что это такое, виды, как выбрать, скорость и температура жидкости
Что такое теплоноситель? Это вещество, предназначенное для переноса тепла из камеры сгорания отопительного котла к отопительным приборам. Благодаря таким положительным свойствам, как доступность, текучесть, большая теплоемкость, экологичность и способность растворять и размывать другие вещества, в системах отопления чаще всего используется вода. Но в целях повышения надежности работы отопительного оборудования, особенно при низких температурах, для переноса тепла используются и другие виды теплоносителей.
Использование воды
Основное преимущество воды – в ее теплоемкости и экологичности. Всем известно, что вода долго нагревается, и необходимо затратить много энергии, чтобы довести ее до кипения. Это указывает на большое количество энергии, которое аккумулирует в себе жидкость, а, значит, сможет передать окружающему воздуху при остывании в отопительных приборах.
Главные недостатки
Существенным недостатком воды служит ее способность вызывать коррозию металлов, особенно стальных сплавов.
Отложения уменьшают внутренний диаметр труб и выводят из строя детали котла и отопительные приборы, в связи с чем для поддержания параметров системы ее требуется регулярно промывать.
Вторым серьезным недостатком воды является ее расширение при замерзании при температуре ниже 0°С. То есть при перерыве в подаче топлива или электроэнергии в системах с электрическими насосами замораживание воды приводит к разрыву труб и отопительных приборов, полностью выводит систему из строя.
Альтернативные теплоносители
С указанными недостатками теплоносителя можно бороться, либо очищая его от примесей и излишнего растворенного кислорода до приемлемой нормы, а лучше просто применяя дистиллированную воду, либо добавляя специализированные присадки и получая жидкости с температурой замерзания ниже возможной температуры окружающего воздуха.
Водный раствор этиленгликоля
Позволяет получить теплоноситель для систем отопления с температурой замерзания до -70°С. Остальные параметры выглядят так: повышенная вязкость и сниженная теплоемкость требуют увеличения мощности циркуляционного насоса. Больший, чем у воды, коэффициент теплового расширения потребует установки расширительного бака большего объема.
Негативное воздействие на резину уплотнителей быстро выводит их из строя, приводя к течи, как в стыках труб, так и в отопительных приборах. Пары этиленгликоля токсичны и требуют соблюдения норм безопасности. Что такое экологичность и безопасность, понятно каждому хозяину дома.
Раствор пропиленгликоля
Характеристики аналогичны этиленгликолю, но жидкость и ее пары не токсичны, что, безусловно, лучше для безопасности проживающих.
Водные растворы гликолей не могут применяться в системах отопления с оцинкованными трубами, в этом случае нужно выбрать иную рабочую жидкость.
При нагреве системы выше нормы, то есть больше 108°С, увеличивается пенообразование, при дальнейшем распаде антифриза образуются кислоты и твердый осадок.
Если температура теплоносителя в системе отопления достигнет 170°С, то весь контур отопления выйдет из строя.
Солевые растворы
Обычная поваренная соль в сочетании с природным минералом бишофитом, снижает температуру замерзания раствора до -55°С. Однако все остальные свойства солевого раствора для защиты стали и резины уплотнителей необходимо нейтрализовать дополнительными реагентами, что не улучшает экологичность антифриза и не избавляет от необходимости регулярных промывок системы.
Составы на основе глицерина
Защищают от коррозии, могут использоваться с трубопроводами и отопительными приборами из любых материалов. Глицерин растворяет набивные уплотнения резьбовых соединений. Максимальная рабочая температура до 95°С. Температура замерзания около -30°С, при замерзании не расширяется, для восстановления работоспособности достаточно прогреть контур. Эти составы инертные, не токсичные.
Трансформаторное масло
Минеральное или синтетическое трансформаторное масло имеет по сравнению с водой повышенную вязкость и меньшую теплоемкость.
Отлично сохраняет свойства при повышенных, даже выше критических значений, температурах. Надежно защищает от коррозии. Оказывает негативное влияние на резиновые уплотнители стандартных фитингов. Вследствие вязкости масла для поддержания скорости движения теплоносителя требуется установка более мощного насоса.
Спиртовые растворы
Имеют температуру замерзания -30°С и ниже. Требуются антикоррозийные добавки, поскольку раствор водный. Повышенная летучесть при рабочей температуре 90°С. При замерзании вода в растворе кристаллизуется, но трубопроводы и отопительные приборы не разрушатся.
Низкозамерзающие жидкости применяются только в системах с принудительной циркуляцией теплоносителя и при наличии герметичного мембранного расширительного бака.
Циркуляция теплоносителя
Скорость движения теплоносителя по трубам определяет параметры циркуляционного насоса. Производительность насоса лучше выбирать, зная объем системы отопления, который проще всего определить опытным путем, заполнив систему и затем слив воду из контура.
Для систем отопления минимальная скорость движения теплоносителя по условию препятствования отложению солей составляет 0,5 м/с. При этом нормальная скорость движения теплоносителя составляет от 0,7 до 1 м/с. При большей производительности насоса за счет гидравлических шумов в контуре жильцы дома могут испытывать дискомфорт.
Следует помнить
Теплоноситель для системы отопления выбирается, в первую очередь, исходя из того, какой материал, использован в трубопроводе контура отопления.
Все рассмотренные виды теплоносителей, как отечественного производства, так и импортные, выпускаются промышленностью в удобной для применения пластиковой таре по 10, 20 или 50 кг.
Далеко не все производители отопительного оборудования допускают использование альтернативных теплоносителей в качестве рабочей жидкости. Иногда это обусловлено требованиями безопасности, как в случае с токсичным этиленгликолем, а иногда применением в конструкции котла или радиаторов отопления стандартных уплотнителей, предназначенных для воды.
Теплоноситель (антифриз) для систем отопления
Содержание:
Виды теплоносителей
Характеристики антифризов, их свойства
На что стоит обратить внимание при покупке теплоносителя (антифриза)
Особенности эксплуатации
Причины применения антифриза в системах отопления
Как заливают теплоноситель
Выводы
Жидкость, которая имеет свойства сохранять свое физическое состояние при воздействии низкой температуры – антифриз. Ее используют в различных сферах – строительстве, автомобильном производстве прочее. Широкое применение получил антифриз в эксплуатации отопительных и вентиляционных системах.Виды теплоносителей
Практически все антифризы состоят из воды и специальных добавок. В основе теплоносителя могут быть:• Этиленгликоль. Антифризы на основе данного вещества очень популярны, их часто используют в системах отопления.
Теплоносители с этиленгликолем делятся на два подвида в зависимости от их физических свойств:1. с tзам. = — 30С;
2. с tзам. = — 65С.
Достаточно низкая температура замерзания – главное преимущество антифризов на этиленгликоле. Еще одним плюсом этого теплоносителя есть его низкая цена. На строительном рынке он очень доступный. Но также у него есть и недостаток – низкая степень безопасности (этиленгликоль – токсичное вещество и составляет угрозу здоровью человека). Из – за этого жидкость на основе этиленгликоля недопустимо использовать в двухконтурных системах теплоснабжения, так как есть вероятность, что потенциально опасный теплоноситель попадет в контур горячего водоснабжения. Антифризы имеют красный цвет, их специально окрашивают еще в процессе производства. Это делают для того, чтобы утечки теплоносителя в отопительной системе были сразу заметными и быстро ликвидировались.
• Пропиленгликоль. По сравнению с предыдущими антифризами, эти не несут угрозы человеческому организму ни при телесном контакте, ни при вдыхании паров представленного вещества.
Главное преимущество теплоносителей на основе пропиленгликоля – высокая степень безопасности в эксплуатации. Поэтому их часто применяют в системах теплоснабжения с двумя контурами. Если пропиленгликоль попадет в контур горячей воды, в этом нет ничего страшного. Вещество является также пищевой добавкой. Пропеленгликоль часто используют в качестве агента для приготовления кондитерских изделий. Еще один плюс антифризов – достаточно низкая температура замерзания, до -35 С. Отличить раствор на основе пропиленгликоля от аналогов просто, этот теплоноситель окрашивают в зеленый цвет.
• Триэтиленгликоль. Антифризы на этой основе используют в отопительных системах, в которых характерны высокие рабочие температуры. Такие теплоносители применяют не часто. Они считаются антифризами специального назначения. Системы отопления, по которым циркулирует теплоноситель на основе триэтиленгликоля, состоят из элементов с высокими показателями температурной стабильности.
Выбор теплоносителя происходит на этапе проектирования отопительной системы, и он должен быть обоснованным.
Характеристики антифризов, их свойства
Все теплоносители различаются по следующим характеристикам:• Плотность.
• Температура замерзания и кипения.
• Вязкость.
• Теплоемкость.
• Цвет.
Каждая марка антифриза отличается по индивидуальным характеристикам. В составе теплоносителей есть масса присадок, действие которых направлено на повышение их качества. Эксплуатационные свойства антифризов:
• Устойчивость к разрушительному действию коррозии. Внутри отопительной системе не развивается ржавчина благодаря наличию специфических присадок в составе теплоносителя. От этого эффективность обогрева повышается в разы, а энергетические затраты существенно снижаются.
• Устойчивость к созданию кавитации. При снижении давления в отопительной системе до критического значения, в теплоносителе не образовываются пузырки, как это происходит с обычной водой, что обеспечивает защиту трубопроводов от гидравлических ударов и вибрации.
• Длительный срок эксплуатации. Антифризы можно использовать достаточно долгое время. Применение этих теплоносителей также повышает эксплуатационный срок службы всей отопительной системы.
Использование присадок в производстве антифризов обязательное. Если не добавлять эти компоненты в состав теплоносителя на основе проипиленгликоля или этиленгликоля, это может быть экономически не обоснованным действием.
На что стоит обратить внимание при покупке теплоносителя (антифриза)
На строительном рынке представлен достаточно широкий ассортимент теплоносителей на основе пропиленглтколя или этиленгликоля. Все они имеют разную цену, которая зависит от страны производителя, марки, а также эксплуатационных свойств самого раствора. Некоторые люди, не имея знаний в сфере отопления, применяют в своих индивидуальных системах обогрева автомобильные антифризы (тосол, трансформаторное масло прочее). Этого делать нельзя, так как эти растворы содержат вещества, небезопасные для здоровья людей и животных.
Они имеют свойство легко воспламеняться. Самые оптимальные и универсальные в эксплуатации антифризы для систем отопления – на основе этиленгликоля. При выборе теплоносителей на их основе необходимо обратить внимание на следующее:• Наличие присадок, а также их назначение. Раствор воды с этиленгликолем в чистом виде в отопительной системе нельзя, так как это способствует активному развитию коррозии.
• Условия эксплуатации антифриза. Теплоноситель может быть универсальным, а может подходить только к определенному типу отопительного оборудования.
• Срок годности. Антифриз в оригинальной упаковке может храниться на протяжении длительного периода (срок годности, даже если он неограничен, все равно должен быть указан производителем).
• Материал упаковки. Обычно антифриз продают в пластмассовых канистрах. В оцинкованной таре теплоноситель теряет свои эксплуатационные свойства.
• Наличие в составе продуктов нефтепереработки.
• Сертификат качества.
Антифриз должен быть изготовлен согласно технологическим нормам и правилам, проверен в производственных условиях и официально допущен к продаже.
Теплоноситель независимо от его типа необходимо использовать строго по назначению. Игнорирование правил выбора антифриза приводит к негативным последствиям – порывам трубопроводов, гидравлическим ударам, аварийным ситуациям прочее.
Особенности эксплуатации
Не рекомендовано использовать антифриз в системах отопления, которые состоит из сетей оцинкованных трубопроводов. Теплоноситель вступает в реакцию с металлом, вследствие чего образовываются нерастворимые осадки и забивают трубы. Рекомендации по эксплуатации систем отопления с антифризом:• Не желательно смешивать антифризы разных марок или назначения друг с другом. В некоторых случаях это допускается, но только после специальной проверки на совместимость. Смешивание разных антифризов приводит к снижению эксплуатационных свойств теплоносителя, в том числе, к образованию ржавчины внутри трубопроводов.
• Для разбавления антифриза лучше всего использовать дистиллированную воду. В ней нет солей кальция и магния, поэтому она мягче. Если использовать обычную воду из под крана, есть вероятность образования осадков в системе отопления. Допустима жесткость воды – 5мг-эквп.
• В отопительной системе, при использовании антифриза, нужно устанавливать более мощные радиаторы и циркуляционные насосы. Теплоноситель на основе этиленгликоля имеет меньшую теплоемкость, чем у воды, на 15-20%.
• При замене в отопительной системе теплоносителя с воды на антифриз, стоит увеличить объем расширительного мембранного бачка. Можно его просто поменять на больший по размерах. Объем расширительного бачка должен составлять 15% от объема теплоносителя во всей системе обогрева.
В среднем антифриз используют до 5 лет. После истечения этого срока, жидкость сливают из системы отопления и заливают в нее новый, чистый теплоноситель.
Причины применения антифриза в системах отопления
Чаще всего теплоносители на основе этиленгликоля используют в следующих случаях:• При монтаже отопительной системы в индивидуальном загородном доме.
Особенно актуальны антифризы в северных районах с очень холодными зимами.• При «консервации» дачи, коттеджа прочее. Антифриз можно не сливать из системы, он не замерзнет и не спровоцирует порыв трубопроводов.
• При монтаже мощных тепловых пунктов. Антифриз повышает срок эксплуатации отопительного оборудования, поэтому он позволяет экономить на замене элементов системы обогрева.
Если использовать антифриз при температуре, ниже -65 С, он станет разлагаться. Это спровоцирует нарушение работы отопительной системы и выхода из строя теплообменника.
Как заливают теплоноситель
Правильно устроенная система отопления есть эффективной, многофункциональной и экономичной. Беспрепятственная циркуляция теплоносителя обеспечивается монтажом мембранного бака. Под действием температуры жидкость расширяется и выводится в эту емкость. Антифриз заливается в систему отопления через мембранный бачок или сливной патрубок. Это не вызывает никаких сложностей.
На упаковке антифриза каждый производитель предоставляет информацию, в какой пропорции его разводить с водой (если это концентрат). Теплоноситель может предлагаться в продажу уже в готовом виде. Процесс заливания системы отопление антифризом может проводиться своими силами без привлечения квалифицированных мастеров. Для проведения работ понадобятся инструменты:
• Отвертка. С помощью этого рабочего инструмента проводится затягивание хомутов и вывод лишнего газа через воздухоотводчики.
• Плоскогубцы. Их применяют в непредсказуемых случаях, например, при закрытии или открытии крана, если у него нет баранчика.
• Разводной ключ. Этот инструмент используют при снятии и дальнейшей установки заглушки.
А также для заливки антифриза понадобятся материалы:
• Шланг. С его помощью подается теплоноситель.
• Хомуты. Они необходимы для фиксации шлангов у насоса и трубопроводов.
• Пакля или фум-лента. С ее помощью через резьбовые соединения не просачивается теплоноситель.
Этапы процесса заполнения системы отопления антифризом:
1. Из системы полностью удаляется старый теплоноситель. Это происходит за счет открытия сливного крана. Теплоноситель выводится через ,специально предназначенный для этого, патрубок. Если жидкость, по каким – либо причинам не выходит естественным путем, ее удаляют с помощью работы циркуляционного насоса.
2. После слива старого теплоносителя, происходит заливка системы отопления антифризом. Для этого используют шланги и циркуляционный насос. Один шланг фиксируется с одной стороны на выходе из насоса, а с другой – на сливном патрубке. Для лучшего крепления используют хомуты. Это делают для того, чтобы при возникновении давления насосом в системе, шланги на начали «гулять» и разбрызгивать теплоноситель. Второй шланг крепиться одним концом к насосу, а второй – остается свободным для погружения в антифриз. В этом случае хомуты не используют.
3. После того, как все шланги прикреплены, включают насос. Происходит забор антифриза из емкости и заполнение ним системы отопления.
Стоит проследить момент, когда теплоноситель в канистре закончиться, чтобы не наполнить систему отопления лишним воздухом.
4.В однотрубных системах отопления воздух спускают с помощью открытия кранов «Маевского». В двухтрубных этот процесс происходит немного быстрее. Для этого можно открыть сливной кран или снять заглушку с патрубка. В этом случае давление в трубопроводах не создает обратного сопротивления, и антифриз без препятствий заполняет внутреннее пространство системы.
Есть такие типы котлов, в устройстве каких предусмотрены дополнительные патрубки для подачи в систему теплоносителя.
Выводы
Важным критерием эффективности применения антифризов в качестве теплоносителей есть соблюдение герметичности отопительной системы. Основной компонент раствора, как уже говорилось, этиленгликоль. Это вещество очень хорошо окисляется на воздухе. При повышении температуры этот процесс набирает обороты, причем, чем выше градус, тем быстрее реакция.
Окисление этиленгликоля провоцирует образование гликолатов. Эти вещества разрушают химическую структуру присадок и приводят к окислению трубопроводов изнутри и образованию коррозии. По этой причине в отопительной системе при использовании антифризов монтируют расширительные бачки закрытого типа.
При эксплуатации теплоносителя на основе этиленгликоля рассчитывается оптимальное соотношение концентрации развода основного компонента. При этом стоит придерживаться рекомендаций производителя. Если концентрация этиленгликоля будет завышенной, то это приведет к следующим последствиям – увеличение динамической вязкости антифриза, снижение его эффективности теплоотдачи, образование дополнительного давления на циркуляционные насосы прочее.
Теплоноситель на основе этиленгликоля есть смысл использовать только в тех случаях, когда есть большая вероятность того, что система отопления во время эксплуатации замерзнет и прекратит свою работу на неопределенный период. Заливание антифриза в систему должно проводиться согласно правилам техники безопасности.
Во время эксплуатации теплоносители на основе этиленгликоля особенно чувствительны к перегреву. Какое – либо повышение температуры выше нормы, установленной производителем, происходит расклад полиола и присадок в составе антифриза, вследствие чего образовывается осадок и кислота. Осадок, в случае его попадания на поверхность нагревательных элементов, создает нагар. Это снижает теплообмен на местном уровне и провоцирует перегрев на поврежденном участке. Кислоты в свою очередь разрушительно действуют на металлическую поверхность, вследствие чего образовывается ржавчина, и пропускная способность трубопроводов снижается к минимуму.
Запрещено использовать антифриз в случаях, когда:
• Отопительная система открытого типа. Этиленгликоль испаряется и может сильно навредить организму, если его вдохнуть.
• Герметизация крепежей системы проведена с помощью подмотки на основе лена и масляной краски. Антифриз разъест покрытие.
• Температура теплоносителя в системе должна быть выше 70 С.
Для антифриза на основе этиленгликоля – это граница.
• В системе оцинкованные трубопроводы, крепительные детали прочее.
Общие типы охлаждающих жидкостей и их использование в системах жидкостного охлаждения
Введение
Использование жидкостей для теплопередачи является важным методом охлаждения во многих отраслях промышленности. При выборе наилучшего теплоносителя для системы охлаждения необходимо учитывать факторы производительности, совместимости и технического обслуживания. Вода обладает отличными свойствами теплопередачи, что делает ее своего рода стандартом по сравнению с другими охлаждающими жидкостями. Среди теплоносителей вода обладает превосходными свойствами во многих отношениях, с высокой удельной теплоемкостью около 4200 Дж/кгK, низкой вязкостью и отсутствием температуры вспышки. С другой стороны, он имеет относительно узкий диапазон работы, так как температура жидкости делает простую воду восприимчивой к замерзанию или кипению.
Чистота воды
Качество уличной (водопроводной) воды зависит от ее хранения, доставки и конечного источника (подземные или поверхностные воды).
Он может содержать коррозионно-активные примеси, такие как хлориды, соли щелочных карбонатов или взвешенные твердые частицы. Для систем охлаждения с рециркуляционным потоком воды систему можно заправлять уже отфильтрованной или очищенной водой. В то время как некоторых примесей следует избегать из-за потенциального коррозионного воздействия, совершенно чистая вода требует ионов и считается агрессивным растворителем. Грязная вода также является электролитическим мостиком, вызывающим гальваническую коррозию, если в системе присутствуют разнородные металлы.
Вода в качестве хладагента в рециркуляционной системе также подвержена биологическому загрязнению. Водоросли, бактерии или грибки могут образовываться в зависимости от воздействия на систему света и тепла и наличия питательных веществ во влажных компонентах. Образовавшаяся слизь или биопленка могут препятствовать теплопередаче между жидкостью и смачиваемыми поверхностями. Следует учитывать достаточную концентрацию присадки. Например, гликоль в качестве добавки обычно используется для контроля биологического роста, но при концентрациях менее 20% эффективность ограничена; фактически, ниже 1% пропиленгликоль и этиленгликоль действуют как бактериальное питательное вещество.
Существует несколько сложных и взаимосвязанных факторов при выборе различных типов воды и воды/смесей, а также некоторые конструктивные требования, обуславливающие потребность в других теплоносителях. Рассмотрим сравнение пропиленгликоля (PG) с этиленгликолем (EG). Пропиленгликоль гораздо менее токсичен, чем этиленгликоль, поэтому с ним легче обращаться и утилизировать, чем с этиленгликолем. Он также имеет более высокую удельную теплоемкость, чем этиленгликоль. Однако его теплопроводность ниже, а вязкость выше, чем у этиленгликоля, что приводит к лучшим общим характеристикам ЭГ по сравнению с ПГ. В большинстве случаев используется смесь гликоля и воды с более низкой концентрацией гликоля из-за превосходных характеристик воды по сравнению с любым типом гликоля. EG требует более низких концентраций, чем PG, для эквивалентного снижения точки замерзания, повышения точки кипения и снижения температуры взрыва.
Совместимость при рабочих температурах
Пригодность жидкости для работы в диапазоне рабочих температур имеет первостепенное значение.
Это должно включать рассмотрение фазовых переходов жидкости (кипение и замерзание), химическое разрушение химического состава жидкости и снижение смазывающих и теплопередающих свойств жидкости. Замерзание жидкости уменьшит теплопередачу на поверхности, а кипение опасно для систем, не предназначенных для выдерживания избыточного давления в защитной оболочке жидкости. Взрыв расширяющихся паров кипящей жидкости (BLEVE) является потенциально опасным явлением, которое может произойти при внезапном разрыве защитной оболочки, даже если расчетные условия эксплуатации по температуре и давлению должны удерживать жидкость в жидком состоянии. Следует также отметить точки воспламенения летучих жидкостей.
Большинство жидкостей можно оценить на температурную совместимость с помощью готовых печатных спецификаций, а также с другими материалами, необходимыми для определения ситуаций, связанных с различным давлением или необычными условиями эксплуатации. В тех случаях, когда конкретная комбинация жидкостей разрабатывается пользователем для использования, например, комбинации вода/гликоль, пользователю обычно требуется небольшая непосредственная работа по тестированию, учитывая доступность данных от производителей.
Совместимость материалов
Нержавеющая сталь и, в частности, нержавеющая сталь серии 300 (аустенитная нержавеющая сталь) инертна почти ко всем жидкостям-теплоносителям из-за природы пассивирующего слоя оксида хрома (III), покрывающего поверхности таких сталей. При использовании деионизированной воды нержавеющая сталь и никель считаются подходящими для смачиваемых поверхностей. Хотя нержавеющая сталь в большинстве случаев отлично подходит для защиты от коррозии, ее использование имеет недостаток в виде довольно низкой теплопроводности по сравнению с другими металлами, такими как алюминий или медь.
Алюминий и его сплавы имеют хорошую теплопроводность в диапазоне 160-210 Вт/мК. Однако алюминий склонен к коррозии или точечной коррозии из-за примесей в неочищенной воде. Даже с раствором гликоля в дистиллированной воде как EG, так и PG при окислении образуют кислые соединения. Это может вызвать коррозию смачиваемых поверхностей и образование побочных продуктов органических кислот.
Методы предотвращения включают добавление в жидкость ингибиторов коррозии или обработку смачиваемых поверхностей, например, анодирование алюминия.
Медь и медно-никелевые сплавы обладают хорошей коррозионной стойкостью и естественной устойчивостью к биологическому росту. Как и в случае с алюминием, следует использовать ингибиторы коррозии, чтобы избежать кислотной коррозии.
Смачиваемые поверхности насоса, включая уплотнения, должны быть совместимы как с перекачиваемой жидкостью, так и с ожидаемыми условиями эксплуатации. Гальваническая коррозия в системах, использующих различные смачиваемые металлы, может создать дополнительные проблемы.
Диэлектрические свойства
Охлаждение мощных трансформаторов предъявляет особые требования к электропроводности охлаждающих жидкостей, которые не могут способствовать возникновению дуги от высокого напряжения на землю или другие поверхности. Аналогичные требования к низкой электропроводности жидкости обусловлены напряжениями в десятки киловольт в таких приложениях, как охлаждение рентгеновских трубок.
Прямое иммерсионное охлаждение электроники для повышения производительности или строгого контроля температуры в целях тестирования, очевидно, требует низкой электропроводности. Для этих целей используются диэлектрические жидкости, такие как XG Galden или Fluorinert, с диэлектрической прочностью в десятки киловольт на 1/10 дюйма. Можно использовать воду высокой степени очистки, хотя начальное удельное сопротивление воды может меняться со временем без постоянного обслуживания. Минеральные масла или углеводороды, такие как гексан или гептан, могут использоваться, но могут возникнуть проблемы с воспламеняемостью.
Эти органические жидкости часто имеют более высокую вязкость, чем вода, поэтому полезно получить данные от поставщика о характеристиках расхода и давления насоса-кандидата при работе с требуемой вязкостью жидкости.
Жидкость с низкой электропроводностью может накапливать статический заряд в результате электризации потока. Удельное сопротивление 2×1011 Ом·см или более (50 пСм/м или менее) считается восприимчивым к этому эффекту.
Для сравнения, деионизированная вода имеет более низкое удельное сопротивление. Чтобы избежать накопления статического электричества, необходим заземленный шланг или металлический трубопровод. В антистатическом шланге могут использоваться проводящие добавки к полимерному материалу, или он может иметь провод, намотанный через трубу, с заземляющими соединениями через соответствующие интервалы.
Деионизированная вода
Деионизированная вода имеет очень низкий уровень минеральных ионов, которые способствуют повышению электропроводности воды. Производство деионизированной воды высшей степени чистоты предполагает использование смешанного слоя ионообменных смол для удаления из воды минеральных катионов и анионов и замены их ионами водорода и гидроксида.
Даже если принять меры предосторожности для обеспечения пассивации смачиваемых поверхностей через контур охлаждающей жидкости, со временем в воде будут образовываться ионные примеси. Природа воды состоит в том, чтобы поглощать ионы из минералов, с которыми она контактирует, а деионизированная вода с недостаточным содержанием ионов жаждет их и агрессивно усваивает их с контактных поверхностей.
Чтобы сохранить первоначальные диэлектрические свойства воды, ее необходимо постоянно пропускать через слои смолы. Эти грядки будут постепенно терять свою эффективность, и придется проводить регенерацию грядки, если ее не нужно периодически заменять. Для регенерации смешанных слоев требуются сложные системы, а также различные регенерирующие агенты для анионных и катионных смол. Масла, ил или металлические частицы (либо в результате механической обработки, либо в результате химического воздействия, такого как загрязнение железом) также уменьшают срок службы слоя смолы.
Производительность
Существует ряд различных теплофизических свойств, которые можно использовать для оценки тепловых характеристик жидкости, включая теплопроводность, удельную теплоемкость, плотность и вязкость. Конечной целью максимизации этих свойств является улучшение теплопередачи между жидкостью и теплообменными поверхностями, с которыми она контактирует. Непосредственная оценка коэффициента теплоотдачи в этих случаях требует использования соотношений, разработанных для расчета коэффициента для различных конкретных геометрических условий.
В этих соотношениях два безразмерных параметра имеют зависимость от свойств жидкости. Число Рэлея связано с потоком, управляемым плавучестью, также известным как свободная конвекция или естественная конвекция. Число Прандтля представляет собой отношение коэффициента диффузии импульса к коэффициенту температуропроводности. Они определяются следующими уравнениями:
Число Рэлея (например, для конвекции с вертикальной стенкой)
Число Прандтля
Корреляции теплопередачи, как правило, следуют некоторой форме:
Значение C представляет собой эмпирически определенную корреляцию, при которой число Рэлея занимает положение в положительном числителе корреляции, а число Прандтля имеет тенденцию занимать обратную позицию в знаменателе; таким образом, оба имеют положительный вклад в теплопередачу. Однако теплопроводность занимает в числителе позицию с прямой положительной зависимостью первого порядка от коэффициента теплопередачи. Определение положительного или отрицательного воздействия использования конкретной жидкости в приложении может быть громоздким, поскольку речь идет о нескольких типах и ориентациях конвекционных поверхностей теплопередачи.
За исключением полного термического анализа, менее строгий подход, включающий показатель качества, такой как число Муромцева, может дать более простую основу для сравнения жидкостей, принимая во внимание некоторые или все ранее упомянутые физические свойства.
Число Муромцева состоит из:
Значения a, b, d и e представляют собой положительные значения, характерные для типа приложения.
В общем, из числа Муромстеффа, а также из полного анализа различных корреляций для коэффициентов конвективной теплопередачи между жидкостью и твердыми поверхностями видно, что теплопроводность, плотность и удельная теплоемкость положительно влияют на производительность. теплоносителя, а вязкость вносит отрицательный вклад.
К отрицательному влиянию большей вязкости на теплопередачу добавляется влияние на производительность насоса жидкостей с различной вязкостью, поскольку скорость жидкости оказывает значительное положительное влияние на коэффициент теплопередачи. Насосы также снабжены диаграммами зависимости расхода от давления, чтобы показать ожидаемую производительность с различными типами жидкостей и смесями, которые могут вызвать отклонение от предоставленных кривых.
Работа при различных температурах также повлияет на вязкость жидкости, что окажет дополнительное влияние на скорость потока. Скорость жидкости или скорость потока важны для понимания ожидаемой производительности системы. Теплообменники и охлаждающие пластины часто рассчитаны на определенный расход жидкости определенного типа. Отклонение от жидкости, используемой для построения графиков прогнозируемых результатов, приведет к изменению цифр.
Конечно, объемный расход жидкости должен быть достаточным для удовлетворения требований по отводу тепла, как ожидается, исходя из удельной теплоемкости жидкости и допустимого повышения температуры:
Согласно часто используемому уравнению Дарси-Вейсбаха,
с корреляции для коэффициента трения fD, доступные для различных условий потока и поверхностей труб и шлангов. Коэффициент трения обычно принимает форму, зависящую от числа Рейнольдса, так что вязкость жидкости имеет положительную связь с коэффициентом трения. Если предполагается, что система будет работать с насосом, пропускная способность которого чувствительна к противодавлению в системе, вязкость предполагаемой жидкости может иметь важное значение.
Вопросы стоимости
Водопроводная вода, очевидно, является самым дешевым вариантом, а очищенная охлаждающая вода будет стоить дороже в зависимости от типа чистоты и требуемого уровня.
Затраты на техническое обслуживание, связанное с охлаждающей жидкостью определенного типа, следует учитывать. Это может включать фильтрацию, ионизационные слои, катодную защиту и доливку испарившейся или вытекшей жидкости. Утилизация является еще одним фактором: водопроводную или очищенную воду обычно можно утилизировать в обычный дренаж, но вода, смешанная со спиртами или другими органическими веществами, и вообще любые органические жидкости обычно требуют других методов. Расходы на утилизацию растворов охлаждающей жидкости, которые требуют периодической промывки и дозаправки в течение срока службы, а также растворов, с которыми необходимо обращаться в конце срока службы системы, могут превышать первоначальную стоимость охлаждающей жидкости.
Со временем в несовершенно закрытой системе (протечки в швах или уплотнениях) можно ожидать снижения уровня жидкости.
Добавление смеси воды/хладагента для доведения уровня жидкости до уровня должно включать специально контролируемые концентрации охлаждающей жидкости, соответствующие существующей жидкости системы. Однако со временем гликоли могут распадаться на органические кислоты — измерение pH жидкости в системе и проверка на наличие твердых и биологических загрязнений могут указывать на то, что требуется замена раствора охлаждающей жидкости.
| Жидкость | Теплопроводность (Вт/мК) | Удельная теплоемкость | Вязкость (сП) | Плотность | Стоимость | Температура кипения (°С) | Температура замерзания (°C) |
| Вода | 0,58 | 4181 | 1,00 | 1000 | $ | 100 | 0 |
| 50-50 вода/этиленгликоль | 0,402 | 3283 | 2,51 | 1082 | $$ | 107 | -37 |
| 50-50 Вода/пропиленгликоль | 0,357 | 3559 | 5,20 | 1041 | $$ | 106 | -45 |
| Динален HC-30 | 0,519 | 3100 | 3,70 | 1275 | $$$ | 112 | -40 |
| Галден HT200 | 0,065 | 963 | 4,30 | 1790 | $$$ | 200 | -85* |
| Флуоринерт FC-72 | 0,057 | 1100 | 0,64 | 1680 | $$$ | 56 | -90* |
Заключение
Существует множество типов охлаждающих жидкостей, соответствующих требованиям применения.
Выбор подходящей охлаждающей жидкости для конкретного применения требует понимания характеристик и теплофизических свойств жидкости, включая эксплуатационные характеристики, совместимость и факторы технического обслуживания. В идеале охлаждающая жидкость представляет собой недорогую и нетоксичную жидкость с исключительными теплофизическими свойствами и длительным сроком службы. Каждый вариант охлаждающей жидкости обладает различными свойствами, такими как теплопроводность, удельная теплоемкость и термическая стабильность, но их использование в конечном итоге будет зависеть от их надежности и экономичности.
Справочник по различным типам охлаждающих жидкостей
Что такое охлаждающие жидкости? Как они используются? Какие охлаждающие жидкости существуют? В сегодняшней статье мы рассмотрим химические вещества, области применения и использование охлаждающих жидкостей в оборудовании и машинах.
Что такое охлаждающие жидкости?
Охлаждающие жидкости представляют собой жидкости, которые непрерывно циркулируют по двигателю, чтобы поглотить часть тепла и отвести его к радиатору, где жидкость охладится, прежде чем снова поступить в двигатель.
В своей наиболее фундаментальной роли охлаждающие жидкости используются в двигателях внутреннего сгорания или любых двигателях, которые сжигают топливо для производства энергии. Нажмите здесь, если ваша компания нуждается в стабильном поставщике охлаждающей жидкости и химикатов.
3 основных компонента охлаждающих жидкостей
Охлаждающие жидкости обычно состоят из 3 основных компонентов. Вода, гликоль и добавка, обычно пакет ингибиторов.
Вода: одно из самых распространенных веществ на земле. Он недорогой и является одним из самых эффективных теплообменных сред. Однако из-за довольно высокой температуры замерзания и низкой температуры кипения вода сама по себе не может выполнить эту задачу. Температура двигателя в двигателях, работающих на горючих, очень быстро достигает точки кипения, что означает, что вода будет неэффективной.
Гликоль: , обычно называемый антифризом (этиленовый или пропиленгликоль), добавляют в воду, чтобы противостоять температуре замерзания, а также повысить температуру кипения воды.
Благодаря этим свойствам, добавленным к воде, может иметь место надлежащее охлаждение двигателя. Этелингликоль обладает превосходными теплообменными свойствами, но гораздо более токсичен, чем пропиленгликоль. Никогда не смешивайте 2 группы гликолей, так как это приведет к ошибкам при измерении температуры замерзания.
Присадки: Последним ингредиентом охлаждающей жидкости является химический ингибитор. Это добавлено, чтобы предотвратить коррозию радиатора, водяного насоса и любой другой системы охлаждения, задействованной в процессе.
Что такое охлаждающая жидкость на основе этиленгликоля?
Этиленгликоль представляет собой органическое соединение на основе спирта, которое часто используется в качестве антифриза в транспортных средствах и системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Эта жидкость бесцветна, не имеет запаха и имеет температуру замерзания -10 градусов по Фаренгейту. Когда вы смешиваете этиленгликоль с водой, его температура замерзания падает еще больше, что позволяет ему оставаться жидким при более низких температурах.
Некоторые из наиболее распространенных применений этиленгликоля включают охлаждающую жидкость и антифриз, которые предотвращают перегрев и замерзание двигателя вашего автомобиля.
Чем отличается охлаждающая жидкость на основе этиленгликоля?
Этиленгликоль является важнейшим компонентом низкотемпературных гидравлических систем, в которых чиллеры и вентиляционные установки (AHU) находятся на открытом воздухе, или оборудование необходимо для низкотемпературных процессов. Использование этиленгликоля помогает снизить температуру замерзания воды, чтобы обеспечить работу при более низкой температуре и предотвратить замерзание.
По сравнению с другими типами гликолевых охлаждающих жидкостей, такими как пропиленгликоль, этиленгликоль обладает большей теплопроводностью. Это вещество также менее вязкое и более быстротекущее, что полезно при теплопередаче. Более высокая вязкость требует дополнительной энергии для перемещения вещества по системе, что делает этиленгликоль хорошим выбором для применений, где тепловые характеристики являются наивысшим приоритетом.
Чем отличается охлаждающая жидкость от комбинации этилена и гликоля?
Хотя вода эффективно передает тепло, ее низкая рабочая температура окружающей среды может привести к потенциальным отказам системы. Производители транспортных средств на протяжении многих лет использовали несколько различных химикатов для устранения слабости воды, и каждый вариант имел свой собственный набор недостатков и преимуществ. Из-за своей универсальности и низкой летучести гликоль сегодня является предпочтительным антифризом.
Основным преимуществом использования этиленгликоля является его низкая температура замерзания. Добавление гликоля в систему на водной основе предотвращает образование льда при более низких температурах, что повышает производительность. Некоторые из дополнительных преимуществ охлаждающей жидкости на основе этиленгликоля включают:
- Этиленгликоль подобен воде для гомогенной смеси
- Он имеет низкую температуру замерзания и кипения и является отличным компонентом в обрабатывающей промышленности.
- Составы долговечны.
- Это вещество обладает высокой теплопроводностью.
Различные типы хладагентов
Теперь, когда вы знаете, что входит в хладагенты и как они поддерживают температуру ваших систем в управляемых пределах, мы можем приступить к изучению различных типов хладагентов.
Обычный с низким содержанием силикатов
Обычно его называют антифризом. Эта ярко-зеленая флуоресцентная жидкость содержит силикаты, составную соль, содержащую как кремний, так и молекулы кислорода, которые работают как резисторы внутри жидкости, повышая температуру кипения и понижая температуру замерзания. Силикат также покрывает металлические части вашей машины, препятствуя коррозии внутри системы.
Обычный с низким содержанием силикатов Пример:
Havoline Conventional Antifreeze 50/50
Havoline® Conventional Antifreeze/Coolants — это многоцелевые охлаждающие жидкости с низким содержанием силикатов на основе этиленгликоля, доступные в виде концентратов или предварительно разбавленных продуктов 50/50, предназначенные для использования в автомобильных двигателях, где необходимы силикаты.
и с добавлением SCA в дизельных двигателях большой мощности.
- Срок службы — 2 года или 50 000 миль (80 500 км) в автомобильном сервисе или до 250 000 миль
- Защита — обеспечивает превосходную защиту компонентов автомобильной системы охлаждения, включая алюминий.
- Применение в широком диапазоне температур — защищает от замерзания зимой и сводит к минимуму вероятность выкипания летом.
- Противовспенивающие свойства – превосходный антипенный пакет сводит к минимуму возможность пенообразования.
Полноценная охлаждающая жидкость
Более специализированная форма охлаждающей жидкости, в которой используются SCA или дополнительные присадки к охлаждающей жидкости, которые по своей конструкции используются для защиты качества ваших цилиндров от состояния, известного как кавитация, проблема, при которой высокое давление в камере вызывает перфорацию. через некоторое время.
Для поддержания эффективного уровня защиты от кавитации в смесь необходимо периодически добавлять присадки SCA. Такое добавление твердых добавок к смеси может привести к повреждению и износу уплотнений и лопастей в течение длительного периода времени.
Охлаждающая жидкость с полным составом Пример:
Castrol Radicool Premix
Готовая к использованию охлаждающая жидкость, приготовленная с использованием моноэтиленгликоля и выбранных присадок, не содержащая нитритов, аминов и ингибиторов фосфатов. Он использует гибридную технологию для современных двигателей легковых и грузовых автомобилей.
Не содержит нитритов, аминов или фосфатов
Эффективное охлаждение двигателя без закипания
Защита от коррозии сплавов, используемых в системах охлаждения современных автомобилей
- Защита от замерзания в зависимости от концентрации
Защита от кавитационной коррозии
Охлаждающие жидкости с увеличенным сроком службы (ELC)
Используемые в основном для большегрузных транспортных средств, синтетические жидкости ELC предотвращают кавитацию гильз (см.
охлаждающие жидкости с полным составом). Эти охлаждающие жидкости могут быть азотированными (технология азотированных органических присадок NOAT) для улучшения потока жидкости или не содержать нитратов (технология органических присадок, OAT) в зависимости от требований OEM. SCA не требуются, но могут быть добавлены ингибиторные присадки для продления срока службы охлаждающей жидкости. ELC не содержат твердых добавок, продлевающих срок службы помпы.
Охлаждающая жидкость с увеличенным сроком службы Пример:
Продукты Delo ELC Advanced Antifreeze/Coolant имеют запатентованную формулу для защиты и совместимости с остатками флюсового припоя, образующимися в процессе производства современных алюминиевых теплообменников. в ELC не входят твердые добавки, что продлевает срок их службы.
- Долгий срок службы: срок службы 1 000 000/1 600 000 км при использовании по дорогам / 20 000 часов при использовании по бездорожью или 8 лет
- Оптимальная работа системы охлаждения – отсутствие образования геля или отложений! Силикаты и другие отложения SCA могут снизить теплопередачу и увеличить время простоя из-за перегрева.
