Тепловое расширение воды

      В системах отопления температура воды в подающем трубопроводе составляет до 90°С. При этом вода, которой заполняется трубопровод, имеет температуру, равную приблизительно 10°С. Следует исключить ситуацию с вытеканием воды, как это показано на рисунке 7. Когда в летний сезон отопление отключается, то вода снова приобретает прежний объём. Таким образом, необходимо предусмотреть установку достаточно большого приёмного резервуара для того объёма воды, который образуется при её тепловом расширении.
      В старых отопительных установках устанавливались открытые расширительные баки (рисунок 8). Такие баки устанавливались всегда в самой верхней точке отопительной системы. При повышении температуры, то есть при тепловом расширении воды, уровень воды в таком баке повышается. И, наоборот, при понижении температуры - он снижается.
Рисунок 8: Пример установки с открытым расширительным баком: А - расширительный бак, SV - предохраняющий подающий трубопровод, SR - предохраняющий обратный трубопровод, К - вставная перепускная линия, Е -удаление воздуха, 0 - перелив. Недостатки: вода имеет контакт с воздухом, опасность замерзания при низких температурах [4].

      В современных отопительных установках используются мембранные расширительные баки (рисунок 9). При поставке бак заполнен азотом, который находится под давлением (давление на входе: от 0,5 до 1,5 бар). Вода, образующаяся при тепловом расширении, поступает в бак и надавливает на газовую подушку через мембрану. - Так как газы можно сжать, а жидкости - нет!
Рисунок 9: Мембранный расширительный бак: А при максимальной температуре воды; В во время регулируемого отопления; С при поставке. Преимущества: отсутствует контакт с воздухом, почти исключена коррозия, большая палитра размеров, простой монтаж [4].

Охлаждение воды
Также если температура воды опускается ниже 4°С, вода расширяется. Благодаря этой аномалии зимой мы может наблюдать, как поверхность рек и озёр покрывается льдом. Именно поэтому льдины держатся на поверхности воды. И только благодаря этому весеннее солнце может растопить эти льдины. Солнце не смогло бы этого сделать, если бы лёд погружался бы на дно, то есть если бы увеличивался его удельный вес. Но такое расширение воды таит в себе и определённые опасности. Так, например, моторы автомобилей и трубопроводы лопаются, если в них замерзает вода. Для того, чтобы избежать этого, в воду добавляется антифриз. В отопительных системам в качестве антифриза используется гликоль.

Испаряемость воды
Когда воду разогревают до температуры свыше 90°С, то при температуре в 100°С она превращается в пар. Если при испарении измерить температуру воды, то можно установить, что она держится на постоянном уровне в 100°С до тех пор, пока не испарится последняя капля. Таким образом, приток тепла полностью используется для испарения воды, то есть для изменения её агрегатного состояния.
Рисунок 10: Изменение агрегатных состояний. При разогреве воды происходят следующие процессы: Нагрев от 0 до 100°С - Образование пара при 100°С (const): латентное тепло; полное испарение всего объёма воды - разогрев пара свыше 100°С.

Эту энергию называют латентным (скрытым) теплом. Если затем продолжить нагрев, то происходит увеличение температуры пара. Эта зависимость показана на рисунке 10. Основным условием, обеспечивающим протекание процесса в соответствии с графиком рисунка 10, является нормальное атмосферное давление