Teplonosná kapalina

Autor: doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D.
následující text předchozí text

V kapalinových celoročně provozovaných solárních soustavách se používají nemrznoucí směsi s ohledem na ochranu soustavy v zimním období před poškozením mrazem. V naprosté většině solárních soustav se jedná o vodní směsi (mono)propylenglykolu, který je oproti dříve používanému etylenglykolu nejedovatý. Nemrznoucí směsi se zpravidla používají v objemovém ředění 40-50 % propylenglykolu podle požadované teploty tuhnutí. V současné době jsou k dispozici jednak klasicky inhibitované směsi pro použití v plochých kolektorech (stagnační teploty pod 180 °C) a jednak pokročilé směsi s kapalnými inhibitory umožňující použití v trubkových vakuových kolektorech (stagnační teploty do 250 °C). Přehled používaných nemrznoucích směsí uvádí tab. 1.

Teplonosná látka Výrobce tt [°C]
Solaren EKO Velvana, a.s. -31
Kolektor P Super Agrimex, s.r.o., Třebíč -30
Tyfocor L Tyforop Chemie, GmbH -50
Tyfocor LS Tyforop Chemie, GmbH -28
Antifrogen SOL Gerling, Holz & CO Handels, GmbH -34

Tab. 1 - Vybrané teplonosné kapaliny na bázi vodní směsi propylenglykolu

Termofyzikální vlastnosti

Oproti vodě používané jako teplonosná kapalina v běžných otopných soustavách má vodní směs propylenglykolu jiné termofyzikální vlastnosti, především:

  • nižší tepelnou kapacitu;
  • nižší tepelnou vodivost;
  • větší objemovou roztažnost;
  • vyšší kinematickou viskozitu, nicméně s výraznou teplotní závislostí.

Znalost tepelně-fyzikálních vlastností nemrznoucí směsi je nutná pro stanovení tlakových ztrát v potrubí (viskozita, hustota), předávaného výkonu solární soustavy (měrná tepelná kapacita, hustota), návrhu expanzních nádob (hustota, součinitel objemové roztažnosti), atd. V současné době při použití výpočetní techniky jsou vhodnější modely jednotlivých vlastností v podobě polynomů, ze kterých je možné hodnoty vlastností stanovit pro uvažované teplotní podmínky. Níže jsou uvedeny obecné tvary polynomů a v tab. 2 jsou příslušné konstanty pro vodní směsi propylenglykolu [1].

Termodynamickou teplotu tuhnutí Tt [K] lze stanovit z rovnice

kde

ξ je hmotnostní koncentrace glykolu v roztoku [-].

Hustotu, tepelnou vodivost a měrnou tepelnou kapacitu lze vypočítat podle obecného polynomu, kde daná vlastnost je reprezentována členem Px

Podobný polynom je použitelný pro dynamickou vizkozitu a Prandtlovo číslo

Konstanta A ρ [kg/m3] cp [kJ/(kg.K)] λ [W/(m.K)] μ [Pa.s] Pr [-] Tt [K]
0 - - - - - 1,0
1 508,41109 4,47642 1,18886 -1,02798 6,66139 -0,03736
2 -182,40820 0,60863 -1,49110 -10,03298 -6,99440 -0,40050
3 965,76507 -0,71497 -0,69682 -19,93497 -18,55114 -
4 280,29104 -1,93855 1,13633 14,65802 12,04640 -
5 -472,22510 0,47873 0,06735 14,62050 14,47735 -

Tab. 2 - Parametry polynomů pro vlastnosti vodní směsi propylenglykolu [1]

Koroze

Současné vodní směsi propylenglykolu obsahují inhibitory koroze. Inhibitory, rozpuštěné v kapalině, umožňují zamezit korozi vytvořením tenké ochranné vrstvy na povrchu kovů. Zatímco solární soustavy obsahují různé materiály (měď, bronz, ocel, litina), v současné době není k dispozici univerzální inhibitor a problém se zpravidla řeší kombinací několika různých (organických, anorganických) inhibitorů s ochranným potenciálem pro specifický kov. Pro zajištění ochrany proti korozi je nutné odstranit z kapaliny plyny (řádné odvzdušnění), používat pro rozvody materiály s nízkým vzájemným elektrochemickým potenciálem a udržet pH kapaliny nad hodnotou 7.

Stárnutí

Teplonosná kapalina může v souvislosti s možným přehříváním vlivem stavů bez odběru tepla z kolektorů (stagnace) zejména v letním postupně degradovat. U propylenglykolu dochází vlivem nadměrného tepelného zatížení k rozkladu v důsledku oxidačních reakcí, tvoří se kyseliny, a při opakovaném přehřívání dochází k poklesu pH kapaliny z původní hodnoty okolo 8 pod hodnotu 7 (mezní hodnota 6,8), což se projevuje změnou barvy (tmavnutí kapaliny). Rychlost degradace propylenglykolu je přímo úměrná teplotním stresům a obsahu kyslíku. Proto se doporučuje sledovat hodnotu pH, případně bod tuhnutí (refraktometry) pro včasnou výměnu a ochranu solárního okruhu před zvýšenou korozí.

[1] Conde, M.: Thermophysical properties of brines - Models, Conde Engineering, http://www.mrc-eng.com, Zurich 2002.

následující text předchozí text
 

Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk 

Projekty 2017

Slunce v domě on-line

Stav nabití BAT:--- %
Roční soběstačnost:--- %

Partneři - Obnovitelná energie

logo VIESSMANN
logo HOTJET
logo NELUMBO

Spolupracujeme

logo Česká peleta

 
 

Aktuální články na ESTAV.czMalý dům poskytuje velký komfortCreative Office Awards - nová soutěž pro studenty architekturyMaketa Německého domu na náměstí v Brně nemá stavební povoleníObce kvůli suchu bojují proti plýtvání vodou, vydávají zákazy