Теплоносії систем опалення

Перенесення тепла в системах опалення здійснюється за допомогою рідкого або газоподібного середовища, званої теплоносієм.

Первинний теплоносій - теплоносій, циркулює в зовнішньої теплової мережі. Вторинний теплоносій - теплоносій, циркулює в системі опалення будівлі.

Види теплоносіїв:

• вода
• повітря
• Пар (водяний)
• мінеральні масла
• димові гази
• Антифриз (водний розчин етіленпропіленгліколя)
• Вода з добавками

Вимоги до теплоносія:

• переносити максимум тепла за короткий кількість часу по периметру робочої ділянки (наприклад, приватного будинку);
• при цьому тепловтрати повинні бути мінімальними;
• володіти невеликою в'язкістю, так як цей показник впливає на швидкість прокачування, отже, величину ККД;
• не повинен бути причиною виникнення корозії складових частин і механізмів системи, інакше виникне обмеження при їх виборі;
• повинен бути безпечним для мешканців будинку, тобто не перевищувати норми по температурі спалаху або токсичності (ті ж вимоги і до парам рідини).

Для опалення будинків і споруд в даний час переважно використовують воду або атмосферне повітря, набагато рідше водяна пара або нагріті гази. Залежно від виду використовуваного в системі опалення теплоносія їх прийнято називати системами водяного, парового, повітряного або газового опалення.

Порівняємо характерні властивості зазначених видів теплоносія при використанні їх в системах опалення.

Гази. утворюються при спалюванні твердого, рідкого або газоподібного органічного палива, мають порівняно високу температуру і застосовуються в тому разі, коли відповідно до санітарно-гігієнічними вимогами вдається обмежити температуру теплоотдающей поверхні опалювальних приладів. Високотемпературні продукти згоряння палива можуть випускатися безпосередньо в приміщення або споруди, але при цьому погіршується стан їх повітряного середовища, що в більшості випадків неприпустимо. Видалення ж продуктів згоряння назовні по каналах ускладнює конструкцію і знижує ККД опалювальної установки. При цьому виникає необхідність вирішення екологічних проблем, пов'язаних з можливим забрудненням атмосферного повітря продуктами згоряння поблизу опалювальних об'єктів. Область використання гарячих газів обмежена опалювальними печами, газовими випромінювачами та іншими подібними місцевими опалювальними установками.

На відміну від гарячих газів вода, повітря і пар використовуються багаторазово в режимі циркуляції і без забруднення навколишнього будівлю середовища.

Вода являє собою рідку, практично нестисливої ​​середу зі значною щільністю і теплоємністю. Вода змінює щільність, обсяг і в'язкість в залежності від температури, а температуру кипіння - в залежності від тиску, здатна поглинати (сорбувати) або виділяти розчинні в ній гази при зміні температури і тиску.

Повітря також є легкорухливою середовищем з порівняно малими в'язкістю, щільністю і теплоємністю, що змінює щільність і обсяг в залежності від температури.

Порівняємо ці три теплоносія за показниками, важливим для виконання вимог, що пред'являються до системи опалення.

Одним з санітарно-гігієнічних вимог є підтримка в приміщеннях рівномірної температури. За цим показником перевага перед іншими теплоносіями має повітря. При використанні нагрітого повітря - теплоносія з низькою теплоїнерційною - можна постійно підтримувати рівномірної температуру кожного окремого приміщення, швидко змінюючи температуру повітря, що подається. При цьому одночасно з опаленням можна забезпечити вентиляцію приміщень.

Застосування в системах опалення гарячої води також дозволяє підтримувати рівномірну температуру приміщень, що досягається регулюванням температури подається в опалювальні прилади води. При такому регулюванні температура приміщень все ж може трохи відхилятися від заданої (на 1 ... 2 ° C) внаслідок теплової інерції мас води, труб та приладів.

При використанні пара температура приміщень нерівномірна, що суперечить гігієнічним вимогам. Нерівномірність температури виникає через невідповідність теплопередачі приладів при незмінній температурі пара (при постійному тиску), що змінюються тепловтрат приміщення протягом опалювального сезону. У зв'язку з цим доводиться зменшувати кількість подаваного в прилади пара і навіть періодично відключати їх, щоб уникнути перегрівання приміщень при зменшенні їх тепловтрат.

Інша санітарно-гігієнічна вимога - обмеження температури зовнішньої поверхні опалювальних приладів - викликано явищем розкладання і сухий сублімації органічної пилу на нагрітої поверхні, що супроводжується виділенням шкідливих речовин, зокрема, окису вуглецю. Розкладання пилу починається при температурі 65 ... 70 ° C і інтенсивно протікає на поверхні, що має температуру понад 80 ° C.

При використанні пара як теплоносій температура поверхні більшості опалювальних приладів і труб постійна і близька або вище 100 ° C, т. Е. Перевищує гігієнічний межа. При опаленні гарячою водою середня температура нагрітих поверхонь, як правило, нижче, ніж при застосуванні пара. Крім того, температуру води в системі опалення знижують для зниження теплопередачі приладів при зменшенні тепловтрат приміщень. Тому при теплоносії воді середня температура поверхні приладів протягом опалювального сезону практично не перевищує гігієнічного межі.

Слід зазначити, що через високу щільності води (більше щільності пара в 600 ... 1500 разів і повітря в 900 разів) в системах водяного опалення багатоповерхових будівель може виникати руйнує гідростатичний тиск.

Повітря і вода до певної швидкості руху можуть переміщатися в теплопроводах безшумно. Часткова конденсація пара внаслідок попутних тепловтрат через стінки паропроводів і появи попутного конденсату викликає шум (клацання, стуки і удари) при русі пара.

У суворих умовах зими в деяких випадках рекомендується використовувати в системі опалення спеціальний незамерзаючий теплоносій - антифриз. Антифризами є водні розчини етиленгліколю та інших гликолей, а також розчини деяких неорганічних солей. Будь-антифриз є досить токсичною речовиною, що потребує особливої ​​з нею поводження. Його використання в системі опалення може привести до деяких негативних наслідків (прискорення корозійних процесів, зниження теплообміну, зміна гідравлічних характеристик, завоздушіваніе і ін.). У зв'язку з цим, застосування антифризу як теплоносій в кожному конкретному випадку має бути досить обґрунтованим.

Перерахуємо переваги і недоліки основних теплоносіїв для опалення.

При використанні води забезпечується досить рівномірна температура приміщень, можна обмежити температуру поверхні опалювальних приладів, досягається безшумність руху в теплопроводах. Недоліком є ​​великий гідростатичний тиск в системах. Теплова інерція води уповільнює регулювання теплопередачі опалювальних приладів.

При використанні пара досягається швидке прогрівання приладів і опалювальних приміщень. Гідростатичний тиск пара в вертикальних трубах в порівнянні з водою мінімально. Однак пар як теплоносій не відповідає санітарно-гігієнічним вимогам, рух його в трубах супроводжується шумом.

При використанні повітря можна забезпечити швидку зміну або рівномірність температури приміщень, уникнути установки опалювальних приладів, поєднувати опалення з вентиляцією приміщень, досягати безшумності його руху в повітроводах і каналах. Недоліками є його мала теплоакумулююча здатність, значні площа поперечного перерізу і витрата металу на повітроводи, відносно велика зниження температури по їх довжині.

В даний час застосовують центральні системи в основному водяного і, значно рідше, парового опалення, місцеві і центральні системи повітряного опалення, а також пічне опалення в сільській місцевості.