Глицериновые теплоносители для автономных систем отопления и физические свойства водного раствора глицерина

Технические характеристики

Глицерин в чистом виде — это трехатомный спирт, сохраняющий свою прозрачность и свойства при смешивании с водой. Изготавливают глицерин из пропилена, который благодаря используемым присадкам длительное время сохраняет свою молекулярную формулу. Также в продаже можно найти антифризы, изготовленные на основе жиров и натуральных масел. Но такие теплоносители имеют высокую стоимость и не пользуются спросом.

К основным характеристикам глицерина относятся:

1. Плотность – 1,27 г/м3.
2. Закипание при температуре +290°C.
3. Полная прозрачность.
4. Отсутствие запаха.

Теплоносители для отопления:

В чистом виде глицерин в качестве теплоносителя в системах отопления не используется. При производстве антифризов берутся специальные добавки, обеспечивающие сохранение у жидкости текучести даже в условиях эксплуатации при минусовой температуре. Теплоноситель на основе глицерина химически инертный, что исключает появление каких-либо реакций. Поэтому в радиаторах отопления будут отсутствовать отложения, а применять этот антифриз можно с трубами из пластика и металла.

Преимущества глицериновых антифризов

Популярность глицериновых теплоносителей для системы отопления во многом обусловлена многочисленными преимуществами антифриза. Его эксплуатационные характеристики и свойства будут зависеть от его разновидности и консистенции химиката.

К преимуществам антифриза на основе глицерина относят:

1. Сохранение свойств в широком температурном диапазоне.
2. Реализация уже в готовом виде, что существенно упрощает использование.
3. Полная безопасность для окружающей среды и здоровья человека.
4. Продолжительный срок службы, который достигает 8 лет.
5. Отсутствие необходимости в промывке системы при ее заполнении глицерином.
6. Отсутствие коррозии металлических элементов и отложений на поверхности пластиковых труб.
7. Глицерин относится к негорючим веществам.

Недостатки теплоносителя на основе глицерина — это их высокая стоимость, что приводит к некоторому увеличению затрат на обустройство отопления в частном доме. Также следует учитывать повышенную вязкость материала, из-за чего потребуется использовать мощные циркуляционные насосы, обеспечивающие подвижность теплоносителя даже в разветвленном отопительном контуре.

Применение незамерзающей жидкости:

Плотность водного раствора глицерина

Плотность смеси глицерина и воды приведена в таблице для концентрации глицерина от 10 процентов до 70 процентов по массе в диапазоне температур от нуля до ста градусов Цельсия.

Динамическая вязкость водного раствора глицерина

Вязкость водного раствора глицерина приводится в таблице в диапазоне температур смеси от нуля до ста градусов Цельсия и концентрации глицерина от 10% до 70%.
Примечательно, что добавление всего лишь 10% (по массе) глицерина в воду позволяет повысить динамическую вязкость раствора на ~30%.

Теплопроводность смеси глицерина с водой

Значения теплопроводности водного раствора глицерина показаны в таблице для диапазона температур от 20 до 80 градусов Цельсия и концентрации глицерина от 10% до 70%.
С увеличением концентрации глицерина теплопроводность водного раствора снижается. При содержании 50% глицерина теплопроводность смеси на ~29% меньшей, чем у чистой воды.

Советуем к прочтению:   Бойлер косвенного нагрева своими руками: как сделать, схема, видео

Теплоемкость водного раствора глицерина

Оценочные значения теплоемкости водного раствора глицерина приводятся в таблице для температур от 20 до 80 градусов Цельсия и концентраций глицерина от 10 до 70 процентов.
С увеличением концентрации глицерина теплопроводность раствора снижается. При нормальных условиях и содержании 10% глицерина теплоемкость смеси в ~2 раза меньше теплоемкости чистой воды.

Неоднозначные перспективы

В целом потребление глицерина сокращается во всем мире из-за сужения сфер его применения, например, замены кускового мыла жидким. Также с активным переходом Европы в рамках Парижского соглашения по климату на безуглеровозобновляемую энергетику и планами по переводу транспорта на электрические и водородные двигатели снижается интерес к биодизелю, от объемов производства которого напрямую зависит выпуск и биоглицерина.

В то же время, по мнению экспертов, в ряде других отраслей – пищевой и косметической – спрос на глицерин останется стабильным еще долгие годы.

В следующем материале мы подробно расскажем, почему антифриз и теплоносители на основе глицерина проигрывают своим собратьям на базе этиленгликоля! Подписывайтесь на рассылку, чтобы ничего не пропустить!

Новое время требует новых решений

Аналогичная ситуация произошла и в другой области применения глицерина – в качестве компонента охлаждающей жидкости. При разведении с водой он мог не замерзать до -40°C, но его использование в сложных механизмах вызывало ряд вопросов.

Антифриз на базе глицерина часто оставался слишком вязким и недостаточно текучим. Этот недостаток пытались решить, разбавляя его этанолом и метанолом, но в итоге в 1930 годы также заменили глицерин на этиленгликоль, как на более удобный и доступный вариант.

Хотя на рынке охлаждающих жидкостей до сих пор встречаются глицериново-метанольная продукция, от ее использования специалисты активно отговаривают. Основной аргумент – вязкость растворов с глицерином не может гарантировать необходимую циркуляцию в механизмах, что может привести к перегреву агрегатов. Подобный антифриз приводит к коррозии при длительном использовании.

Во многих странах, в том числе в Европе, антифриз на основе глицерина запрещен законодательно. Но в Китае этот вариант с учетом его более низкой стоимости активно используется.

Гораздо более широкое распространение в современной промышленности глицерин получил в косметической сфере и секторе бытовой химии, где он используется в кремах, мыле и шампунях. Помимо этого, вещество активно применяется в пищевой промышленности в качестве стабилизатора – пищевая добавка Е422, позволяя увеличить срок хранения продукта. В небольших количествах он является совершенно безвредной для здоровья человека добавкой.

Гигроскопичность глицерина позволяет использовать его в табачном производстве для регулировки влажности продукции. В последние годы, помимо бумажных, набирают популярность электронные сигареты, основой работы которых являются растворы на базе глицерина. Также среди сфер его применения текстильное производство, фармацевтика, текстильная и кожевенная отрасли, бумажная и лакокрасочная промышленность.

Концентрация глицерина по массе и по объёму в водном растворе

В таблице ниже приведены соотношения концентрации глицерина в водном растворе по массе и по объёму.

Использование глицерина в качестве теплоносителя

H2_2
Для получения теплоносителя на основе глицерина чистое вещество смешивают с различными примесями, которые позволяют ему оставаться жидким при эксплуатации в холодных условиях. Полученный состав химически инертный, и внутри не происходят химические процессы, которые могут губительным образом сказываться на элементах всей системы.

Способность сохранять жидкое состояние при минусовых температурах и абсолютная безопасность для человека позволяет использовать теплоноситель для систем отопления жилых домов, в том числе для обогрева пола.

Работа этой системы отопления основывается на одном принципе: есть нагреватель, отопительные элементы и теплоноситель. При этом основные характеристики теплоносителя будут оказывать влияние на общую эффективность нагрева.

Важно! Определиться, какой теплоноситель будет использоваться в системе теплого пола, необходимо еще на стадии ее проектирования. Это повлияет на выбор оборудования, диаметр труб и протяженность контуров.

Достоинства глицеринового теплоносителя

По сравнению с пропиленгликолевыми или этиленгликолевыми составами, этот антифриз имеет следующие преимущества:

• Может использоваться в широком температурном диапазоне от -30 до +105 °C. Даже при полном замораживании вещества оно не расширяется и не вызывает повреждение труб. После оттаивания все его первоначальные свойства восстанавливаются.
• Теплоноситель продается в готовом виде и не требует дополнительного разбавления водой. Гликолевые составы необходимо разбавлять;
• Антифриз не вызывает коррозии или иных повреждений элементов теплого пола, в том числе оцинкованных труб и резиновых прокладок;
• Вещество является абсолютно безопасным для здоровья людей и окружающей среды, что очень важно при возникновении утечек или повреждении системы в целом;
• При сравнительно высокой цене, состав имеет продолжительный срок использования до 8 лет. Антифриз другого вида используется около 5 лет;
• Теплоноситель может заливаться в трубы после любого другого вида антифриза, промывка не требуется;
• Антифриз производится только из высококачественного сырья, которое также используется в пищевой и косметической промышленности;
• Относится к классу негорючих веществ.

Совет! При заполнении труб можно добавить в антифриз немного флуоресцентного красителя. В случае нарушения герметичности системы краситель поможет быстро обнаружить место утечки.

Недостатки глицеринового состава

Теплоноситель на основе глицерина имеет свои недостатки, которые необходимо учесть при проектировании теплого пола:

• При замерзании повышается плотность и вязкость глицеринового состава, что приводит к снижению его теплоемкости. В проекте отопительной системы придется использовать трубы большего диаметра, чем при использовании обычной воды;
• Высокая вязкость состава потребует установки в системе отопления более мощного циркуляционного насоса;
• Антифриз на глицериновой основе требует использования надежных и дорогостоящих прокладок и уплотнителей в процессе монтажа отопления. Рекомендуются тефлоновые или паронитовые прокладки;
• Антифриз имеет склонность к пенообразованию, что может вызывать завоздушивание теплого пола. Частично уменьшить пенообразование помогают специальные присадки;
• Состав на основе глицерина имеет плотность и массу больше, чем гликолевый. Применение глицеринового состава в системе теплого пола повысит нагрузку на перекрытия и фундамент строения.

Выбор и использование глицеринового теплоносителя

Глицериновый теплоноситель представлен на рынке производителями Гольфстрим, Эко-30, Теплоком, PRIMOCLIMA, Ольга. Составы разных марок различаются по цветам и виду примесей.

Для удобства потребителей антифризы продаются расфасованными в канистры по 10 или 20 кг, а также в бочки по 50 кг. Для заполнения системы отопления объемом 100 л потребуется около 115 кг теплоносителя.

При закачке состава необходимо специализированное оборудование. Рекомендуется привлекать специалистов для заполнения отопительного комплекса. В первую очередь производят очистку всего оборудования для отопления.

Для заполнения комплекса антифризом понадобится насос, шланг, манометр, большая емкость для теплоносителя и оборудование для последующей опрессовки. После заполнения отопительного комплекса проводят его опрессовку.

Правила эксплуатации комплексов с глицериновым антифризом

Глицериновые теплоносители имеют длительный срок эксплуатации при соблюдении основных правил:

1. Нельзя допускать перегрев антифриза. В противном случае антикоррозийные примеси в основе его состава могут распадаться и образовывать отложения на поверхности нагревательных элементов, что ухудшает работу отопительной системы в целом;
2. Невысокий коэффициент поверхностного натяжения состава способствует снижению разбухания уплотнителей. Для уменьшения вероятности возникновения протечек необходимо производить дополнительную затяжку в местах соединения разных элементов;
3. В условиях низких температур теплоноситель в трубах будет иметь тягучее состояние с отдельными кристаллами вещества. При запуске оборудования сначала необходимо включить минимальную скорость работы нагревателя и наращивать ее постепенно. Такой запуск позволит избежать преждевременной поломки котла. Нагретый состав будет иметь все первоначальные свойства.

Описание вещества

Глицерин относится к трехатомным спиртам, чем отличается от этанола, у которого только один атом. Вещество является чистой прозрачной жидкостью с повышенной вязкостью. Глицерин не имеет цвета. Спирт относится к пищевым добавкам. Он выступает в качестве консерванта, который делает продукты достаточно густыми.

Глицерин состоит из трех элементов: углерода, водорода и кислорода. Вещество чаще получается из пропилена. В процессе его хлорирования при высоких температурах (от 450 до 5000С) возникает аллилхлорид. К данному соединению добавляется хлорноватистая кислота, в результате чего образуются хлоргидрины. На последнем этапе происходит их омыление щелочью. В итоге они превращаются в спирт.

Вещество может быть как растительным, так и техническим. Первый вариант безопасен для здоровья человека. Применение второго может отрицательно влиять на работу внутренних органов. Технический спирт не используется в пищевой промышленности и при изготовлении жидкостей для электронных сигарет.

Физические и теплофизическине свойства водных растворов глицерина

Плотность водного раствора глицерина в зависимости от температуры и концентрации. Таблица.

Плотность смеси глицерина и воды приведена в таблице для концентрации глицерина от 10% до 70% по массе в диапазоне температур от нуля до ста градусов Цельсия.

Динамическая вязкость водного раствора глицерина в зависимости от температуры и концентрации. Таблица.

Вязкость водного раствора глицерина приводится в таблице в диапазоне температур смеси от нуля до ста градусов Цельсия и концентрации глицерина от 10% до 70%. Примечательно, что добавление всего лишь 10% (по массе) глицерина в воду позволяет повысить динамическую вязкость раствора на 30%.

Теплопроводность смеси глицерина с водой в зависимости от температуры и концентрации. Таблица.

Значения теплопроводности водного раствора глицерина показаны в таблице для диапазона температур от 20 до 80 градусов Цельсия и концентрации глицерина от 10% до 70%. С увеличением концентрации глицерина теплопроводность водного раствора снижается. При содержании 50% глицерина теплопроводность смеси примерно на 29% меньшей, чем у чистой воды.

Теплоемкость водного раствора глицерина в зависимости от температуры и концентрации. Таблица.

Оценочные значения теплоемкости водного раствора глицерина приводятся в таблице для температур от 20 до 80 градусов Цельсия и концентраций глицерина от 10 до 70%. С увеличением концентрации глицерина теплопроводность раствора снижается. При нормальных условиях и содержании 10% глицерина теплоемкость смеси примерно в 2 раза меньше теплоемкости чистой воды.

Концентрация глицерина по массе и по объёму в водном растворе

В таблице ниже приведены соотношения концентрации глицерина в водном растворе по массе и по объёму.

Температура кипения смеси глицерина с водой (при нормальном атмосферном давлении)

• Вода (без глицерина): 100°C
• Вода (90%) + Глицерин (10%): 100.7°C
• Вода (70%) + Глицерин (30%): 102,9°C
• Вода (50%) + Глицерин (50%): 106,7°C
• Глицерин (80%) + Вода (20%): 121,5°C
• Глицерин (90%) + Вода (10%): 139,8°C
• Глицерин (95%) + Вода (5%): 168 °C

Свойства

Глицерин является гигроскопичной жидкостью, сладкой на вкус. Она хорошо поглощает из воздуха водяные пары. Спирт смешивается с водой независимо от пропорций. В сочетании с пропиленгликолем жидкость становится текучей.

Температура плавления данного спирта равна 180С. Кипит вещество при 2900С. За счет гигроскопичности глицерин всегда будет вытягивать воду.

Глицериновый раствор также обладает следующими свойствами:

• антисептическое действие;
• увлажняющий эффект;
• консервирующий компонент;
• придание мягкости и сладости продуктам.

Вещество активно участвует в парообразовании. В связи с этим оно выступает главным компонентом жидкости для электронных сигарет. Спирт повышает питательную ценность пищевых продуктов. За счет его консервирующих свойств они долго могут оставаться свежими. Также спирт хорошо очищает поверхности от жиров и грязи, что позволяет его успешно использовать в качестве чистящего средства.

Вещество применяется при изготовлении динамита. При реакции оно сгорает. В результате образуется вода и углекислый газ.

Глицерин в составе вейпа

Спирт является обязательным компонентом жидкостей, используемых в электронных сигаретах. Обычный курительный прибор состоит из картриджа в виде капсулы, атомайзера и аккумулятора. В составе вейпов также может присутствовать дрипка. Это специальное устройство, через которое в прибор добавляется жидкость. Глицерин заливают в картридж вместе с другими компонентами. Среди них: пропиленгликоль, никотин и ароматизаторы с красителями, вода.

Спирт используется в вейпах за счет своей гигроскопичности. Вещество участвует в образовании пара. Под воздействием температуры происходит нагрев атомайзера, который преобразует жидкость в дым. Так возникает процесс парения.

Глицерин может сделать жидкость более вязкой. От присутствия спирта она становится гуще. При самостоятельном изготовлении жижи для вейпа можно самостоятельно регулировать крепость пара. Если в смеси преобладает пропиленгликоль из класса гликолей, то дым не будет густым. Чтобы создать обильный пар, нужно залить в картридж глицерин и пропиленгликоль в соотношении 70/30. В продаже имеется аптечный глицерин. Он значительно разбавлен водой, что отображается на его вкусовых свойствах.

Технические характеристики теплоносителей на глицерине

Теплоноситель на основе глицерина

Принимая решение о покупке теплоносителя, произведённого с использованием глицерина, обязательно следует проанализировать основные параметры последнего, чтобы не испытывать в будущем излишних сложностей с эксплуатацией и обслуживанием СО:

• Интервал температур, в котором эксплуатация указанного теплоносителя будет проходить в штатном режиме, без значительных потерь его потребительских параметров.
• Теплоёмкость глицерина, т.е. потребное количество теплоносителя, которое требуется прокачать за единицу времени в целях переноса необходимого количества тепла.
• Коэффициент вязкости, влияющий на скорость циркуляции теплоносителя, на величину коэффициента теплопередачи и т.п. и на его изменение в зависимости от температуры теплоносителя.
• Коррозионная активность, накладывающая ряд ограничений на использование теплоносителя с глицериновыми присадками без добавления требуемых ингибиторов коррозии, а также на выбор материала контура теплоносителя.
• Вопросы безопасности использования подобных теплоносителей для окружающей среды и человека.
• Смазывающая способность, обуславливающая ограничения, налагаемые использованием указанного теплоносителя на конструкцию элементов СО.
• Показатель инертности к вспениванию, прямо влияющий на величину КПД перекачивающего насоса.

Идеальным выбором является – теплоноситель на основе глицерина, в химическом составе которого учтены возможные результаты его взаимодействия со всеми веществами, используемыми в настоящее время в конструкциях нагревательных котлов и магистралей отопления СО частных домов (сталь, чугун, медь, алюминий).
Так как в противном случае могут возникать реакции, приводящие к электрохимической коррозии.

Глицерин в системе отопления обязательно должен иметь присадки, препятствующие окислению и пенообразованию.

Категорически должны быть исключены ингибиторы, усиливающие хрупкость полимеров (уплотнители, трубы).

Преимущества использования глицерина для отопления

1. Теплоноситель, имеющий в своём составе глицерин, обладает существенно меньшей температурой кристаллизации (температура замерзания глицерина составляет минус 30 градусов).
2. Глицерин взрыво- и пожаро- безопасен, т.к. он вообще не воспламеняется.
3. Подобные теплоносители безвредны для здоровья.
4. Уровень теплоотдачи существенно превышает аналогичные показатели иных теплоносителей.
5. СО с указанным теплоносителем способна работать при температурах от -30 градусов до +105 градусов.

Глицерин для отопления не имеет присвоенного ему класса опасности и, по международным стандартам, считается пищевой добавкой, имеющей код Е 422.

Недостатки теплоносителей на основе глицерина

1. Высокая вязкость теплоносителя требует насосов повышенной мощности и производительности, либо разбавления различными спиртами, включая метиловый.
2. Сильное вспенивание, приводящее к появлению воздуха в магистралях отопления, что ухудшает теплоотдачу сети.
3. Наличие глицерина резко повышает требования к качеству уплотнений и прокладок, используемых в СО, которые изготовлены из пластмассы и неполярной резины.
4. Значительно усиливается вероятность возникновения коррозии в металлических частях СО.
5. Высокотемпературный нагрев глицерина приводит к образованию акролеина, являющегося сильно ядовитым веществом, обладающего крайне неприятным запахом и слезоточивым эффектом.

Отдав предпочтение незамерзающей жидкости, необходимо понимать, что для системы требуется не автомобильный тосол, этиловый спирт или трансформаторное масло, а специальный антифриз на основе глицерина, который создан именно для использования в системах отопления.

Нельзя сбрасывать со счетов требования, касающиеся пожарной безопасности, а также требования к химическому составу антифриза с точки зрения безопасности его компонентов для здоровья человека.

Применение глицерина в системах отопления

Любые манипуляции с теплоносителем, в составе которого имеется глицерин для отопления, такие как заливка или замена, требуют профессиональной подготовки и специального оборудования.
Поэтому выполнять их должны специалисты.

Хранить теплоносители, изготовленные с использованием глицерина, рекомендуется в специально предназначенной для этого герметично закрывающейся таре и в холодном помещении.

Необходимо предохранять данный теплоноситель от прямых солнечных лучей, так как это может привести к возникновению химической реакции разложения присадок, входящих в теплоноситель, и основного вещества.

Категорически запрещается смешивать несколько разных видов теплоносителей.

Во всех остальных случаях указанный теплоноситель стабилен и сохраняет свои свойства без изменений на протяжении восьми лет

Западная экспансия

Несмотря на существенное потребление – более 100 тысяч тонн, в России глицерин производится в очень небольших количествах.

Объем выпуска снизился почти на 2% к уровню прошлого года

Отрицательная динамика наблюдается давно – с 2017 года в среднем объем производства падал более чем на 17%, а игроков на рынке остается все меньше. Сейчас основными производителями остаются ОАО «Нэфис Косметикс», «Косметическое объединение Свобода» и «Глицерин Солюшен».

Более 90% потребностей российского рынка покрывается за счет импорта. Одна из ключевых причин такой ситуации – недостаточно высокое качество внутреннего продукта, чистота которого должна стремиться к 100%, а в России зачастую не превышает 98%.

Внутренним производителям сложно конкурировать по экономической эффективности с западными поставщиками, для которых сырой глицерин – побочный продукт производства биодизеля – топлива на основе растительных компонентов.

Глицерин остается только дистиллировать до нужной чистоты с содержанием основного вещества не менее 99,5%. Основными импортерами глицерина в страну являются Германия, Бразилия, Германия и Украина.

Азия остается крупнейшим производителем глицерина на основе жирных кислот – на нее приходится около 80% производства этим способом. Однако продукт, сделанный традиционным методом, в последние годы занимает менее 10% в глобальном объеме выпуска вместе с синтетическим глицерином.