В качестве теплоносителя в отоплении используется чаще всего вода, однако иногда применяют и антифриз. Зачем необходимо его использование и как выбрать антифриз для систем отопления мы рассмотрим ниже.
Универсальным теплоносителем для систем отопления долгое время считалась исключительно вода. Этому способствовали ее физико-химические свойства, в том числе удельная теплоемкость равная 4,169 кДж/кг.
Что такое этиленгликоль
В то время производство антифризов не было приоритетом для химических комбинаций, при этом количество автомобилей на рынке было очень низким. Вот почему следующая «история» циркулирует для производства и последующего производства антифриза на основе этиленгликоля.
Поскольку в то время не существовало положений по охране окружающей среды, отходы, полученные в результате производства, были сброшены в реку Канава. Было замечено, что, когда отходы выгружались, ледниковый мост у завода плавился и не замерзал даже в периоды, когда температура была значительно ниже 0 градусов. Это явление побудило специалистов на его фабрике собрать эти отходы и обнаружить, что он очень богат этиленгликолем. Впоследствии они захватили эти отходы и предложили их в качестве антифриза для производителей автомобилей.
Существует несколько факторов, которые ограничивают использование воды в качестве универсального теплоносителя:
- Температура перехода вещества из жидкого состояния в твердое, которая для воды довольно высока (0 °С);
- При замерзании объем воды увеличивается в среднем на 10 %, что приводит к повреждениям сетей, в которых находится вода при замерзании.
Поэтому для решения определенных задач необходимо использовать теплоносители с более гибкими свойствами. Оптимальная и эффективная работа может быть обеспечена тем, что используется в качестве теплоносителя вместо воды антифриз для
По мере развития автомобильной промышленности все чаще появляется возможность определять и производить антифриз, который обеспечит, помимо защиты от замерзания и защиты металлических компонентов схемы. На солнечных установках во избежание риска замерзания зимой используйте специальную солнечную чешуйку. Это устройство может легко определить точку замерзания солнечных систем. Устройство может измерять солнечную чешуйку на основе этиленгликоля или пропиленгликоля.
Рефрактометр - проверьте концентрацию солнечного антифриза. Поднимите пластиковую пластину и поставьте 2-3 капли дистиллированной воды поверх рефрактометра. Закройте пластиковую пластину так, чтобы вода простиралась по всей поверхности призмы, не создавая пузырьки воздуха или оставляя сухие пятна. Прежде чем перейти к следующему шагу, подождите около 30 секунд, пока калибратор не будет откалиброван. Эта операция позволяет настроить устройство на температуру окружающей среды рефрактометра. Ориентируйте призму рефрактометра на источник света и посмотрите в окуляр.
Здесь речь идет не о таких жидкостях, как автомобильный тосол, этиловый спирт или трансформаторное масло. Для отопительных сетей подходит лучше всего именно антифриз.
В этом случае главное требование к теплоносителю – безопасность с точки зрения воспламеняемости или горючести. Также существуют определенные ограничения с точки зрения нормативов для жилых помещений или химической активности при реагировании с металлами.
Вы увидите круговое поле со шкалой. Верхняя часть поля должна быть синей, а нижняя часть - белым. Используя дистиллированную воду в качестве жидкости для образца, посмотрите в глаз и поверните калибровочный винт, пока граница между верхним синим и нижним белым не будет установлена на ноль. Это завершение калибровки. Убедитесь, что температура окружающей среды верна для проверки решения, которое вы хотите измерить!
После калибровки изменения температуры рабочей среды с приемлемыми интервалами не будут влиять на точность результатов рефрактометра. Выполните систему проверки устройства, заменив дистиллированную воду жидкостью, которую вы хотите проверить. После этого, следуя шагу, и на шаге вы увидите границу между синим и белым пространством, чтобы вы могли непосредственно прочитать с градуированной поверхности концентрацию жидкости. На складе имеется антифриз, и вы можете заказать его.
Типы антифризов для отопления
Антифриз для отопления создан на основе водных растворов этиленгликоля и пропиленгликоля. Эти соединения в чистом виде представляют собой достаточно агрессивные среды для отопительных систем. Однако существуют специальные присадки для защиты от коррозии, появления пены, накипи, повреждения отдельных элементов сети и арматуры.
Эти присадки значительно увеличивают термическую стойкость, которая обеспечивается в диапазонах температур от – 70 до + 110 °С. Отмечается отсутствие термической деструкции даже при температуре + 165 — + 175 °С.
Антифриз в системе отопления нормально реагирует на материалы, которые применяются в отопительных сетях:
- резина;
- эластомеры;
- пластик.
Этиленгликолевые антифризы
Отечественные антифризы для систем отопления, которые широко представлены на рынке, созданы на основе этиленгликоля.
Они изготавливаются в таких вариантах исполнения:
- температура замерзания в – 30 °С;
- температура замерзания в – 65 °С.
Заполнение системы отопления антифризом начинается с приготовления раствора. Для этого его необходимо своими руками разбавить водой. Цена этиленгликоля невысока, поэтому антифриз на его основе обычно не очень дорогой.
Существенный недостаток этиленгликоля – высокая токсичность как при попадании на тело, так и при вдыхании испарений. Смертельная доза этого вещества для человека составляет 250 мл.
Этот недостаток ограничивает использование антифризов на основе этиленгликоля в двухконтурных сетях теплоснабжения, в которых теплоноситель может попасть в контур для горячей воды. Поэтому применения таких антифризов ограничивается только одноконтурными системами отопления.
Важно! С целью безопасности антифриз на основе этиленгликоля окрашивается в красный цвет. Так легче выявить его утечку.
Пропиленгликолевые антифризы
В конце прошлого века на рынки западных стран поступили нетоксичные антифризы, которые изготавливались на основе пропиленгликоля. Преимущество этих антифризов – полная безвредность. Это качество является самым важным для двухконтурных систем теплоснабжения. Эти антифризы тоже появились на нашем рынке. Инструкция позволяет их использовать при температуре до – 35 °С.
Важно! Для идентификации антифризов из пропиленгликоля его окрашивают в зеленый цвет.
Пропиленгликоль является утвержденной пищевой добавкой Е1520, которая часто встречается в кондитерских изделиях в качестве агента, который способствует смягчению, удержанию влаги и дисперсии вещества.
Триэтиленгликолевые антифризы
При высоких рабочих температурах (до 180 °С) применяют антифризы на основе триэтиленгликоля. Это вещество имеет высокие показатели температурной стабильности. Однако такие теплоносители не являются продукцией для широкого использования. Обычно триэтиленгликолевые антифризы используются в специальных системах отопления, в которых радиаторы отопления для антифриза также рассчитаны на высокие температуры.
Состав и свойства антифризов
Перед тем, как закачать антифриз в систему отопления, необходимо ознакомиться с информацией о теплотехнических свойствах растворов этиленгликолевых антифризов.
Основными составляющими компонентами таких растворов являются этиленгликоль и вода (около 95 %). Остальные элементы этих жидкостей составляют различные присадки.
Соотношение этиленгликоля и воды между собой определяют физико-химические характеристики антифриза:
- температуру замерзания;
- температуру кипения;
- вязкость;
- теплопроводность;
- теплоемкость;
- объемное расширение.
Индивидуальные характеристики каждого конкретного типа антифриза определяет пакет присадок.
Именно от этих компонентов зависят такие характеристики как:
- антикоррозийность;
- антикавитационность;
- срок работы;
- цена.
Главная задача присадок при использовании антифризов – защита металлов от коррозии. Исследования показали, что присадки значительно уменьшают коррозию внутренних стенок (до 100 раз).
Слой ржавчины на внутренних стенках трубопроводов и отопительных приборов имеет плохую теплопроводность (в 50 раз меньше, чем сталь), становясь, таким образом, изолятором тепла. К
роме этого за счет коррозии сужается внутренний просвет трубопроводов. Из-за этого увеличивается гидродинамическое сопротивление, и скорость движения теплоносителя по трубопроводам снижается. Это увеличивает энергетические затраты.
Частицы ржавчины в теплоносителе приводят к разгерметизации подшипников циркуляционных насосов, засоряют теплообменные каналы, элементы отопительных котлов, вызывают к протечкам и повреждению целых элементов отопительных систем.
Важно! Использование присадок защищает металлы отопительных сетей от коррозионных повреждений и увеличивает срок службы этих элементов на 10 – 15 лет.
Применение растворов антифризов на основе этиленгликоля или пропиленгликоля без присадок приводит к большим потерям в экономическом плане, чем стоимость пакета присадок.
Продаются такие вещества либо в готовом к использованию виде, либо в концентрированном виде. В концентрате антифриза содержится только главный компонент теплоносителя – этиленгликоль или пропиленгликоль. Обычная пропорция разведения концентратов для нашего климата – на одну объемную часть концентрата берутся две объемные части воды.
- Готовые для использования антифризы уже содержат воду и являются 45% растворами концентрированного базового компонента. Они рассчитаны на применение при температуре до — 30°С;
- Перед тем как заполнить антифризом систему отопления концентрат лучше всего развести дистиллированной или фильтрованной и отстоянной водой;
- Безопасная концентрация этиленгликоля в воде – до 1 г/л. В такой концентрации он не причиняет вреда окружающей среде;
- Вместе с этим необходимо обратить внимание на тот факт, что антифриз характеризуется гораздо меньшим коэффициентом поверхностного натяжения (по сравнению с водой). Это приводит к тому, что теплоноситель на его основе имеет большую текучесть и легче проникает в поры и трещины;
- В среде этиленгликоля резина набухает медленнее, чем в воде. Поэтому при замене теплоносителя с воды на антифриз в старых сетях могут появиться протечки.
Важно! В системах отопления, в которых заливается антифриз нельзя использовать оцинкованные элементы. При температуре выше +75 ° С слой цинкового покрытия отслаивается от металла. После он будет оседать внутри отопительного котла, при этом антикоррозионные характеристики антифриза значительно снижаются. Поэтому радиаторы отопления под антифриз не должны быть оцинкованными.
Срок эксплуатации
Срок эксплуатации теплоносителя на основе антифриза зависит от режима эксплуатации. Не советуется использовать такие растворы при температуре близкой к кипению (105 – 120 °С).
При местном нагревании до температуры выше + 175 °С происходит термическое разложение компонентов антифриза (прежде всего этиленгликоля). Вследствие этого будет образовываться нагар на элементах нагрева, выделяться газообразные продукты распада и разрушаться антикоррозионные присадки.
До того, как заполнить систему отопления антифризом, необходимо обеспечить надлежащую циркуляцию теплоносителя. Кроме этого необходимо соблюсти правильное размещение нагревательных элементов, чтобы теплоноситель не перегревался и вследствие этого не пригорал.
На практике в сетях необходимо осуществлять расчеты теплообменных процессов с целью определения эффективности для конкретного теплоносителя, а также чтобы совершать требуемую циркуляцию тепловых потоков.
Такие расчеты делаются на основе табличных данных для коэффициентов, которые входят в уравнение подобия:
- число Рейнольдса;
- число Прандтля.
Важным критерием эффективности использования антифризов в качестве теплоносителя является соблюдение герметичности отопительной системы. Главный компонент таких растворов – этиленгликоль, который окисляется на воздухе. При повышении температуры этот процесс ускоряется приблизительно в два раза с повышением температуры на каждые 10 °С.
При окислении этиленгликоля образуются гликолаты. Эти соединения разрушают химическую структуру присадок и приводят к окислению стенок трубопроводов сетей и к коррозии. По этой причине необходимо в отопительных сетях применять герметичные закрытые расширительные бачки.
Температура замерзания
При эксплуатации антифриза необходимо определить оптимальное соотношение концентрации разведения основного компонента.
Если концентрация этиленгликоля будет высокой, то это приводит к следующим последствиям:
- повышается цена;
- увеличивается динамическая вязкость жидкости;
- снижается эффективность теплопередачи;
Поэтому важно определить, как происходит замерзание водно-этиленгликолевого раствора. Этот процесс проходит в несколько этапов. Для воды этот процесс проходит в один этап (жидкость – лед).
Антифриз замерзает не сразу. Сначала в нем образуются кристаллы, которые свободно перемещаются внутри жидкости. С понижением температуры содержание кристаллов увеличивается и, в конце концов, эта смесь полностью затвердевает. Причем при замерзании раствор расширяется незначительно.
Видео рассказывает о том, как выбрать антифриз:
Выводы
Антифриз для системы отопления использовать имеет смысл, когда действительно есть вероятность того, что вода внутри сети может замерзнуть. При этом следует определять оптимальную концентрацию раствора для эффективной работы всей отопительной системы и принимать во внимание требования техники безопасности.
Общие сведения
Двигатель внутреннего сгорания необходимо охлаждать для обеспечения нормального теплового режима работы его узлов и деталей. Наиболее распространены системы охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости. В процессе работы она может нагреваться до 100°C и иногда выше, а на стоянке остывать до температуры окружающего воздуха. От свойств жидкости во многом зависит эффективность системы охлаждения, надежность и долговечность двигателя. Она должна иметь высокую теплоемкость, теплопроводность, температуру кипения, подвижность, а также низкую температуру кристаллизации и коэффициент объемного расширения. Охлаждающая жидкость не должна вызывать коррозию металлов, разрушать резину уплотнений и вспениваться в процессе работы.
Вода обладает наибольшей охлаждающей способностью, имеет максимальную теплоемкость, пожаробезопасна, нетоксична и дешевая. Но вода имеет сравнительно низкую температуру кипения и относительно быстро испаряется, а если при этом она жесткая (содержит минеральные примеси и растворенные соли), то активно образуется накипь. При температуре ниже 0°C вода замерзает и превращается в лед (кристаллизуется) со значительным, до 10%-ным увеличением объема. Это приводит к «размораживанию» двигателя – разрушению его основных деталей и узлов. Поэтому ее нельзя использовать в холодное время года без слива из автомобиля при длительной стоянке вне теплого гаража.
Низкозамерзающие охлаждающие жидкости – антифризы (от англ. «antifreeze» – незамерзающий) заменили воду в системах охлаждения двигателей современных автомобилей. Наиболее широкое распространение получили низкозамерзающие жидкости на гликолевой основе, представляющие собой смесь этиленгликоля с водой. Иногда встречаются жидкости на основе пропиленгликоля – их нельзя смешивать с этиленгликолевыми.
Состав и свойства антифриза
Этиленгликоль (моноэтиленгликоль) – маслянистая желтоватая жидкость без запаха, умеренно вязкая, с плотностью 1,112-1,113 г/см з (при 20°С), температурой кипения 197°С и кристаллизации -11,5°С. При нагревании этиленгликоль и его водные растворы сильно расширяются. Для предотвращения выброса жидкости из системы охлаждения ее снабжают расширительным бачком и заполняют на 92–94% от общего объема.
Водный раствор этиленгликоля химически агрессивен и вызывает коррозию стальных, чугунных, алюминиевых, медных и латунных деталей системы охлаждения, а также припоев, используемых для пайки ее узлов. Кроме того, этиленгликоль очень токсичен.
Пропиленгликоль – по свойствам аналогичен этиленгликолю и менее токсичен, но примерно в 10 раз дороже. При низких температурах он более вязкий, чем этиленгликоль, и в связи с этим прокачиваемость у него хуже.
Смесь этиленгликоля с водой характерна тем, что температура ее кристаллизации зависит от соотношения этих двух составляющих. У смеси она значительно ниже, чем по отдельности у воды и этиленгликоля. При различных пропорциях можно получить растворы с температурой кристаллизации от 0 до -75°С. Температура кристаллизации и кипения, а также плотность смеси этиленгликоля и воды в зависимости от содержания в ней этиленгликоля представлены на рисунке. Самое низкое значение температуры замерзания соответствует составу, в котором этиленгликоля 66,7% и воды 33,3%. В других случаях одну и ту же температуру замерзания можно получить при двух значениях соотношений этиленгликоля и воды. Экономически выгодно использовать вариант с большим количеством воды.
Определение соотношения этиленгликоля и воды в антифризе осуществляют по плотности, измеренной с помощью ареометра или гидрометра. На специальных приборах для удобства вместо шкалы плотности применяется двойная шкала, одновременно показывающая содержание этиленгликоля в процентах и температуру кристаллизации. При проверке нужно учитывать температурные поправки к показаниям прибора, указанные в инструкции к нему.
Комплекс присадок включает в себя противокоррозионные, антивспенивающие, стабилизирующие и красящие вещества. Антифризы не должны содержать в своем составе нитрит-нитраты, которые, взаимодействуя с аминами, образуют токсичные соединения, причем некоторые из них канцерогенны (провоцируют онкологические заболевания).
Требования к антифризам в России установлены по ГОСТу 28084-89 «Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия». Стандарт нормирует основные показатели охлаждающих жидкостей на основе этиленгликоля: внешний вид, плотность, температуру начала кристаллизации, коррозионное воздействие на металлы, вспениваемость, набухание резины и т. д. Обязательной сертификации охлаждающие жидкости не подлежат.
Определенные марки антифризов, готовых к использованию, и концентратов, требующих разбавления дистиллированной водой перед применением, производят по техническим условиям, где оговаривается состав и наличие присадок, смешиваемость жидкостей и их цвет. Изготовители присваивают им различные названия, например «Тосол», «Лена», «Лада» «Антифриз G-48» и (или) указывают температуру кристаллизации: ОЖ-40, ОЖ-65, А-40.
«ТОСОЛ» – одно из названий антифриза, образованное из двух частей:
- «ТОС» - «Технология органического синтеза» (наименование отдела ГосНИИОХТ, создавшего антифриз);
- «ОЛ» – окончание, характерное для спиртов (этанол, бутинол, метанол).
Совместимость охлаждающих жидкостей определяется техническими условиями. Изготовленные по разным техническим условиям жидкости часто несовместимы, так как содержащиеся в них присадки могут вступить в реакцию друг с другом и утратить свои полезные свойства. Поэтому при необходимости восстановить уровень охлаждающей жидкости лучше доливать дистиллированную воду.
Требования к антифризам зарубежного производства , как правило, определяются стандартами ASTM (Американская ассоциация по испытанию материалов) и SAE (Общество автомобильных инженеров США). Эти стандарты регламентируют свойства концентратов и антифризов исходя из их основы (этиленгликоля или пропиленгликоля) и условий эксплуатации. Например, этиленгликолевые жидкости предназначены:
- по ASTM D 3306 и ASTM D 4656 – для легковых автомобилей и малых грузовиков;
- по ASTM D 4985 и ASTM D 5345 – для двигателей, работающих в тяжелых условиях: длительно эксплуатируемых в режимах, близких к максимальной мощности, на внедорожной технике, больших грузовиках, в стационарных силовых установках и т.п. Эти жидкости отличаются тем, что перед использованием в них необходимо добавлять специальную присадку.
Спецификации производителей автомобилей могут содержать дополнительные требования. Например, нормы General Motors USA – Antifreeze Concentrate GM 1899-M, GM 6038-M или нормы G концерна Volkswagen запрещают использовать в антифризе ингибиторы коррозии, содержащие нитриты, нитраты, амины, фосфаты и оговаривают предельно допустимые концентрации силикатов, буры, хлоридов. Это позволяет уменьшить отложение накипи, увеличить срок службы уплотнений, улучшить защиту от коррозии.
Замена антифриза
Плановая замена необходима потому, что даже при нормальной эксплуатации в антифризе постепенно уменьшается содержание присадок и коррозия деталей двигателя усиливается. Жидкость больше пенится, следовательно, хуже передает тепло и мотор может перегреваться. Как правило, плановую замену рекомендуется осуществлять через два года, а при интенсивной эксплуатации – каждые 60 тыс. км. пробега автомобиля.
Досрочная замена может потребоваться при попадании в систему охлаждения выхлопных газов, например, через неисправную прокладку головки блока, или воздуха в местах утечки, что приводит к ускоренному старению жидкости. Признаками необходимости этого может являться:
- на внутренней поверхности расширительного бачка образуется желеобразная масса;
- при легком морозе (до -15°С) антифриз становится кашицеобразным и в бачке обнаруживается осадок;
- электровентилятор радиатора системы охлаждения срабатывает все чаще.
Порядок замены охлаждающей жидкости (осуществляется на холодном двигателе):
- снимают крышку расширительного бачка и (или) радиатора;
- открывают кран радиатора отопителя, чтобы в нем или в подводящих шлангах не осталось жидкости;
- отворачивают пробки в радиаторе и блоке цилиндров двигателя, сливают старую охлаждающую жидкость в подставленную емкость, затем пробки сливных отверстий устанавливают обратно;
- медленно тонкой струйкой заливают новую охлаждающую жидкость через расширительный бачок и закрывают его крышку;
- пускают двигатель, прогревают его, затем останавливают и после остывания по необходимости доливают жидкость до нужного уровня.
Промывка системы охлаждения
При плановой замене антифриза достаточно один раз промыть систему дистиллированной или в крайнем случае хорошо прокипяченной, талой или дождевой водой.
При переходе с воды на антифриз , замене бурой или с признаками досрочного старения охлаждающей жидкости необходимо удалить накипь и продукты коррозии. Это можно сделать только с использованием специальных моющих средств в соответствии с инструкцией к ним. Промывки представляют собой водные растворы слабых кислот – муравьиной, щавелевой, соляной с добавлением ингибиторов коррозии. Затем следует удалить остатки моющего состава, промыв систему, как минимум, один раз дистиллированной водой.
Порядок промывки системы охлаждения:
- сливают охлаждающую жидкость и заливают вместо нее промывочную, так же, как это делается при замене жидкости;
- дают поработать двигателю от 20 до 60 мин - чем грязнее была слитая охлаждающая жидкость, тем больше требуется времени для промывки системы;
- останавливают двигатель, сливают моющую жидкость, промывают систему дистиллированной водой и заливают свежий антифриз.
"Полезные страницы", 2006, выпуск 19, стр. 235