Загальні відомості
Теплоносії (холодоносії) є проміжним тілом, за допомогою якого здійснюється перенесення тепла від повітря охолоджується приміщення до холодильного агенту. Холодоносієм може служити вода, водні розчини солей або рідини з низькою температурою замерзання - антифризи і т. Д. Їх застосовують там, де безпосереднє охолодження небажано або неможливо.
При температурах теплоносія нижче точки замерзання води, а також з метою запобігання замерзання теплоносія в трубопроводах при низьких температурах навколишнього середовища, як теплоносіїв використовують різні розчини і суміші з низькою температурою замерзання.
Поширеними холодоносіями є хлористий натрій (NaCl), солі хлористого кальцію (CaCl2), водні розчини гликолей. У зв'язку з високою корозійною активністю сольових розчинів, витрати на ремонт обладнання можуть багаторазово перевищити прямі витрати, тому останнім часом все більш широке застосування знаходять розчини багатоатомних спиртів, в тому числі пропиленгликоля (ПГ), етиленгліколю, гліцерину, що особливо характерно для систем центрального кондиціонування.
Гликоли - безбарвні солодкуваті і високо в'язкі рідини з точкою замерзання нижче 50С. Розрізняють два основних типи гликолей:
- пропіленгліколь - С3 Н6 (ОH) 2. завдяки нетоксичність знаходить також застосування в харчовій промисловості (в якості харчових добавок).
- етиленгліколь, C2 H4 (ОН) 2. в основному, використовується там, де його витік не буде небезпечною для людей, тварин і продовольчих товарів. Він значно дешевше пропиленгликоля і втрати на тертя - набагато нижче при низьких температурах, ніж для пропиленгликоля.
При проектуванні систем з гліколевої теплоносіями слід враховувати їх фізико - хімічні особливості.
Особливості застосування розчинів гликолей
Водні розчини етиленгліколю та пропіленгліколю мають відмінні від води теплофізичні властивості - теплоємність, щільність, теплопровідність, хімічна активність і т.п. які повинні бути враховані при підборі обладнання, гідравлічному розрахунку систем холодопостачання.
Не рекомендується застосовувати труби з оцинкованої сталі в системах з гліколевої теплоносіями.
Розрахунок концентрації розчину
Підбір обладнання, перерахунок основних характеристик
При підборі обладнання необхідно врахувати, що основні характеристики холодильного обладнання при використанні розчинів гликолей високої концентрації будуть істотно відрізнятися від розрахованих при нормальній температурі і воді в якості теплоносія. Як правило, точні характеристики холодильної машини з урахуванням концентрації гліколю і при різних температурах теплоносія можна перерахувати за допомогою програм підбору або таблиць, що надаються виробниками чиллерів. Як приклад на Рис. 3 і 4 показано, як змінюються основні показники холодильної машини (холодопродуктивність, споживана потужність компресора, розрахункова витрата теплоносія) в залежності від концентрації розчину етиленгліколю та пропіленгліколю при температурі теплоносія + 5 / + 10 ° С.
Перерахунок гідравлічного опору
Так як етиленгліколь і пропіленгліколь володіють високою в'язкістю, як наслідок значно зростають гідравлічні втрати на тертя в трубопроводах і на подолання гідравлічних опорів. На Рис.5 і 6 наведені поправочні коефіцієнти падіння тиску в залежності від температури і концентрації розчину.
Залежність характеристик насосного обладнання від фізичних властивостей теплоносія
Вибір насосного обладнання також вимагає ретельного підходу не тільки з точки зору конструктивних особливостей і варіантів розміщення в схемі системі, а й у розрахунку характеристик. На Рис.7 показано, як змінюються характеристики реального відцентрового насоса при перекачуванні рідини з в'язкістю більшою ніж у чистої води:
Як приклад, розглянемо підбір насоса при ісползованія в системі в якості теплоносія розчину етиленгліколю.
- необхідну витрату теплоносія в системі = 50 м 3 / год,
- необхідний натиск на мережу = 18,5 м,
- температура рідини = -15 ° С,
- концентрація етиленгліколю = 40% мас.
За діаграмою стану розчину етиленгліколю по температурі і концентрації визначаємо динамічну в'язкість і щільність розчину:
- динамічна в'язкість = 12 мПа х с,
- щільність = 1070 кг / м 3.
Знаходимо кінематичну в'язкість розчину:
- кінематична в'язкість = динамічна в'язкість / щільність = 11,2 мм 2 / с
Виходячи з розрахункових витрати та напору насоса і розрахованої кінематичної в'язкості по номограмі перерахунку характеристик відцентрових насосів визначаємо необхідний натиск насоса за стандартними характеристиками, коефіцієнт напору дорівнює 1,02. тобто для забезпечення витрати 50 м 3 / год і перепаду тисків теплоносія 18,5м необхідно вибрати насос з напором за стандартною характеристиці = 18,87 м. Цій умові відповідає насос LME 80-125 / 133 фірми Grundfos. За номограмі перерахунку характеристик відцентрових насосів уточнюємо поправочний коефіцієнт споживаної потужності насоса, він дорівнює 1,1, тобто фактична потужність = попр.коефф. х щільність х потужність за стандартною характеристиці = 1,1 х 1,07 х 3,6 = 4,24 кВт.