2, і повітря, охолоджується від гранично допустимої нормами температури 70 ° С до температури приміщення 15 ° С.
Аналогічні розрахунки при використанні для опалення низькотемпературної води (95 ° С) і пара низького надлишкового тиску 0,02 МПа (0,2 кгс / см2) виявляють подібну закономірність - для повітря необхідна площа поперечного перерізу теплопроводу приблизно в 100 разів більша, ніж для води або пара. Це пов'язано зі здатністю води акумулювати значну кількість тепла в одиниці об'єму, властивістю пара переміщатися з високою швидкістю та малої теплоакумуляційної здатністю повітря.
Таким чином, за площею поперечного перерізу теплопроводів повітря є найменш вигідним теплоносієм. При значній довжині повітроводів, коли через малу теплоємності і збільшеною теплоотдающей поверхні повітря помітно охолоджується в дорозі, застосовувати його в якості теплоносія недоцільно. Тому для теплопостачання використовується не повітря, а вода або пар. Нагадаємо, що в СРСР найбільшого поширення набула водяна теплофікація на базі будівництва теплоелектроцентралей (ТЕЦ).
Порівняємо також теплоносії воду, пар і повітря по санітарно-гігієнічним показникам і в першу чергу за температурними умовами. створюються в приміщенні при використанні того чи іншого теплоносія. Повітря, як малотеплоемкій теплоносій, повністю відповідає вимозі постійно підтримувати в приміщенні певну температуру незалежно від коливання температури зовнішнього повітря. Температура води, як і теплоносія повітря, також може змінюватися в широких межах, однак через теплової інерції опалювальних приладів з водою можливе деяке зміна температури приміщення навіть при автоматичному регулюванні теплопередачі приладів.
Планомірне зміна температури теплоносіїв повітря і води в залежності від температури зовнішнього повітря (з якою пов'язані тепловтрати приміщень), зване якісним регулюванням, практично неможливо при теплоносії парі. Температура насиченої пари визначається, як відомо, його тиском. При значній зміні тиску пара в системі опалення не відбувається помітної зміни його температури, а отже, теплопередачі опалювальних приладів. Наприклад, при зниженні надлишкового тиску з 0,05 до 0,005 МПа, т. Е. В 10 разів, температура пара знижується з 110,8 до 100,4 ° С, т. Е. Тільки на 10%. Для зменшення теплопередачі приладів доводиться періодично їх вимикати, що викликає коливання температури приміщень, яке суперечить гігієнічному вимогу.
Інша санітарно-гігієнічна вимога обмежувати температуру поверхні опалювальних приладів обумовлено явищем розкладання і сухий сублімації органічної пилу, що супроводжується виділенням шкідливих речовин, зокрема окису вуглецю. Розкладання пилу починається при температурі 65-70 ° і інтенсивно протікає на поверхні, що має температуру понад 80 ° С.
При використанні води температура поверхні опалювальних приладів постійно нижче, ніж при застосуванні пара з однаковою початковою температурою. Це, як уже відомо, пов'язано зі зниженням температури води в приладах при теплопередачі, а також в системі в цілому - при підвищенні температури зовнішнього повітря. Отже, застосування води дозволяє підтримувати середню температуру поверхні приладів майже весь опалювальний сезон на рівні не вище 80 ° С. При теплоносії парі температура поверхні більшості опалювальних приладів перевищує гігієнічний межа.
У центральних системах повітряного опалення можлива очищення повітря, що нагрівається від пилу, і такі системи будуть гігієнічними. У місцевих системах розкладання пилу на поверхні теплообмінника залежить від виду первинного теплоносія: воно неминуче при парі і пов'язане з температурою води.
Експлуатаційні показники трьох зіставляються теплоносіїв частково вже розглянуті при їх техніко-економічної та санітарно-гігієнічній оцінці. Можна ще відзначити відмінність в їх щільності. Щільність води істотно відрізняється від щільності пара (в 400-1500 разів) і повітря (в 900 разів), що викликає значне гідростатичний тиск в опалювальних приладах систем водяного опалення багатоповерхових будівель і обмежує висоту систем.
Повітря і вода можуть переміщатися в теплопроводах безшумно (до певної швидкості руху). Часткова конденсація пара через попутної втрати тепла паропроводами (поява, як кажуть, попутного конденсату) викликає шум (потьохкування, стукіт і удари) при русі пара.
Підсумуємо порівняльні переваги і недоліки теплоносіїв - води, водяної пари і атмосферного повітря.
Переваги води як теплоносія:
При використанні води, як теплоємність теплоносія, що змінює в широких межах температуру,
· Скорочується площа поперечного перерізу труб,
· Обмежується температура поверхні опалювальних приладів,
· Забезпечується рівномірність температури приміщень,
· Зменшуються даремні втрати тепла,
· Забезпечуються безшумність дії і порівняльна довговічність систем опалення.
· Застосування води відносяться значні гідростатичний тиск
· Витрата металу в системах;
· Теплова інерція води в опалювальних приладах, що знижує якість регулювання їх теплопередачі.
Переваги пара як теплоносія:
При використанні пара
· Скорочуються площі поверхні опалювальних приладів і поперечного перерізу конденсатопроводів.
· Пар - легкорухливий теплоносій,
· Пар швидко прогріває приміщення, має малу теплову інерцію і незначним гідростатичним тиском.
· Пар не сприяє необхідному регулювання температури теплоносія,
· Підвищує температуру поверхні приладів до 100 ° С і більше,
· Викликає прискорену корозію труб.
· При застосуванні пара збільшуються експлуатаційні витрати на опалення, створюються труднощі при його використанні,
· Виникає шум при дії,
· Збільшуються непотрібні втрати тепла і витрата палива.
Переваги повітря як теплоносія:
· Повітря - малотеплоемкій, легкорухливий, добре регульований (по температурі і кількості) теплоносій, що забезпечує швидку зміну або рівномірність температури приміщень, безпечний в пожежному відношенні.
· При використанні повітря можливе усунення опалювальних приладів з приміщень і здійснення вентиляції приміщень.
· Істотне збільшення площі поперечного перерізу і маси повітропроводів,
· Зростання непотрібних втрат тепла,
· Витрати теплоізоляційного матеріалу і палива,
· Помітне зниження його температури по довжині повітроводів.
Антифризи для систем опалення:
мінуси:
У порівнянні з водою:
1. Вартість незамерзайки цілком висока, особливо незамерзаек імпортних (додано пізніше).
2. висока в'язкість (в 2-3-4 рази вище), що вимагає більш потужних циркуляційних насосів, рази в півтора,
3. Низька теплопровідність, що тягне збільшення потужності радіаторів на 30-40%, в залежності від характеристик антифризу можливо і на 50%, збільшення витрати енергії (газ, електрику, соляру) для нагріву опалювальної системи, що збільшує рахунки на їх оплату, збільшення потужності котла - теж додаткові витрати (додано пізніше),
4. Низька теплоємність (система остигає набагато швидше).
5. Об'ємне розширення вище відсотків на 50, що вимагає установки розширювальний бак.
6. Підвищена плинність (проникність). До сполукам пред'являються набагато більші вимоги, всі з'єднання повинні бути доступні до обслуговування.
7. Етіленгліколевие з'єднання при певному нагріванні розкладаються на ще більш активні складові.
8. етиленгліколь отрута. Для втрати зору досить щось в районі 30 грам, 100 або 150 грам - смерть. Пари етиленгліколю також отруйні. Незамерзайки на інших засадах позиціонуються як неотруйні, однак при потраплянні на шкіру рекомендується змити великою кількістю води, при попаданні на слизові або всередину терміново звернутися до лікаря.
9. Основна маса виробників котельного обладнання безпосередньо не дозволяє застосування незамерзаек.
Мінімальна вірогідність розморожування труб системи опалення
Антифризи на основі етиленгліколю набули широкого поширення, як за кордоном, так і у нас і вважаються найбільш оптимальним теплоносієм. Найчастіше, під поняттям "антифриз" розуміють рідина, що складається з етиленгліколю і води. Звичайно, при правильному співвідношенні цих складових, розчин буде забезпечувати певну температуру замерзання. Однак, в такому вигляді її можна використовувати в системах опалення, так як вона є корозійно-агресивною рідиною і в неї обов'язково потрібно вводити інгібітори корозії, антивспенивающие, антінакіпние і інші присадки. Не варто використовувати в якості теплоносія, відомий всім автовласникам "Тосол". Він не розрахований на роботу в системах опалення, особливо, якщо є поєднання алюмінієвих радіаторів з трубами з чорних металів. Та й найякісніший тосол, не розрахований на такий тривалий нагрів.
· Для індивідуальних систем опалення найчастіше використовують такі низкозамерзающие рідини. як "Аргус - Хатдіп", "Хот - Блад", "Диксис", "Нордіск", "Теплий дім". "Аргус - Хатдіп" не дуже добре зарекомендував себе в якості теплоносія - на нього було багато нарікань. Найбільший його мінус, - він "згорав" в системі. Пов'язано це з тим, що в ньому практично відсутні присадки забезпечують стабільність теплоносія. До того ж він має низькі антикорозійні властивості. "Хот - Блад", "Текс" - найбільш доступні і якісні рідини. Непогані відгуки і про "Хот Блад Еко". У ньому замість етиленгліколю використовується нетоксичний пропіленгліколь.
А тепер поговоримо про правила використання побутового антифризу.
Побутовий антифриз можна використовувати в опалювальних системах практично з будь-якими видами опалювальних котлів: твердопаливними, газовими, рідкопаливними. Виняток становлять електричні системи, в яких нагрів теплоносія відбувається за рахунок пропускання через нього електричного струму. У більшості випадків, основу побутового антифризу становить моноетиленгліколь, в який додані спеціальні присадки для додання теплоносія антівспенівающіе і антикорозійних властивостей, а так само спеціальні добавки для пом'якшення води, яку використовують для розведення антифризу. Зазвичай антифриз має рожево - червоний колір.
Температура замерзання побутового антифризу становить близько - 65 градусів. Що б отримати рідина з потрібною температурою замерзання, антифриз розбавляють водою.
Антикорозійні властивості антифризу зберігаються протягом 5-ти років безперервної роботи (10 опалювальних сезонів). Низкозамерзающие властивості можуть зберегтися і набагато довше, однак антикорозійні властивості зазвичай сильно послаблюються або втрачаються повністю. Для їх відновлення слід додати в теплоносій відповідні присадки або повністю оновить його.