Trasportatore di calore per il sistema di riscaldamento – acqua o antigelo

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In termini di prevalenza, i sistemi di riscaldamento con circolazione di un vettore di calore liquido superano tutti i record: la loro costante popolarità è in gran parte dovuta al rigido clima invernale della Russia. I sistemi di riscaldamento a liquido comprendono tutta una gamma di apparecchiature, tra cui caldaie, scambiatori di calore, stazioni di pompaggio, spesso molti chilometri di condutture. Il corretto funzionamento del complesso di riscaldamento dipende direttamente dalle caratteristiche del liquido di raffreddamento, quindi quale tipo di liquido è meglio utilizzato in questa capacità e perché?

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

Requisiti per un refrigerante ideale

Va notato subito: non esiste un tale liquido di raffreddamento. Ognuno di quelli esistenti svolge regolarmente le sue funzioni solo in un determinato intervallo di temperature, andando oltre il che porta a drammatici cambiamenti nelle sue caratteristiche di qualità.

Il vettore di calore è obbligato a trasferire la massima quantità di calore per unità di tempo con una minima perdita di calore. La viscosità del refrigerante ha un grave effetto sul suo pompaggio all’interno del sistema di riscaldamento, quindi meno è viscoso, meglio è.

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

Il refrigerante non dovrebbe avere un effetto corrosivo su una varietà di materiali strutturali di tubazioni e dispositivi di riscaldamento, altrimenti la scelta di questi materiali sarà rigorosamente limitata. Inoltre, la capacità lubrificante di alcuni refrigeranti impone restrizioni sul materiale strutturale delle pompe di circolazione e altri meccanismi a contatto con esse..

Dal punto di vista della sicurezza domestica, il liquido di raffreddamento deve avere determinate caratteristiche (sicure) in termini di tossicità, temperatura di accensione del liquido e scoppio dei suoi vapori.

E l’ultimo: il liquido usato come vettore di calore deve essere conveniente o, nel caso di un costo elevato, mantenere le sue caratteristiche e il volume a lungo durante il funzionamento nel sistema di riscaldamento.

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

Trasportatore di calore – acqua

Di tutti i liquidi che esistono sulla Terra allo stato naturale, l’acqua ha la massima capacità termica – in media 1 kcal / (kg gradi), cioè se un chilogrammo di acqua viene riscaldato a 90 ° C e raffreddato in un radiatore di riscaldamento a 70 ° C , quindi 20 kcal di calore entreranno nella stanza riscaldata da questo radiatore.

Questo liquido ha un’alta densità (917 kg / m3), diminuendo con il riscaldamento o il raffreddamento. A proposito, l’acqua è l’unico liquido naturale che si espande sia quando viene riscaldato che raffreddato..

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

Le caratteristiche ecologiche e tossicologiche dell’acqua superano quelle di qualsiasi fluido sintetico per il trasferimento di calore – una perdita accidentale dal sistema di riscaldamento non creerà problemi per la salute delle famiglie, a meno che non entri direttamente nel corpo umano. E in caso di tale perdita, è molto semplice ripristinare il volume originale di acqua: è sufficiente aggiungere la quantità necessaria al vaso di espansione aperto del sistema di riscaldamento a circolazione naturale.

In termini di costi, anche l’acqua non è in concorrenza, poiché non esiste un vettore termico più economico e conveniente..

Tuttavia, questo liquido di raffreddamento presenta una serie di svantaggi: l’acqua normale, che è, allo stato naturale, contiene ossigeno e sali, che provoca corrosione interna degli elementi del sistema di riscaldamento, nonché una crescita eccessiva delle loro pareti con una scala, che riduce il trasferimento di calore e il volume interno dei dispositivi di riscaldamento.

Il modo più semplice per addolcire l’acqua è ben noto a tutti: termico (ebollizione), usando un contenitore di metallo senza coperchio. Nel corso del trattamento termico, parte dei sali verrà depositata sul fondo del serbatoio e l’anidride carbonica verrà rimossa dal volume dell’acqua. A proposito, più grande è l’area inferiore del serbatoio di ebollizione, più sali possono essere rimossi dall’acqua – i sali verranno depositati sul fondo sotto forma di scala. Lo svantaggio del metodo termico è che in questo modo è possibile rimuovere dall’acqua solo magnesio instabile e bicarbonati di calcio, e i loro composti stabili rimarranno..

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

Il metodo chimico o reagente è più efficace, consente di trasferire i sali contenuti nell’acqua in uno stato insolubile. Per la sua attuazione, vengono utilizzati calce spenta, carbonato di sodio o ortofosfato di sodio – l’introduzione dei primi due reagenti nel volume d’acqua causerà la formazione di un precipitato carbonato, quest’ultimo – un precipitato di magnesio e ortofosfati di calcio. Alla fine della reazione chimica, il precipitato formato viene rimosso mediante filtrazione dell’acqua. L’ultimo reagente – ortofosfato di sodio – fornisce il miglior addolcimento dell’acqua, ma il suo utilizzo richiede un dosaggio preciso.

L’acqua distillata è particolarmente adatta per i sistemi di riscaldamento, poiché è completamente priva di impurità. L’unico inconveniente è che devi spendere soldi per l’acquisto, il costo di un litro di acqua distillata sarà di circa 14 rubli. Prima di versare acqua distillata nell’impianto di riscaldamento, è necessario risciacquare a fondo i dispositivi di riscaldamento, i tubi e la caldaia con acqua ordinaria e lavare sia il sistema precedentemente utilizzato che quello appena installato – ci saranno comunque contaminazioni al suo interno.

Lavaggio dell'impianto di riscaldamento

Puoi usare pure melt o acqua piovana, poiché contiene molto meno sale rispetto al rubinetto, bene o artesiano.

L’unico inconveniente dell’acqua utilizzata come vettore di calore è che a temperature inferiori a 0 ° C si congela, si espande e provoca gravi danni al sistema di riscaldamento. Pertanto, i proprietari di case che gestiscono irregolarmente il sistema di riscaldamento durante la stagione fredda, oltre a vivere in aree in cui le interruzioni nella fornitura di energia sono particolarmente frequenti, un altro gruppo di fluidi per il trasferimento di calore è più adatto: l’antigelo.

Trasportatore di calore – antigelo

Il non congelamento, versato nel circuito di riscaldamento, consente di risolvere completamente la minaccia di congelamento del sistema nella stagione fredda: le basse temperature per le quali è progettato questo antigelo non cambiano il suo stato fisico. Gli antigelo sono in grado di garantire il trasporto di energia termica all’interno del sistema di riscaldamento, non causano processi corrosivi e depositi di calcare.

La qualità principale degli antigelo è che non si induriscono fino a determinate temperature estremamente basse, in caso di indurimento, non si espandono come l’acqua e non distruggono gli elementi del sistema di riscaldamento, ma si trasformano in una massa gelatinosa, il cui volume non cambia. In altre parole, se la temperatura dell’antigelo congelato viene aumentata, allora tornerà da uno stato gelatinoso a uno stato liquido senza conseguenze per il circuito di riscaldamento..

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

I produttori introducono additivi aggiuntivi nella composizione degli antigelo per aumentare la durata del sistema di riscaldamento: inibitori della corrosione e dei depositi minerali che eliminano i focolai di corrosione e si incrostano nei sistemi in funzione da molti anni. Quando si sceglie l’antigelo, è necessario tenere presente che la sua composizione non è universale: gli additivi in ​​esso contenuti sono progettati per determinati materiali strutturali e leghe, la scelta errata causerà corrosione elettrochimica o, ad esempio, la distruzione dei materiali polimerici utilizzati nella costruzione del sistema di riscaldamento.

Di norma, vengono prodotti antigelo, progettati per due temperature estremamente basse – fino a -65 e fino a -30 ° C. Se necessario, puoi modificare la concentrazione della composizione satura a quella desiderata, dalla proporzione di una parte di acqua distillata a due parti di antigelo (ad esempio, se un litro di antigelo del primo tipo, progettato per una temperatura inferiore, viene diluito con 0,5 litri di acqua, tale composizione funzionerà fino a – 30 ° C).

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

La composizione chimica dell’antigelo è progettata per 10 stagioni di riscaldamento o 5 anni di funzionamento, dopo di che l’intero volume di antigelo deve essere sostituito.

Rispetto all’acqua, gli antigelo non hanno solo vantaggi, ma anche svantaggi:

  • la capacità termica dei dispositivi non congelanti è inferiore del 15%, ovvero emettono calore peggiore;
  • la loro viscosità è almeno il doppio, il che richiede l’introduzione di potenti pompe di circolazione nel sistema di riscaldamento;
  • è richiesta una maggiore espansione volumetrica durante il riscaldamento, un espansore (vaso di espansione di tipo chiuso) e radiatori di riscaldamento, la cui capacità è del 50-60% superiore a quella delle loro controparti utilizzate in sistemi con un vettore di calore dell’acqua;
  • la fluidità è superiore del 50% rispetto a quella dell’acqua, ovvero le connessioni staccabili in un sistema con antigelo devono essere sigillate con grande cura;
  • Gli antigelo a base di glicole etilenico sono tossici per l’uomo, pertanto tale antigelo può essere utilizzato solo in caldaie a circuito singolo.

Per esigenze domestiche, ovvero per sistemi di riscaldamento di case private, vengono prodotti antigelo basati su due tipi di polioli: glicole etilenico (glicole monoetilenico) e glicole propilenico. Le composizioni basate sul primo tipo di polioli sono più comuni e più economiche di quelle a base di costoso glicole propilenico, ma sono molto tossiche: se ingerite, 350 mg di glicole etilenico sono sufficienti per causare gravi danni alla salute e persino la morte. Lavorare con antigelo contenente glicole etilenico richiede una protezione obbligatoria della pelle, dell’apparato respiratorio e degli occhi.

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

Durante il funzionamento, gli antigelo a base di glicole etilenico sono particolarmente sensibili al surriscaldamento – con qualsiasi aumento anche a breve termine della temperatura superiore al limite impostato dal produttore per una data marca di antigelo, si verifica la decomposizione termica del poliolo e degli additivi nell’antigelo, si formano sedimenti insolubili e acidi. Il sedimento, se arriva sulle superfici degli elementi riscaldanti, forma depositi di carbonio che compromettono lo scambio di calore a livello locale e causano il surriscaldamento con ripetute formazioni di fanghi, ecc. Gli acidi formati a seguito della decomposizione del glicole etilenico reagiscono chimicamente con i metalli strutturali del sistema di riscaldamento, causando focolai multipli corrosione. Come risultato della decomposizione degli additivi, le proprietà protettive del liquido di raffreddamento, precedentemente fornite da esso per il materiale delle guarnizioni dei giunti staccabili, sono nettamente ridotte e con un’elevata fluidità questo provocherà immediatamente una perdita. Inoltre, il surriscaldamento aumenta la formazione di schiuma dell’antigelo, che, a sua volta, trascina l’aria nel sistema di riscaldamento. Per i motivi descritti, è necessario monitorare attentamente la temperatura di riscaldamento delle caldaie e del sistema di riscaldamento, tuttavia non tutti i modelli di caldaia lo consentono..

Va notato che il glicole etilenico entra in una reazione chimica con lo zinco – viene utilizzato in un sistema di riscaldamento in cui gli antigelo di questo gruppo fungono da refrigerante, elementi strutturali e dispositivi con zincatura interna sono privi di significato, poiché tutto il suo rivestimento sarà completamente distrutto durante quasi una stagione di riscaldamento.

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

Gli antigelo a base di glicole propilenico sono molto più sicuri per le famiglie: il glicole propilenico tecnico ha caratteristiche simili al glicole propilenico alimentare (E1520), che è ampiamente usato nelle industrie farmaceutiche, profumerie e alimentari grazie alla sua completa sicurezza per il corpo umano e l’ambiente. I non congelatori con glicole propilenico possono essere utilizzati nelle caldaie a doppio circuito, poiché la loro penetrazione accidentale nell’acqua potabile, nonché le perdite nei punti delle articolazioni staccabili, non danneggeranno le persone.

I fluidi di trasferimento del calore con glicole propilenico, oltre alle caratteristiche generali positive identiche a quelle relative agli antigelo glicole etilenico, hanno un effetto lubrificante all’interno del sistema di riscaldamento, riducono la resistenza idrodinamica e facilitano il funzionamento delle pompe del circuito secondario. Il trasferimento di calore dell’antigelo glicole propilenico è superiore a quello dell’etilenglicole. C’è solo un aspetto negativo: un costo più elevato, circa 1000 rubli. per 10 kg (per confronto, il costo dell’antigelo con glicole etilenico a -30 ° C è di circa 550 rubli per 10 kg).

È severamente vietato utilizzare l’antigelo nell’impianto di riscaldamento se:

  • Il sistema utilizza caldaie a elettrolisi (ioniche), in cui l’agente riscaldante viene riscaldato facendo passare una corrente elettrica attraverso il suo volume nel serbatoio della caldaia. In generale, prima di acquistare una caldaia per riscaldamento, assicurarsi che il produttore gli consenta di funzionare nell’impianto di riscaldamento con questo antigelo, altrimenti la garanzia di fabbrica per la caldaia non sarà valida;
  • sistema di riscaldamento di tipo aperto. Questa regola si applica principalmente all’antigelo a base di glicole etilenico velenoso;
  • dal risparmio, ci si aspetta di abbassare la sua resistenza al gelo a più di -20 ° C, poiché ciò ridurrà seriamente le caratteristiche degli additivi introdotti nell’antigelo, il che porterà alla formazione di focolai di corrosione e incrostazioni;
  • la sigillatura di giunti rimovibili viene eseguita utilizzando avvolgimenti di lino e colori ad olio – l’antigelo corroderà inevitabilmente la vernice e non avrà senso dall’avvolgimento;
  • durante la costruzione del circuito di riscaldamento, sono stati utilizzati tubi e raccordi zincati;
  • la caldaia di riscaldamento riscalda il liquido di raffreddamento a temperature superiori a + 70 ° C (questa è la temperatura di riscaldamento massima di qualsiasi antigelo, non è possibile riscaldarlo più in alto a causa dell’espansione ad alta temperatura inerente ai liquidi di raffreddamento di questo gruppo).

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

Se si utilizza l’antigelo nell’impianto di riscaldamento, devono essere soddisfatte le seguenti condizioni:

  • dotare il sistema di una pompa di circolazione più potente di quella necessaria per il riscaldamento dell’acqua calda. Con un lungo circuito di riscaldamento, sarà necessaria una pompa di circolazione esterna;
  • installare un espansivo (vaso di espansione) capiente, il cui volume superi almeno il doppio del volume richiesto per il refrigerante dell’acqua;
  • utilizzare tubi di diametro ovviamente maggiore e radiatori volumetrici nel sistema di riscaldamento;
  • non installare prese d’aria automatiche – solo quelle manuali (ad esempio i rubinetti di Mayevsky);
  • Sigillare i giunti staccabili con guarnizioni in gomma resistente chimicamente, paronite o solo teflon. È possibile utilizzare il rotolo di lino insieme al sigillante resistente al glicole etilenico (se si utilizza un antigelo al glicole etilenico). Quando si acquistano radiatori in ghisa, è necessario smontarli in sezioni e sostituire le guarnizioni di gomma esistenti con paronite o teflon;
  • puoi diluire l’antigelo solo con acqua distillata, cioè qui non funzionerà né la pioggia né l’acqua di fusione;
  • prima di ogni versamento completo di antigelo nel sistema, è indispensabile sciacquarlo con acqua (anche la caldaia) – i produttori di dispositivi antigelo raccomandano di sostituirli completamente nel sistema di riscaldamento ogni 2-3 anni;
  • non è necessario impostare una temperatura di riscaldamento elevata su una caldaia fredda in una sola volta – è necessario aumentare gradualmente la temperatura, dando al refrigerante il tempo di riscaldarsi (i sistemi senza congelamento hanno una capacità di riscaldamento inferiore rispetto all’acqua);
  • in inverno, quando si spegne a lungo una caldaia a doppio circuito in un sistema con antigelo, non dimenticare di scaricare l’acqua dal circuito di alimentazione dell’acqua calda, poiché può congelare e danneggiare i tubi del circuito.

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

Come scegliere il refrigerante ottimale

Innanzitutto, la questione della scelta di un refrigerante dovrebbe essere decisiva anche nella fase di progettazione di un sistema di riscaldamento, poiché se è stato creato per l’acqua, richiederà una ricostruzione seria per l’antigelo.

Se la temperatura nel circuito di riscaldamento durante la stagione fredda non scende al di sotto di + 5 ° C, il refrigerante ottimale per tale sistema è l’acqua, da cui i composti salini vengono rimossi al massimo. Se esiste la possibilità che la temperatura nell’impianto di riscaldamento scenda a valori negativi, in questo caso è necessario solo antigelo. Naturalmente, è possibile scaricare l’acqua dal sistema, che lo proteggerà dai danni durante il gelo, tuttavia, in questo caso, il circuito si riempirà di aria, che accelererà notevolmente i processi di corrosione in condizioni di elevata umidità..

È possibile proteggere il sistema di riscaldamento dell’acqua dal congelamento integrando i riscaldatori elettrici al suo interno, controllati da sensori di temperatura o in remoto, tramite canali GSM, che consentiranno di mantenere la temperatura dell’acqua a un livello superiore a +5 ° C, ma qui c’è una dipendenza dall’elettricità e dalla comunicazione cellulare – uno dei questi sistemi separatamente o insieme porteranno al congelamento del liquido di raffreddamento e danni multipli al circuito di riscaldamento.

Controllo del riscaldamento GSM

Quando si sceglie l’antigelo, è necessario studiare in dettaglio le sue caratteristiche, tra cui: la temperatura estremamente bassa consentita; la composizione degli additivi e il loro scopo; come influenza gli elementi del sistema di riscaldamento (fatto di metalli ferrosi e non ferrosi, ghisa, plastica, gomma, ecc.); durata dell’uso nel sistema senza sostituzione; sicurezza per la salute umana e l’ecologia (dopo tutto, dovrà essere unito da qualche parte). A proposito, il colore dell’antigelo non ha alcun valore pratico per il circuito di riscaldamento, è solo necessario enfatizzare l’appartenenza a un particolare marchio. Dati i potenziali rischi per la salute delle famiglie, l’antigelo con glicole propilenico è la scelta migliore..

In considerazione della popolarità tra i proprietari di case dell’antigelo a marchio Tosol, sviluppato a metà del secolo scorso in URSS, vale la pena di descriverne brevemente le caratteristiche. Quindi, l’antigelo è stato originariamente sviluppato come refrigerante antigelo per automobili, la sua composizione si basa sul glicole etilenico, le cui caratteristiche sono descritte sopra. Si sconsiglia di utilizzare l’antigelo nei sistemi di riscaldamento, poiché questo antigelo non è destinato a loro – contiene additivi specifici per i motori delle auto, inutili e persino dannosi nei sistemi di riscaldamento, poiché l’antigelo non è semplicemente progettato per funzionare ad alte temperature.

Mezzo di riscaldamento per il sistema di riscaldamento

In conclusione, chiameremo l’antigelo più ottimale, che è molto, molto semplice da acquistare o preparare: una miscela a 40 ° di alcool etilico con acqua distillata. Le caratteristiche prestazionali di questa miscela quando usata come refrigerante antigelo sono le seguenti:

  • leggermente superiore a quello dell’acqua, ma significativamente inferiore a quello dell’etilenglicole e del glicole propilenico antigelo, viscosità;
  • minore fluidità rispetto ai summenzionati antigelo, il che consente di ridurre i requisiti di tenuta dei giunti staccabili, consentendo l’uso di guarnizioni convenzionali (l’alcool non è chimicamente attivo contro la gomma);
  • l’alcol è un eccellente inibitore della corrosione, cioè ne blocca lo sviluppo;
  • quando si utilizza acqua satura di sale (dura), l’alcool in questa miscela eviterà depositi di calcare sulle superfici interne del circuito di riscaldamento. I sali precipiteranno in un precipitato insolubile; può essere facilmente rimosso quando il sistema viene lavato;
  • a causa del calore di miscelazione e contrazione (compressione del volume acquoso della soluzione alcolica), l’alcool non evapora separatamente dall’acqua (a condizione che il suo contenuto nella soluzione acquosa non sia inferiore al 30%);
  • il punto di ebollizione di una soluzione acquosa di alcool corrisponde praticamente al punto di ebollizione dell’acqua, cioè quando la temperatura nel sistema di riscaldamento sale a +85 ° C, che è comune per i sistemi con acqua come vettore di calore, non si verifica l’ebollizione con l’aspetto di tappi sotto forma di vapore;
  • la gradazione alcolica in una soluzione acquosa riduce drasticamente l’espansione dell’acqua durante il congelamento, ovvero anche con il congelamento completo di un sistema di riscaldamento con un tale refrigerante, non vi saranno danni ai suoi elementi strutturali.

Per raggiungere determinati valori soglia di resistenza di una soluzione acquosa di alcool etilico a basse temperature, è necessario raggiungere il seguente contenuto in una soluzione con acqua: 20,3% – congelamento a -10,6 ° C; 33,8% – congelamento a -23,6 ° C; 39% – congelamento a -28,7 ° C; 46,3% – congelamento a -33,9 ° C. Sarà particolarmente conveniente usare un refrigerante, che è una soluzione acquosa di alcol etilico, in sistemi di riscaldamento chiusi.

Quando si prepara un refrigerante acqua-alcool, le proporzioni della gradazione alcolica nell’acqua sono calcolate come segue: un litro di alcool al 96% contiene 960 ml di alcool anidro, rispettivamente, per ottenere una soluzione al 33%, è necessario dividere 96 per 33 e ottenere il volume d’acqua richiesto pari a 2,9 litri. Cioè, se si introducono esattamente 2,9 litri di acqua in un litro di alcool al 96%, il contenuto alcolico nella soluzione risultante sarà esattamente del 33% – un refrigerante che non si congela a circa -22,5 ° C è pronto.

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