Nosiče tepla (chladicí kapaliny pro teplosměnné systémy) jsou pracovní média, která při procesu výměny tepla buď odvádějí přebytečné teplo, nebo se používají k vytápění v různých výrobních technologiích, dále k vytápění obytných, kancelářských a průmyslových budov a objektů.
Pro zvýšení účinnosti procesu výměny tepla v topných systémech se jako pracovní médium používají různé typy chladicích kapalin. Zpočátku se používala obyčejná voda nebo v některých případech pára. Následně takové technologie ztratily svůj vývoj, protože se staly neúčinnými a drahými. Zařízení pro výměnu tepla poměrně rychle reziví, voda se musí neustále měnit a ochlazování probíhá příliš rychle.
Za účelem zvýšení provozní účinnosti teplosměnných zařízení a zlepšení provozu teplosměnných systémů byly vyvinuty nové typy celosezónních nízkotuhnoucích chladicích kompozic s dlouhou životností v topných systémech.
V současné fázi rozvoje průmyslové výroby jsou nejpoužívanějšími pracovními médii pro teplosměnné systémy vodné roztoky glykolů (ethylenglykol, propylenglykol) nebo glycerin obsahující aditivační balíčky, které zlepšují jejich výkonnostní charakteristiky. Dnes se jedná o nejúčinnější pracovní média používaná v procesech přenosu tepla.
Existuje mnoho typů chladicích kapalin, jejichž fyzikální a chemické vlastnosti se od sebe mírně liší, což umožňuje vybrat nejvhodnější s ohledem na podmínky jeho dalšího použití.
Z těchto mnoha typů oblíbených chladicích kapalin lze zhruba rozlišit následující nejběžnější skupiny:
- voda (roztoky vody a soli);
- ethylenglykol, propylenglykol (roztoky voda-glykol);
- směsi.
Každá z chladicích kapalin těchto skupin má své vlastní charakteristické výhody a nevýhody.
Charakteristika vody jako vodiče tepla
Mnoho topných systémů je naplněno vodou jako pracovním médiem – nejdostupnějším a nejuniverzálnějším chladivem. Je volně dostupný a jeho zásoby v přírodě jsou pravidelně obnovovány. Až 70 % topných systémů je naplněno přírodní kapalinou.
Popularita vody je dána nejen její dostupností, ale také ekologickou nezávadností. Mezi jeho pozitivní vlastnosti patří také vysoká hustota a měrná tepelná kapacita. Důležitou výkonnostní charakteristikou je nízká chemická aktivita, dobrý koeficient prostupu tepla, minimální viskozita. Voda splňuje všechny tyto požadavky. V případě potřeby lze upravit jeho teplotu ohřevu.
Mezi vlastnosti přírodní kapaliny existují také nevýhody. Tyto zahrnují:
- dolní horní mez ohřevu (maximální teplota v topném systému do 150 °C);
- zamrzne při 0 °C, přechází do krystalické formy s výrazným nárůstem objemu, což vede ke zničení zařízení a potrubí topných systémů;
- možnost korozních procesů s tvorbou oxidů kovů (rez) a destrukce povrchů zařízení;
- tvorba vodního kamene na povrchu potrubí při zahřátí na 80 °C.
Pokud v zimě voda v potrubí zamrzne, celý topný systém se může stát nepoužitelným. Na kovových trubkách a armaturách se často objevuje rez a usazeniny. Pro minimalizaci rizika jejich výskytu se používá destilovaná voda nebo se do technologické vody přidávají speciální přísady a zásady.
Topná zařízení, kde voda slouží jako chladivo, vyžadují pravidelnou údržbu – proplachování výměníků tepla a potrubí, periodické opravy kotlů a seřizování měrného odporu během topné sezóny.
Technické vlastnosti chladicích kapalin na bázi glykolu
Od 01.01.2017 platí GOST 33341-2015 „Celosezónní nízkotuhnoucí směsi a chladicí kapaliny pro systémy výměny tepla“ pro chladicí kapaliny, které jako základní složky využívají specifické vlastnosti své vody – glykoly (etylen glykol, diethylenglykol, triethylenglykol, propylenglykol). roztoky nezískávají pevnou fázi při záporných teplotách okolí.
Na bázi glykolů byly vyvinuty desítky typů chladicích kapalin pro použití v různých systémech výměny tepla. Nejedná se pouze o kapaliny pro komunální sektor, ale také o směsi pro průmyslové výměníky tepla. Takové kompozice poskytují dobrý přenos tepla a umožňují udržení vysoké účinnosti procesu přenosu tepla.
Kompozice lze používat při zachování optimálních podmínek až 5-7 let bez jejich regenerace. Po uplynutí záruční doby a kontrole kvality můžete složení obnovit nebo vyměnit a pokračovat v provozu.
Teplonosné kapaliny na bázi etylenglykolu
Aby některé topné jednotky fungovaly, je nutné používat chladicí kapalinu, která zamrzá pouze při velmi nízkých teplotách. Nízkomrznoucí chladicí kapalina (neboli nemrznoucí kapalina) na bázi etylenglykolu je jednou z nich.
Nízká teplota, při které začíná krystalizace těchto typů chladiv, závisí na poměru základní složky – etylenglykolu a destilované vody v roztoku. Pro zlepšení výkonnostních charakteristik těchto chladicích kapalin se do jejich složení přidává balíček funkčních přísad, které chrání kovové povrchy zařízení před korozními účinky etylenglykolu.
Nemrznoucí směs je vhodná pro použití v automobilových chladicích systémech spalovacích motorů a v systémech, které se používají pro vytápění budov, konstrukcí a jako chladicí kapalina v různých průmyslových odvětvích. Patří do kategorie chladiv středních cen.
Teplota, při které tento typ chladiva začne krystalizovat, může dosáhnout až minus 70 °C a netvoří usazeniny na tepelných trubicích.
Mezi klíčové vlastnosti takové chladicí kapaliny patří:
- nízkotuhnoucí vlastnosti (zmrazování závisí na koncentraci ethylenglykolu v roztoku);
- praktičnost a bezpečnost použití (během ochlazování a krystalizace získává amorfní strukturu – výrazně se nerozpíná, a proto není schopen poškodit zařízení otopné soustavy);
- obsahuje balíček aditiv (ochrana proti korozi, kotel, pěnění a stabilizace, antioxidant);
- nemění své původní základní speciální vlastnosti po celou dobu životnosti;
- má vysoký počáteční bod varu v uzavřeném systému;
- během záruční doby nepůsobí agresivně na různé materiály (kov, plast, pryž, textil), protože složení obsahuje potřebné přísady v dostatečném množství.
Hlavní nevýhodou takového chladicího média je jeho toxicita. Jsou středně toxické z hlediska účinků na lidský organismus (třída nebezpečnosti 3) a nebezpečné z hlediska parametrů prostředí. Z tohoto důvodu se nepoužívá v otevřených topných systémech. Při jeho používání je důležité zabránit jeho kontaktu s jakýmikoli předměty. V opačném případě by bylo vhodné je vyměnit.
Teplonosné kapaliny na bázi propylenglykolu
Propylenglykolové kompozice a chladicí kapaliny, jejichž hmotnostní distribuce je omezena drahou základní pracovní složkou – propylenglykolem, se rozšířily se zavedením chladicích kapalin do technologií výroby potravin a také do farmaceutického průmyslu. Jejich hlavní výhodou oproti etylenglykolu je, že jsou bezpečnější pro člověka a životní prostředí.
Lze rozlišit následující hlavní charakteristiky:
- nezpůsobuje otravu, vodné roztoky propylenglykolu jsou odolné proti výbuchu a ohni, a proto jejich páry prakticky neobsahují základní aktivní složku;
- vhodné pro vytápění obytných budov a veřejných budov;
- má nízkou chemickou agresivitu;
- vhodné pro materiály a především zařízení z kovů, na kterých při styku s vodou dochází ke korozi;
- zabraňuje vodním rázům a má dobrý mazací účinek.
Nevýhody charakterizující propylenglykolová chladiva zahrnují:
- nutnost výměny každých 5 let, chladicí kapaliny se standardní sadou balení aditiv. Pro prodloužení doby spolehlivého provozu je nutné použít balení s karboxylátovými přísadami pro získání ochranných známek „Carbo-ECO-TEN“;
- vysoké náklady;
- při teplotách pod nulou mají chladicí kapaliny vysokou viskozitu a zároveň se vyznačují zvýšenou tekutostí, takže mohou snadno pronikat uvolněnými spojovacími částmi topného systému (i tam, kde neprosakuje voda).
Chladiva ve formě směsí
Další skupinou chladicích kapalin používaných v teplosměnných systémech jsou kompozice a chladicí kapaliny na bázi vodných roztoků základní pracovní složky – glycerinu. Jedná se o moderní a slibný vývoj s vysokou účinností a malým potenciálním poškozením životního prostředí.
Dle požadavků zákazníka lze vyrábět chladiva pro použití v topných zařízeních na funkční bázi smíchání dvou bází – propylenglykolu a etylenglykolu. Takové směsi kombinují vlastnosti dvou aktivních základních složek. Vzhledem ke zvýšené viskozitě propylenglykolu při nízkých teplotách je tato nevýhoda kompenzována přidáním ethylenglykolu do směsi. To však zhoršuje ekologické parametry a bezpečnost chladicích kapalin.
Ve skutečnosti lze dokonce i vodu a chladicí kapaliny na bázi vodných roztoků glykolů klasifikovat jako smíšené chladicí kapaliny.
Hlavní charakteristiky, na které se musíte zaměřit při výběru chladicí kapaliny
Existuje řada požadavků na pracovní prostředí. Každá z nich je specifickou vlastností chladicích kapalin pro systémy výměny tepla, včetně topných procesů.
- Dobrá kapacita akumulace tepla, umožňující snížit náklady na energii pro pohyb.
- Přepravitelnost. Důležitý je stabilní stav agregace a schopnost přenášet teplo (chlad) na požadované vzdálenosti.
- Nízká úroveň toxicity nebo její minimální dopad na zdraví personálu.
- Environmentální bezpečnost. Je nutné, aby případné nezamýšlené úniky a emise neměly negativní dopad na životní prostředí.
- Chemická inertnost ve vztahu k materiálům teplosměnných systémů a technologických zařízení různých průmyslových odvětví (kovy, slitiny, těsnící výrobky, pryž atd.).
- Optimální rozsah provozních teplot, který zajišťuje stabilitu přenosu tepla a stabilní řízení režimů různých výrobních procesů a snižuje provozní náklady.
- Výbuch a požární bezpečnost. Je důležité, aby se ohřátá chladicí kapalina při kontaktu se vzduchem nezapálila.
Neméně důležité jsou některé fyzikální vlastnosti: vysoký koeficient tepelné vodivosti, hodnota koeficientu charakterizující povrchové napětí a optimální hodnota viskozity v širokém teplotním rozsahu.
Společnost Savia se specializuje na výrobu a prodej průmyslových chladicích kapalin široké škály různých značek.
