Teplonosiče na bázi propylenglykolu / ethylenglykolu, Kemerovo, společnost Teplomechanika

Voda je právem považována za nejlepší chladicí kapalinu. Má maximální tepelnou kapacitu, má vysokou tekutost, je šetrný k životnímu prostředí a je veřejně dostupný. Všechny výhody však kompenzuje fakt, že při teplotě 0°C voda zamrzá. U topných systémů, které používají vodu jako chladicí kapalinu a pracují přerušovaně při nízkých vnějších teplotách (dům, chata), je to nebezpečné, protože to může vést k nouzovému stavu při odmrazování systému s poškozením potrubí, výměníků tepla a dalších částí konstrukce. Vypuštění vody a naplnění systému před spuštěním je velmi pracné a zdlouhavé (a voda stejně nebude zcela odstraněna). Alternativní možností, kterou v tomto článku zvážíme, jsou nemrznoucí chladicí kapaliny (nemrznoucí kapalina).

V Rusku je nejběžnější nemrznoucí směs pro topné systémy obvykle směs vody s etylenglykolem a přísadami (speciální přísady pro různé účinky).

Vlastnosti ethylenglykolu a nemrznoucí směsi na jeho bázi

Hustota ethylenglykolu v čisté formě je 1,13 g/cm3 při pokojové teplotě (20-22 °C), mrzne při t = -13 °C. Ještě nižší bod tuhnutí mají roztoky etylenglykolu s vodou s podílem 30 až 70 %. Minimum je -70°C a dosahuje se poměrem vody a dvojsytného alkoholu 1:2. Když roztok zmrzne, změní se na viskózní amorfní směs s mírným zvýšením objemu celkové hmoty do 0,3% (v době, kdy čistá voda vzroste na 9%).

Aditiva v roztoku vody a etylenglykolu číslo do 10 látek, které mají antikorozní účinek a snižují oxidační vlastnosti směsi, tvorbu pěny, zabraňují tvorbě vodního kamene, odstraňují stávající plak, zvyšují tepelnou stabilitu a inertnost vůči syntetickým těsnění.

Většina koncentrovaných chladicích kapalin je roztok, který se skládá z 65 % etylenglykolu, asi 31 % vody a 3–4 % přísad (Hot Blood-65M, Dixis-65 a další). Tento poměr má za následek lepší přenos tepla. Výsledná směs se nerozkládá na své složky a má teplotu krystalizace -65°C. Další směs pro topná zařízení označená „30“ mrzne při -30°C. Existují směsi, kde je procento ethylenglykolu až 95 %. Ředí se bezprostředně před plněním systému. Procento etylenglykolu v chladicí kapalině se volí výhradně na základě minimální teploty, při které bude směs cirkulovat v systému.

Nejčastěji se hotové nemrznoucí koncentráty s určitým bodem tuhnutí ředí vodou a následně se ihned plní topným systémem. Pokud například smícháte dva objemy nemrznoucí směsi s bodem krystalizace -65 °C a jeden objem vody, získáte roztok, který zamrzne při -30 °C. Pro ředění použijte destilát, pokud není k dispozici, použijte vodu z vodovodu (s tvrdostí nejvýše 6 jednotek). Přídavek vody z přírodních vnějších zdrojů je nežádoucí pouze proto, že může docházet k neslučitelnosti s přísadami kvůli jejich aktivním složkám. Naředění směsi o více než polovinu již může vést ke zhoršení antikorozních vlastností. Profesionálně připravenou kompozici s požadovaným bodem krystalizace lze objednat u výrobce nemrznoucí směsi.

Vezměte prosím na vědomí: existují významné rozdíly ve fyzikálních vlastnostech vody a nemrznoucích chladicích kapalin na bázi dvojsytného alkoholu při jejich použití existuje řada technických vlastností, které vyžadují povinné zvážení;

1. Viskozita směsí s ethylenglykolem je téměř 4krát vyšší než u vody. V důsledku toho bude hydrodynamický odpor vůči pohybu roztoku v potrubí vyžadovat výkonnější oběhové čerpadlo (až 10 % kapacity a až 60 % tlaku).
2. Koeficient tepelné roztažnosti bude také větší než u vody. Proto je nutné instalovat expanzní nádobu, která je přibližně 15% z celkového objemu topné konstrukce.
3. Směs etylenglykolu má přibližně o 15 % nižší tepelnou kapacitu než voda. To mírně zhoršuje podmínky výměny tepla a vyžaduje instalaci výkonnějších radiátorů do systému. Kromě toho se chladicí kapalina nesmí přehřívat, protože to povede k nevratné změně chemických vlastností a složení roztoku.

Roztok etylenglykolu reaguje se zinkovými a olejovými barvami za vzniku nerozpustné sraženiny, jejíž velké množství může narušit provoz celého topného systému. Koudel navíc na rozdíl od vody nebobtná ve spojích mezi konstrukcí topného systému a nemrznoucí kapalinou. Při instalaci systému doporučujeme nepoužívat pozinkované díly a používat silikonové tmely a jiné tmely ve spojích spíše než tažné.

Pěnění nemrznoucí směsi je možné v místech, kde je největší hydrodynamický odpor. Aby k tomu nedocházelo, je nutné nastavit membrány vyvažovacích ventilů a termostaty tak, aby pracovní kapalina mohla rychle a volně procházet.

Při instalaci elektrických kotlů elektrodového (iontového) typu, kde je chladicí kapalina přímým prvkem elektrického obvodu, je povoleno používat pouze speciální nemrznoucí směs. Většina kapalin používaných v systému není určena k vedení elektrického proudu.

Při teplotách nad 90°C ve vodném roztoku etylenglykolu se navíc zintenzivňuje proces tvorby sedimentu, který zhoršuje přenos tepla. U modelů zařízení s kotli s vysokonapěťovými topeništi to může vést k vyhoření trubek topeniště a výměníku tepla.

Ale hlavní nebezpečí je spojeno s vysokou toxicitou ethylenglykolu. Je to látka středně nebezpečná, jedovatá, schopná proniknout kůží a na lidský organismus působí narkoticky. Smrtelná dávka je 100 ml. Proto se nemrznoucí směsi na bázi etylenglykolu nepoužívají ve dvouokruhových topných systémech, kde v případě odtlakování konstrukce existuje možnost, že se roztok dostane do sanitární vody. Maximální přípustná koncentrace etylenglykolu ve vzduchu pracovního prostoru je 5 mg/m3. Vzhledem k možnosti odpařování roztoku z povrchu by měly být otevřené expanzní nádoby používány v topném systému s maximální opatrností.

Vlastnosti propylenglykolu a nemrznoucích směsí na jeho bázi

Vylepšenou náhradou ethylenglykolu je propylenglykol. Jeho hustota je 1,04 g/cm 3 a mrzne při t = -67°C. Při smíchání s vodou se bod tuhnutí zvyšuje (při 15% koncentraci na -5°C). Nemrznoucí směs na bázi propylenglykolu má téměř stejné vlastnosti jako etylenglykol, je však bezpečnější (propylenglykol se používá jako potravinářská přísada E1520). Jeho hydraulický odpor je nižší díky „smáčecímu efektu“, což výrazně usnadňuje provoz oběhového čerpadla.

Jedinou výhradou, která brání šíření propylenglykolu, je vyšší cena nemrznoucí směsi na jeho bázi (2krát) než u podobných směsí etylenglykolu. Hlavní oblastí použití nemrznoucí směsi na bázi propylenglykolu jsou budovy a stavby s přísnými ekologickými požadavky (nákupní centra, potravinářské podniky atd.).

Cenovou niku mezi výše zmíněnými řešeními zabírá nemrznoucí směs na glycerinové bázi s balíčkem aditiv. Glycerin je pro člověka zcela bezpečný a lze jej úspěšně použít v otevřených topných systémech a budovách se zvýšenými požadavky na životní prostředí. Jeho chemické a fyzikální vlastnosti jsou podobné jako u roztoků voda-glykol. Hlavní výhodou, která vytváří výhodu ve prospěch glycerinové nemrznoucí směsi, je absence chemické reakce se zinkem a tedy možnost použití v topném systému s pozinkovanými konstrukčními díly.

Návrh systému s nemrznoucí chladicí kapalinou

Nejprve se musíte ujistit, že výrobci instalované topné konstrukce umožňují použití nemrznoucí směsi. Politika evropských výrobců topných systémů se v této otázce výrazně liší. Například německá společnost Vaillant nepovoluje použití nemrznoucí směsi a jako sankce za porušení zákazu uplatňuje ztrátu záručního servisu. Další německá společnost Buderus umožňuje nalévat určité značky nemrznoucí směsi do všech kotlů, včetně nástěnných, a zakazuje použití řešení pouze u kotlů, které jsou vybaveny hliníkovými výměníky tepla.

Nejliberálnější přístup zastává italská společnost Baxi, která zavedla přísný zákaz nemrznoucí směsi pouze pro kotle značky Main s bitermálním výměníkem a pro ostatní kotle vypracovala doporučení neomezující složení chladicí kapaliny.

Majitel domu, kde je zařízení instalováno, se musí postarat o zásobu nemrznoucích roztoků pro doplnění systému. Nedoporučujeme používat roztoky různých značek, jejich aktivní přísady mohou reagovat se zcela nepředvídatelnými následky. Průměrná životnost směsí je omezena pouze životností přísad a není delší než 5 let (5 topných sezón).

Při přestavbě topného systému na práci s nemrznoucími chladicími kapalinami je nutné vzít v úvahu vše výše uvedené. Před naplněním systému musíte vyčistit všechny obrysy konstrukce od vodního kamene a koroze pomocí speciálních sloučenin. V opačném případě budou nemrznoucí přísady rychleji reagovat uvolněnými usazeninami a rzí, což povede k ucpání celého systému.

Je také nutné pečlivé sledování nepřítomnosti netěsností v topném systému. Aby je bylo možné rychle detekovat pomocí ultrafialové baterky, mnoho výrobců přidává do nemrznoucí směsi speciální fosforeskující barvivo. S roztoky pracujte pouze v rukavicích. Pokud se vám tekutina dostane na pokožku, okamžitě ji opláchněte velkým množstvím vody.

• Zásobování plynem
• Kotelna
• Ventilační systém
• Geotermální vytápění
• Topný systém
• Systém teplých podlah

Společnost Gelena Khimavto LLC zahájila výrobu teplonosných látek připravených k použití:

• „Teplý dům -30“ (na bázi ethylenglykolu)
• „Teplý dům-Eco-20“ (na bázi propylenglykolu)

To je dáno skutečností, že v mnoha regionech voda z vodovodu používaná k ředění koncentrovaných nosičů tepla nesplňuje požadavky. Ředění koncentrátů navíc často neprobíhá podle pokynů.

Uvolnění nemrznoucí směsi „Teply Dom-Eko-20“ je také spojeno s přísným požadavkem výrobců dovážených dvouokruhových kotlů na omezení koncentrace propylenglykolu v tepelných nosičích.

Měření teploty krystalizace TH

Tato otázka je obzvláště důležitá pro kupující chladicí kapaliny – nemrznoucí směsi, kteří se chtějí ujistit, že zakoupený produkt přesně odpovídá deklarované teplotě začátku krystalizace. Je to důležité i pro výrobce nemrznoucích směsí při provádění výstupní kontroly.

Protože proces tuhnutí nemrznoucí směsi probíhá v poměrně širokém teplotním rozsahu, obvykle se měří teplota začátku krystalizace, tj. okamžik, kdy se v kapalném vzorku objeví první krystaly ve formě zákalu nebo „oblaku“. Tento ukazatel lze měřit poměrně přesně. Existuje obecně uznávaná laboratorní metoda pro měření teploty začátku krystalizace, v Rusku je to bod 4.3.3 GOST 28084-89, v zahraničí – ASTM D1177. Obě metody zahrnují ochlazování kapalného vzorku do krystalizace nebo jednodušeji do „zamrznutí“ kapalným dusíkem.

Existuje také mnoho laboratorních a domácích zařízení pro měření teploty začátku krystalizace v „terénních“ podmínkách. Při použití takových zařízení se nemrznoucí směs nemrzne, dokud se neobjeví krystaly, ale měří se další charakteristiky – hustota nebo index lomu, které jsou spojeny s koncentrací ethylenglykolu v roztoku a podle toho s teplotou tuhnutí.
Při používání takových zařízení je však třeba vzít v úvahu řadu bodů, aby se předešlo chybám, nepřesnostem a nesprávným závěrům.

První typ Takovým laboratorním a domácím zařízením je ponorný hustoměr (plovák). Ponoří se do kapaliny a hloubkou jeho ponoření je možné posoudit hustotu, a tedy i bod tuhnutí dané kapaliny. Někdy je měřicí stupnice takových hustoměrů (nazývaných také hustoměr-hustoměr) odstupňována nikoliv jako obvykle v gramech na centimetr krychlový, ale přímo ve stupních Celsia nebo v procentech obsahu ethylenglykolu v roztoku. Typickým zástupcem této třídy zařízení je „AEG hustoměr-hustoměr /tosol, nemrznoucí směs/“, který vyrábí náš průmysl. Je třeba mít na paměti, že každý takový hustoměr-hustoměr je nastaven na určitou kapalinu, například na „Tosol AM“ nebo na roztok voda-ethylenglykol, a při měření jiné nemrznoucí směsi bude dávat značnou chybu.

Při používání hustoměru je třeba mít na paměti čtyři věci. Zaprvé, toto zařízení ve skutečnosti měří hustotu kapaliny, nikoli její další vlastnosti. Měření provedené hustoměrem proto může sloužit pouze jako indikátor, odhad bodu tuhnutí, ale nikoli jako kvalifikační test. Například můžete do nemrznoucí směsi přidat sůl, což zvýší její hustotu, a hustoměr ukáže vynikající „nízký bod tuhnutí“, který se však nebude shodovat se skutečným bodem tuhnutí.

Za druhé, všechny nemrznoucí směsi (a nemrznoucí směsi) obsahují kromě vody a ethylenglykolu také aditiva, která se od sebe liší množstvím a hustotou. Různé nemrznoucí směsi po zředění vodou proto mají různou závislost hustoty na teplotě tuhnutí, i když jsou si navzájem podobné.

Za třetí, při měření hustoměrem-hustoměrem musí být přesně dodržena stanovená teplota měřené kapaliny. Je známo, že všechna tělesa se při zahřívání roztahují, včetně nemrznoucí směsi. Proto bude mít stejná nemrznoucí směs různou hustotu venku a v teplé místnosti. V souladu s tím se budou údaje hustoměru a hustoměru lišit: venku bude nemrznoucí směs „dobrá“, ale uvnitř bude stejná nemrznoucí směs „špatná“. U velké většiny takových zařízení se předpokládá, že měření budou prováděna při teplotě kapaliny přísně plus 20 °C.

Za čtvrté, hustoměr-vlhkoměr není schopen stanovit teplotu krystalizace koncentrovaných nemrznoucích chladiv. Je lepší to provést po zředění podle návodu k použití. Například při ředění chladicí kapaliny „Teplý Dom-65“ vodou 1:1 by teplota měla být v rozmezí -17 °C (někteří výrobci uvádějí -20 °C. Jednoduchý výpočet však: 65 % glykolu (-65 °C): 2 = 32,5 %, což odpovídá -17 °C, pro -20 potřebujete 36 % glykolu!).

Nejlepším způsobem, jak odhadnout bod tuhnutí nemrznoucí směsi v „terénních“ podmínkách, je použití běžného hustoměru v kombinaci s teploměrem. Naplníte průhlednou nádobu, například rozříznutou plastovou lahev, nemrznoucí směsí, teploměr ponoříte do kapaliny, kapalinu ohřejete na plus 20 °C nalitím horké nebo studené vody na vnější stranu nádoby a stálým mícháním a hustotu kapaliny změříte hustotu hustoty hustoměrem. Doporučuje se použít laboratorní hustoměr s přesností dělení 0,001 g/cm2. Poté určíte teplotu krystalizace nemrznoucí směsi pomocí tabulky nebo grafu závislosti této teploty na hustotě, sestaveného pro danou značku nemrznoucí směsi. Přesnost takového měření může být +/- XNUMX °C, ale ne vyšší.

Druhý typ laboratorním a domácím přístrojem je refraktometr. Ve skutečnosti toto zařízení měří optické vlastnosti nemrznoucí směsi – index lomu, který je také spojen se stupněm zředění nemrznoucí směsi vodou a její teplotou začátku krystalizace. Vzhledem k tomu, že refraktometr je přesnější (preciznější) přístroj než hustoměr, může být přesnost stanovení teploty začátku krystalizace nemrznoucí směsi s jeho pomocí již +/- 1 °C. Typickými představiteli refraktometrů jsou laboratorní „Refraktometr IRF 454B2M“ a kapesní ATAGO „Master BR“ nebo „Refraktometr VBC4T“.

Při použití refraktometru byste měli dodržovat výše uvedená pravidla a bezpečnostní opatření. Měření provádějte při teplotě kapaliny přesně plus 20 °C. Pro převod indexu lomu na teplotu začátku krystalizace pro danou značku nemrznoucí směsi použijte tabulku. Pokud má kapesní refraktometr již nastavenou měřicí stupnici ve stupních Celsia, mějte na paměti, že tato stupnice je přizpůsobena specifické nemrznoucí směsi, s největší pravděpodobností směsi ethylenglykolu a vody. Takové zařízení není schopno měřit koncentrované chladicí kapaliny – nemrznoucí směsi. Před měřením je nutné je zředit, jak je popsáno výše.