Водные растворы пропиленгликоля: свойства и области применения.

Водный раствор пропиленгликоля используется в качестве теплоносителя и хладоносителя в инженерных и технологических системах, где одной воды недостаточно из-за риска замерзания.

Изменяя концентрацию пропиленгликоля в воде, можно получить рабочую жидкость с необходимыми низкотемпературными характеристиками. Такие растворы применяются в системах отопления, кондиционирования, холодоснабжения, чиллерах, теплообменных контурах и другом оборудовании.

Мы в Wellness Therm производим водные растворы гликолей для различных инженерных задач. При их подборе важно учитывать не только требуемую температуру начала кристаллизации, но и вязкость, теплофизические характеристики жидкости, материалы системы и параметры циркуляционного оборудования.

Что такое водный раствор пропиленгликоля

Пропиленгликоль представляет собой бесцветную вязкую жидкость, хорошо смешивающуюся с водой.

В чистом виде использовать его в большинстве теплообменных систем нецелесообразно. Для инженерных задач обычно применяются растворы пропиленгликоля определённой концентрации.

Изменение соотношения воды и гликоля позволяет регулировать низкотемпературные характеристики жидкости.

Чем выше содержание пропиленгликоля, тем ниже может быть температура начала кристаллизации раствора. Однако одновременно меняются его вязкость, теплоёмкость и другие свойства.

Поэтому принцип «чем больше гликоля, тем лучше» при подборе теплоносителя не работает.

Главное свойство — защита системы от замерзания

Обычная вода обладает хорошими теплофизическими характеристиками, но при снижении температуры до точки замерзания начинает образовывать лёд.

При замерзании вода расширяется, что создаёт риск повреждения:

• трубопроводов;

• теплообменников;

• радиаторов;

• насосов;

• фитингов;

• другого оборудования.

Добавление пропиленгликоля позволяет значительно снизить температуру начала кристаллизации жидкости.

Поэтому водные растворы пропиленгликоля используют там, где система может работать при отрицательной температуре или существует риск её аварийного охлаждения зимой.

Почему концентрацию нужно подбирать правильно

Одна из самых распространённых ошибок — выбор раствора с максимально возможной концентрацией «на всякий случай».

На первый взгляд это кажется разумным: чем выше содержание пропиленгликоля, тем надёжнее защита от мороза.

На практике слишком концентрированный раствор может ухудшить работу системы.

При увеличении содержания пропиленгликоля:

• возрастает вязкость;

• увеличивается гидравлическое сопротивление;

• насосу требуется больше энергии для циркуляции;

• меняются условия теплообмена;

• может потребоваться корректировка производительности оборудования.

Поэтому концентрацию выбирают исходя из реального температурного режима объекта.

Температура начала кристаллизации — что это значит

При работе с гликолевыми растворами корректнее говорить не только о температуре замерзания, но и о температуре начала кристаллизации.

При достижении определённой температуры раствор не обязательно мгновенно превращается в твёрдый лёд.

Сначала в нём появляются отдельные кристаллы. При дальнейшем охлаждении их количество увеличивается, а подвижность жидкости уменьшается.

Для инженерной системы важно предусмотреть такой температурный запас, чтобы рабочая жидкость сохраняла необходимые свойства даже при неблагоприятных условиях.

Чем пропиленгликоль отличается от этиленгликоля

Обе основы широко применяются для приготовления незамерзающих жидкостей.

Этиленгликоль отличается хорошими низкотемпературными характеристиками и часто используется в закрытых промышленных системах.

Однако этиленгликоль токсичен.

Пропиленгликоль обладает более благоприятным профилем безопасности, поэтому его часто выбирают для объектов, где требования к безопасности рабочей жидкости выше.

Это может быть особенно важно для:

• частных домов;

• общественных зданий;

• предприятий пищевой промышленности;

• складских и производственных объектов;

• систем, расположенных рядом с зонами пребывания людей.

Конкретный состав в любом случае должен соответствовать требованиям оборудования и проекту системы.

Пропиленгликоль в системах отопления

Одно из наиболее известных применений — системы отопления загородных домов.

Водный раствор пропиленгликоля позволяет снизить риск размораживания контура, если зимой отопление неожиданно остановится.

Это особенно актуально для:

• дач;

• домов с периодическим проживанием;

• коттеджей без резервного электроснабжения;

• отопительных контуров в неотапливаемых помещениях;

• объектов, которые зимой могут длительное время оставаться без присмотра.

При этом важно учитывать, что гликолевый раствор более вязкий, чем вода.

Поэтому перед заменой воды на такой теплоноситель необходимо проверить характеристики насоса и рекомендации производителя котла.

Растворы пропиленгликоля для тёплого пола

Водные растворы пропиленгликоля могут использоваться и в системах водяного тёплого пола.

Особенно это актуально, если отдельные участки контура находятся в зоне возможного промерзания или здание эксплуатируется периодически.

Но здесь также необходимо учитывать вязкость.

Контуры тёплого пола имеют значительную протяжённость, поэтому увеличение гидравлического сопротивления может заметно повлиять на циркуляцию.

Насосно-смесительный узел должен быть рассчитан на характеристики используемой жидкости.

Применение в чиллерах

Ещё одна важная область — системы холодоснабжения.

В чиллерах водные растворы пропиленгликоля применяются как промежуточный хладоноситель между холодильной машиной и потребителями холода.

Это могут быть:

• фанкойлы;

• вентиляционные установки;

• теплообменники;

• технологическое оборудование.

Использование гликоля особенно важно, если температура рабочей жидкости приближается к 0 °C либо часть оборудования и трубопроводов расположена на улице.

В случае аварийной остановки система получает дополнительную защиту от размораживания.

Системы кондиционирования

Пропиленгликолевые растворы используются в контурах центрального кондиционирования зданий.

Рабочая жидкость циркулирует между источником холода и теплообменным оборудованием.

Такие системы встречаются в:

• офисных комплексах;

• торговых центрах;

• гостиницах;

• административных зданиях;

• производственных объектах.

Если часть трубопровода проходит по улице, техническому этажу или другому холодному помещению, защита от замерзания становится особенно важной.

Вентиляционные установки

В приточно-вытяжной вентиляции водные растворы пропиленгликоля могут использоваться в теплообменных контурах.

Например, в системах рекуперации тепло может передаваться от вытяжного воздуха к приточному через промежуточный жидкостный контур.

Если установка работает зимой, обычная вода создаёт риск замерзания.

Гликолевый раствор позволяет эксплуатировать оборудование при более низкой температуре наружного воздуха.

Системы снеготаяния и обогрева наружных площадок

Водные растворы пропиленгликоля применяются и в гидравлических системах наружного обогрева.

Это могут быть:

• ступени;

• пандусы;

• подъездные пути;

• открытые площадки;

• дорожки;

• кровельные элементы.

Трубопроводы находятся непосредственно в холодной зоне, поэтому использование одной воды здесь связано с высоким риском размораживания.

Пропиленгликолевый теплоноситель позволяет системе работать при отрицательных температурах.

Тепловые насосы

Гликолевые растворы применяются в некоторых контурах тепловых насосов.

Например, в низкотемпературном грунтовом или наружном контуре рабочая жидкость должна сохранять подвижность при температуре ниже 0 °C.

Правильно подобранная концентрация обеспечивает необходимую морозостойкость при сохранении приемлемых характеристик теплообмена и циркуляции.

Солнечные тепловые системы

Водные растворы гликолей используются и в отдельных системах с солнечными коллекторами.

Наружное оборудование подвергается воздействию отрицательных температур, поэтому обычная вода зимой может замёрзнуть.

Однако для солнечных контуров особенно важно учитывать высокие температуры, возникающие при стагнации коллектора.

Поэтому использовать можно только жидкость, характеристики которой соответствуют конкретной установке и рекомендациям производителя оборудования.

Промышленные системы охлаждения

Пропиленгликолевые растворы применяются для отвода тепла от технологического оборудования.

Например, они могут циркулировать через:

• теплообменники;

• производственные установки;

• станки;

• технологические линии;

• климатическое оборудование.

В таких системах особенно важно правильно рассчитать расход жидкости и подобрать насос.

При переходе с воды на гликоль гидравлические характеристики контура изменяются.

Почему пропиленгликоль интересен пищевой промышленности

Для объектов пищевой промышленности особенно важно учитывать безопасность используемых технических жидкостей.

Именно поэтому в ряде технологических процессов предпочтение может отдаваться пропиленгликолевым составам.

Они могут использоваться в промежуточных теплообменных контурах холодильного и технологического оборудования при условии, что конкретная жидкость соответствует требованиям проекта и отраслевым нормам.

При этом теплоноситель не следует автоматически считать пищевым продуктом только потому, что он изготовлен на основе пропиленгликоля.

Назначение и допустимые области применения всегда определяются документацией конкретного состава.

Влияние концентрации на теплопередачу

При добавлении пропиленгликоля морозостойкость повышается, но теплофизические характеристики относительно воды изменяются.

Как правило:

• уменьшается удельная теплоёмкость;

• возрастает вязкость;

• изменяется теплопроводность.

Это означает, что для передачи того же количества энергии системе может потребоваться другой расход жидкости.

Поэтому профессиональный подбор теплоносителя обязательно связан с теплотехническим и гидравлическим расчётом.

Влияние на циркуляционный насос

Особенно заметно изменение вязкости при низкой температуре.

Чем холоднее гликолевый раствор, тем сложнее насосу обеспечивать необходимую циркуляцию.

Если система изначально была рассчитана на воду, после перехода на пропиленгликоль необходимо проверить:

• производительность насоса;

• требуемый напор;

• расход жидкости;

• гидравлическое сопротивление контура.

Недостаточная циркуляция способна снизить эффективность всей установки.

Почему важно качество воды

Для приготовления рабочего раствора имеет значение не только пропиленгликоль, но и вода.

Обычная водопроводная или скважинная вода может содержать:

• кальций;

• магний;

• железо;

• другие растворённые соли.

При длительной эксплуатации они способны участвовать в образовании отложений внутри теплообменников.

Поэтому для приготовления технических растворов рекомендуется использовать подготовленную воду соответствующего качества.

Нужны ли присадки

Если водный раствор используется именно как полноценный теплоноситель инженерной системы, необходимо учитывать защиту оборудования.

В специализированные теплоносители могут вводиться:

• ингибиторы коррозии;

• стабилизирующие компоненты;

• противопенные добавки;

• другие функциональные присадки.

Простой раствор пропиленгликоля и воды и готовый специализированный теплоноситель — не всегда одно и то же.

Поэтому при подборе важно учитывать назначение продукта.

Можно ли самостоятельно изменить концентрацию

Технически концентрацию гликоля можно корректировать добавлением подготовленной воды или более концентрированного раствора.

Но делать это нужно только после расчёта.

Необходимо знать:

• текущий объём системы;

• имеющуюся концентрацию;

• требуемую концентрацию;

• характеристики используемых компонентов.

После приготовления желательно проверить раствор подходящим рефрактометром.

Ориентироваться только на количество добавленных канистр недостаточно.

Можно ли смешивать растворы разных производителей

Без подтверждённой совместимости мы этого не рекомендуем.

Даже если два продукта содержат пропиленгликоль одинаковой концентрации, дополнительные компоненты в их составе могут отличаться.

При смешивании возможны:

• изменение pH;

• выпадение осадка;

• вспенивание;

• ухудшение антикоррозионных свойств.

Если состав старой жидкости неизвестен, правильнее удалить её и подготовить систему к заполнению новым продуктом.

Как понять, что раствор пора заменить

Проверить состояние рабочей жидкости стоит, если:

• она значительно потемнела;

• появилась мутность;

• образовался осадок;

• изменился pH;

• фильтр быстро загрязняется;

• система регулярно перегревалась;

• раствор многократно разбавлялся водой.

Для гликолевой системы также важно контролировать фактическую концентрацию и температуру начала кристаллизации.

Как выбрать нужный водный раствор пропиленгликоля

Перед заказом мы рекомендуем определить:

1. Назначение системы.

2. Минимальную рабочую температуру.

3. Минимальную аварийную температуру.

4. Требуемую температуру начала кристаллизации.

5. Общий объём контура.

6. Материалы оборудования.

7. Характеристики насоса.

8. Требования производителя оборудования.

9. Наличие повышенных требований к безопасности.

После этого можно определить необходимую концентрацию.

Водные растворы гликолей Wellness Therm

Мы производим водные растворы гликолей для инженерных и технологических систем.

На сайте Wellness Therm для этого выделен отдельный раздел «Водные растворы гликолей».

Также в нашем ассортименте представлены готовые теплоносители, подготовленная вода и технические жидкости для обслуживания инженерных систем.

При выборе раствора важно исходить не только из желаемой температуры защиты от замерзания. Необходимо учитывать теплообмен, вязкость, возможности насоса и режим эксплуатации оборудования.

Правильно подобранная концентрация пропиленгликоля позволяет получить необходимую морозостойкость без необоснованного ухудшения гидравлических и теплофизических характеристик системы.