Теплоносители

В качестве теплоносителей в системах отопления используют воду, пар, воздух, дымовые газы. В последнее время в небольших системах отопления стали применять специальные жидкости, анти­фризы.

Каждое из перечисленных веществ обладает определенными физическими свойствами и эксплуатационными характеристиками, реализуемыми в конкретных видах систем отопления.

Важнейшими физическими свойствами теплоносителей являются теплоемкость (массовая), теплопроводность, плотность (объемная масса). Эксплуатационными характеристиками теплоносителей являются стоимость, недефицитность, безвредность, а также неагрессивность по отношению к материалам конструкций.

Рассмотрим характеристики перечисленных теплоносителей. Вода обладает наибольшей массовой теплоемкостью с=4,19 кДж/(кг-К). Это дает возможность транспортировать и аккумули­ровать значительное количество теплоты в единице ее массы. Теп­лопроводность воды весьма велика, что позволяет создавать эффек­тивные теплообменные аппараты. Однако вода, попавшая в поры строительных и, в частности, изоляционных материалов, резко уху­дшает их теплозащитные свойства. Плотность воды зависит от температуры и практически несжимаема. Один кубический метр

воды при температуре 70 °С имеет массу 977,81 кг, а при тем­пературе 95 °С — 961,92 кг.

В связи с изменением плотности воды, вызываемым повышени­ем или понижением ее температуры, в системах водяного отопления устанавливаются специальные расширительные баки.

Стоимость воды в большинстве районов страны низка. Однако следует иметь в виду, что вода может содержать примеси (соли жесткости, кислород, азот), удаление которых требует дополнитель­ных капиталовложений.

Присутствие растворенных в воде солей жесткости приводит к зарастанию живого сечения теплообменных аппаратов и трубопроводов.

Важной эксплуатационной характеристикой воды как теплоноси­теля является ее способность из жидкого состояния переходить у твердое или парообразное. При температуре ниже 0 °С вода замерзает, при этом объем льда превышает объем первоначальной массы воды. Это обстоятельство следует учитывать при остановке циркуляции воды в системах (в период отрицательных наружных температур) во избежание их механического разрушения. Вода на­чинает кипеть при температуре, зависящей от давления. Так, вода закипает при 100 °С. когда давление близко к 0,1 МПа. Если тем­пературу воды надо поднять выше 100 °С, например до 150 °С, то давление надо повысить до 0,5 МПа.

Водяной пар есть продукт кипения воды. Различают пар насы­щенный (влажный) и перегретый (сухой). Содержание теплоты в 1 кг насыщенного пара больше, чем в 1 кг воды на количество скрытой теплоты парообразования, зависящей от давления пара. Например, при давлении 0,1 МПа скрытая теплота парообразования 1 кг насыщенного пара составляет г =2242 кДж/кг. Если насыщенному пару продолжать сообщать теплоту, то он превращается в перегре­тый пар. В паровых системах отопления обычно используют насы­щенный пар, так как он при охлаждении, конденсируясь, отдает скрытую теплоту парообразования, значительно превосходящую теплоту перегрева пара. Эффективность передачи теплоты от пара к стенке в процессе конденсации очень высока, что позволяет делать паровые теплообменники компактными.

В отличие от воды плотность водяного пара сильно зависит от давления, под которым он находится. С увеличением давления плотность пара увеличивается. При одинаковом давлении и тем­пературе плотность водяного пара меньше, чем плотность воды и воздуха.

Стоимость водяного пара как теплоносителя несколько выше, чем стоимость воды, используемой в водяных системах отопле­ния, так как получение пара требует более дорогостоящего обору­дования, а также соблюдения специальных мер по сохранению и возврату конденсата. Использование отработанного пара от тех­нологического оборудования дает значительный экономический эффект.

Следует иметь в виду, что пары воды при конденсации сохраня­ют неизменность температуры (при постоянном давлении), что делает практически невозможным регулирование теплопроизводительности отопительных приборов путем уменьшения подачи в них насыщенного пара.