Как создать хороший антифриз, или зависимость температуры замерзания от концентрации гликоля

Идеального теплоносителя не существует: выбор оптимальной концентрации гликоля зависит от температурного диапазона, при котором будет эксплуатироваться отопительная система, то есть с учетом минимальной зимней температуры, характерной для местности.

Требования к антифризам

Для того чтобы хладагент работал безотказно в заданном температурном диапазоне, он должен обладать такими характеристиками:

• низкая температура замерзания;
• высокая теплопроводность;
• высокая теплоемкость;
• низкая коррозионная активность;
• стойкость к возникновению кавитации (чтобы при снижении давления в системе отопления хладагент не образовывал пузырьки, которые приводят к вибрации и гидравлическим ударам);
• низкая токсичность для людей, животных и окружающей среды;
• стабильность раствора;
• способность не образовывать отложения солей на стенках деталей системы отопления;
• доступная цена.

Достоинства гликолевых растворов в качестве теплоносителей

Главное преимущество низкозамерзающей жидкости в качестве теплоносителя в том, что он не размораживает отопительную систему. Переход из жидкости в твердую фазу происходит постепенно, и не сопровождается сильным расширением объема состава: вводно-гликолевая смесь не рвет трубы даже тогда, когда она замерзает внутри системы в сильные холода. При падении температуры ниже точки застывания антифриз превратится в застывшую шугу, а при потеплении вновь перейдет в жидкую фазу, не вызывая трещин и протечек в контуре.

Раствор гликоля в воде замерзает в несколько стадий.

1. Кристаллизация. В отличие от воды водно-гликолевая смесь замерзает постепенно: при температуре ниже 0°С в толще жидкости образовываются кристаллы. При дальнейшем снижении температуры количество кристаллов растет, и жидкая фаза превращается в шугу – структуру, которая напоминает по консистенции гель или манную кашу. Температура, при которой начинается образование первых кристаллов, называется температурой кристаллизации.
2. Застывание. При некоторой конечной низкой температуре шуга окончательно переходит в твердую фазу. Эта температура называется температурой застывания, или температурой потери текучести.

Эта особенность гликолевых растворов позволяет использовать их в контуре в течение длительного времени (до 5 лет) без замены.

Важно: Этиленгликоль и пропиленгликоль обладают похожими свойствами, но последний практически нетоксичен в любом агрегатном состоянии, потому антифриз на основе пропиленгликоля предпочтительнее.

Раствор этиленгликоля можно использовать только в одноконтурных котлах, а пропиленгликолевый хладагент – и в двухконтурных: случайная протечка и проникновение в питьевую воду неопасны.

От чего зависит эффективность гликолевого теплоносителя?

Существует связь температуры замерзания теплоносителя с концентрацией антифриза в растворе. Чем выше концентрация гликоля в воде, тем ниже температура замерзания водно-гликолевой смеси.

Важно: Определение оптимальной концентрации важно для эффективного теплообмена в отопительной системе, так как слишком высокое или слишком низкое содержание хладагента приведет к одинаково негативным последствиям в случае замерзания теплоносителя.

Как правило, концентрация гликоля в хладагенте составляет от 20 до 50% от общего объема жидкости.

Понижение концентрации гликоля менее 20% в теплоносителе вызовет:

• снижение температуры начала кристаллизации (то есть снижению эффективности теплоносителя);
• повышение коррозионных и окислительных свойств раствора в контуре;
• повышение вероятности отложения нерастворимых солей на стенках элементов системы отопления (при снижении концентрации гликоля и умягчающих присадок).

Повышение концентрации антифриза в теплоносителе более 50% также нежелательно, потому что это приводит к таким проблемам:

• повышению вязкости теплоносителя (потребует высокой мощности циркуляционного насоса, который должен перекачивать жидкость, вязкость которой больше вязкости воды в 2-3 раза);
• повышению коэффициента теплового расширения (придется устанавливать расширительный бак большего объема во избежание «завоздушивания» системы);
• повышению текучести: при наличии даже мельчайших трещин и повреждений стенок элементов системы антифриз может протечь из контура там, где не просочится вода, и появляются дополнительные требования к герметизации контура;
• снижению эффективности теплопередачи;
• удорожанию состава.

Хороший гликолевый антифриз будет работать в заданном температурном диапазоне, который ограничен самой низкой ожидаемой температурой. Чтобы теплоноситель или хладагент выполнял свою задачу, он должен содержать определенное количество гликоля и воды. Оптимальная концентрация гликоля находится в пределах от 20 до 50%: снижение или превышение концентрации приведет к неоправданным денежным затратам и снижению эффективности водно-гликолевой смеси.