گلیکول
گلیکول (Glycol) یا ضدیخ ماده بسیار مهمی است که سازندگان سیستم های HVAC برای محافظت سیستم در شرایط آب و هوایی سرد از آن استفاده می کنند. گلیکول دستهای از مواد ارگانیک است که به خانواده الکل ها تعلق دارد . این ماده هنگامی که به آب اضافه می شود باعث پایین آمدن نقطه انجماد محلول می شود که این امر سبب ثبات دما در سیستم می شود و محلول را حتی در روزهای سرد زمستانی در حالت مایع باقی نگه می دارد.
سیستم های HVAC آبی که در معرض هوای سرد قرار دارند ممکن است که به علت تبدیل آب آن به یخ در معرض آسیب قرار بگیرند، که این آسیب می تواند باعث انبساط، ترکیدگی و از هم پاشیدگی لوله های سیستم شود. بنابراین، در این سیستم ها مقداری ضدیخ به آب اضافه می شود تا از یخ زدگی آن جلوگیری شود.
مهمترین قسمت های یک سیستم گرمایشی/سرمایشی حاوی ضدیخ عبارت است از: منبع گرمایش یا سرمایش ( بویلر، چیلر، مبدل و…)، دریچه هوا اتوماتیک(Automatic Air Vent) ،پمپ، سوئیچ جریان (Flow Switch) منبع انبساط، مبدل گرمایی، خط لوله آب جبرانی (حاوی رگلاتور فشار، شیر یکسو کننده جریان و دبی سنج آب) و یا سیستم پمپ تزریق محلول آب/گلیکول و مجموعه لوله ها و اتصالات شیرآلات از فلزات مختلف (به غیر از گالوانیزه)، که این اجزا را در دیاگرام شکل زیر مشاهده می فرمایید:
مشخصات گلیکول
ضدیخ ویسکوزیته بالاتر و ظرفیت انتقال حرارت پایین تری نسبت به آب دارد ( آب انتقال حرارت بهتری به میزان حدود ۱۶ درصد نسبت به ضدیخ دارد) همچنین گرمای ویژه ضدیخ با پایین رفتن دما به مراتب بدتر می شود. آب خالص در دمای صفر درجه سانتیگراد یخ می زند، اما نقطه انجماد محلول ۶۰% اتیلن گلیکول، ۵۱- درجه سانتیگراد می باشد. این درحالی است که نقطه انجماد ضدیخ خالص ۳٫۸ سانتیگراد است. از همکاری مابین آب و ضدیخ است که این نقطه انجماد بسیار پایینتر به دست می آید. به همین دلیل، طراحان سیستم های HVAC این مواد را با آب رقیق کرده و از سیال به دست آمده در سیستم مورد نظر استفاده می کنند. ضدیخ در یک سیستم بسته باعث می شود که آب لزج به نظر برسد و وقتی که آب تبخیر شود، چسبناک می شود.
میزان غلظت گلیکول
استفاده از نوع و غلظت مناسب ضدیخ بسیار مهم می باشد و این مقدار دقیقا باید به میزان نیاز سیستم باشد.ضدیخ بیش از حد باعث هزینه اضافی، ممانعت از انتقال گرما و تاثیر بر ظرفیت پمپ ها خواهد شد. از طرف دیگر میزان کم ضدیخ منجر به یخ زدگی در سیستم و درنتیجه خسارت به سیستم و هزینه گزاف یخ زدایی خواهد شد. در صورتی که غلظت گلیکول کمتر از ۵۰% باشد باعث راندمان بهتر بویلر و پمپ ها خواهد شد اما احتمال ایجاد یخ زدگی و صدمات ناشی از آن در دمای پایین، بیشتر می شود.
برای همه نوع از مواد حاوی گلیکول، هرچه مقدار غلظت گلیکول در محلول افزایش یابد، کارایی سیال در انتقال دما کاهش پیدا می کند، بنابراین این نکته بسیار مهمی است که از کمترین میزان غلظت گلیکول لازم برای محافظت از یخ زدگی مورد نیاز در سیستم استفاده شود.
بنابراین نوع و غلظت ضدیخ استفاده شده بستگی به مکان انجام پروژه (شرایط آب و هوایی) و نوع و الزامات خاص سیستم دارد.
رابطه زیر برای محاسبه تقریبی مقدار گلیکول مورد نیاز برای اضافه کردن به سیستم مورد استفاده قرار می گیرد:
(G = V x (CD-CP)/(100-CP
G: مقدار غلظت گلیکولی که باید به سیستم اضافه شود، بر حسب لیتر
V: حجم سیستم، بر حسب لیتر
CD: غلظت گلیکول مورد نظر، بر حسب درصد حجم
CP: غلظت گلیکول موجود، بر حسب درصد حجم
اصول طراحی
ضدیخ در یک سیستم بر کارکرد تجهیزات و اتصالات موجود مانند پمپ ها، لوله ها و بویلر اثر می گذارد به طوری که اگر تصمیم اشتباهی در انتخاب میزان ماده ضد یخ و یا تجهیزات سیستم گرفته شود، باعث عواقبی جدی در بازده، کارایی و طول عمر سیستم می شود. ضدیخ باید از ابتدا در طراحی سیستم محاسبه شود، زیرا این ماده ظرفیت انتقال حرارت کمتری نسبت به آب دارد و اضافه کردن آن به سیستم باعث اثر گذاشتن بر اندازه بسیاری از تجهیزات سیستم خواهد شد.
این ماده همچنین ضخیمتر و ویسکوزتر از آب می باشد که باعث می شود سخت تر در لوله ها جریان پیدا کند. اگر در طراحی سیستم مورد نظر در ابتدا سیال آب در نظر گرفته شده باشد و بعد از طراحی سیال به گلیکول تغییر پیدا کند، مشکلاتی در اندازه تجهیزات و اتصالات به وجود خواهد آمد و این تجهیزات و اتصالات دیگر برای یک سیستم گلیکول کارساز نخواهند بود.
کیفیت آب در سیستم های آب/گلیکول
آب نقش مهمی در تضمین سیستم دارد. برای اینکه به یک سیستم کارآمد با طول عمر بالا دست پیدا کنیم، آب مورد نظر سیستم باید از کیفیت بالایی برخوردار باشد. کیفیت بالای آب علاوه بر بالا بردن طول عمر سیستم، طول عمر سیال حاوی گلیکول را نیز بالا می برد. در چنین سیستمی، آب حاوی پارامترهای زیر می باشد:
- کمتر از ۵۰ ppm کلسیم
- کمتر از ۵۰ ppm منیزیم
- کمتر از ۱۰۰ ppm سختی کل
- کمتر از ۲۵ ppm کلراید
- کمتر از ۲۵ ppm سولفات
انواع گلیکول مورد استفاده در سیستم های HVAC
گلیکول مورد استفاده در صنایع HVAC در دو نوع موجود است: اتیلن گلیکول و پروپیلن گلیکول.
اینکه کدام نوع از مواد حاوی گلیکول به سیستم اضافه شود بستگی به چند مورد دارد، که از جمله این موارد می توان به مقررات و آیین نامه های محلی اشاره کرد. حال به بررسی تعدادی از مزایا و معایب استفاده از اتیلن گلیکول و پروپیلن گلیکول در سیستم های گرمایشی یا سرمایشی می پردازیم:
اتیلن گلیکول Ethylene Glycol (CH ۲ OH)2
ضد یخی که در گذشته بسیار محبوب و کارآمد بوده، ولی در صنایع مدرن HVAC به علت سمی بودن آن از این ماده استفاده نمی شود. با این وجود، استفاده از این ماده همچنان در صنایعی که کوچکترین امکانی از نشتی و تماس آن با آب آشامیدنی و یا مواد غذایی وجود ندارد، همچنان رایج است. اتیلن گلیکول به علت بازده انتقال گرمای بسیار خوب آن رایج ترین مایع ضدیخ برای سیستم های گرمایشی و سرمایشی می باشد. این ماده دارای نقطه جوش بالا، نقطه انجماد پایین، و پایداری در طیف گسترده ای از درجه حرارات می باشد. این ماده همچنین دارای ویسکوزیته پایینی می باشد، بنابراین نیروی کمتری برای گردش سیال توسط پمپ ها نیاز است.. اتیلن گلیکول به علت قیمت پایین تر آن به صورت رایج تری مورد استفاده قرار می گیرد.
پروپیلن گلیکول Propylene Glycol CH ۳ CH(OH)CH ۲ OH
نسل جدیدتری از گلیکول ها، پروپیلن گلیکول است که ضدیخی بسیار کارآمد می باشد و توسط سازمان غذا و دارو (FDA) نیز بی خطر تشخیص داده شده است. از این ضد یخ در سیستم های HVAC مسکونی و تجاری استفاده می شود. همچنین این ماده به عنوان ضد یخ در صنایع تولید مواد غذایی نیز استفاده می شود. پروپیلن گلیکول به علت سمیت کم آن عموما و به صورت گسترده در صنایع غذایی، و همچنین در مواردی که احتمال مخلوط شدن ضدیخ با آب آشامیدنی وجود دارد، استفاده می شود. در بعضی مناطق آیین نامه ها بر لزوم استفاده از پروپیلن گلیکول به جای اتیلن گلیکول تاکید می کنند. پروپیلن گلیکول نسبت به اتیلن گلیکول از ویسکوزیته بالاتری برخوردار است و حتی در دماهای بسیار پایین نیز مقدار کمی بر انتقال گرما اثر میگذارد.
این نکته بسیار مهم است که هیچ وقت نباید ترکیبات مختلف این ماده را با هم مخلوط کرد، زیرا این امر باعث گرفتگی فیلترها در سیستم می گردد که منجر به مشکلاتی در انتقال گرما و جریان سیال می شود.
محصولات صنعتی حاوی اتیلن گلیکول عموما با اسامی نامگذاری می شوند که در آخر آنها واژه therm وجود دارد، مانند Dowtherm اما محصولات حاوی پروپیلن گلیکول عموما حاوی واژه frost هستند، مانند Dowfrost.
تمام تولید کنندگان محصولات حاوی ضدیخ جدولی همانند جدول زیر(از شرکتDow Chemicals Company) برای خریداران تهیه می کنند که در این جدول میزان درصد این ماده مورد نیاز برای فراهم کردن مقدار مشخصی از محافظت در برابر یخ ضدگی یا ترکیدگی را نشان می دهد. به عنوان مثال معمولا در دمای ۳۴- درجه سانتیگراد محلول با غلظت ۵۰% گلیکول نیاز است، اما برای محافظت در برابر ترکیدگی در همین دما، میزان غلظت به ۳۳% کاهش می یابد.
محافظت از یخ زدگی و ومحافظت از ترکیدگی (Freeze Protection & Burst Protection)
محافظت از یخ زدگی (Freeze Protection) بدین معناست که از تبدیل سیال به یخ در پایین ترین دمای ممکن در سیستم جلوگیری می شود اما محافظت در برابر ترکیدگی (Burst Protection) به این معناست که سیال دیگر نتواند پمپاژ شود، اما به اندازهای هم منبسط نشده باشد که باعث ترکیدگی لوله ها شود. با پایین رفتن دما و رسیدن به نقطه انجماد، این ماده بر خلاف آب منبسط نمی شود، بلکه منقبض می شود و از حجم آن کاسته می شود بنابراین از حجم کل محلول در سیستم کاسته می شود.
به این نکته توجه شود که نقطه انجماد پروپیلن گلیکول به اندازه اتیلن گلیکول پایین نیست و حجم آن با یخ زدگی پایدار می ماند، بنابراین برای محافظت در برابر ترکیدگی توصیه نمیشود.
وجود مواد بازدارنده در ترکیبات گلیکول
محلول های حاوی ضدیخ ممکن است بر انواع فلزات موجود در سیستم HVAC تاثیر بگذارند و باعث خوردگی در سیستم شوند. بعضی از محصولات ضدیخ با مواد بازدارنده خوردگی و بازدارنده رشد جلبک و باکتری ترکیب می شوند و در خط لوله مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجایی که اکسیژن محلول در سیستم باعث تجزیه اتیلن/پروپیلن گلیکول به اسیدهای ارگانیک می شود (به خصوص در دماهای بالا) و این امر سبب خوردگی و رسوب در سیستم می شود، از این رو به این ترکیبات مواد بازدارنده خوردگی اضافه می شود.
ماده ضد خوردگی در ترکیبات پروپیلن گلیکول، شامل دیپتاسیم فسفات(dipotassium phosphate) است تا میزان سمیت کم آن در همان مقدار کم بماند و بیشتر نشود، در حالی که در ترکیبات اتیلن گلیکول از چندین ترکیب ضد خوردگی اختصاصی استفاده می شود. برای فراهم کردن طول عمر و ضریب اطمینان بالای سیستم، استفاده از مخلوط مناسب ضد خوردگی بسیار ضروری است.
بیشتر ترکیبات گلیکول و مواد بازدارنده، PH در محدوده ۹ تا ۵/۹ را دارند. زمانی که میزان PH به زیر ۸ برسد، بدین معناست که میزان مواد بازدارنده تقلیل یافته و باید مواد بازدارنده بیشتری به سیستم اضافه کرد.
تعویض گلیکول
چرخه تعویض ضدیخ بستگی به محیط مورد استفاده دارد. اگر این ماده در معرض دمای بالا (>250°F) قرار داشته باشد یا میزان زیادی آلودگی داشته باشد، چرخه تعویض بیشتر خواهد بود. عموما یک سیستم کاملا بسته بدون سیال جبرانی (make up) تا سالها بدون تعویض ضدیخ می تواند به کار خود ادامه دهد. اگرچه، گلیکول به مرور زمان تبدیل به گلیکولیک اسید (glycolic acid) می شود که می توان با انجام تست های لازم (مانند تعیین میزان PH و یا اندازه گیری یون ها) زمان مناسب برای تعویض گلیکول را مشخص نمود.
از یک سیستم ضدیخ عموما انتظار می رود تا ۱۲ سال، با تامین مواد بازدارنده مناسب، به عملیات خود ادامه دهد. وقتی که PH سیستم به زیر ۷ برسد، توصیه می شود که سیال تعویض شود. PH زیر ۷ نشانگر این است که اکسیداسیون اتفاق افتاده است. در این حالت سیستم باید به طور کامل تخلیه و تمیز شده و سیال جایگزین در سیستم قرار گیرد.
سنسور رفراکتومتر (Refractometer)
با استفاده از دستگاه رفراکتومتر (refractometer) می توان گلیکول موجود در سیال را آزمایش کرد. این دستگاه نقطه انجماد محلول را نشان می دهد و با استفاده از این دما شما می توانید درصد ضدیخ موجود در نمونه را با استفاده از جدول های موجود به دست آورید.
رداسازه متخصص در طراحی، ساخت و اجرای تاسیسات مکانیک و الکتریکال شامل:
- طراحی، تامین تجهیزات و اجرای انواع سیستمهای نورپردازی Lighting System
- طراحی، تامین تجهیزات و اجرای انواع سیستمهای تهویه مطبوع HVAC System
- تعمیرات، نگهداری، بازسازی، نوسازی سیستمهای تهویه مطبوع HVAC system Operation, Maintenance
- طراحی، تامین تجهیزات و اجرا سیستم های تصفیه آب و بهسازی تصفیه آب Water Improvement Systems
- طراحی، تامین تجهیزات و اجرا سیستم های استخر، سونا، جکوزی، اسپا pool , sauna , Jacuzzi, Spa
- طراحی، تامین تجهیزات و اجرا انواع آبنماهای موزیکال Multimedia Water Fountain
- طراحی، تامین تجهیزات و اجرا انواع سیستم های دوزینگ Dosing System، Dosing Pump
- طراحی، تامین تجهیزات و اجرا انواع تاسیسات برق
- طراحی، تامین تجهیزات و اجرا انواع تاسیسات مکانیک
2 دیدگاه. ارسال دیدگاه جدید
Pretty! This has been a really wonderful article. Many thanks for supplying this information. Petrina Rooney Landel
The next time I read a blog, Hopefully it does not disappoint me just as much as this one. I mean, Yes, it was my choice to read through, but I genuinely thought you would have something helpful to talk about. All I hear is a bunch of moaning about something you can fix if you were not too busy searching for attention. Jayme Feodor Camel