Содержание
- 1 1. Принцип работы антифризов
- 2 2. Какая разница между зеленым и красным антифризом?
- 3 3. Этиленгликоль в системе отопления
- 4 4. Пропиленгликоль в системе отопления
- 5 5. Какой теплоноситель выбрать для отопления?
- 6 6. Какой антифриз лучше для отопления дома
- 7 7. Глицерин в системе отопления
- 8 8. Отопление антифризом или водой
Вообще-то на этом этапе уже все было допилено и напильник в заголовке упоминается просто как символ победы разума над сарпариллой. Ибо нет предела совершенству. Антифриз в системе не менее важен, чем всё остальное, выше описанное. Именно от антифриза зависит количество переносимого тепла за единицу времени, чистота системы охлаждения(а значит и эффективность теплопередачи от двигателя к теплоносителю и радиатору), антикавитационные и антипенные свойства(опять таки влияющие на эффективность теплопередачи).
На самом деле выбор антифриза не так прост, как кажется на первый взгляд. Конечно, можно тупо купить самый дорогой, допустив(не без оснований), что самый дорогой — значит самый лучший. Но мне то интересно было докопаться до самой сути этого вопроса, чтобы знать, а не верить.
Итак, начинаем грысть гранит науки.
1). Температура замерзания.
Пожалуй, это основная характеристика, которой страдает среднестатистический водятел. Ибо то, что обзывают "концентратом" антифриза — дорог, а денежки народ любит экономить. Потому пропорции "концентрата" и воды обычно выбирают только с точки зрения температуры замерзания. Смесь воды и этиленгликоля имеет минимальную температуру замерзания в районе -65С при пропорциях 2 части этиленгликоля и 1 часть воды.
Такая низкая температура замерзания редко кому нужна и потому "концентрат" антифриза экономят — делают смесь с более низким содержанием антифриза и более высоким процентом воды. Есть ли смысл в такой экономии я не знаю — чем меньше содержание антифриза в смеси — тем меньше концентрация полезных присадок.
Но хозяин — барин.
Зависимость температурных свойств антифриза можно посмотреть на этой таблице:
2). Теплоёмкость и теплопроводность.
Теплоёмкость — характеристика, определяющая КОЛИЧЕСТВО теплоты(энергии), передаваемое единицей теплоносителя при определённой температуре. Теплопроводность — характеристика, определяющая СКОРОСТЬ передачи(забора-отдачи) тепла. Чем более высокие теплоёмкость и теплопроводность охлаждающей жидкости — тем проще отводить тепло от двигателя при прочих равных.
Основа всех антифризов — вода и этиленгликоль. Этиленгликоль отвечает в основном за низкотемпературные свойства охлаждающей жидкости, но теплоёмкостью не блещет. Например, чистая вода вблизи +100С имеет теплоёмкость 4,187 неважно чего и теплопроводность 0,683. А 20% раствор этиленгликоля(замерзающий при -10С) имеет теплоёмкость 4,02 и теплопроводность 0,550. Привычный нам 50% раствор этиленгликоля(замерзающий при -40С) имеет теплоёмкость всего 3,84 и теплопроводность 0,480. Короче, с ростом концентрации этиленгликоля теплоемкость и теплопроводность уменьшаются ( по сравнению с водой) до 20%, что довольно заметно.
При этом этиленгликоль является довольно агрессивной штукой по отношению к металлам. Потому в антифризы начали добавлять для вкуса вначале антикоррозиционные присадки, а потом это дело понравилось и начали улучшать смазочные, моющие, антипенные и прочие свойства типа смачиваемости и антикавитации.
Чем меньше нужно концентрата для достижения нужной температуры замерзания — тем выше будет теплоёмкость готового антифриза. Мы привычны к пропорции 50 на 50, но на самом деле это очень упрощенная метОда.
В любом случае, чем больше воды в антифризе — тем больше тепла будет переноситься при прочих равных, ибо вода безоговорочный лидер по теплоёмкости. Но. Можно довольно легко и просто компенсировать некоторое снижение теплоёмкости увеличением скорости потока теплоносителя. Я уже писал, что увеличил скорость вращения помпы почти в два раза. Так вот — у меня любой антифриз обладает как бы удвоенной теплоёмкостью.
3). Температура кипения. Тут всё туманно… я бы даже сказал — мутно.
Сам этиленгликоль кипит при +197С. Вода при +100С. Считается, что состав смеси 54% этиленгликоля и 46% дистиллированной воды имеет температуру кристаллизации около -40С, а температура закипания будет приблизительно +108С при атмосферном давлении — именно такая температура кипения и указана как минимальная для тосола в старом советском ГОСТе. Но мы же бадяжим не этиленгликоль, а готовый концентрат. А вот что там намешано в концентрате — тайна великая есмь. Есть зарегистрированные лабораторными тестами антифризы с температурой кипения в районе +122С. Но в продаже чаще встречаются готовые к заливке фирменные(!) антифризы с температурой начала кипения чуть выше +90(!) градусов. Полюбуйтесь на это безобразие:
www.autodela.ru/main/top/…est/antifreeze_test_20_og
www.zr.ru/content/articles/902013-gorit-na-rabote/
Даже чистая вода кипит при более высокой температуре. Т.е. вместо присадок умники-производители льют лошадиную(до 20%) дозу, например, метанола(спирт). Потому на тестах стали часто использовать вместо температуры кипения такую характеристику, как температура начала возгонки — чтобы выловить легкокипящие фракции…
Короче. Чем больше нормального концентрата будет в антифризе — тем более высокая будет температура кипения(но в ущерб теплоёмкости), тем бОльшая будет концентрация противопенных и антикавитационных присадок. Тем до более высокой температуры сможет нагреться двигатель до начала возникновения зон локального кипения в самых теплонагруженных местах — антифриз будет до победного отводить тепло от стенок двигателя максимально эффективно.
Что нам даёт более высокая температура кипения антифриза? Возможность БЕЗОПАСНО эксплуатировать двигатель при более высоких температурах. Двигатель является тепловой машиной — при бОльшей разнице в давлении и температуре внутри камеры сгорания и снаружи увеличивается его КПД — бОльшая часть тепла идёт на совершение механической работы. Чем больше разница температур между горячей средой и холодной — тем интенсивнее теплообмен. Потому, чем выше температура антифриза(и самого двигателя) — тем эффективнее работает радиатор охлаждения. Все знают, что при жаре в +40С двигатель охлаждается хуже, чем в +20С. Но мало кто понимает что эффективность радиатора можно повысить соответствующим поднятием температуры антифриза — если увеличить рабочую температуру двигателя, например, с +80С до +100С. Понятно, что двигателю жить будет тяжелей — резинотехнические изделия, масло, антифриз, да и сам металл в теплонагруженных зонах — все эти компоненты должны быть рассчитаны на более высокие температуры. Совсем старые движки были рассчитаны на температуры +60-70С, система охлаждения была примитивная, негерметичная — вода в их радиаторе закипала при +100С. Наши движки посовременнее. Резинки десятилетиями живут при высоких температурах, повышенное до 0,9 атмосфер давление в системе охлаждения и современный антифриз позволяют эксплуатировать и наши двигатели до 110-130 градусов легко. Притом, что рабочая температура моего 2лте в районе 90 градусов. Более современные двигатели имеют давление в системе охлаждения 1,1(а то и до 2,5) атм и рабочие температуры у них на уровне 120-130 градусов ШТАТНО. Понятно теперь, почему для них настолько важны качественный антифриз и герметичная система охлаждения?
Вот хороший график показывающий сразу зависимость температуры кипения антифриза и от концентрации и от давления:
Как видно при избытке давления в 1 бар 60% раствор концентрата будет закипать только при +130С, а 70% — аж при +140С. Тут призадумаешься…
Мой двигатель начинает открывать термостат при 88 градусах. Так на термостате и написано. Но я часто лажу в горы. А в горах две напасти. Крутые затяжные подъёмы, которые для моего задохлого движка даются с большим трудом. И разряжённый воздух, который с одной стороны ухудшает сгорание топлива, а с другой — понижает температуру кипения антифриза. Потому я и озадачился выбором наилучшего антифриза.
Слабо представляю, при какой температуре закипит залитый мой антифриз(нужно будет проверить с термометром для успокоения), но с этого вопроса выжато всё досуха.
4). Тип антифриза. Не настоялько критический, как первых два, этот пунктик тоже немаловажен.
Силикатосодержащие антифризы(подавляющее большинство) образуют на поверхности металлов защитную антикоррозийную плёнку, которая пусть незначительно, но таки ухудшает теплопередачу. Cиликаты имеют склонность к образованию гелей и абразивных частиц, снижающих отвод тепла от двигателя, засоряющих систему охлаждения, разрушающих помпу. Фосфаты могут выпадать в осадок при смешивании антифриза с водой. Нитриты очень быстро окисляются и требуют регулярного пополнения. Все эти неорганические присадки достаточно быстро расходуются, из-за чего срок эксплуатации традиционных антифризов относительно мал — потому такие антифризы больше 2 лет не живут даже официально.
Но есть карбоксилатные антифризы — их ингибиторы не образуют защитного слоя по всей поверхности системы, а адсорбируются лишь в очагах возникновения коррозии с образованием защитных слоев толщиной не более 0,1 микрона. Карбоксилаты являются непревзойденными ингибиторами коррозии, стабильными при высоких температурах, выдерживающими длительный срок эксплуатации, сравнимый со временем жизни автомобиля( более 5 лет) и лучше защищают металлы от коррозии и кавитации, что обеспечивает наиболее эффективное охлаждение двигателя. Раньше цена карбоксилатных антифризов раза в 4 превышала цены обычных антифризов того же производителя. Сейчас цена сопоставима и экономически выгоднее покупать уже немного более дорогой, но как минимум в два раза более долгоживущий антифриз.
Это и были в своё время основные три критерия для раздумья, покупки и готовки.
Переходим к практике. Берём для осмысливания 4 концентрата одной фирмы. Не важно какой — лишь бы у вас в городе был их официальный представитель. Главное — они свою продукцию тестируют в одинаковых условиях и можно хотя бы сопоставлять характеристики, даже самим этим циферкам не особо доверяя.
Итак, берём обычный стиральный порошок и документацию на всю линейку антифризов фирмы Х:
АНТИФРИЗЫ на основе этилен- и пропиленгликолей и ВОДА. Температуры замерзания. Вязкости. Плотности. Теплоемкости.
Антифризы это — жидкости, применяемые для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, радиоэлектронной аппаратуры, промышленных теплообменников и других установок, работающих при температурах ниже 0°С. Основные требования к антифризам: низкая температура замерзания, высокие теплоемкость и теплопроводность, небольшая вязкость при низких температурах, малая вспениваемость, высокие температуры кипения и воспламенения. Кроме того, антифризы не должны вызывать разрушения конструкционных материалов, из которых изготовлены детали систем охлаждения.
Наиболее распространены антифризы на основе водных растворов этиленгликоля и пропиленгликоля (см.ниже). Однако такие растворы вызывают значительную коррозию металлов, поэтому в них добавляют ингибиторы коррозии — Na2HPO4, Na2MoO4, Na2B4O7, KNO3, декстрин, бензоат К, меркаптобензотиазол и другие. В ряде случаев, в качестве антифризов используют водные растворы солей; наиболее широко распространен раствор СаСl2. Недостатки таких антифризов – исключительно высокая коррозионная активность и кристаллизация солей при испарении воды.
СВОЙСТВА АНТИФРИЗОВ НА ОСНОВЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ (справочная таблица для интереса, такие антифризы практически вышли из употребления)
| Соль | Содержание соли, % по массе | Температура замерзания, °С |
| NH4Cl | 18,7 | -15,8 |
| NaCl | 22,4 | -21,2 |
| MgCI2*6H2O | 20,6 | -33,6 |
| CaCl2*6H2O | 29,9 | -55,0 |
| К2С03*1,5Н2 | 39,9 | -16,5 |
ЭТИЛЕНГЛИКОЛЬ (1,2-этандиол) НОСН2СН2ОН, бесцветная вязкая гигроскопичная жидкость без запаха, сладковатого вкуса; температура плавления -12,7 °С, температура кипения 197,6 °С. При растворении этиленгликоля в воде выделяется теплота и происходит уменьшение объема. Водные растворы замерзают при низких температурах. Этиленгликоль токсичен при попадании внутрь, действует на центральную нервную систему и почки; смертельная доза 1,4 г/кг. ПДК в воздухе рабочей зоны 5 мг/м 3 .
ПРОПИЛЕНГЛИКОЛИ (пропандиолы) С3Н6 (ОН)2 Известны 2 изомера: 1,2-П. СН3СНОНСН2ОН (1,2-пропандиол) и 1,3-П. СН2ОНСН2СН2ОН. Пропиленгликоли бесцветные вязкие гигроскопичные жидкости сладковатого вкуса, без запаха. Для 1,2-П. температура плавления -60 °С, температура кипения 189 °С. Для 1,3-П. температура плавления -32°С, температура кипения 213,5°С. 1,2-П. растворим в воде, диэтиловом эфире, одноатомных спиртах, карбоновых кислотах, альдегидах, аминах, ацетоне, этиленгликоле, ограниченно растворим в бензоле. При смешении его с водой или аминами резко снижается температура замерзания растворов. Токсичность 1,2-П. (ЛД50 34,6 мг/кг, крысы) ниже, чем у этиленгликоля.
Уровни безопасности для усредненных сроков хранения (биохимической активности) продуктов при добавлении в них 0,2% массового количества хладоносителя приведены ниже.
Показатель оценивается по пятибалльной шкале. Пятерка не означает, что продуктом нельзя отравиться в принципе.
| Антифриз | Показатель | Расшифровка |
| Вода | 5 | Нейтрален |
| Этанол | 5 | Нейтрален |
| Пропиленгликоль | 5 | Нейтрален |
| Хлорид натрия | 5 | Нейтрален |
| Формиат калия | 4 | Слабо опасен |
| Ацетат калия | 4 | Слабо опасен |
| Метанол | 3 | Умеренно опасен |
| Этиленгликоль | 3 | Умеренно опасен |
| Глицерин | 3 | Умеренно опасен |
| Аммиак | 3 | Умеренно опасен |
| Хлорид магния | 2 | Опасен |
| Хлорид кальция | 1 | Очень опасен |
Температура замерзания водных растворов этиленгликоля и пропиленгликоля
| Массовая концентрация гликоля % |
ЭТИЛЕНГЛИКОЛЬ | ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЬ |
| ° C | ° C | |
| 10 | -3 | -3 |
| 15 | -5 | -5 |
| 20 | -8 | -7 |
| 25 | -11 | -10 |
| 30 | -14 | -13 |
| 40 | -22 | -21 |
| 50 | -34 | -33 |
| 60 | -48 | -51 |
Физические свойства водного раствора этиленгликоля.
Присадки антифризов могут несколько изменить параметры, подстрахуйтесь.
| Объемная доля в смеси % |
Минимальная рабочая температура t, °C |
Температура раствора t, °C |
Плотность |
кг/м 3
КДж/кг*K
Вт/м*K
сПуаз=мПа*с=10 -3 *Н*с/м 2
сСт=мм 2 /с=10 -6 м 2 /с
Физические свойства водного раствора пропиленгликоля ( 1,2-Пропиленгликоль C3H6(OH)2)
Присадки антифризов могут несколько изменить параметры, подстрахуйтесь.
| Объемная доля в смеси % |
Минимальная рабочая температура t, °C |
Температура раствора t, °C |
Плотность |
кг/м 3
КДж/кг*K
Вт/м*K
сПуаз=мПа*с=10 -3 *Н*с/м 2
сСт=мм 2 /с=10 -6 м 2 /с
Физические свойства воды.
Присадки водоподготовки (и санитарные) могут несколько изменить параметры, подстрахуйтесь.
В этой статье разберем виды антифризов, их отличия. Расскажу, какой антифриз выбрать для отопления, сравним антифризы с водой. Объясню, почему нельзя применять глицерин и тосол в качестве теплоносителя. В заключении – почему антифриз бесполезен в системе отопления загородного дома для постоянного проживания.
Содержание
1. Принцип работы антифризов
Вода при 0°С резко и скачкообразно превращается в лёд, при этом расширяясь на 11%. Трубы не выдерживают такой нагрузки. Систему отопления приходится демонтировать, включая котел и все радиаторы. Вода – хороший растворитель, поэтому даже незначительное количество антифриза сильно смещает точку кристаллизации воды, и скачкообразнозного превращения в лед не происходит.
Вода с добавкой антифриза при отрицательных температурах медленно густеет, а расширение жидкости происходит незначительно, поэтому система отопления остается целой и невредимой.
Например, кристаллизация воды с 30% незамерзающей жидкости (пропиленгликоль) идет так медленно, что нет необходимости разбавлять теплоноситель до -30°С, достаточно добавить антифриз до расчетной температуры -12-15°С.
С падением температуры ниже расчетной такая смесь будет медленно, но верно застывать, и только при -30°С может замерзнуть полностью.
2. Какая разница между зеленым и красным антифризом?
В качестве теплоносителя чистый 100% антифриз не используется — всегда в разбавленном состоянии: от 20 до 35% антифриза и 80-65% воды соответственно. В отоплении применяется только 2 вида антифризов на базе двухатомных спиртов: этиленгликоль и пропиленгликоль. Производители выпускают как концентрированный состав, так и уже разбавленный для заливки в систему отопления. Этиленгликоль — концентрированный раствор красного цвета, а этиленгликоль — раствор зеленого цвета. Их отличия я опишу ниже.
3. Этиленгликоль в системе отопления
Раствор малинового цвета. Токсичное вещество, используемое в автоиндустрии, производства машинных масел, пластика и целлофана. Имеет крайне низкую температуру застывания -70°С.
Используется преимущественно в системах отопления и антиобледенения промышленных объектов, футбольных полей. Не рекомендуется использовать этиленгликоль в системах отопления загородных из-за его токсичности.
4. Пропиленгликоль в системе отопления
Раствор зеленого цвета, пищевая добавка E1520, используется в косметической промышленности. Температура застывания -50°С. В 3 раза более вязкое и в 2 раза более дорогое вещество, чем этиленгликоль.
Применяется в зданиях, где есть риск разморозки системы, но требуется соблюдение экологических характеристик. Мы используем пропиленгликоль в рекуператорах системы вентиляции ресторанов. нашей стране пропиленгликоль для системы отопления производится из импортного сырья, поэтому значительно дороже этиленгликоля.
5. Какой теплоноситель выбрать для отопления?
Для системы отопления отличия этиленгликоля и пропиленгликоля незначительны, но разная температура замерзания (-70 и -50°С) сказывается на процентном соотношении вещества. Для обеспечения одной и той же температуры кристаллизации (-25°С) требуется практически в 2 раза меньше этиленгликоля, чем пропиленгликоля, но зависимость не линейна.
Например, когда концентрация этиленгликоля в воде становится больше 50% – его характеристики начинают снижаться. Связано это с неэффективной работой антикоррозионных присадок, которые плохо вступают в контакт с водой.
6. Какой антифриз лучше для отопления дома
Главный критерий выбора антифриза – безопасность!
Пропиленгликоль применяется в пищевой промышленности. Вещество не токсичное. Используется в качестве антифриза в системах отопления коттеджей, загородных домов и помещений с постоянным пребыванием людей.
Если в здании не требуется обеспечение экологической безопасности, например, cклады, гаражи и производственные цеха, можно смело применять этиленгиликоль. Во всех остальных случаях – пропиленгликоль.
7. Глицерин в системе отопления
Много получал вопросов про «глицерин». Теплоноситель на основе глицерина в системе отопления недопустим даже в разбавленном состоянии.
Во-первых, чудовищная кинематическая вязкость при отрицательных температурах (при 0°С –9000 м 2 /с x 10 6 — глицерин, 67 м 2 /с x 10 6 – этиленгликоль) – а значит и чудовищные потери давления. Сложно будет протолкнуть по трубам теплоноситель на основе глицерина.
Во-вторых, налипание органических частиц глицерина на поверхность теплообменника котла, его перегрев и полный выход из стоя. Разбавление глицерина спиртами приводит только к образованию взрывоопасных соединений.
Любые другие незамерзающие жидкости, например, тосол в системе отопления, недопустимы, т.к. не содержат необходимого количества антикоррозионных присадок. Стоимость антифриза для отопления определяется качеством этих самых присадок, благодаря которым одни антифризы служат 5 лет, а другие 10. С годами антифриз в системе отопления окисляется с образованием уксусной кислоты, что приводит к разрушению латунных соединений на радиаторах, поэтому важно вовремя менять теплоноситель.
8. Отопление антифризом или водой
После прочтения этого раздела Вы скорее всего откажетесь от антифриза в системе отопления. Главный плюс антифриза – сохранность системы при отрицательных температурах, полностью перечеркивается его минусами.
- Низкая теплоемкость антифриза.
Увеличение размероврадиаторов на 20-23%
Теплоемкость антифриза существенно ниже, чем теплоемкость воды. Разбавляя воду 35% антифризом, мы теряем примерно 200 Вт с 1 кВт тепловой энергии. Это значит, что на 20% требуется увеличить размеры труб, радиаторов и котла. В пересчете на загородный дом 300 м 2 мы теряем примерно 60 тысяч рублей на увеличении размеров системы. Для системы теплых полов антифриз вообще не применим, опять же из-за низкой теплоемкости.
-
Срок службы антифризов от 5 до 10 лет
С годами антифриз окисляется и благополучно разрушают латунные соединения. Через 5 – 10 лет этиленгликоль и пропиленгликоль нужно сливать, утилизировать и менять на новый. Вам придется не только купить новый антифриз, но и заплатить за утилизацию старого. К сожалению, в нашей стране нет службы утилизации этиленгликоля в малых объемах, поэтому поиск, кому сдать эту химию будет затруднителен. Не буду рассматривать идею слить антифриз соседу на участок.
-
Использование секционных радиаторов в системах с антифризом недопустимо
Резиновые межсекционные прокладки быстро окисляются, и радиаторы дают течь. Применяем только стальные панельные. Недопустимо использование и оцинкованных труб. Антифриз благополучно вымывает цинк, и труба остается голая.
-
Почему антифриз бесполезен для загородного дома?
Антифриз успешно справится с задачей — система отопление не замерзнет зимой в Ваше отсутствие, но что делать с системой водоснабжения? Трубы водоснабжения при отрицательной температуре замерзнут быстрее и с худшими последствиями, т.к. прокладываются не только в полу, но и в стенах. Вам придется снимать плитку, бить стяжку и менять трубы в санузлах, душевых, кухне, заменить всю обвязку котельной по водоснабжению. Закачать в систему водоснабжения антифриз конечно же не получится, как и проложить все трубы с греющих кабелем.
Вывод: Антифризы подходят либо для отопления маленьких дачных домиков для временного проживания, либо больших складов, цехов и предприятий. В системе отопления полноценного загородного дома антифризы бесполезны.
Антифриз для системы отопления загородного дома нужен, если:
✔ не планируете проживать в доме зимой;
✔ в доме 1-2 санузла с тройниковой системой водоснабжения (без коллектора), которую можно слить перед наступлением холодов.
✔ в доме нет водяных теплых полов. Если они водяные — тогда смысла делать антифриз в отоплении нет.
Полноценный загородный дом оставлять зимой без дежурного отопления нельзя. Зимой необходимо поддерживать постоянное дежурное отопление +10-12°С.
Отопление полноценного загородного дома для постоянного проживания антифризом такой же проигрышный вариант, как и отопление дома теплым полом, который применим только в южных областях нашей страны.
Управлять котлом можно удаленно через телефон или планшет по Интернет-соединению или GPS. Можно задавать температуру воздуха к конкретной дате и времени приезда, а котел будет точно сигнализировать о возможных ошибках в работе. Для поддержания системы отопления в случае аварии основного котла часто устанавливают резервный электрический, который также включается автоматически. Вы можете заказать проект такой котельной и системы отопления у нас на странице Услуг.
Так Ваши инженерные системы будут по-настоящему защищены без антифриза.
Если Вам понравилась моя статья и Вы ищете надежных специалистов по проектированию – звоните и пишите мне на почту.