Nízkotuhnoucí kapaliny pro otopné soustavy
Otopné soustavy, soustavy solární, primární okruhy tepelných čerpadel aj. mohou být instalovány v prostředí, nebo případně mohou být vystaveny provozním podmínkám, kdy musí být zaručena jejich funkce i při teplotně podnulových podmínkách. V takovém případě nelze k přenosu tepelné energie použít čistou vodu. Používají se tzv. nízkotuhnoucí (nemrznoucí) kapaliny tvořené směsí vody a další látky, které snižují výsledný bod tuhnutí do záporných teplot.
Úvod
V objektech, které nejsou trvale užívány, hrozí při poklesu venkovních teplot nebezpečí zmrznutí teplonosné kapaliny v otopných systémech. Vypouštění teplonosné kapaliny z otopných soustav na dobu provozní přestávky, aby se zabránilo její destrukci zamrznutím, není vhodné z řady důvodů.
Především jde o riziko koroze. Pokud se otopná soustava vypustí, dostane se její vnitřní povrch do přímého kontaktu se vzdušným kyslíkem a kovové materiály začnou mnohem rychleji korodovat než v prostředí s otopnou vodou, ve které má být minimum volného kyslíku. Nežádoucí vliv má i časté opětné napouštění otopné soustavy. Velmi zřídka se otopné soustavy napouští vhodně upravenou a odplyněnou vodou. Většinou se napouští neupravenou vodou a do systému se tak s vodou vnášejí soli způsobující inkrustaci na teplosměnných plochách, kyslík a chlór podporující korozi, a někdy můžou být takto do systému zaneseny i mikroorganismy. Proto se v řadě případů používají nízkotuhnoucí kapaliny, které zaručují odolnost proti zamrznutí a dlouhou životnost systému.
Složení nízkotuhnoucích kapalin
Na trhu se nabízí více druhů nízkotuhnoucích kapalin od různých výrobců. Základními látkami pro jejich výrobu bývá monopropylenglykol, propylenglykol nebo etylalkohol. Vedle těchto látek, které snižují bod tuhnutí do podnulových teplot se do nízkotuhnoucích kapalin nabízených na trhu často přidávají i jiné látky, především s korozivzdornými vlastnostmi. Při použití v solárních soustavách je životnost nízkouhnoucích kapalin ohrožena vysokými teplotami během stagnačních stavů, a proto je v tomto případě nutné věnovat pozornost nejen nejnižší možné teplotě, obvykle do −30 °, ale i nejvyšší, která se u plochých kolektorů může pohybovat okolo +170 °C a v případě trubicových, vakuových, až +250 °C i výše.
Při použití nízkotuhnoucí kapaliny je nutné dodržet maximální ředění kapaliny povolené výrobcem, pokud kapalina není dodávána již v předepsané koncentraci. Při větším ředění by koncentrace inhibitorů nebyla dostatečná, aby ochránila konstrukční materiály otopné soustavy proti korozi. Ředit nízkotuhnoucí kapaliny je povoleno zpravidla deionizovanou, nebo destilovanou vodou. Na rozdíl od samotné vody mají nízkotuhnoucí kapaliny omezenou životnost. Interval výměny kapaliny doporučuje výrobce. Zpravidla je to 3 až 10 let. Při korozních problémech se doporučuje doplňovat inhibitory koroze jednou za rok. Nadměrná teplota, typicky v solárních soustavách, pak může zkrátit životnost nízkotuhnoucí kapaliny i na méně než jeden rok.
Kapaliny vyrobené na bázi propylenglykolů
Z hlediska hygieny a zdraví je u těchto látek důležité to, že jejich základní složka monopropylenglykol je netoxická. V obchodně dostupném provedení kapalina určená pro otopné systémy obvykle obsahuje inhibitory koroze chránící běžně používané konstrukční i těsnicí materiály v otopných soustavách. Složení a koncentrace inhibitorů koroze se u kapalin liší a jsou kryty obchodním tajemstvím každého výrobce. Přesné složení kapaliny před zahájením výroby a uvedením na trh je často jejím výrobcem konzultováno a odzkoušeno s výrobcem zařízení pro otopné soustavy, typicky kotlů, otopných těles aj., a pak je často použití takové kapaliny výrobcem zařízení doporučeno i v návodu k obsluze zařízení a stává se podmínkou záruky.
Přestože při normálním použití nepředstavují nízkotuhnoucí kapaliny vyrobené na bázi monopropylenglykolu významné riziko pro zdraví člověka a životní prostředí, je nutné při manipulaci s nízkotuhnoucími kapalinami obecně dbát určité opatrnosti. Při vystavení kapaliny přímému ohni mohou vznikat hořlavé výpary. Při smíchání výparů se vzduchem a vystavení přímému ohni mohou výpary v uzavřeném prostoru i explodovat. Výpary jsou těžší než vzduch a shromažďují se při zemi. Z hlediska ochrany životního prostředí je nutné zabránit průniku kapalin do povrchových i podzemních vod a do kanalizace. Inhibitory koroze obsažené v nízkotuhnoucí kapalině mohou mít nepříznivé účinky pro zdraví člověka. Mohou vyvolat podráždění kůže a očí. Pro životní prostředí nemají zpravidla nepříznivé účinky. Nevýhodou kapalin vyrobených na bázi monopropylenglykolu je vyšší cena.
Kapaliny vyrobené na bázi etylenglykolů
Nízkotuhnoucí kapaliny vyrobené na bázi etylenglykolů mají zpravidla lepší fyzikální vlastnosti důležité pro dobrý přenos tepla než kapaliny vyrobené na bázi monopropylenglykolu (nižší viskozitu, větší měrnou tepelnou kapacitu aj.). Bohužel jejich základní látka etylenglykol je zdraví škodlivá, a proto tyto kapaliny vyžadují důsledné dodržování zásad osobní hygieny, používání ochranných pomůcek a pracovního oděvu. Vzhledem k hořlavosti je nutné v jejich blízkosti zabránit manipulaci s otevřeným ohněm. Je nutné zabránit vniknutí kapaliny do půdy, vod i kanalizace. Je zřejmé, že s těmito kapalinami by měly manipulovat pouze odborné firmy.
Kapaliny vyrobené na bázi etylalkoholu
Fyzikální vlastnosti důležité pro dobrý přenos tepla jsou mírně horší, než u kapalin vyrobených na bázi monopropylenglykolu. Jsou to vysoce hořlavé kapaliny. Při úniku do volného prostoru se rychle odpařují, přičemž výpary jsou těžší než vzduch a se vzduchem tvoří výbušnou směs. Jsou mírně toxické, ale velmi dobře biologicky odbouratelné.
Dokumentace nízkotuhnoucích kapalin
Vzhledem k tomu, že nízkotuhnoucí kapaliny nejsou přírodními látkami a mohou ovlivnit zdraví lidí i životní prostředí, je povinností výrobců i dovozců dodávat s nimi i tzv. bezpečnostní list. Jeho součástí, kromě informací o zastoupení chemických látek, zdravotních a bezpečnostních rizicích, jsou i pokyny pro použití kapaliny. V souladu s platnými předpisy musí být každý výrobek nebo zařízení vybaven i návodem na obsluhu, tedy jak kapalinu použít, i jak ji likvidovat.
Závěr
Pro otopné systémy jsou z hlediska bezpečnosti nejvhodnější nízkotuhnoucí kapaliny vyrobené na bázi netoxického monopropylenglykolu. Z hlediska účinnosti a ekonomičnosti jsou vhodné kapaliny, jejichž základem je etylenglykol. Pro solární techniku, jejíž součástí je zařízení pro přípravu teplé vody, lze použít výhradně kapaliny vyrobené na bázi monopropylenglykolu. Výjimečně lze v solárních soustavách použít i etylenglykol, pokud tyto soustavy obsahují výměník tepla v primárním okruhu, který ohřívá otopnou vodu jako teplonosnou látku a tato otopná voda následně před druhý výměník zajišťuje přípravu teplé vody ze studené pitné. Ovšem ohřev vody přes dvě teplosměnné plochy je technicky nevhodný a zařízení pak pracuje s nízkou účinností. Pro otopné systémy, primární okruhy solární techniky i tepelných čerpadel jsou vhodné kapaliny vyrobené na bázi monopropylenglykolu. V primárních okruzích tepelných čerpadel se používají kapaliny vyrobené na bázi etylalkoholu nebo monopropylenglykolu.
Obr. 1 Příklad obchodního balení nízkotuhnoucí kapaliny Solarten na bázi monopropylenglykolu určené pro solární soustavy (Zdroj: Regulus spol. s r.o.)
Obr. 2 Ukázka obchodního balení nízkotuhnoucí kapaliny Lubline Decotherm - E obsahující Ethan-1,2-diol (monoetylenglykol) pro otopné soustavy (Zdroj: Oma CZ, a.s.)
Obr. 3 Ukázka různých obchodních balení kapaliny STABILfrost na bázi monoethylenglykolu, která se používá do primárních okruhů a topných systémů tepelných čerpadel, a která současně tyto systémy chrání proti korozi. (Zdroj: GEROtop spol. s r.o.)
Obr. 4 V českém prostředí je velmi známá kapalina FRITERM E STABIL 5 L. Je to koncentrovaná mrazuvzdorná chladicí kapalina zejména pro všechny typy systémů pro chlazení, vytápění a klimatizace různých budov, objektů i chat. Jedná se o bezbarvou až nažloutlou kapalinu, mísitelnou s vodou v každém poměru. Základem je monoethylenglykol (Ethan-1,2-diol, ethylenglykol).
Obr. 5 Příklad balení kapaliny Tyfocor LS, což je vodní roztok 1,2-propylenglykolu, pro solární soustavy (Zdroj: Vaillant)
Heating systems, solar systems, primary circuits of heat pumps, etc. can be installed in the environment or exposed to operating conditions where their function must be guaranteed even at temperatures below zero degrees Celsius. In this case, pure water cannot be used to transmit heat energy. Low-setting (non-freezing) liquids consisting of a mixture of water and other substances are used to reduce the resulting freezing point to negative temperatures.
