Voda, etylenglykol nebo propylenglykol – která možnost je pro topný systém lepší?

Voda, etylenglykol nebo propylenglykol – která možnost je pro topný systém lepší?

Voda je nejoblíbenější chladicí kapalina.

Voda je široce používané a dostupné chladivo. Jednou z jeho výhod je velké množství vody, která je všude dostupná. Vzhledem k mnoha nečistotám však použití vody jako chladicí kapaliny vyžaduje předběžnou úpravu vody.

Nečistoty nejsou jediným problémem vody. Tato chladicí kapalina zamrzne při 0 °C a při zmrazení expanduje, což může poškodit potrubí a armatury. Používání vody o vysokých teplotách navíc způsobuje tvorbu vodního kamene na topných plochách kotlů a potrubí a také korozi uzavíracích a pojistných ventilů.

Navzdory těmto nevýhodám zůstává voda oblíbeným chladivem v každodenním životě a průmyslu. Ve složitých technických zařízeních a při provozu zařízení kotlů při nízkých teplotách je však použití vody jako chladicí kapaliny spojeno s riziky a může být z důvodů spolehlivosti nemožné.

V takových případech se používají alternativní chladicí kapaliny, například etylenglykol nebo propylenglykol (nemrznoucí směs). Jsou připraveny v souladu s doporučeními GOST 33591.

Ethylenglykol je alternativním typem chladicí kapaliny.

Nemrznoucí směsi, jako je ethylenglykol, mají několik výhod oproti vodě, ale jejich vysoká cena omezuje jejich široké použití. Jednou z hlavních výhod etylenglykolu je jeho nízký bod tuhnutí, což umožňuje jeho použití v oblastech s nízkými teplotami. Nemrznoucí směs se také při zamrzání neroztahuje a nepoškozuje potrubí.

Vysoká cena etylenglykolu však omezuje jeho použití pouze na jeden okruh kotle ve dvouokruhovém topném systému. Výběr chladicí kapaliny by měl být proveden ve fázi návrhu kotelny s přihlédnutím k rozdílům v tepelné kapacitě vody a nemrznoucí směsi.

Je důležité si uvědomit, že současné použití různých typů chladicích kapalin je nepřijatelné, protože to může negativně ovlivnit provoz topného systému. Je třeba také vzít v úvahu, že etylenglykol má vyšší stupeň expanze při provozních teplotách, což vyžaduje zvláštní pozornost při návrhu zařízení kotle a výběru expanzní nádoby.

Tabulka výhod a nevýhod použití ethylenglykolu.

Chladicí kapalina propylenglykolu je kapalina skládající se z vody, propylenglykolu a speciálních přísad.

Životnost chladicí kapaliny propylenglykol závisí na její kvalitě a podmínkách použití topného systému. Typicky se pohybuje od 5 do 10 topných sezón, ale může dosáhnout až 15.

Je důležité pamatovat na to, že životnost chladicí kapaliny propylenglykol může být snížena v důsledku nesprávné manipulace, například pokud topný systém nebyl po instalaci řádně propláchnut nebo pokud byl smíchán s vodou nebo jinými kapalinami. Před použitím propylenglykolu si proto musíte přečíst návod k jeho použití a přísně dodržovat všechna doporučení výrobce.

Abychom to shrnuli, rozdíl mezi vodou, ethylenglykolem a propylenglykolem jako kapalinami pro přenos tepla spočívá v následujících charakteristikách:

Voda je nejlevnější, nejjednodušší a nejúčinnější chladicí kapalina z hlediska tepelné vodivosti. Je netoxický a může být vypouštěn do půdy nebo jiných systémů bez omezení. Voda však zamrzá při 0 °C, což může vést k prasknutí potrubí a zařízení.

Ethylenglykol má vyšší tepelnou vodivost a nízký bod krystalizace (tuhnutí). Proto je preferován při práci v chladném podnebí a extrémních povětrnostních podmínkách.

Propylenglykol má nízkou toxicitu, vynikající tepelnou vodivost a široký rozsah provozních teplot.

Volba mezi etylenglykolem, propylenglykolem a vodou závisí na konkrétních požadavcích topného systému, včetně nákladů, bezpečnosti a ekologických aspektů.

Propylenglykol a etylenglykol jsou organické sloučeniny ze skupiny dvojsytných alkoholů, široce používané jako nemrznoucí směs v topných systémech. Od vody a jiných chladicích kapalin se liší vyšším bodem varu a nižším bodem tuhnutí, což pomáhá předcházet tvorbě páry a ledu v topném okruhu při přehřátí nebo zamrznutí. Podívejme se, jaké další vlastnosti jsou ethylenglykolu a propylenglykolu vlastní a jak se od sebe liší.

Pro vizuální srovnání charakteristik obou látek budou uvedeny ve formě souhrnné tabulky:

Ethylenglykol se používá v topných systémech ve formě vodných roztoků. V prodeji jsou hotové chladicí kapaliny požadované koncentrace a koncentrované roztoky, které je nutné ředit vodou. Kromě rozpouštědla a nemrznoucí směsi se také přidávají přísady, které mění teplotu varu a krystalizace, snižují korozivní účinek na prvky topného okruhu a dodávají směsím barvu, pro usnadnění hledání netěsností v topném systému. Roztoky ethylenglykolu se používají jako chladicí kapaliny a nemrznoucí směsi v následujících oblastech:

• v uzavřených topných systémech soukromých obytných budov, některých průmyslových budov, administrativních budov, veřejných institucí;
• v chladicích systémech výkonných počítačů a dalších elektronických zařízení;
• jako součást automobilové nemrznoucí směsi a brzdové kapaliny.

Hlavními výhodami vodných roztoků ethylenglykolu jsou jejich vysoké termofyzikální vlastnosti:

• vysoký bod varu zabraňuje varu nemrznoucí směsi při přehřátí topného systému;
• díky nízkému koeficientu roztažnosti a amorfní povaze tuhnutí směsi ethylenglykolu při zmrazení neničí topný systém a zachovává jeho těsnost;
• relativně vysoká tekutost a tepelná vodivost etylenglykolu přispívá k rychlejší a účinnější distribuci tepla v topném systému;
• relativně nízké náklady (více než voda, ale méně než propylenglykol);
• nízká viskozita podporuje lepší distribuci tepla a také snižuje zatížení prvků čerpacího zařízení;
• roztoky etylenglykolu prakticky netvoří pevné usazeniny solí v potrubí topného systému, což prodlužuje jeho životnost;
• bod tuhnutí 50–70 procent chladicích kapalin na bázi etylenglykolu se pohybuje od -35 °C do -65 °C, což umožňuje jejich použití v oblastech s extrémně nízkými teplotami;
• Díky použití dalších přísad, které snižují korozivnost etylenglykolu, roztoky této látky neničí těsnící prvky topného systému.

Roztoky voda-ethylenglykol mají také nevýhody, které omezují jejich použití:

• vysoká toxicita (třetí třída nebezpečnosti), způsobující těžkou otravu při požití na kůži a sliznicích;
• nebezpečí pro životní prostředí, kvůli kterému únik chladicí kapaliny vede k otravě půd a vodních útvarů;
• výrazné zvýšení viskozity s klesající teplotou, způsobující zvýšené zatížení a rychlé opotřebení čerpacího zařízení;
• při úplném vyvaření vody z nemrznoucí směsi a následném ochlazení vysoce koncentrovaný etylenglykol zamrzne při teplotě pouze -13 °C, což může vést k nouzové situaci;
• roztoky etylenglykolu bez přísad mají korozivní účinek na kovové a pryžové prvky topného systému, což způsobuje úniky chladicí kapaliny.

Vzhledem k těmto nevýhodám se chladicí kapaliny na bázi etylenglykolu doporučují používat pouze v uzavřených topných systémech vybavených expanzní nádobou. Jejich použití, za stálého sledování, je povoleno ve výrobních podnicích, skladech a v omezené míře i v obytných budovách. Ethylenglykol se nepoužívá v zařízeních se zvýšenými požadavky na bezpečnost, zejména:

• v podnicích potravinářského a farmaceutického průmyslu;
• v bytových domech;
• ve dvouokruhových topných systémech (aby se zabránilo smíchání etylenglykolu a netechnické vody).

Stejně jako etylenglykol se i tato nemrznoucí směs používá ve formě vodných roztoků různých koncentrací s přídavkem aditiv. Propylenglykol má následující výhody:

• bezpečnost pro lidské zdraví a životní prostředí, díky čemuž lze propylenglykolová chladiva používat bez omezení v potravinářském a farmaceutickém průmyslu, ve veřejných budovách a obytných budovách;
• větší tepelná vodivost a tepelná kapacita ve srovnání s vodou, což zajišťuje rychlejší a efektivnější distribuci tepla v celém topném systému;
• nízký bod tuhnutí (-60 °C) i při úplném odpaření vody z roztoku, díky čemuž nedochází k poškození topného okruhu při extrémně nízkých teplotách;
• schopnost díky větší viskozitě zabránit výskytu vodního rázu, který vede ke zničení potrubí;
• malý koeficient tepelné roztažnosti, stejně jako postupné zahušťování roztoku, zabraňující prasknutí trubek topného systému;
• nepřítomnost korozivního účinku na kovové a pryžové prvky topného okruhu, což prodlužuje jeho životnost a snižuje pravděpodobnost netěsností;
• nepřítomnost vodního kamene a schopnost čistit vnitřní povrch potrubí od nerozpustných usazenin;
• nižší hustota ve srovnání s etylenglykolem, což snižuje náklady na energii pro cirkulaci chladicí kapaliny systémem.

Nevýhody propylenglykolových chladicích kapalin zahrnují:

• vysoká cena, přibližně 40krát vyšší než u nemrznoucích směsí na bázi etylenglykolu;
• nutnost výměny chladicí kapaliny v topném systému jednou za 5 let z důvodu poměrně rychlého poklesu výkonu (u některých řešení je tento problém řešen přísadami);
• zvýšení viskozity s klesající teplotou, což může vést k nadměrnému zatížení čerpacího zařízení a snížení účinnosti přenosu tepla.

Výběr mezi těmito nemrznoucími směsmi, stejně jako stupeň jejich koncentrace v roztoku, je určen řadou faktorů.

• Návrh topného systému. Ethylenglykol lze používat pouze v uzavřených okruzích s expanzní nádobou a za stálého sledování jejich stavu. Propylenglykol se používá bez omezení – i když chladicí kapalina uniká ze systému, nezpůsobí žádnou újmu na lidském zdraví ani životním prostředí.
• Účel vytápěného objektu. Ethylenglykol lze použít v budovách a konstrukcích, kde nejsou zvýšené požadavky na bezpečnost a šetrnost k životnímu prostředí. Použití propylenglykolu je povoleno v budovách jakéhokoli účelu bez omezení.
• Klimatické podmínky. Obě nemrznoucí směsi lze použít jako vodné roztoky v oblastech s nízkými teplotami. Vzhledem k pravděpodobnosti varu vody a následnému zmrazení ethylenglykolu při pouhých -13 °C jsou však výhodnější chladicí kapaliny na bázi propylenglykolu.
• Náklady. Propylenglykol je přibližně 2krát dražší než ethylenglykol a je přibližně o 20 % horší než ethylenglykol, pokud jde o termofyzikální vlastnosti. Vyšší cena tohoto chladiva je však kompenzována jeho bezpečností pro člověka a životní prostředí a rozdílnost charakteristik nemá téměř žádný vliv na provozní účinnost topného systému.

Vezmeme-li v úvahu výhody a nevýhody těchto nemrznoucích směsí, může vyvstat otázka získání relativně bezpečné, ale zároveň levné a účinné chladicí kapaliny jejich smícháním. To se však nedoporučuje z následujících důvodů:

• směs ethylenglykolu a propylenglykolu má horší termofyzikální vlastnosti ve srovnání s každou z nemrznoucích směsí;
• toxicita směsi vůči ethylenglykolu se mírně sníží, stále bude představovat nebezpečí pro životní prostředí a člověka;
• Při míchání hotových roztoků mohou některé přísady vzájemně reagovat a způsobit sedimentaci nebo zvýšené korozivní účinky na prvky topného okruhu.

Před výběrem a použitím chladicích kapalin na bázi dvojsytných alkoholů se doporučuje konzultovat bezpečnost a účinnost obou možností s našimi specialisty. Vyberou optimální typ a koncentraci roztoku na základě vlastností vašeho topného systému a jeho účelu.