Виды и свойства хладоносителей

С технологической точки зрения любой хладоноситель – это промежуточное вещество, которое используется для отвода тепла от охлаждаемой установки и его передачи рабочему веществу холодильной машины. Использование хладоносителя существенно увеличивает затраты на обслуживание холодильной установки и целесообразно лишь в некоторых случаях – на крупных производственных объектах с централизованными установками. Большое количество удаленных потребителей холода востребовано на молокозаводах, предприятиях по производству пива, кондитерских фабриках, пищевых комбинатах, а также в супермаркетах с установками централизованного холодоснабжения камер и витрин.

Правильный выбор хладоносителя позволяет минимизировать траты на обслуживание инженерных систем, снизить расходы электроэнергии и сократить нагрузку на рабочие узлы систем, что продлит сроки без сервисной эксплуатации.

1.1.Требования к качественному хладоносителю

• Высокая теплопроводность и теплоемкость;
• Минимальная плотность и вязкость для эффективной транспортировки по трубопроводу;
• Нейтральность по отношению к конструкционным материалам;

Если проанализировать доступные на рынке хладоносители, то ни один из них в полной мере не может соответствовать вышеперечисленным требованиям. Именно по этой причине в каждой ситуации принимается индивидуальное решение по выбору рабочей жидкости для холодильных установок. Несмотря на доступность и привлекательные теплофизические характеристики, вода в качестве промежуточного вещества систем кондиционирования используется редко.

1.2.Рассолы и иные неорганические соединения

Одним из вариантов рабочих жидкостей, для систем работающих в условиях постоянных отрицательных температур, можно встретить рассолы – водные растворы органических и неорганических солей (соли щелочных и щелочноземельных металлов хлоридов, ацетатов, формиатов и др.). Особенность их применения в том, что все необходимые теплофизические характеристики зависят от объемной концентрации соли в растворе.

Для таких хладоносителей вводится понятие криогидратной точки. Это концентрация, при которой раствор обладает минимальной температурой замерзания. При увеличении содержания соли в растворе температура кристаллизации будет лишь увеличиваться. Необходимо учитывать, что при охлаждении рассола до температуры, которая на графике будет ниже кривой замерзания, происходит выпадение кристаллов соли или льда, что в дальнейшем влияет на концентрацию раствора. При дальнейшем охлаждении раствор достигает состояния криогидратного равновесия, при котором он замораживается полностью.

Криогидратные точки для водных растворов хлоридов:

• Для хлорида натрия – 28,9 %, температура кристаллизации 21,2 градуса ниже нуля;
• Для хлорида магния – 27,6 %, температура кристаллизации 33,6 градуса ниже нуля;
• Для хлорида кальция – 42,55 %, температура кристаллизации 55 градусов ниже нуля.

Как видно из описанных характеристик, наиболее целесообразным видится использование хлорида кальция. Его основной недостаток – высокая коррозионная активность, которая проявляется при наличии кислорода, что стоит учитывать при выборе хладагента для открытых систем, где концентрация растворенного кислорода может быть в 4 раза выше, чем у аналогичной закрытой системы.

Минимальная коррозионная активность наблюдается в растворах со слабощелочной реакцией (показатель рН находится в диапазоне между 7,5 и 8,5 единиц). Это можно добиться за счет введения в рассол каустической соды или известкового молока. Также одним из эффективных способов снизить коррозионную активность хладоносителя – добавить в водный раствор пассиваторы (фосфорная кислота, бихромат и т.д.).

Иногда с целью улучшения физических характеристик в рассол добавляются высокомолекулярные соединения – полиакриламид или полиокс, минимальное введение которых (до 0,3%), позволяет существенно снизить трение, увеличив пропускную способность трубопровода и производительность насосного оборудования.

1.3. Органические хладоносители

Водный раствор этиленгликоля стоит гораздо дороже, чем хлорид кальция, но за счет меньшей вязкости его применение в установках холодоснабжения видится более оправданным. В чистом виде этиленгликоль является коррозионно-активным веществом, но введение специального пакета ингибиторов коррозии позволяет минимизировать активность и исключить разрушение металлических и пластиковых элементов трубопроводной системы.

Метиловый спирт и глицерин обладают низкой температурой кристаллизации, но их применение ограничено ввиду свойств самих жидкостей. Метанол чрезвычайно токсичен, а водный раствор глицерина имеет более высокую вязкость, чем аналогичные растворы этиленгликоля, которая требует увеличенных энергозатрат для непрерывной циркуляции жидкости по трубопроводной системе.