Як вибрати теплоносій для системи охолодження: вода чи гліколь

Ефективність, надійність та тривалість експлуатації промислової системи холодопостачання безпосередньо залежать від робочого середовища, яке циркулює в її контурі. Розробити проєкт і встановити потужне обладнання – це лише половина справи. Головне питання, яке виникає під час пусконалагоджувальних робіт: що краще заливати в чиллер – воду чи гліколь? Відповідь вимагає глибокого розуміння теплофізики, гідравліки та специфіки вашого технологічного процесу.

Вода як класичний холодоносій: плюси та жорсткі обмеження

З погляду термодинаміки, очищена вода – ідеальний варіант. Вона має максимальну питому теплоємність (близько 4,18 кДж/(кг·К)), низьку в’язкість і мінімальний гідравлічний опір. Якщо ви плануєте придбати чиллер для води, ціна якого буде максимально вигідною з точки зору капітальних інвестицій, водний контур може здаватися першочерговим вибором.

Наприклад, якщо розглядається чіллер для охолодження пива або інших напоїв, де технологічний процес вимагає підтримки плюсових температур (у діапазоні +4…+7 °C), вода часто є базовим рішенням. Проте варто враховувати, чому не можна заливати звичайну воду в чиллер. Водопровідна чи свердловинна вода містить солі жорсткості, розчинений кисень і мікроорганізми. Це призводить до швидкого утворення накипу на стінках теплообмінників, біообростання та прискореної корозії. У систему можна заливати лише знесолену або дистильовану воду.

Головний мінус води – температура замерзання 0 °C. Якщо обладнання працює на вулиці або в неопалюваному приміщенні, виникає ризик розриву пластинчастого чи кожухотрубного випаровувача під час аварійної зупинки або взимку.

Гліколеві розчини: надійний захист від заморожування

Коли система експлуатується в умовах мінусових температур або вимагає подачі холодоносія з температурою нижче +4 °C, необхідний антифриз для систем охолодження. Головне завдання таких розчинів – захист чиллера від замерзання взимку та забезпечення безперебійної роботи технологічної лінії.

Розглядаючи переваги та недоліки гліколю в системі охолодження, важливо розуміти компроміси:

• Переваги: стійкість до замерзання (аж до −40 °C і нижче), наявність спеціальних добавок, які захищають метали від руйнування.
• Недоліки: нижча теплоємність, підвищена в’язкість та густина, що вимагає перерахунку потужності насосів і теплообмінників.

Якщо ви аналізуєте, як правильно підібрати чиллер для роботи при високій температурі повітря, пам’ятайте: використання гліколю додатково знижує коефіцієнт теплопередачі, що має бути враховано ще на етапі проєктування чиллера.

Пропіленгліколь чи етиленгліколь: що вибрати?

Перед тим як вибрати незамерзаючу рідину для чиллера, необхідно чітко визначити тип об’єкта. Вибір стоїть між двома основними речовинами: пропіленгліколь чи етиленгліколь.

• Етиленгліколь. Має відмінні теплофізичні показники та нижчу вартість. Однак токсичність етиленгліколю в харчовій промисловості повністю виключає його застосування на підприємствах з виробництва продуктів харчування, напоїв, фармацевтики та в системах, де є ризик випадкового контакту холодоносія з продуктом. Його сфера – важка промисловість, металообробка, майнінг-ферми, великі системи кондиціонування.
• Пропіленгліколь. Нетоксична, екологічно безпечна речовина (харчова добавка E1520). Для м’ясокомбінатів, молочних заводів, пивоварень єдиним правильним рішенням буде придбати пропіленгліколь для системи охолодження та застосовувати його у вигляді водного розчину.

У будь-якому випадку чистий гліколь не використовується. Обов’язково застосовуються спеціальні інгібітори корозії в гліколевих теплоносіях. Вони нейтралізують природну кислотність гліколей під час нагрівання та захищають мідь, сталь і припій від руйнування.

Вплив гліколю на гідравліку та обладнання

Порівнюючи теплоємність води та гліколю, бачимо, що 30%-й розчин гліколю має теплоємність приблизно на 10–15% нижчу, ніж у води. Це означає, що для перенесення тієї ж кількості тепла потрібно збільшити об’ємну витрату рідини.

Крім того, критичним чинником є в’язкість гліколю та навантаження на циркуляційний насос. Кінематична в’язкість розчину гліколю у 2–5 разів вища за в’язкість води (залежно від температури). Оцінюючи вплив гліколю на роботу насоса чиллера, слід враховувати:

• Збільшення гідравлічного опору трубопроводів.
• Падіння напору насоса на 10–20%.
• Збільшення споживання електроенергії електродвигуном.

Якщо здійснюється заміна води на гліколь у промисловій системі холодопостачання, стандартний насос може не впоратися із завданням, що призведе до протокового голодування випаровувача та переходу чиллера в аварію. Розуміння цих фізичних процесів дозволяє уникнути ситуацій, коли обладнання працює на межі своїх можливостей. Особливо це актуально в спекотний період року, коли виникає питання, чому влітку зростає навантаження на компресор, або коли технологічна холодильна камера не утримує температуру влітку.

Пропорція, розбавлення та контроль концентрації

Зазвичай гліколь поставляється у вигляді концентрату. Постає питання: чим розбавити гліколь для чиллера? Відповідь однозначна – тільки демінералізованою або дистильованою водою. Використання жорсткої води призведе до випадіння осаду та інактивації антикорозійних присадок.

Правильна пропорція води та гліколю для чиллера підбирається залежно від необхідної температури кристалізації:

Розрахунок концентрації етиленгліколю для охолодження або пропіленгліколю слід виконувати із запасом 3–5 °C нижче за мінімально можливу температуру навколишнього середовища або температуру кипіння холодоагенту у випаровувачі.

Під час експлуатації важливо знати, як перевірити концентрацію гліколю рефрактометром. Це портативний оптичний прилад, який за коефіцієнтом заломлення світла миттєво визначає точну концентрацію гліколю та точку замерзання розчину. Перевірку варто проводити перед кожним опалювальним або літнім сезоном. До речі, схожі принципи розрахунку використовуються, коли підбирається теплоносій для системи опалення, оскільки термодинаміка процесів аналогічна.

Підбір холодильного обладнання та холодоносія від інженерів T-CLIM

Вибір теплоносія – це складний інженерний розрахунок, у якому немає дрібниць. Потрібно врахувати тип випаровувача, матеріали ущільнень, характеристики насосних груп та температурний графік вашого підприємства. Помилка у виборі концентрації або типу рідини може призвести до виходу з ладу компресора або розриву теплообмінника.

Фахівці компанії T-CLIM володіють багаторічним досвідом у проєктуванні, виробництві та обслуговуванні промислових чиллерів будь-якої складності. Ми не просто знаємо, як вибрати теплоносій для системи охолодження та як вибрати чиллер, а розраховуємо комплексні системи «під ключ» із урахуванням усіх гідравлічних і теплофізичних нюансів.

Потрібна допомога у виборі обладнання, розрахунку контуру чи підборі оптимального гліколевого розчину для вашого виробництва? Звертайтеся до інженерів T-CLIM – ми проведемо детальний аудит, проконсультуємо та підберемо саме те рішення, яке забезпечить високу енергоефективність і довговічність вашої системи холодопостачання.