Теплофизические свойства водного раствора пропиленгликоля. Расчет выброса пропиленгликоля
| ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ: БОНУСЫ ИНЖЕНЕРАМ!: МЫ В СОЦ.СЕТЯХ: | Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница / / Техническая информация / / Свойства рабочих сред / / Антифризы. / / Пропиленгликоль - Вода. Плотность, температура замерзания, теплоемкость Cp, теплопроводность, водного раствора пропиленгликоля = 1,2 пропандиол =1,2-Propylenglycol- антифриза и теплоносителя для систем отпления и центрального кондиционирования.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
tehtab.ru
Коррекция объема расширительного бака
Во многих регионах России устойчивая работа автономной системы теплоснабжения в осенне-зимний период обеспечивается применением теплоносителя с низкой температурой замерзания. В подавляющем большинстве случаев используются гликолевые смеси, физико-химические характеристики которых отличаются от параметров воды.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Уже более полутораста лет назад в России стали широко применяться системы отопления с теплоносителем. В большинстве случаев это было водяное или паровое отопление. Еще примерно через сто лет начался переход от открытых систем отопления к закрытым, важным элементом которых стал расширительный бак (экспансомат), назначение которого состояло в компенсации температурного расширения теплоносителя (рис.1).
Рис. 1. Конструкция современных мембранных баков
В том случае, если автономная система теплоснабжения была изначально спроектирована в расчете на использование в качестве теплоносителя воды, исходя из ее физических параметров подбирался тип и главное объем расширительного бака. Однако гликолевые смеси имеют другой коэффициент объемного теплового расширения, кинематическую вязкость и теплоемкость (табл.1). Поэтому смена типа теплоносителя с переходом на гликолевые смеси требует и корректировки отопительной системы, в частности, проверки емкости расширительного бака и при необходимости ее коррекции (замены бака).
Для определения массового расхода (М) теплоносителя требуется рассчитать необходимое отопительной системой количества тепла. Затем расход определяется по формуле:
M = 3,6 × ΣQi/c × ∆t), кг/ч,
где ΣQi – требуемый тепловой поток , Вт; с – удельная теплоемкость теплоносителя, кДж/кг•˚С, ∆t = t1т – t2т – разность температур теплоносителя на входе и выходе из системы, ˚С.
Объемный расход в м3/ч определяется делением полученного значения на удельный вес теплоносителя. При смене теплоносителя значение имеет увеличение объемного расхода относительно воды – Va/Vв, где Vа и Vв – соответственно, объемы гликолевой смеси и воды. Причем объем первой зависит также от типа гликоля и его концентрации, которые в свою очередь подбираются, исходя из условий эксплуатации. Например, при понижении температуры замерзания смеси на основе этиленгликоля от –20 до –67 ˚С объемные расходы возрастают на 6 и 12 %, соответственно (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость относительного объемного расширения от температуры теплоносителя:
а – вода; б – водный раствор моноэтиленгликоля 45 %
А в системах ГВС с бойлером косвенного нагрева можно применять только нетоксичный, но, увы, более дорогой пропиленглиголь. Коэффициент теплового расширения его растворов, значительно отличающийся от водяного, близок к соответствующим значениям моноэтиленгликолевых водных растворов (табл.2).
Опасный воздух
Переход на антифриз может приводить к завоздушиванию отопительных систем: ведь он имеет более высокий по сравнению с водой коэффициент объемного расширения и емкости расширительного бака, рассчитанного на ее использование, что может оказаться недостаточно. Поэтому при нагреве теплоносителя до рабочих температур (в среднем 85 ˚С) его излишек может быть сброшен через предохранительный клапан. Затем при снижении тепловой нагрузки потребуется подпитка системы, которая обычно осуществляется водой. Растворенные в ней газы выделятся при нагреве и приведут к образованию воздушных пробок, появление которых чревато уже серьезными авариями.
Минимально необходимый объем расширительного бака в закрытой системе отопления можно рассчитать по формуле:
Vb = (V1b + ∆Vr) × (P2 + 1)/( P2 + P1), м3,
где V1b – начальный объем теплоносителя в баке при холодной системе отопления, м3; ∆Vr – значение расширения теплоносителя при нагреве до рабочей температуры, м3; P2 – давление в расширительном баке при рабочей температуре, бар; P1 – давление в расширительном баке до заполнения системы теплоносителем, бар.
Значение ∆Vr рассчитывается как произведение общего объема теплоносителя в системе, среднего в рабочем температурном диапазоне коэффициента объемного расширения (k) и этого диапазона. Его значение обычно принимается равным 60 ˚С (∆t = tср – t0 = 80 – 20, ˚С).
При переходе с воды на антифриз важно соотношение V2b/V1b, где V2b и V1b –соответственно, объемы расширительного бака для низкотемпературного теплоносителя и воды. Замена ее на гликолевые растворы концентрацией 40–45 % и, соответственно, с температурой начала кристаллизации 30–35 ˚С в отопительных системах мощностью до 100 кВт потребует увеличения номинальных объемов расширительных баков на 5–15 %, в более производительных системах коррекцию лучше проводить, используя графики зависимости объема от мощности и типа теплоносителя (рис.3) или таблицы пересчета.
Рис. 3. Зависимость объема расширительного бака от мощности системы отопления:
а – вода; б – водный раствор моноэтиленгликоля 45 %
Важнейший параметр для антифризов – максимальные рабочие температуры. Кипеть при атмосферном давлении большинство гликолевых растворов начинает при 104–112 °C. Однако некоторые производители заявляют рабочие температуры значительно выше, до 150 ˚С и даже больше, вполне приемлемые для гелиосистем. Принципиальное значение этот параметр имеет потому, что в отличие от воды при превышении допустимой температуры происходит необратимое разложение гликолевых растворов.
Поэтому выбор расширительного бака с запасом на запредельное увеличение температуры смысла не имеет: даже небольшой локальный перегрев приводит к столь серьезным деструктивным изменениям, что должен в принципе потребовать замены всего гликолевого теплоносителя.
Очень важно то, что гликолевые смеси имеют повышенную по сравнению с водой проницаемость или текучесть. Причем вероятность возникновения протечек тем больше, чем больше в отопительной системе соединений. А течи часто обнаруживаются при ее остывании, когда возникают проницаемые для антифриза микроканалы. Поэтому все соединения, выполненные ранее при установке расширительного бака, должны быть доступны для ревизии, не скрыты под облицовкой или замоноличены.
Таблица. 1. Физические характеристики теплоносителей
|
Температура замерзания |
°С |
0 |
–30 |
–48 |
|
Плотность* |
кг/м3 |
972 |
1029 |
1048 |
|
Теплоемкость* |
кДж/кг×°С |
4,2 |
3,7 |
3,5 |
|
Кинематическая вязкость* |
сСт |
0,37 |
1,4 |
1,8 |
|
Коэффициент объемного теплового расширения |
°С-1 |
4,5×10-4 |
5,3×10-4 |
6,0×10-4 |
*При t = 80 °С
Таблица 2. Физические характеристики водного раствора пропиленгликоля 47 %
|
Температура замерзания |
°С |
–30 |
|
Плотность* |
кг/м3 |
999 |
|
Теплоемкость* |
кДж/кг×°С |
3,82 |
|
Коэффициент расширения |
°С-1 |
6,73×10–4 |
Статья опубликована в журнале «Аква-Терм» №3 (87) 2015, рубрика «Мастер-класс»
Опубликовано: 02 ноября 2015 г.
вернуться назад
Читайте так же:
aqua-therm.ru
Теплофизические свойства водного раствора пропиленгликоля
Пропиленгликоль - бесцветная вязкая жидкость со слабым характерным запахом, сладковатым вкусом, обладающая гигроскопическими свойствами.
Важнейшим теплофизическим параметром водного раствора пропиленгликоля является зависимость температуры замерзания (кристаллизации) раствора от его концентрации. Эта зависимость носит нелинейный характер и температура замерзания водного раствора пропиленгликоля достигает своего практического минимума в -58°C при концентрации 70%, затем при дальнейшем повышении концентрации до 98% температура замерзания остается практически постоянной в -60°C. Концентрация, количество пропиленгликоля, содержащегося в теплоносителе, формирует в основном и цену самого теплоносителя. В связи с этим не целесообразно и экономически не выгодно применение водных растворов пропиленгликоля с концентрацией выше 70%.
|
Объемная доля в смеси, % |
Минимальная рабочая температура (замерзания), °C |
Температурараствора, °C |
Плотностьr, кг/м3 |
Теплоемкость Cp, кДж/(кг*К) |
Теплопроводность, Вт/(м*К) |
Динамическая вязкость, 10-3 (Н*с/м2) |
Кинематическая вязкость, 10-6(м2/с)=мм2/с=cSt |
|
25 |
-10 |
-10 |
1032 |
3,93 |
0,466 |
10,22 |
9,9 |
|
0 |
1030 |
3,95 |
0,470 |
6,18 |
6,0 |
||
|
20 |
1024 |
3,98 |
0,478 |
2,86 |
2,8 |
||
|
40 |
1016 |
4,00 |
0,491 |
1,42 |
1,4 |
||
|
60 |
1003 |
4,03 |
0,505 |
0,903 |
0,9 |
||
|
80 |
986 |
4,05 |
0,519 |
0,671 |
0,68 |
||
|
100 |
979 |
4,08 |
0,533 |
0,509 |
0,52 |
||
|
38 |
-20 |
-20 |
1050 |
3,68 |
0,420 |
47,25 |
45 |
|
0 |
1045 |
3,72 |
0,425 |
12,54 |
12 |
||
|
20 |
1036 |
3,77 |
0,429 |
4,56 |
4,4 |
||
|
40 |
1025 |
3,82 |
0,433 |
2,26 |
2,2 |
||
|
60 |
1012 |
3,88 |
0,437 |
1,32 |
1,3 |
||
|
80 |
997 |
3,94 |
0,441 |
0,897 |
0,9 |
||
|
100 |
982 |
4,00 |
0,445 |
0,687 |
0,7 |
||
|
47 |
-30 |
-30 |
1066 |
3,45 |
0,397 |
160 |
150 |
|
-20 |
1062 |
3,49 |
0,396 |
74,3 |
70 |
||
|
-10 |
1058 |
3,52 |
0,395 |
31,74 |
30 |
||
|
0 |
1054 |
3,56 |
0,395 |
18,97 |
18 |
||
|
20 |
1044 |
3,62 |
0,394 |
6,264 |
6 |
||
|
40 |
1030 |
3,69 |
0,393 |
2,978 |
2,9 |
||
|
60 |
1015 |
3,76 |
0,392 |
1,624 |
1,6 |
||
|
80 |
999 |
3,82 |
0,391 |
1,10 |
1,1 |
||
|
100 |
984 |
3,89 |
0,390 |
0,807 |
0,82 |
cp-h.ru
