Гликолевая система охлаждения — замкнутый контур, где тепло от оборудования уносит не вода, а ее смесь с гликолем. Такая смесь остается жидкой на морозе и не рвет трубки зимой. Ниже разобрано устройство контура, разница между двумя видами гликоля, выбор пропорции под нужный температурный режим и регламент контроля в эксплуатации. Сравнение с чистой водой вынесено в статью «Антифриз или вода в контуре чиллера».
Принцип работы чиллера и холодильный контур на гликоле
В машине работают две связанные петли. В первой циркулирует хладагент. Компрессор сжимает его, конденсатор сбрасывает тепло наружу, терморегулирующий вентиль дросселирует поток, испаритель забирает тепло. Во второй насос гонит раствор гликоля через тот же аппарат и дальше к потребителю — рубашке танка, фанкойлу, плите пресс-формы.
У такой схемы есть главный смысл. Холод можно развести по цеху обычными стальными или полипропиленовыми трубами, а хладагента на трассу в сотню метров не напасешься. Утечка фреона в производственном помещении вдобавок сама по себе авария. В прайсах поставщиков машина называется «гликолевый охладитель» или, в обратном порядке слов, «охладитель гликолевый».
- Компрессор и конденсатор. Холодильная машина, которая производит холод.
- Циркуляционный насос. Задает расход и скорость циркуляции по трассе; напор считают по гидравлике всего кольца, а не по паспорту агрегата.
- Бак-аккумулятор. Добавляет объем и не дает агрегату тактовать.
- Расширительный бак с группой безопасности. Принимает тепловое расширение жидкости.
Для чего применяется гликоль в системах охлаждения
Гликоль в контуре закрывает три задачи: держит теплоноситель жидким ниже нуля, тормозит коррозию и не дает биологии расти внутри труб. Первая очевидна из физики. Вода при замерзании расширяется примерно на 9 процентов, и этого хватает, чтобы разорвать трубки пластинчатого теплообменника. Рвет обычно по пайке. Такой агрегат зимой стоит на улице и промерзает вместе с наружным воздухом, так что риск разморозки реален с первой же холодной ночи.
Зато две другие задачи решает не сам гликоль, а пакет присадок. Товарная жидкость поставляется с ингибиторами коррозии, и работают они только в рабочем диапазоне крепости.
Смесь слабее 25 процентов по объему защиту теряет: ингибиторов уже не хватает, а разбавленный теплоноситель превращается в питательную среду для бактерий и обрастает биопленкой.
Этиленгликоль и пропиленгликоль: преимущества и недостатки
Между собой эти жидкости различаются токсичностью и гидравликой, а не принципом действия. Выбор между ними чаще решается допуском к производству, чем расчетом теплофизики. Обе смешиваются с водой в любой пропорции и продаются как концентрат и как готовая смесь, и каждой нужен свой пакет присадок.
| Параметр | Этиленгликоль | Пропиленгликоль |
|---|---|---|
| Токсичность | ядовит при попадании внутрь | пищевая добавка E1520, нетоксичен |
| Вязкость при 0 °C | ниже | выше в полтора-два раза |
| Теплоемкость 40-процентной смеси | около 3,5 кДж/(кг·К) | около 3,7 кДж/(кг·К) |
| Типичное применение | ЦОД, вентиляция, контуры промышленного охлаждения | пищевая и фармацевтическая отрасли |
По гидравлике выигрывает первый вариант. Он жиже, прокачивать его легче, эффективность охлаждения на низких температурах выше. Пропиленгликоль дороже и вязче, зато безопасен. На пивоварне, молочном заводе или в фасовке лекарств выбора нет. Там, где протечка через теплообменник теоретически попадает в продукт, заливают только пропиленгликоль.
Концентрация гликоля и температура замерзания
Пропорцию воды и гликоля назначают по самой холодной точке кольца, а не по климату региона. К этой цифре добавляют запас 5–7 градусов, потому что на обратной ветке жидкость всегда холоднее, чем в подающей магистрали.
| Доля по объему | Этиленгликоль | Пропиленгликоль |
|---|---|---|
| 25 % | около минус 11 °C | около минус 10 °C |
| 30 % | около минус 15 °C | около минус 13 °C |
| 40 % | около минус 24 °C | около минус 21 °C |
| 50 % | около минус 37 °C | около минус 33 °C |
Но крепче не значит лучше. Чем крепче смесь, тем меньше тепла уносит килограмм и тем гуще поток: пятидесятипроцентный раствор гликоля переносит примерно на пятую часть меньше тепла, чем вода при том же массовом расходе, и требует более производительного насоса. Запас тут вреден. Поэтому холодопроизводительность считают с поправкой на смесь, а расход по кольцу увеличивают. Как это ложится на проект целиком, показано в материале «Система охлаждения воды на производстве».
Где применяют гликолевые чиллеры
Ставят такие машины там, где нужен околонулевой или отрицательный температурный диапазон либо где трасса зимует на улице. Ниже пять сценариев, которые мы встречаем чаще прочих. Логика у них общая: либо продукт боится заморозки и его держат у нуля, либо оборудование греется круглый год и тепло надо снимать даже зимой.
- Пивоварни и виноделие. Отвод тепла брожения, съем тепла с ЦКТ, выдержка холодом; в рубашку танка жидкость подают ниже нуля. Подробнее на странице «Чиллер для пивоварни».
- Пищевая промышленность. Молочные и напиточные линии, пастеризаторы, камеры шоковой заморозки.
- Фармацевтика и медицина. Термостатирование реакторов, климат чистых помещений, отвод тепла от томографов.
- ЦОД и серверные. Круглогодичное кольцо с фрикулингом, когда зимой наружный воздух остужает жидкость без механического холода.
- Металлообработка и литье. Пресс-формы, шпиндели, сварочные и лазерные установки.
Как подобрать мощность гликолевого охладителя
Считают мощность от теплопритока процесса, а не от площади помещения. Берут количество тепла, которое надо снять за час, добавляют запас на пиковые режимы и потери трассы, затем вводят поправку на теплоноситель. На сорокапроцентной смеси агрегат отдает меньше холода, чем на воде.
А второй параметр — объем кольца. Если жидкости в нем мало, компрессор начинает тактовать. Он включается и глохнет по несколько раз в час, и срок службы механики сокращается. Лечится это баком-аккумулятором, объем которого подбирают под производительность машины и инерцию процесса. Экономия на баке выходит боком. Порядок расчета расписан в статье «Как подобрать чиллер».
Контроль концентрации гликоля в системе
Со временем теплоноситель стареет. Ингибиторы вырабатываются, подпитка водой разбавляет смесь, при локальном перегреве часть жидкости разлагается с образованием кислот. Собранное по проекту кольцо через пару сезонов начинает ржаветь изнутри, если за составом никто не следит. Поэтому проверка крепости входит в регламент обслуживания наравне с замером давления и осмотром электрики.
- Замерить крепость смеси рефрактометром или ареометром перед началом холодного сезона и после каждого долива.
- Проверить pH. Рабочий диапазон 8–10, между 7 и 8 раствор подщелачивают, ниже семи присадки выработаны и заправку меняют.
- Осмотреть фильтр и сетку насоса, где продукты коррозии и биопленка оседают первыми.
- Доливать готовым гликолевым раствором той же крепости, а не водой из крана.
- Менять заправку целиком по регламенту изготовителя — [уточнить у клиента: принятая на обслуживаемых объектах периодичность замены].
Жалоба «не дает холода» чаще упирается не в саму машину, а в гидравлику: разбавленная или загустевшая жидкость, забитый фильтр, воздух в верхней точке трассы. Диагностика и регламентные работы — в услуге «Техническое обслуживание чиллеров».
Частые вопросы
Чем чиллер на гликоле отличается от водяного? Устройство машины у них одинаковое, разница в промежуточной жидкости. Водяной работает от плюс 5 °C и выше, машина на гликоле уходит в минус и не боится зимней стоянки. Платят за это потерей теплосъема и более высокими требованиями к прокачке.
Какой гликоль для охлаждения чиллера выбрать? Для закрытых технических колец без контакта с продуктом берут этиленгликоль: он дешевле и жиже. Для пищевых и медицинских процессов — только пропиленгликоль. Крепость в обоих случаях считают по самой низкой рабочей отметке плюс запас.
Можно ли долить в кольцо обычную воду? Разово и в аварийной ситуации можно, но после этого крепость замеряют и восстанавливают. Каждый литр воды поднимает точку кристаллизации всей заправки, а вместе с ней и риск разморозить испаритель.
Сколько стоит чиллер для охлаждения гликоля? Цену определяют мощность, исполнение — моноблок или сплит, рабочий диапазон и комплектация: бак, гидромодуль, автоматика. Купить чиллер для охлаждения вслепую по каталогу не выйдет. Расчет делают по теплопритоку конкретного процесса.
Нужен ли бак-аккумулятор? Нужен, если объем трассы мал относительно производительности машины или нагрузка скачет, как на брожении. Бак сглаживает пики, снижает число пусков и держит режим ровнее.
Подобрать и купить гликолевый чиллер под конкретный процесс, посчитать крепость заправки и объем бака поможем. Мы проектируем, монтируем и обслуживаем промышленный холод в Казахстане с 1996 года, а оборудование собрано в каталоге.
