Гликоль обычно снижает теплопередачу и увеличивает гидравлическое сопротивление по сравнению с водой из-за другой теплоёмкости и вязкости. При подборе учитывают вид и концентрацию раствора, температуры, расход, свойства материалов и защиту от замерзания.
Вода — идеальный теплоноситель: высокая теплоёмкость (4,18 кДж/кг·К), хорошая теплопроводность (0,6 Вт/м·К), низкая вязкость. Гликоль уступает воде по всем трём параметрам, и это прямо сказывается на мощности теплообменника.
Три механизма снижения теплопередачи при работе на гликоле:
Итог: коэффициент теплопередачи U (Вт/м²·К) снижается на 8–35% в зависимости от концентрации и рабочей температуры.
Поправочный коэффициент F показывает, какую долю мощности (рассчитанной для воды) обеспечит теплообменник при работе на гликолевом растворе.
| Концентрация ЭГ | Точка замерзания | F при 20°C | F при 50°C | F при 80°C |
|---|---|---|---|---|
| 10% | -3°C | 0,96 | 0,97 | 0,98 |
| 20% | -8°C | 0,92 | 0,94 | 0,96 |
| 30% | -14°C | 0,88 | 0,91 | 0,94 |
| 40% | -24°C | 0,83 | 0,87 | 0,91 |
| 50% | -36°C | 0,76 | 0,82 | 0,88 |
| 60% | -52°C | 0,68 | 0,75 | 0,83 |
Пропиленгликоль более вязкий, поэтому при той же концентрации коэффициенты F ниже, чем у этиленгликоля.
| Концентрация ПГ | Точка замерзания | F при 20°C | F при 50°C | F при 80°C |
|---|---|---|---|---|
| 10% | -2°C | 0,94 | 0,96 | 0,97 |
| 20% | -7°C | 0,88 | 0,91 | 0,94 |
| 30% | -13°C | 0,82 | 0,87 | 0,91 |
| 40% | -21°C | 0,75 | 0,80 | 0,86 |
| 50% | -33°C | 0,66 | 0,73 | 0,80 |
Если вы сразу проектируете систему с гликолем, задайте правильные исходные данные в программе подбора (SWEP SSP, Alfa Laval Alfaselect). Укажите тип и концентрацию теплоносителя — программа применит поправки автоматически.
При ручном подборе: рассчитайте требуемую площадь теплообмена для воды, затем разделите на поправочный коэффициент F. Полученное значение — минимальная площадь для вашего гликолевого раствора.
Если в действующей системе вы меняете воду на гликоль, ожидайте снижение тепловой мощности. Алгоритм оценки:
Самый надёжный способ — установить теплообменник большего типоразмера. Для 30% ЭГ достаточно прирост площади 10–15%, для 50% ЭГ — 20–30%.
Подходит при проектировании новой системы или плановой замене оборудования.
Рост скорости потока переводит режим из ламинарного в турбулентный, резко улучшая коэффициент конвекции. Иногда достаточно увеличить расход на 15–25%, чтобы компенсировать негативный эффект гликоля.
Требует насоса с большим напором. Проверьте, что трубопроводы выдержат возросшее давление.
Используйте минимальную концентрацию гликоля, которая обеспечивает защиту при расчётной минимальной температуре. Добавьте 5°C запаса (не 10°C, как рекомендуют некоторые производители).
Для защиты до -15°C достаточно 28–30% ЭГ вместо привычных 40%.
Если технологически допустимо, поднимите температуру горячего контура или снизьте температуру холодного. Каждые 5°C дополнительного напора компенсируют 3–5% потери мощности от гликоля.
Особенность гликоля: при низких температурах вязкость резко возрастает. Это особенно критично для систем охлаждения, где теплоноситель работает при 0–15°C.
| Температура теплоносителя | Вязкость 40% ЭГ (мПа·с) | Вязкость воды (мПа·с) | F (40% ЭГ) |
|---|---|---|---|
| 0°C | 6,8 | 1,79 | 0,74 |
| 10°C | 4,5 | 1,31 | 0,78 |
| 20°C | 3,2 | 1,00 | 0,83 |
| 40°C | 1,9 | 0,65 | 0,87 |
| 60°C | 1,3 | 0,47 | 0,90 |
| 80°C | 0,98 | 0,35 | 0,91 |
Для глубокого понимания работы с гликолями изучите смежные статьи кластера:
30% этиленгликоль снижает мощность на 8–12%, 50% раствор — на 18–25%. Пропиленгликоль при той же концентрации снижает мощность на 12–18% и 25–35% соответственно из-за более высокой вязкости.
Гликоль повышает вязкость теплоносителя, что снижает коэффициент конвективной теплоотдачи. Кроме того, теплоёмкость гликолевых растворов ниже воды, а теплопроводность — меньше. Все три фактора вместе дают снижение итогового коэффициента теплопередачи.
Поправочный коэффициент F = (Nu_glycol / Nu_water) × (lambda_glycol / lambda_water). На практике используют табличные значения: для 30% ЭГ F ≈ 0,88–0,92, для 50% ЭГ F ≈ 0,75–0,82. Умножьте расчётную мощность на F — получите реальную мощность с гликолем.
Три способа: увеличить площадь теплообмена (выбрать аппарат большего типоразмера), повысить расход теплоносителя (увеличить число пластин), повысить температурный напор. Обычно достаточно увеличить площадь на 15–25% для 30% ЭГ и на 25–40% для 50% ЭГ.
Этиленгликоль меньше снижает мощность при той же концентрации. 40% ЭГ даёт поправочный коэффициент 0,82–0,87, тогда как 40% ПГ — 0,75–0,80. Разница особенно заметна при низких температурах, когда вязкость пропиленгликоля резко возрастает.
При низких температурах теплоносителя (0–20°C) влияние максимально, так как вязкость гликоля резко возрастает. При 80–90°C влияние минимально — вязкость приближается к воде. Поэтому системы горячего водоснабжения теряют от гликоля меньше, чем системы охлаждения.
Часто да. Гликолевый раствор плотнее и вязче воды, что требует большего давления насоса. Для 40% ЭГ потребляемая мощность насоса вырастает на 15–20%. Если насос работал без запаса, при переходе на гликоль он может не обеспечить расчётный расход.
Незначительно. Добавки-ингибиторы в антифризах DIXIS, THERMAGENT, ТЕПЛЫЙ ДОМ не меняют базовые теплофизические свойства. Реальная разница между марками — в коррозионной защите и pH, а не в теплопередаче. Базовый расчёт ведётся по концентрации гликоля.
В программах SWEP SSP, Alfa Laval Alfaselect, Kasen есть выбор теплоносителя с концентрацией. Программа автоматически применяет поправочные коэффициенты. При ручном расчёте: задайте теплофизические свойства гликолевого раствора при рабочей температуре.
Да. Снизьте концентрацию гликоля до минимально необходимой (для -15°C достаточно 25–30% ЭГ). Увеличьте расход через теплообменник — это улучшит конвекцию. Поддерживайте чистоту пластин: отложения снижают теплопередачу сильнее, чем гликоль.
Определите текущую мощность аппарата, разделите на поправочный коэффициент F для вашей концентрации гликоля — получите требуемую мощность нового аппарата. Например, 100 кВт / 0,85 = 118 кВт. Подберите аппарат на 118 кВт по чистой воде.
Укажите параметры системы — рассчитаем мощность с учётом типа и концентрации теплоносителя
Нажимая кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности
| Свойство раствора | Влияние на аппарат |
|---|---|
| Теплоёмкость | Меняет переносимую тепловую нагрузку при том же расходе |
| Вязкость | Влияет на скорость, падение давления и требуемую работу насоса |
| Температура замерзания | Определяет необходимую концентрацию и режим защиты контура |
| Химический состав | Задаёт совместимость с металлами, прокладками и ингибиторами |