Теплоноситель для системы отопления — вода или антифриз?

Достаточно суровый российский климат предполагает пользование отоплением более 6 месяцев в году. При этом пользование систем  отопления  с циркуляцией жидкого теплоносителя бьют все рекорды. Жидкостные отопительные системы включают в себя целый комплекс оборудования, в числе которого котельные, теплообменники, насосные станции, зачастую многие километры трубопровода. Исправная работа отопительного комплекса напрямую зависит от характеристик теплоносителя.Одной из самых наболевших проблем, как у владельцев отопительных систем частного дома, так и у специалистов, которые занимаются монтажом, настройкой и техническим обслуживанием данных установок, является выяснение вопроса, что лучше для отопления: вода или антифриз.
Каким же должен быть идеальный теплоносителель? Можно сказать коротко- что такого теплоносителя нет...
Что лучше заливать в систему отопления зависит от конкретных условий эксплуатации, котельного оборудования, теплообменников, насосного оборудования и т. д. Проблема защиты систем отопления от размораживания возникает ежегодно с наступлением холодов в России. Для того, чтобы эти системы работали безотказно в любое время года, необходимо использование таких теплоносителей, которые обеспечивали бы не только обогрев помещения, но и обладали такими свойствами как:

• низкой температурой замерзания,
• высокой теплопроводностью и теплоемкостью,
• низкой коррозионной активностью по отношению к конструкционным материалам,
• способностью работать без образования накипи,
• инертностью по отношению к материалам уплотнителей ,
• стабильностью в процессе эксплуатации. 

Любой из существующих сегодня теплоносителей исправно выполняет свои функции лишь в определенном температурном диапазоне, выход за рамки которого приводит к резким изменениям его качественных характеристик. С позиции безопасности теплоноситель должен иметь определенные (безопасные) характеристики по токсичности, температуре возгорания жидкости и вспышке ее паров. И последнее — жидкость, используемая в качестве теплоносителя, не должна обходиться слишком дорого или же, в случае высокой стоимости, длительный срок не менять качественных характеристик и объема во время работы в отопительной системе. Незамерзающие средства обладают серьезными достоинствами, по сравнению со стандартными теплоносителями, однако, несмотря на это, они не используются тотально и повсеместно. Почему? Ответ на этот вопрос неоднозначен. Одни пользователи, выбирая воду или антифриз для отопления своего дома, склоняются к первой, поскольку она обходится намного дешевле, если и вовсе не бесплатно, а за специальное незамерзающее средство, как-никак, придется выложить определенную сумму денег, да еще и периодически заправлять систему, проверять ее на отсутствие утечек (большинство антифризов токсично). Другие пользователи слепо доверяют производителю и монтажникам, даже не задумываясь о том, что же такое течет в трубах их отопительных коммуникаций. К тому же изготовители котлов часто просто снимают гарантию на свой товар, если в процессе его использования применялись антифризы. И, наконец, третьи вполне удовлетворены тем, как функционирует классический теплоноситель, поэтому для них проблематика "вода или антифриз в системе отопления" и вовсе неактуальна. Так или иначе, каждый пользователь должен самостоятельно выбрать и расставить приоритеты, что важнее – сохранность системы (но с использованием антифриза) или соблюдение всех требований по эксплуатации, граничащее с риском для сохранности отопительной установки. Иными словами, выбор для системы местного отопления воды или антифриза зависит только от того, какие задачи перед ней стоят и насколько высок риск разморозки системы в отопительный сезон.

Теплоноситель - вода. Вода – самый дешевый, доступный и экологически безопасный теплоноситель, случайная утечка из системы отопления не создаст проблем для здоровья домочадцев. И в случае такой утечки восстановить исходный объем воды в системе отопления очень просто — нужно лишь долить необходимое количество литров в открытый расширительный бачок отопительной системы естественной циркуляции. Вода встречается как наиболее часто используемый теплоноситель, ее употребляют в 68% случаев.
Однако вода, как теплоноситель имеет ряд недостатков:

• вода образует накипь и уменьшает теплоотдачу, вследствие чего – увеличиваются энергозатраты;
• вода неизбежно приводит отопительный контур к коррозии;
• в случае отключения электричества или падения давления газа, при отрицательной температуре на улице, вода, имея свойства, расширяться при замерзании, попросту выведет из строя систему обогрева Вашего дома, разорвав отопительные трубы;
• нельзя оставить без присмотра дом в зимний период, даже при непредвиденных обстоятельствах во избежание замерзания воды (два-три дня и дорогостоящая замена отопительных труб обеспечена);
• воду необходимо менять как минимум раз в год в отличие от 5-летнего срока службы антифриза.

Вода в силу своих физико-химических характеристик не всегда наиболее положительным образом воздействует на агрегаты, в которых циркулирует. Мало того, что она может вызывать коррозию, отложение накипи, пенообразование, она, к тому же, неблагонадежный теплоноситель в том плане, что если в зимнее время никто не пользуется отопительной системой некоторое время, вода может начать замерзать в трубах и деформировать их, вплоть до полной разморозки конструкции.
Из всех жидкостей, что существуют на Земле в естественном состоянии, вода имеет наивысшую теплоемкость, например- если нагреть один килограмм воды до 90°С и охладить в отопительном радиаторе до 70°С, то в отапливаемое этим радиатором помещение поступит 20 ккал тепла. Кстати, вода — единственная природная жидкость, расширяющаяся и при нагреве и при охлаждении.
Вода в своём химическом составе имеет много различных примесей железа, хлора, солей, в связи, с чем при нагреве происходит высаливание на стенках труб, на поверхностях теплообменников, нагревательных элементах, что является причиной ухудшения теплоотдачи а нагревательные элементы могут выйти из строя из-за перегрева. Простейший способ умягчения воды хорошо известен каждому — термический (кипячение), с использованием металлической емкости без крышки. В процессе термической обработки часть солей отложится на дне емкости, из объема воды будет удален углекислый газ. Недостаток термического метода в том, что таким способом устранить из воды можно лишь нестойкие гидрокарбонаты магния и кальция, а их стойкие соединения при этом сохранятся.
Химический или реагентный метод более эффективен, он позволяет перевести содержащиеся в воде соли в нерастворимое состояние. Для его осуществления используются гашеная известь, кальцинированная сода или ортофосфат натрия, но в данном случае необходимо знать точную дозировку реагентов. 
Во всех инструкциях по эксплуатации, рекомендациях производителей и справочниках для монтажников единогласно утверждается, что отопительные конструкции предназначены для использования в них стандартного теплоносителя – дистиллированной воды. Для отопительных систем более всего подходит дистиллированная вода, поскольку в ней полностью отсутствуют какие-либо примеси, но есть и недостатки — придется потратиться на покупку, литр дистиллированной воды стоит около 14 руб. Перед заливкой в систему отопления дистиллированной воды, необходимо тщательно промыть отопительные приборы, трубы и котел обычной водой, причем мыть как используемую ранее систему, так и только что смонтированную — загрязнения внутри нее будут в любом случае.  При этом желательно, чтобы вода была дистиллированной со специальными присадками, которые способствуют «продлению жизни» системе отопления. Если же система подвластна размораживанию, то при при температуре ниже 0°С она замерзнет, расширится и нанесет вред отопительной системе, поэтому практичнее и правильнее использовать антифриз. Не забывайте о том, что это должен быть не автомобильный тосол, трансформаторное масло или этиловый спирт, а антифриз, специально разработанный для систем отопления. Более того, нельзя забывать, что антифриз должен быть пожаробезопасными и не содержать в своем составе добавок, взаимодействующих с металлом оборудования и не допущенных к применению в жилых помещениях. На рынке представлено огромное количество разновидностей антифризов. Они различаются по веществу, из которого изготовлены, по набору специальных присадок, по температуре кристаллизации и, конечно, по стоимости. 
Теплоноситель - антифриз. Вопрос об использовании антифриза или воды в системе отопления  загородного дома не ставится вовсе, так как незамерзающее вещество в данном случае выступает единственной защитой отопительной конструкции. Антифриз, обладая значительно более низкой температурой замерзания, чем вода, способен спокойно переносить российские зимы. Он надежно оберегает установку от внезапных отключений энергоносителя (если в доме не станет газа, то жидкость в котле и трубах не замерзнет), а также благодаря уникальным присадкам в своем составе предотвращает процессы образования накипи и ржавчины. Для нашего климата и эксплуатационных реалий антифриз, вне всякого сомнения, является идеальным вариантом для заправки в систему отопления.
Что представляет собой антифриз для системы отопления? Антифриз представляет собой смесь воды, основного компонента (этиленгликоля или пропиленгликоля) и целевых добавок.
Для того чтобы снизить коррозийные свойства теплоносителей используют специальные ингибиторы коррозии. Ингибиторы – это специальные химические вещества, которые тормозят химические процессы, например, такие как коррозия, окисление, полимеризация. Кроме того, добавляют ингибиторы накипиобразования, набухания и растворения резиновых уплотнителей систем отопления, пенообразования и т.д. Основное качество антифризов выражается в том, что они не твердеют до определенных предельно-низких температур, в случае отверждения — не расширяются подобно воде и не разрушают элементы отопительной системы, а превращаются в гелеобразную массу, объем которой не меняется. Другими словами, если температура замерзшего антифриза будет повышена, то он вернется из гелеобразного в жидкое состояние без каких-либо последствий для отопительного контура.
В условиях нашей необъятной Родины и ее температурного диапазона выпускают антифризы , рассчитанные на две предельно низкие температуры — до -65°С и до -30°С. При необходимости можно изменить концентрацию насыщенного состава до желаемого, из пропорции одна часть дистиллированной воды на две части антифриза (к примеру, если литр антифриза первого типа, рассчитанного на более низкую температуру, разбавить 0,5 л воды, то такой состав будет работать до -30°С). Химический состав антифризов рассчитан на 10 сезонов отопления или 5 лет эксплуатации, по прошествии которых весь объем незамерзайки нужно заменить.
Однако на этом преимущества и заканчиваются, и начинаются многочисленные недостатки:

• В рабочем диапазоне температур теплоемкость бытового антифриза на 10-15% ниже, чем у воды, следовательно, он хуже накапливает и отдает тепло. Для потребителя это означает необходимость приобретения более мощных (а значит, и более дорогих) радиаторов для системы отопления.
• Вязкость у антифриза также в 4-5 раз выше, чем у воды, значит, заставить его циркулировать в системе отопления будет сложнее (расчетный расход циркуляционного насоса следует принимать примерно на 10% больше, а расчетный напор - на 60% выше). И коэффициент теплового расширения у него больше, чем у воды, поэтому во избежание проблемы "завоздушивания" открытой системы придется, возможно, установить расширительный бак большего объема. Именно поэтому специалисты в один голос твердят: если в системе предполагается использовать антифриз, ее изначально надо "считать" именно на него - спонтанная замена воды иным теплоносителем чревата большими неприятностями.
• Кроме того, антифриз нельзя перегревать, поскольку это приводит к необратимым изменениям в его химическом составе и, как следствие, к потере изначальных физических свойств.
• И агрессивен антифриз, как говорится, не в меру - не выносит контакта с оцинкованными поверхностями (химическая реакция, возникающая в результате такого соседства, не только меняет состав антифриза, но и вызывает образование чрезвычайно объемистого осадка, который способен блокировать работу системы) и запросто может "съесть" обычные резиновые прокладки, которые в "водяной" системе отопления прослужили бы довольно долго (недаром все порядочные производители радиаторов используют в своих изделиях прокладки из химически устойчивых материалов - паронита и т. п.).

Есть и еще ряд специфических особенностей, зависящих от состава антифризов. Далеко не все они экологичны. В процессе циркулирования по системе при определенных условиях вспениваются, что вызывает некоторые ограничения возможностей балансировки системы отопления и регулировки комфортного режима с помощью термостатов. К недостаткам следует отнести и необходимость держать постоянный запас антифриза на случай, если понадобится добавить его в систему (например, при утечке).
Для бытовых нужд, т.е. для систем отопления частных домов, производятся антифризы на основе этиленгликоля (моноэтиленгликоля) и пропиленгликоля. Большая часть антифризов, которые предлагают в России, изготовлена на основе этиленгликоля. Это токсичное вещество, которое крайне опасно для человека и его попадание на кожу или тем более в организм человека, абсолютно нежелательно. Если температура замерзания антифриза составляет -30°С, то концентрация этиленгликоля в таком растворе составляет примерно 44%. При температуре замерзания -65°С концентрация составляет достигает 65%,(остальные 4% - добавки-ингибиторы). Этот продукт, считающийся оптимальным по теплотехническим характеристикам, никогда не расслаивается, не замерзает до температуры -65...-70°С, а этиленгликоль из него практически не испаряется. Но ведь для выполнения своей основной функции (переноса тепла) антифриз должен не только иметь удовлетворительную теплопроводность, но и не кипеть в диапазоне рабочих температур, не пениться, быть химически стабильным (не образовывать отложений на поверхности системы) и не разрушать конструкционные материалы. Эти задачи ему помогают решить различные присадки: ингибиторы коррозии металлов, антивспениватели и т. д., составляющие около 4% веса раствора. 
Использование антифриза на основе этиленгликоля нежелательно в двухконтурных системах отопления, когда существует возможность подмеса теплоносителя из контура отопления в контур водоснабжения, а также в открытых системах отопления (с открытым расширительным баком), где возможно испарение теплоносителя. Составы на основе первого вида полиолов более распространены и стоят дешевле, чем основанные на дорогом пропиленгликоле, однако они весьма ядовиты — при проникновении в организм 350 мг этиленгликоля достаточно, чтобы нанести серьезный вред здоровью и даже стать причиной летального исхода. Работа с антифризами, содержащими этиленгликоль, требует обязательной защиты кожи, органов дыхания и зрения. Этиленгликоль, входящий в состав антифриза, при попадании в организм человека становится "ядом" (относится к третьей группе опасности) - смертельной дозой для взрослого может сделаться одноразовый "прием" всего 100 мл этого вещества. Вот почему антифризы на такой основе рекомендованы для применения исключительно (!) в закрытых системах отопления (с закрытым расширительным баком).
Еще одним недостатком таких составов является то, что антифризы на основе этиленгликоля особенно чувствительно относятся к перегреву — при любом, даже кратковременном подъеме температуры выше предела, установленного производителем для данной марки незамерзайки, происходит термическое разложение полиола и присадок в составе антифриза, образуются нерастворимый осадок и кислоты. Осадок, в случае его попадания на поверхности нагревательных элементов образует нагар, ухудшающий теплообмен на местном уровне и вызывающий перегрев с повторным образованием осадка и т.д. Образованные в результате разложения этиленгликоля кислоты вступают в химическую реакцию с конструкционными металлами системы отопления, вызывая множественные очаги коррозии. В результате разложения присадок резко снижаются защитные свойства теплоносителя, ранее обеспечиваемые им для материала уплотнителей разъемных соединений, а при высокой текучести это немедленно вызовет течь. Кроме того, перегрев повышает пенообразование антифриза, что, в свою очередь, вовлечет в систему отопления воздух. По описанным причинам требуется тщательно контролировать температуру нагрева котлов и отопительной системы, однако не все модели котлов это допускают.
Антифриз, изготовленный на основе пропиленгликоля менее опасен для жизни и здоровья человека. Важно помнить о том, что в составе такого антифриза должны быть специальные присадки, учитывающие то, что уплотнения в системе отопления могут быть выполнены из различных металлов, которые могут разрушаться в результате применения неподходящего для них металла. При наличии электропроводящей среды возникает электрохимическая коррозия, поэтому крайне актуальны присадки, которые снижают пенообразование, препятствуют процессу окисления при попадании в систему отопления кислорода и т.д. При этом не должно быть ингибиторов, которые делают полимерные материалы хрупкими.
Незамерзайки с пропиленгликолем разрешено использовать в двухконтурных котлах, т.к. их случайное проникновение в питьевую воду, равно, как и протечки в местах разъемных соединений, не принесут вреда людям. Пропиленгликолевые теплоносители, помимо общих положительных характеристик, идентичных относящимся к этиленгликолевым антифризам, внутри системы отопления оказывают эффект смазки, понижают гидродинамическое сопротивление и облегчают работу насосов вторичного контура. Теплопередача пропиленгликолевых антифризов выше, чем у этиленгликолевых. Вот их-то и можно смело применять в открытых системах. Правда, обходятся они в 2-2,5 раза дороже, чем этиленгликолевые.
Правила применения антифризов.

• Перед приобретением отопительного котла убедитесь, что производитель допускает его работу в системе отопления с данным антифризом, иначе заводская гарантия на котел не будет действовать. Герметизация разъемных соединений проводится с использованием льняной подмотки и масляной краски — антифриз неминуемо разъест краску и от подмотки не будет толку.
• Сильно концентрированный антифриз часто разбавляют водой. Для получения антифриза с температурой замерзания -30°С к двум частям антифриза следует добавлять одну часть дистилированой  воды. Для достижения температуры замерзания -20°С антифриз смешивают пополам с водой. Однако все смешивания нужно проводить осторожно, потому что слишком большая доля воды может привести к потере свойств антифриза, в частности, антикоррозийных, может выпасть осадок солей жесткости. Более того, нельзя забывать о том, что для разбавления антифриза не следует использовать первую попавшуюся воду. Она обязательно должна быть мягкой. 
• При построении отопительного контура не применять оцинкованные трубы и фитинги.
• Отопительный котел не  нагревать теплоноситель до температур, превышающих +70°С (это предельная температура нагрева любого антифриза, выше нагревать нельзя ввиду высокого температурного расширения, свойственного теплоносителям этой группы).
• Оснастить систему более мощным циркуляционным насосом, чем понадобился бы для водяного отопления. При большой протяженности отопительного контура понадобится циркуляционный насос внешней установки.
• Установить  более вместительный расширительных бак, объем которого превышает необходимый для водяного теплоносителя как минимум вдвое.
• В системе отопления использовать трубы заведомо большего диаметра и объемные радиаторы.
• Не устанавливать автоматические воздухоотводчики — только ручные (к примеру — краны Маевского).
• Разъемные соединения уплотнять прокладками только из химически стойкой резины, паронитовыми или тефлоновыми. Можно использовать льняную подмотку вместе с герметиком, стойким к этиленгликолю (в случае использования антифриза на его основе).
• Использовать уплотнительные прокладки только из химически стойких материалов во всех разъемных соединениях. При покупке чугунных радиаторов необходимо разобрать их на секции и заменить существующие резиновые прокладки на паронитовые или тефлоновые.
• Перед каждой полной заливкой в систему антифриза обязательно промыть ее водой (котел тоже) — производители незамерзаек рекомендуют полностью заменять их в отопительной системе каждые 2–3 года;
• не следует задавать холодному котлу сразу высокую температуру нагрева теплоносителя-антифриза — нужно поднимать температуру постепенно, давая время теплоносителю на разогрев (у незамерзаек меньшая теплоемкость, чем у воды).
• Зимой, при отключении двухконтурного котла в системе с антифризом на длительный срок, не забудьте слить воду из контура горячего водоснабжения, т.к. она может замерзнуть и повредить трубы контура.

Как выбрать оптимальный теплоноситель?
Многие недооценивают важность такого вопроса, как выбор теплоносителя для системы отопления. Однако это неправильно. Определить конкретный тип теплоносителя необходимо ещё на самой начальной стадии проектирования, поскольку от того, чем будет наполнена система - водой или антифризом, будет зависеть мощность отопительного устройства (котла, конвекторов или радиаторов), мощность насоса, возможность использования разнообразных материалов для компоновки системы. Если температура в отопительном контуре в холодный сезон не будет снижаться ниже +5°С, то оптимальный теплоноситель для такой системы — вода, из состава которой по максимуму выведены соединения солей. Если же существует вероятность падения температуры в отопительной системе до минусовых значений, то в этом случае необходим только антифриз. Разумеется, можно сливать воду из системы, что обезопасит ее от повреждений при заморозках, однако в этом случае контур заполнит воздух, который резко ускорит коррозионные процессы в условиях высокой влажности. При выборе антифриза нужно подробно изучить его характеристики, в числе которых:

• допустимая предельно низкая температура;
• состав присадок и их назначение;
• какие взаимодействия с элементами отопительной системы (из черного и цветных металлов, чугуна, пластика, резины и т.д.) может произойти при его использовании;
• длительность срока использования в системе без замены;
• безопасность для человеческого здоровья и экологии (его ведь придется куда-то сливать). 

Учитывая потенциальную опасность для здоровья, лучшим выбором будет незамерзайка на основе пропиленгликоля.
Отдельного внимания заслуживает теплоноситель, в основе которого лежит смесь, составленная из воды и спирта. В процентном соотношении они представлены следующим образом: воды - 40 - 55%; этилового спирта - 45 - 60%. Это вещество на сегодняшний день используется исключительно для высоко-герметичных отопительных систем, характеризующихся наличием принудительной циркуляции, поскольку из открытых систем за незначительный промежуток времени спирт банально испарится.
Помимо этого, водно-спиртовые теплоносители отличаются тем недостатком, что их температура кипения составляет приблизительно 85-90 градусов. Что касается преимуществ водно-спиртовых теплоносителей, то сюда следует отнести незначительную проникающую способность и отсутствие токсичности. Как показывает практика, температура замерзания подобного теплоносителя (для 50%-ных смесей) составляет примерно -30 градусов, что делает его прекрасной альтернативой гликолевым средствам в процессе эксплуатации в условиях наших климатических условий.
Преимущества водно-спиртовых теплоносителей.

• Немногим большая, чем у воды, но значительно меньшая, чем у этиленгликолевых и пропиленгликолевых незамерзаек, вязкость;
• меньшая текучесть, чем у упомянутых антифризов, что позволяет снизить требования к герметичности разъемных соединений, позволяя использовать в них обычные уплотнители (спирт химически не активен к резине);
• спирт является отличным ингибитором коррозии, т.е. блокирует ее развитие, при использовании насыщенной солями воды (жесткой);
• спирт в составе такой смеси воспрепятствует отложениям накипи на внутренних поверхностях отопительного контура делает применение этой смеси весьма привлекательным.

При подготовке водно-спиртового теплоносителя пропорции содержания в воде спирта рассчитываются следующим образом — литр 96% спирта содержит 960 мл безводного спирта, соответственно, чтобы получить 33% раствор, нужно разделить 96 на 33 и получаем необходимый объем воды, равный 2,9 л. Т.е. если ввести в литр 96% спирта ровно 2,9 литра воды, то содержание спирта в полученном растворе составит точно 33% — теплоноситель, незамерзающий до примерно -22,5°С, готов.