Хладоносители для чиллеров

Наиболее распространенными рабочими жидкостями, используемыми в системах чиллер-фанкойл, являются: вода, водный раствор этилен- или пропиленгликоля различных концентраций, а также, например, водный раствор этилкарбитола (торговое название – «Экосол»).

Различие физических и химических параметров воды и этиленгликоля обусловило специфику их применения в чиллерах. Необходимо объяснить, что охлаждение чиллером рабочей жидкости в виде обычной технической воды накладывает определенные ограничения на предельные параметры температуры на выходе из установки, а именно – она не может быть ниже 0 °C. Упомянутые выше спецрастворы применяются при необходимости достижения холодильной установкой отрицательных значений рабочей температуры хладоносителя, либо с целью предотвращения повреждения внутренних элементов конструкции чиллера из-за замерзания воды внутри установки при ее нахождении на улице в зимнее время.

Помимо этого, выбор рабочей жидкости может быть определен иными условиями, например, свойствами материала, из которого изготовлены внутренние компоненты холодильной установки (теплообменник и трубопроводы): медь, нержавеющая или углеродистая сталь, титан, никельсодержащие сплавы. Рабочая жидкость (хладоноситель) должна быть нейтральной по отношению к металлу, т.е. не провоцировать коррозию и не менять его характеристик. С этой целью в растворы добавляют специальные вещества – ингибиторы, задерживающие развитие коррозии и прочие антиокислительные компоненты. 

 

Вода используется преимущественно в холодильных установках, построенных по схеме чиллер-фанкойл, предназначенных для комфортного кондиционирования воздуха. В этом случае поддержание оптимальной температуры воздуха в помещении вполне возможно обеспечить и циркуляцией в установках холодоносителя с глубоко отрицательными значениями температуры.

Температуры замерзания (0 °C) и кипения (100 °C) ограничивают использование воды в чиллере. Вода обладает малой летучестью, низкими показателями динамической вязкости и коррозийной активности, а также высокой теплоемкостью. В установках, работающих на чистой воде, расход электроэнергии ниже по сравнению с теми, которые используют специальные химические растворы. Помимо энергоэффективности и экономии на затратах, этот тепло/хладоноситель отличается нетоксичностью и пожаробезопасностью. К недостаткам можно отнести возможность выхода из строя некоторых компонентов холодильной установки в случае некорректной работы встроенных устройств защиты – термостатов и реле протока. Также, при размещении чиллера на улице, воду на зиму необходимо полностью сливать или же добавлять в нее антифриз в определенных концентрациях с целью предотвращения её замерзания и, как следствие, повреждения из-за расширения объема.

Этиленгликоль (альтернативные названия – этандиол, диоксиэтан или 1,2-этандиол, моноэтиленгликоль) в чистом виде представляет собой вязкую бесцветную жидкость. Главная особенность этиленгликоля – способность даже при низких температурах сохранять жидкую консистенцию, не менять свою структуру и не замерзать. Кроме того, вещество понижает температуру начала кристаллизации растворов, в которые он добавляется. Из-за таких свойств на основе этиленгликоля производят хладоносители в виде водных растворов с антикоррозионными добавками, не замерзающие даже при минус 60°C. 

Из-за своей относительной токсичности (смертельная доза чистого вещества для взрослого человека при приеме внутрь – от 50 до 200 мл) этиленгликоль применяется главным образом в системах охлаждения промышленного назначения – для организации и поддержания нормального режима работы технологического оборудования и производственных процессов. Он не предназначен для пищевой промышленности. Согласно экологическим нормам, запрещается сливать отработанные антифризы в открытый грунт и в канализацию. Однако эти требования, к сожалению, не всегда выполняются.

Необходимо отметить, что этиленгликоль почти не применяется в чистом виде. Чаще всего в системах используется водный раствор этиленгликоля от 20 до 45%, который обладает минимальной токсичностью и оптимальной температурой начала кристаллизации. С точки зрения безопасности именно эта форма лучше всего подходит в качестве теплоносителя для производственных помещений, жилых и общественных объектов. По физико-механическим свойствам водно-гликолевая смесь обладает достаточной теплопроводностью и вязкостью, а рекомендуемый срок эксплуатации состава составляет не менее 10 лет. С точки зрения энергоэффективности по сочетанию теплоемкости и вязкости водный раствор этиленгликоля обладает несколько более низкими параметрами, чем чистая вода.

Распространенность использования этиленгликоля объясняется главным образом экономическими причинами – объемы производства этиленгликоля в мире на порядок больше, чем пропиленгликоля, а его цена при этом вдвое ниже. 

В качестве тепло- или хладоносителя может быть использован пропиленгликоль. У пропиленгликоля при прочих схожих характеристиках имеется одно неоспоримое преимущество перед этиленгликолем: пропиленгликоль – это безвредная добавка, которую используют в пищевой и химической промышленности, в фармацевтике, производстве косметики и некоторых других сферах. В обычных условиях он не может причинить вред – сегодня во всех государствах мира разрешено применение E1520 в качестве добавки в продукты питания. Поэтому его применяют на объектах с повышенными требованиями к безопасности, например, на пищевых производствах.

Таким образом, основное преимущество этого раствора перед прочими состоит в том, что вследствие его нетоксичности утечка тепло/хладоносителя не представляет угрозы для окружающей среды и здоровья людей. Но даже при этом необходимо не забывать о соблюдении стандартных мер предосторожности, работая с данным веществом.

Водный раствор пропиленгликоля считается лучшим для заполнения чиллера ввиду некоторых его преимуществ: экологичности, низкой коррозионной активности, малого коэффициента расширения даже при полном замерзании его раствора (что гарантирует продолжительную безопасную и надежную эксплуатацию оборудования), высокой термостойкости и отличных смазочных характеристик. Он используется в вентиляции и кондиционировании благодаря низкой температуре застывания (вплоть до минус 60 °С, в зависимости от концентрации раствора).

Недостатком этого типа хладагента является то, что энергоэффективность установки, использующей раствор пропиленгликоля, обладает несколько еще более низкими параметрами, даже чем этиленгликоль.

В отличие от применяемых в настоящее время гликолевых антифризов (тосола, нордикса и др.), этот тип антифриза не содержит токсичных компонентов (например, этиленгликоля) и имеет меньшую вязкость и более широкий рабочий температурный диапазон, чем пропиленгликолевые тепло/хладоносители, что положительно сказывается на показателях  энергоэффективности систем. По вязкости, антикоррозийным свойствам, температуре воспламенения, взрывобезопасности и другим показателям он не только соответствует многим действующим мировым нормативам, но и превышает их.

Этот тепло/хладоноситель получил название «экосол». Существуют различные модификации: «Экосол-65», «Экосол-40», «Экосол-30», «Экосол-20», «Экосол-10». Цифры обозначают температуру начала кристаллизации.

По степени воздействия на человека экосол относится к безопасным веществам. Этот тепло/хладоноситель отличается низким коррозионным воздействием на различные металлы, он нетоксичен, взрывобезопасен, слабо горюч.

Теплофизические свойства «Экосол-40» существенно превышают свойства традиционных теплоносителей.

Новый экологически безопасный тепло/хладоноситель экосол замерзает при температуре минус 70 °С (кристаллизация начинается при минус  65 °С), кипит при температуре 1060 °С. Экосол содержит комплекс присадок, полностью предотвращающих коррозию металлов (сталь, чугун, алюминий, медь, латунь, припой), пенообразование и образование накипи.

Главное преимущество новых теплоносителей экосол в том, что они не наносят вред человеку и окружающей среде.