Теплоносители (хладоносители) служат для переноса тепла (или холода в обратную сторону) от одного вещества к другому и применяются в случаях, когда непосредственный нагрев или охлаждение не желательно или невозможно реализовать. Например, контур теплоносителя является неотъемлемой составной частью системы холодоснабжения на основе чиллеров.

Традиционным теплоносителем является вода - она обладает хорошими тепловыми свойствами и используется в системах тепло- и холодоснабжения. Роль теплоносителя также могут выполнять и успешно выполняют солевые растворы, водные растворы пролилен- и этиленгликоля, различные антифризы и т.д. Главная причина их появления - необходимость расширения диапазона температур, ограниченного водой температурой её замерзания - 0°С при нормальном давлении.

Широчайшее применение в холодильной технике получили гликолевые смеси - растворы этиленгликоля и пропиленгликоля в воде.

Общие сведения о гликолях

В чистом виде гликоли - бесцветные сладковатые жидкости с высокой вязкостью и температурой замерзания ниже -50°С. Различают два основных типа гликолей:

Пропиленгликоль - С₃Н₆(ОН)₂ - нетоксичное вещество, что позволяет его использовать даже в качестве пищевых добавок.

Этиленгликоль - С₂Н₄(ОН)₂ - токсичное вещество и несмотря на это именно он получил наиболее широкое применение в холодильной технике, т.к. его гидравлические свойства заметно лучше, а стоимость значительно ниже, чем у пропиленгликоля.

Выбор концентрации

В технике гликоли практически не используются в чистом виде, а применяются их растворы в воде, что позволяет добиться приемлемых теплофизических свойств (хуже, чем у воды, но лучше, чем у чистых гликолей) и регулируемой с помощью концентрации гликоля температуры замерзания теплоносителя.

Итак, концентрация гликоля в воде выбирается исходя из температуры замерзания (см. таблицу) и чем ниже эта концентрация, тем более эффективен теплоноситель.

Следующей проблемой является пересчет характеристик оборудования на новый теплоноситель, т.к., как правило, табличные данные для насосов, теплообменников, трубопроводов, уплотнений и т.д. указываются для чистой воды.

Повышенный риск утечек

Гликовые теплоносители имеют меньший молекулярный размер, чем чистая вода. Это может привести к дополнительным утечкам и должно учитываться при выборе уплотнительных элементов конструкции системы, а также при выборе насосного оборудования и его размещении. Особенно ярко данное свойство проявляется при высоких концентрациях гликоля и низких рабочих температурах. Поэтому насосное оборудование по возможности следует размещать в частях системы с более высокой температурой теплоносителя (в системе холодоснабжения насосы выгоднее размещать на обратном потоке). Отметим, что часто стандартные насосы рассчитаны на максимальную концентрацию гликоля 30-40%, а её повышение влечет необходимость использование специального исполнения.

При использовании гликолевых теплоносителей не рекомендуется применять трубопроводы из оцинкованной стали.

Пересчет характеристик оборудования

Увеличить

При подборе оборудования необходимо учитывать свойства гликолей и соответствующим образом корректировать табличные данные производителей оборудования. В более подробных документациях на оборудование, как правило, приводятся коэффициенты пересчета мощности, холодопроизводительности, расхода и др. параметров в зависимости от концентрации гликоля в воде. Ещё более точные данные дают программы подбора соответствующего оборудования, позволяющие смоделировать заданные условия работы. Однако все они в значительной степени схожи: на графике слева приведены графики изменения основных характеристик чиллера в зависимости от содержания гликоля в воде (взято из технической документации на чиллер)

Пересчет гидравлики системы

Увеличить

Высокая вязкость гликолей сказывается и на вязкости их водных растворов - у незамерзающих теплоносителей вязкость выше, чем у воды, а, поэтому, возрастает и гидравлическое сопротивление в трубопроводах, теплообменниках и т.п., причем здесь уже заметное влияние оказывает и температура теплоносителя. Ниже на графике приведены поправочные коэффициенты падения давления для этиленгликолевых смесей в зависимости от концентрации и температуры.

Характеристики насосного оборудования

Увеличить

Мы уже отметили, что насосное оборудование желательно располагать на более теплых потоках теплоносителя. Добавим, что характеристики насоса также зависят от перекачиваемой среды. При более вязком теплоносителе его потребляемая мощность увеличивается, напор падает, следовательно, снижается и КПД. Обратим внимание, что насос должен подбираться на больший напор (т.к. возросло сопротивление сети), одновременно и его характеристики занижаются, т.е. использование гликолевых теплоносителей имеет двойной негативный эффект и требует применения более мощного насоса.