Ciecze niezamarzające (oparte na związkach zawierających grupy hydroksylowe w instalacjach inżynierii środowiska)

Współczesne instalacje ogrzewcze, chłodnicze pracują w układzie zamkniętym, w którym krąży ciecz robocza (użytkowa). Ma ona za zadanie przekazanie ciepła (chłodu) od źródła do odbiornika wykorzystując układ pompowy. Ciecze robocze wykorzystuje się m.in. w:

instalacjach grzewczych,
instalacjach chłodniczych,
instalacjach pomp ciepła,
instalacjach kolektorów słonecznych,
instalacjach wielkopowierzchniowego ogrzewania (boiska, drogi),
instalacjach odzysku ciepła (np. w wymiennikach glikolowych),
instalacjach sztucznych lodowisk.

Sposób wykorzystania determinuje parametry pracy, a odzwierciedlone są one w parametrach czynnika roboczego. Najczęściej z powodu możliwej pracy układu w temperaturze bliskiej (i poniżej) 0°C cieczą tą nie może być woda. Można spotkać różne ciecze niskokrzepnące, w praktyce stosuje się najczęściej roztwory glikoli, określane zwyczajowo jako solanka (np. mówiąc: pompa ciepła solanka-woda). Pierwotnie nazwa dotyczyła czynnika roboczego opartego na solach NaCl, współcześnie niewykorzystywanego. W zależności od temperatury pracy „solanka” przybiera różne stężenia. Ciecz robocza to nie tylko roztwór glikolu, ale bardzo istotne znaczenie mają dodatki uszlachetniające (antykorozyjne, stabilizatory, przeciwutleniacze, dodatki przeciwpienne), które umożliwiają praktyczne wykorzystanie roztworu.

Cechy cieczy roboczych

Wysokiej jakości ciecz robocza powinna charakteryzować się następującymi właściwościami:

wysoką pojemnością cieplną – ilością „magazynowanej energii”,
małą lepkością – niewielkimi oporami,
właściwościami antykorozyjnymi – brakiem agresywnego działania na materiał instalacji,
stabilnością podczas eksploatacji,
właściwościami smarnymi – istotnymi z punktu widzenia elementów mechanicznych np. pomp,
bezpieczeństwem – pod względem użytkowym i zdrowotnym,
brakiem zapachu – pośrednio kontakt z człowiekiem,
niepalnością.

Ciecze niskokrzepnące – stosowane alkohole

Alkohole monohydroksylowe

Dobrze znany etanol, oprócz właściwości spożywczych wykorzystywany jest jako czynnik roboczy. Decydującym argumentem za jego zastosowaniem jest korzystna cena i dostateczne właściwości fizyczne. Uwzględnienie jednak niektórych parametrów (np. palności, wysokiej lotności, specyficznego zapachu oraz braku właściwości smarnych), zdecydowanie obniża możliwość jego wykorzystania. Zastosowanie etanolu może przyczyniać się do powstania problemów eksploatacyjnych, a wielu producentów pomp obiegowych wprowadziło zakaz stosowania etanolu jako czynnika roboczego (z powodu zacierania się pomp). Z powyższego wynika, iż alkohole monohydroksylowe (na przykładzie etanolu) nie są optymalnym rozwiązaniem jako czynnik roboczy.

Alkohole dihydroksylowe

Roztwory glikolu są głównie wykorzystywanym medium roboczym i to nie bez powodu. Charakteryzują się optymalną temperaturą krzepnięcia (w zależności od stężenia glikolu), zabezpieczają układ przed korozją, mają optymalną lepkość i gęstość (nieznacznie większą od wody), właściwości smarne (istotne z punktu widzenia układu pompowego), są bez zapachu, bezpieczne w użytkowaniu. Wśród glikoli szczególnie zalecane są glikole ekologiczne (oparte na glikolu propylenowym) – do instalacji odnawialnych źródeł energii.

Alkohole trihydroksylowe

Reprezentantem tych związków jest glicerol (zwany gliceryną), który w ostatnim czasie próbuje się popularyzować. Ma podobne właściwości jak glikol propylenowy, choć jest od niego tańszy. Główną wadą jest zdecydowanie większa lepkość (szczególnie w niższej temperaturze), która ogranicza jego wykorzystanie (zdecydowanie większe opory, które przekładają się na zwiększone zużycie energii przez pompy). Jednocześnie roztwory gliceryny nie nadają się do gwałtownego nagrzewania (co może wystąpić np. w instalacjach słonecznych).
Nowoczesne roztwory glikoli dla celów grzewczych i chłodniczych.

Wysokiej jakości roztwór glikolu (czyli alkoholu dwuhydroksylowego) z dodatkami, stosowany w ogrzewnictwie, chłodnictwie ma wszystkie cechy dobrego nośnika ciepła (płynu niskokrzepnącego).

Nie stosuje się jednak czystego, technicznego glikolu, m.in. ze względu na zwiększoną korozyjność (wyższą od wody) oraz utlenialność (ogranicza zdecydowanie czas użytkowania), a zaopatrzony w szeroki pakiet inhibitorów, stabilizatorów, przeciwutleniaczy, środków przeciwpiennych. Warto podczas wyboru produktu opierać się na cieczach zawierających organiczne dodatki tzw. chłodziwa OAT (Organic Acid Technology). Są one lepiej rozpuszczalne w roztworach glikolu. Mają jednocześnie bardzo dobre właściwości buforujące związki nieorganiczne, pełnią rolę czynnika osłonowego i pasywującego. W ten sposób roztwory glikoli
zawierające dodatki OAT pracują dłużej.

Należy unikać stosowania roztworów o stężeniu poniżej 30% z powodu nadmiernego rozcieńczenia dodatków antykorozyjnych, a tym samym obniżenia możliwość prawidłowego ich działania. Jednocześnie roztwory glikoli powinny mieć pH wyższe niż 7.