Антифриз в системе отопления: концентрациия, коррозийная активность, замена теплоносителя, гарантия на котёл

За Россией закрепилась слава страны с суровым холодным климатом. И хотя не для всех регионов это верно, все же в большинстве из них средняя зимняя температура воздуха — ниже нуля, а для некоторых областей характерны периоды экстремальных холодов. Климатические условия — одна из причин популярности в России незамерзающих теплоносителей. Опасение аварий в системе отопления и последствий замерзания воды в ней толкает пользователей на поиски более «безопасных» при морозе альтернативных теплоносителей. При этом они не всегда учитывают сложности, с которыми им предстоит столкнуться при проектировании и эксплуатации такой системы отопления.

При всём многообразии различных незамерзающих жидкостей, присутствующих на рынке, для использования в системах отопления пригодны только образцы, разработанные специально для этих нужд. Такие теплоносители содержат необходимые добавки, которые оптимизируют химические свойства жидкости для системы отопления. Поэтому ниже, говоря о незамерзающих жидкостях (или, как их часто называют, антифризах), мы будем подразумевать именно их. Тем не менее даже адаптированные для отопления незамерзающие жидкости имеют ряд особых черт, которые необходимо учитывать при выборе теплоносителя и оценке рисков. Для начала рассмотрим, чем они отличаются от воды.

С точки зрения физических и химических свойств, вода — оптимальный теплоноситель для систем отопления. При своей очевидной дешевизне и доступности, она обладает высокой теплоёмкостью, низкой вязкостью и при правильной эксплуатации системы служит очень долго, не требуя замены. Если химический состав воды по каким-то причинам не подходит для использования в контуре отопления, его легко скорректировать — например, связать или удалить соли жёсткости методом умягчения, если их слишком много и они повышают риск образования накипи в котле, очистить от песка и т. д. Для воды не стоит остро проблема перегрева — даже циклы кипения и остывания не изменяют её свойств. Растворённый в воде кислород теоретически способен провоцировать коррозию отдельных компонентов контура отопления, но на деле, при организации удаления воздуха в системе, коррозийная активность воды становится очень низкой. Наконец, очевидно, что вода и в жидком, и в парообразном состоянии безвредна для человека. Это делает её безопасной даже в случае утечки при аварии или случайном попадании в контур питьевого водоснабжения.

При всём этом списке достоинств, у воды есть и один недостаток — она замерзает при 0 °С. Процесс замерзания и образования льда сопровождается расширением воды, что может привести к разрыву труб, арматуры, батарей и других компонентов системы отопления и водоснабжения. Фактически промерзшая однажды система становится непригодной для эксплуатации и требует замены всех повреждённых элементов, а это дорогостоящий ремонт. И это не говоря уже о последствиях, которые могут наступить при оттаивании замёрзшей системы с неперекрытой подачей воды — содержимое разрушенных труб и ёмкостей попросту будет вытекать в помещения.

При исправной работе системы отопления, когда котёл генерирует тепло, а циркулирующий теплоноситель разносит его по контурам и поддерживает температуру воды на безопасном уровне, риск промерзания равен нулю. Однако при определённом стечении обстоятельств (например, при остановке котла или насосов из-за поломки или отключения электропитания) возможна ситуация, когда поступление тепла в систему прекратится. Если при этом температура уличного воздуха окажется ниже нуля, а вынужденный простой системы продлится долго, здание начнёт выхолаживаться. В какой-то момент внутри помещений температура достигнет нуля, а вода в системе будет остывать, пока не превратится в лёд — со всеми в прямом смысле вытекающими последствиями.

Возможные риски аварий, связанные с замерзанием воды, и послужили одной из основных причин создания альтернативных теплоносителей. Таких, которые не замерзали бы, но при этом оставались пригодными для использования в системе.

Виды незамерзающих теплоносителей

На данный момент наибольшее распространение получили такие незамерзающие теплоносители, как этиленгликоль и пропиленгликоль, реже используется глицерин.
Этиленгликоль — двухатомный спирт, бесцветный и не имеющий запаха. Он достаточно популярен среди антифризов, не в последнюю очередь благодаря более низкой стоимости по сравнению с другими подобными жидкостями. Однако его применение в системах отопления жилых домов сопряжено с риском: этиленгликоль — токсичное вещество, при попадании в организм человека способно вызвать тяжёлые необратимые последствия для здоровья и даже смерть, парами его также лучше не дышать. По этой причине этиленгликоль нельзя использовать в открытых системах отопления, в которых он мог бы свободно испаряться. Эксплуатация этиленгликоля требует соблюдения повышенных мер безопасности как при заполнении системы, так и при её дальнейшей работе.

Пропиленгликоль — теплоноситель, не столь опасный для здоровья, его даже используют в пищевой промышленности. Какое-либо негативное влияние на человека может оказывать разве что при обильном приёме внутрь. Пропиленгликоль тоже бесцветен и почти не пахнет, чуть более вязкий, чем этиленгликоль. Его стоимость выше, чем этиленгликоля, но и спектр применения шире — этот теплоноситель допустимо использовать и в закрытых, и в открытых системах, в жилых зданиях и т. д.

Глицерин — трехатомный спирт, более дорогой, чем этиленгликоль, но зато совершенно безопасный для человека (он тоже находит применение в пищевой промышленности).

Вопрос концентрации

Название «незамерзающая жидкость» не совсем точно отражает свойства таких теплоносителей. Как и любое жидкое вещество, она также подвержена замерзанию — правда, при очень низких (по сравнению с водой) температурах. Однако даже если такая жидкость всё же замёрзла (например, если авария случилась в период пика холода), катастрофических последствий ожидать не стоит. Всё дело в особенностях замерзания антифризов. Они не образуют сплошную твёрдую структуру, расширяющуюся и способную разорвать элементы системы отопления. Вместо этого обычно образуется густая гелеобразная субстанция, не причиняющая системе вреда.

Тем не менее важно понимать, что указанные выше температуры замерзания характерны для неразбавленных антифризов. Если же в них подмешать воду, температура замерзания изменится и будет тем выше, чем ниже доля незамерзающей жидкости в растворе. А разбавлять их придётся — в чистом виде антифризы практически не применяют. Добавление воды позволяет улучшить ряд характеристик теплоносителя — снизить вязкость, повысить теплоёмкость. Пропорции подбирают с учётом желаемых конечных свойств жидкости и условий эксплуатации компонентов системы отопления.

От концентрации зависят не только физические, но и химические свойства теплоносителя. Упомянутые незамерзающие жидкости характеризуются высокой коррозийной активностью. Чтобы обезопасить систему отопления от коррозии, в теплоноситель подмешивают специальные добавки — ингибиторы коррозии. Чаще всего это делают сами производители, хотя при необходимости ингибиторы можно приобрести и отдельно. Однако эффективность коррозийной защиты при разных концентрациях неодинакова. При высоком содержании антифриза в теплоносителе повышается риск повреждения металлических компонентов, а также уплотнительных элементов системы — прокладок в котлах, арматуре, приборах отопления и т. д. Материалы, из которых выполнено уплотнение, часто восприимчивы к воздействию антифризов и могут растворяться ими, что приводит к разгерметизации соединений и протечкам системы. Производители отопительного оборудования и арматуры обычно указывают в технической документации к своим продуктам, допускается ли их использование в системе с незамерзающими жидкостями и при каком сочетании воды и антифриза в растворе. Они во многом и определяют верхний допустимый предел концентрации антифриза в системе.

Проблема коррозийной активности теплоносителя может возникнуть и при слишком низкой концентрации антифриза. Это связано с тем, что количество содержащихся в нм ингибиторов коррозии тоже уменьшается, поэтому эффективность их действия падает. Критической для системы является концентрация незамерзающей жидкости ниже 20–25 %. Она определяет нижний допустимый предел содержания антифриза.

В любом случае, даже при строгом соблюдении рекомендованной концентрации антифриза в системе, следует позаботиться о качественном уплотнении всех соединений, потому что сочетание негативного действия на уплотнительные материалы и высокой текучести незамерзающих жидкостей повышает потенциальный риск протечки.

Незамерзающие теплоносители можно приобрести и в виде концентрата (который нужно разбавить самостоятельно), и в готовом разбавленном виде. Разбавляют антифризы водой, но не всякая вода подходит для этих целей. Обилие примесей в её составе может впоследствии спровоцировать разложение антифриза, да и обычная проблема известковых отложений из-за содержащихся в воде солей жёсткости тоже актуальна. Поэтому для незамерзающих теплоносителей оптимальна вода с пониженным содержанием солей жёсткости (например, прошедшая процедуру умягчения) или дистиллированная.

Чтобы исключить риск подобной аварийной ситуации, стоит озаботиться системой подпитки из ёмкости с разбавленным до нужной концентрации незамерзающим теплоносителем.Отдельно стоит упомянуть о проблеме подпитки в системах отопления с незамерзающими теплоносителями. Необходимость подпитки возникает по разным причинам — из-за удаления воздуха и вследствие этого уменьшения объёма теплоносителя, утечек, срабатывания предохранительной арматуры и т. д. При подпитке в систему должен поступать теплоноситель в достаточном количестве, чтобы восстановить недостающий объём жидкости и нормализовать расчётное давление. В системе, где в качестве теплоносителя выступает вода, проблема подпитки решается просто — через клапан подпитки контур отопления подключают к водопроводу. При падении давления в контуре, вызванном уменьшением количества теплоносителя, клапан открывается и пропускает в систему водопроводную воду до тех пор, пока возросшее со стороны системы отопления давление не закроет его вновь.

В системе с незамерзающим теплоносителем подпитка водой может вызвать серьёзные проблемы. С каждой новой порцией воды концентрация незамерзающей жидкости в теплоносителе снижается, и в какой-то момент может снизиться настолько, что входящие в состав антифриза ингибиторы перестанут влиять на химические процессы с должной эффективностью. Чем это грозит системе отопления? Возросшей коррозийной активностью теплоносителя. В первую очередь под ударом окажутся уплотнительные материалы, что чревато протечками труб, арматуры, котла и т. д.

Тонкости подбора

Низкая температура замерзания и коррозийная активность — далеко не единственные черты антифризов, отличающих их от воды. Разница в физических свойствах между этими жидкостями существенна — настолько, что замена воды антифризом в системе, изначально рассчитанной на воду, может обернуться в лучшем случае неэффективной работой системы, а в худшем — аварией. Поэтому тем, кто планирует использовать в качестве теплоносителя незамерзающую смесь, нужно понимать — систему придётся с самого начала проектировать и комплектовать под антифриз, с учётом его непростых свойств.

К характерным чертам незамерзающих теплоносителей, отличающим их от воды, относится повышенная вязкость. Правда, стоит отметить, что при разбавлении этих жидкостей водой вязкость снижается, а при нагреве полученной смеси разница становится не столь существенна. Однако специалисты рекомендуют учитывать гидравлические характеристики системы с незамерзающими теплоносителями при подборе компонентов системы. В первую очередь это касается мощности насосов — им придётся перекачивать более вязкую жидкость, поэтому, по сравнению с системами с водой, насос для антифриза нужен более производительный. В некоторых случаях может потребоваться также использование труб большего диаметра.

Другое физическое свойство антифризов, которое необходимо принимать во внимание при подборе оборудования для котельной, это тепловое расширение. Коэффициент расширения при нагреве у незамерзающих жидкостей выше, чем у воды, поэтому объём расширительного бака для системы нужен больше.

Незамерзающие жидкости плохо переносят перегрев — он может провоцировать их разложение, что приведёт к досрочной замене теплоносителя во всей системе. Повлиять на качество теплоносителя могут и другие факторы. Так, антифризы плохо переносят реакцию с цинком, который иногда содержится в защитных покрытиях внутренней поверхности стальных трубопроводных фитингов.

Теплоёмкость незамерзающих жидкостей ниже, чем у воды. При разбавлении водой она, конечно же, увеличится, но небольшая разница всё же останется — и её тоже стоит учесть при выборе отопительного оборудования. Специалисты рекомендуют при подборе котла для системы отопления с незамерзающим теплоносителем предусмотреть небольшой запас по производительности и не выбирать котёл впритык к расчётной тепловой мощности. В противном случае возможна ситуация, когда теплоноситель не сможет принять всё тепло от теплообменника, работающего в полную силу котла. Из-за избытка тепла температура поверхности теплообменника возрастает, как следствие — соприкасающаяся с теплообменником жидкость перегревается и начинает разлагаться. Продукты разложения остаются на теплообменнике в виде отложений, которые практически невозможно удалить. По мере накопления отложений эффективность теплообмена снижается, что, в свою очередь, приводит к ещё большему перегреву поверхности. В результате этих процессов теплообменник выходит из строя. И даже если теплообменник удастся заменить на новый, проблема останется — ведь котёл работает в прежних условиях, а значит, опять возможен перегрев, отложения и далее по старому сценарию. Для некоторых котлов замена теплообменника не рентабельна, поэтому при его выходе из строя придётся менять сам котёл. Если же котёл имеет запас по мощности, есть возможность эксплуатировать его с меньшей тепловой нагрузкой, при которой перегрева теплоносителя не возникнет.

Некоторые производители приборов отопления также рекомендуют учитывать свойства антифризов при определении тепловой мощности радиаторов и конвекторов. Из-за сниженной теплоёмкости жидкости теплоотдача прибора в системе с незамерзающим теплоносителем может быть чуть ниже, чем была бы в системе с водой, и потому радиатор для антифриза нужен большего размера. Многие производители предлагают поправочные коэффициенты для расчётов теплоотдачи радиаторов в системах с тем или иным содержанием незамерзающей жидкости.

Срок службы и замена

Ещё одна отличительная черта незамерзающих теплоносителей — это ограничение срока службы. По прошествии некоторого времени такие жидкости начинают разлагаться и терять свои свойства. Как долго прослужит теплоноситель — зависит от разных факторов, и не в последнюю очередь от условий его эксплуатации. Как уже отмечалось, причиной тому может послужить перегрев или химическое воздействие. Когда качество теплоносителя начинает ухудшаться, важно вовремя выявить эту проблему, пока она не спровоцировала повреждение системы и образование трудно удаляемых отложений. Для этого теплоноситель следует периодически проверять. Определяют концентрацию ингибиторов, рН-фактор жидкости. Если характеристики теплоносителя в пределах нормы, его можно продолжать эксплуатировать.

При замене незамерзающего теплоносителя недостаточно просто слить использованную жидкость и заполнить систему новой. После опорожнения системы её нужно промыть специальными реагентами, чтобы удалить остатки разложившегося антифриза и образованные им отложения.

С гарантией и без

Помимо перечисленных выше рисков, пользователи, отдавшие предпочтение антифризу как теплоносителю, рискуют столкнуться с проблемой действия гарантии на котёл. Дело в том, что многие производители котельного оборудования запрещают использовать свои котлы в системах с незамерзающими жидкостями, поэтому некоторые неполадки с котлом будут признаны негарантийным случаем. Такие ограничения могут быть обусловлены высоким риском порчи котла из-за некачественного теплоносителя или его неправильной эксплуатации либо конструктивными особенностями (например, строением некоторых конденсационных котлов). Впрочем, не все производители, вводящие ограничения на применение антифризов, запрещают их использование вовсе. Ряд компаний допускают к эксплуатации определённые протестированные марки незамерзающих теплоносителей. Правда, марок на рынке много (некоторые и вовсе неизвестного происхождения), провести цикл испытаний для каждого едва ли возможно, а потому список разрешённых марок и видов теплоносителей часто бывает коротким.

К выбору конкретного теплоносителя тоже стоит отнестись с должным вниманием. Специалисты отмечают обилие контрафактных продуктов на рынке теплоносителей, поэтому существует риск вместо специально подготовленной для системы отопления жидкости приобрести совершенно не предназначенную для этих целей смесь. Применение такого сомнительного продукта может вызвать быструю коррозию элементов системы отопления, выход из строя котла и другие негативные последствия.

Статья опубликована в объединённом выпуске «Осень 2015»
журналов «GardenTools»+»Инструменты»+»Всё для стройки и ремонта» серии «Потребитель»