Որ ջերմափոխանակման հեղուկներն են օգտագործվում Demax-ի արեւային ջերմային համակարգերում?

Ջերմափոխանակման հեղուկների հիմնական տարբերակներ Demax-ի արեւային ջերմային համակարգերի համար

Ջուր. Լավագույնն է ցածր ջերմաստիճանի և ճնշման տակ աշխատող Demax տեղադրումների համար

Արեւային ջերմային կիրառումների համար, որոնք աշխատում են 100 աստիճան Ցելսիուսից ցածր ջերմաստիճաններում, ջուրը մնում է ջերմության փոխանցման հեղուկի ամենատնտեսական և արդյունավետ տարբերակներից մեկը: Ջրի առավելությունները պայմանավորված են նրա համեմատաբար բարձր տեսակարար ջերմունակությամբ (մոտավորապես 4,18 կՋ/կգ·Կ), ինչը պահանջում է նվազագույն պոմպավորման հզորություն: Ճնշման տակ աշխատող Demax համակարգերում ջուրը գագաթնային ընտրություն է, քանի որ այն չի եռում, անվտանգ է և շրջակա միջավայրի համար անվտանգ: Սակայն ջուրը սառչում է 0 աստիճան Ցելսիուսում, և հետևաբար այս համակարգերը գործում են միայն սառցակալման չենթարկվող շրջաններում: Երբ ձմեռային պայմանների պատճառով համակարգերը սառցակալման վտանգի տակ են, տեխնիկները ստիպված են ամբողջությամբ դատարկել ջուրը՝ վնասներից խուսափելու համար: Մայրցամաքային միջերկրածովյան տների ցուցանիշները ցույց են տալիս, որ 2023 թվականին ESTIF-ը (Եվրոպական արեւային ջերմային արդյունաբերության ֆեդերացիան) ապացուցել է, որ ջրի վրա հիմնված համակարգերը ձեռք են բերել մոտավորապես 60 % սեզոնային արդյունավետություն:

Անվտանգության և սառցակալման դեմ պաշտպանության վրա կենտրոնացած լուծումներ

Երբ խոսքը վերաբերում է սառեցման պաշտպանությանը, պրոպիլեն գլիկոլի և ջրի խառնուրդները մեծ հույսեր են բացում: Դրանք աշխատում են մինչև մինուս 30 աստիճան Ցելսիուս ջերմաստիճանում և պակաս վտանգավոր են, քան այլ տարբերակները, որոնք օգտագործում են էթիլեն գլիկոլ և կարող են վտանգավոր լինել արտահոսման դեպքում: Այս խառնուրդները նաև կանխում են կոռոզիան, երբ համակարգերը ստեղծվում են ճիշտ ուղեցույցների համաձայն՝ օգտագործելով չժանգոտվող պողպատ և որոշ այլ պլաստմասսաներ: Մյուս կողմից, 20 աստիճան Ցելսիուս ջերմաստիճանում պրոպիլեն գլիկոլի/ջրի խառնուրդները կարող են լինել 30–50 տոկոսով ավելի շատ ծանր, քան ջուրը, այսինքն՝ շատ ավելի մեծ է պոմպերի աշխատանքի ծանրաբեռնվածությունը: Սակայն, քանի որ դրանք շատ լավ են աշխատում ցածր ջերմաստիճաններում, դրանք դարձել են հիմնական ջերմափոխանակման հեղուկներ Հյուսիսային Ամերիկայի և Հյուսիսային Եվրոպայի մեծամասնության տարածքներում: Վերջերս արտադրողները նաև հաջողության են հասել՝ հեղուկներին ավելացնելով որոշ սեփական քիմիական միացություններ, որոնք նվազեցնում են հեղուկի քայքայման արագությունը: Երբ հեղուկները փորձարկվում են փակ շրջանառության Demax համակարգերում՝ ըստ սահմանված արդյունաբերական ստանդարտների, կանխատեսվում է, որ դրանք կարող են ծառայել 5–7 տարի:

Ջերմային կայունություն ունեցող սիլիկոնային հեղուկներ և օդ. Արեգակնային ջերմային կիրառումներում մասնագիտացված օգտագործում՝ առանց ճնշման և բարձրացված ջերմաստիճաններում

Ջերմափոխանակման սիլիկոնային հեղուկները միակ հեղուկներն են, որոնք երկար ժամանակ շարունակում են աշխատել առանց ճնշման բաց շրջանառությամբ կենտրոնացված արեգակնային ջերմային համակարգերում, որոնք աշխատում են 200–400 °C ջերմաստիճանային միջակայքում: Սիլիկոնային հեղուկները նաև ունեն ջերմափոխանակման այն հնարավորությունը, որը անհրաժեշտ է կենտրոնացված արեգակնային ջերմային համակարգերում բարձր ջերմաստիճանների շրջանակում օգտագործման համար: Սակայն ջերմափոխանակման հեղուկները չեն օգտագործվում այն համակարգերում, որտեղ աշխատանքային միջավայր է օդը: Օդը բաց շրջանառությամբ համակարգերի հետ միասին ապահովում է առանց ճնշման արեգակնային ջերմային համակարգերի շահագործման հավաստիություն և սպասարկման հեշտություն: Այս մասնագիտացված հեղուկների համադրությունը, նույնիսկ օպտիմալացված դեպքում, կազմում է արեգակնային ջերմային տեղադրումների աշխարհային ընդհանուր ծավալի 15 տոկոսից պակաս:

Այդ թիվը ստացվել է Միջազգային էներգետիկ գործակալության 2024 թվականի SolarPACES նախաձեռնության վերջին շուկայական վերլուծությունից։

Արեւային ջերմային ջերմափոխանակման հեղուկների ընտրության հիմնական չափանիշներ

Ջերմային կայունություն և քայքայման դիմացկունություն

Ջերմափոխանակման հեղուկների (ՋՓՀ) դեպքում արևային ջերմային կիրառումներում սպասվում է, որ դրանք երկար ժամանակ քիմիապես կայուն լինեն՝ որոշ դեպքերում տարիներ շարունակ գտնվելով մոտավորապես 200 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանի մոտ։ Երբ հեղուկները քիմիապես անկայուն են, դա բացասաբար ազդում է ամբողջ համակարգի վրա, այդ թվում՝ նվազեցնելով ջերմային արդյունավետությունը։ Որոշ փաստաթղթավորված դեպքերում հեղուկների ջերմային արդյունավետությունը հինգ տարվա ընթացքում նվազել է 22 %-ով։ Սա հաճախ պայմանավորված է հեղուկի օքսիդացման և հետագա կայունացման պատճառով վիսկոզության մեծացմամբ։ Այս պայմանները նաև հանգեցնում են սպասարկման ավելի մեծ ծախսերի և ջերմափոխանակիչների արդյունավետության նվազմանը։ Չնայած օքսիդացման արգելակիչները կարող են մեղմացնել վերը նշված խնդիրների մի մասը, ավելի մեծ ուշադրություն է պետք դարձնել հեղուկի համատեղելիությանը համակարգի նյութերի հետ ժամանակի ընթացքում։ Համակարգի նյութեր, ինչպես օրինակ՝ պղինձը և ալյումինը, ինչպես նաև որոշ փականների սեղմանի մեջ գտնվող ռետինը, ժամանակի ընթացքում կարող են հեղուկի հետ տարբեր քիմիական ռեակցիաների մեջ մտնել։ Մասնավորապես՝ ճնշման տակ գտնվող Demax համակարգերում գնահատվում է, որ կայուն հեղուկների դեպքում կոռոզիայի արագությունը մոտավորապես 30 %-ով բարձր է անկայուն հեղուկների դեպքում գրանցվողից։

Այս տեսակի մաշվածությունը պարզապես չի կրճատում սարքավորումների ծառայության ժամկետը։ Այն նաև երկարաժամկետ հեռանկարում էապես մեծացնում է սպասարկման բյուջեները։

Հեղուկի ընտրությունը Ամերիկայի Հյուսիսային մասում և Եվրոպայում արեգակնային ջերմային շուկայում՝ կլիմայական գոտիների համաձայն

Հեղուկի ընտրությունը պետք է խիստ հետևել տեղադրման տարածաշրջանի կլիմայի ծայրահեղ պայմաններին։

1. Սկանդինավյան երկրներ և Կենտրոնական Եվրոպա. Պաշտպանությունը պետք է ապահովի –30°C ջերմաստիճանի դեմ։ Այս նպատակով 50:50 հարաբերությամբ պրոպիլեն գլիկոլի և ջրի խառնուրդը սառը կլիմայում Demax-ի տեղադրումների համար դե ֆակտո ստանդարտն է, քանի որ այն պահպանում է ջրի ջերմափոխանակման արդյունավետության 85%-ից ավելին։

2. Միջերկրական ծովի և ԱՄՆ հարավարեւելյան շրջանները. Կայունացման ջերմաստիճանները սովորաբար գերազանցում են 300°C-ը: Հետևաբար, կայունացման ջերմաստիճանները պահանջում են բարձր ջերմային կայունություն՝ միաժամանակ ցածր գոլորշիացման ճնշմամբ: Այս տեսանկյունից սիլիկոնները գերազանցում են գլիկոլներին, քանի որ նրանց գոլորշիացման ճնշումը գագաթնային շահագործման ջերմաստիճաններում 40%-ով ցածր է, քան գլիկոլներինը, ինչը նվազեցնում է ճնշման թույլատրելի արձակման ակտիվացումների հաճախականությունը և, հետևաբար, հեղուկի կորուստը:

3. Հիբրիդային կլիմայի օրինակ՝ ԱՄՆ հյուսիսարեւելյան շրջանը. Անհրաժեշտ է երկակի պաշտպանության դիզայն: Վերջին սերնդի հիդրոածխաջրածնային փրփուրները կարող են մնալ պոմպավորելի մինչև –25°C-ի ցածր ջերմաստիճաններում և դիմանալ ջերմային քայքայման՝ մինչև 290°C ջերմաստիճաններում: Սա հնարավորություն է տալիս ապահովել տարեկան շահագործման անվտանգությունը՝ չվնասելով արդյունավետությունը:

Չնայած դրանց օգտագործումը բերում է սեղմվածության 12–15 %-ով մեծացման, ինչը հանգեցնում է պոմպավորման ջանքերի աճի և մեծ պոմպի խոռոչի տրամագծերի, ակնհայտ է ավելի ջերմային կայուն հեղուկների օգտագործման միտումը՝ անկախ նրանց կողմից դրվող լրացուցիչ անվտանգության սահմանափակումներից:

Արդյունավետության, անվտանգության և համակարգի համատեղելիության ցուցանիշների համեմատություն արեգակնային ջերմային կիրառումներում

Ջերմաֆիզիկական փոխզիջումներ տեսակարար ջերմունակության, սեղմվածության և պոմպավորման էներգիայի համար հոսքի վերաբերյալ հաշվարկների և արեգակնային ջերմային եկամտի միջև

Յուրաքանչյուր հեղուկի ընդհանուր ջերմային արդյունավետությունը վերլուծվել է հեղուկի երեք ֆիզիկոքիմիական բնութագրերի հետ կապված. հեղուկի ջերմային էներգիայի պահեստավորման հնարավորության (սպեցիֆիկ ջերմունակության), հեղուկի հաստության (վիսկոզության) և հեղուկի ջերմային քայքայման (ջերմային կայունության) հետ: Ջուրը հիասքանչ ջերմային էներգիայի կլանիչ է (սպեցիֆիկ ջերմունակությունը մոտավորապես 4,18 կՋ/կգ/Կ է): Սակայն այս համակարգերում ջրի օգտագործման դեպքում առաջանում են խնդիրներ, քանի որ ջերմաստիճանները կարող են իջնել սառցակալման կետից ցածր: Այդ դեպքերում անհրաժեշտ է գլիկոլային խառնուրդների օգտագործումը, թեև այդ հեղուկները 30–50 % ավելի վիսկոզ են, քան ջուրը: Այս լրացուցիչ վիսկոզ հեղուկի դիմադրությունը պահանջում է, որ պոմպերը կատարեն ավելի շատ աշխատանք, ինչը սովորաբար հանգեցնում է մեծ արդյունաբերական համակարգերում էներգիայի սպառման 15–30 %-ով աճի և հավաքված արեւային էներգիայի մաքուր քանակի նվազման: Չնայած սիլիկոնային հեղուկները տաքացնելիս այդքան վիսկոզ չեն դառնում, սակայն դրանց սպեցիֆիկ ջերմունակությունը սահմանափակված է 1,5–1,8 կՋ միջակայքով: Հետևաբար, սիլիկոնային հեղուկներ օգտագործող օպերատորը ստիպված կլինի ապահովել ջրի համեմատ երկու անգամ ավելի շատ հեղուկի հոսք: Այս հեղուկի կառավարումը մեծացնում է մեծ չափսի պոմպերի անհրաժեշտությունը, մեծացնում է էլեկտրաէներգիայի հետ կապված ծախսերը և մեծացնում է սպասարկման բեռը:

Իրական աշխարհում պարաբոլային գետնային արևային կայաններում կատարված փորձարկումներով հաստատվել է, որ անհամապատասխան հեղուկների և պոմպերի օգտագործումը ժամանակի ընթացքում կարող է նվազեցնել ջերմային ելքը 12–18 տոկոսով: Կարևոր է նշել, որ որակից ցածր հեղուկները ավելի արագ քայքայվում են և ընդամենը 5 տարվա ընթացքում կարող են դառնալ 50–80 տոկոսով ավելի ծանրահյուսված, ինչը ազդում է հոսքի վրա: Հետևաբար, ինժեներները ստիպված են գնահատել ցանկացած նոր հեղուկ՝ հաշվի առնելով ամբողջ համակարգի բոլոր բաղադրիչները, որոնց հետ այն կհպվի, այդ թվում՝ ընդարձակման տանկերը, կափարիչները և հատկապես բրազավորված սալիկավոր ջերմափոխանակիչները:

Հաճախ տրվող հարցեր

Ի՞նչն է ջրի օգտագործման հիմնական առավելությունը Demax համակարգերում:

Ջուրը ավելի արդյունավետ է ջերմությունը տեղափոխելու մեջ, քանի որ այն ունի այլ հեղուկներից բարձր տեսակարար ջերմունակություն: Այն լայնորեն օգտագործվում է ցածր ջերմաստիճաններում սառույցի առաջացման չեզոք շրջաններում, իսկ ցածր պոմպավորման էներգիայի կորուստները այն դարձնում են առավել նախընտրելի հեղուկ:

Ի՞նչ առավելություններ ունեն ցուրտ կլիմայական պայմաններում պրոպիլեն գլիկոլի/ջրի խառնուրդների օգտագործումը:

Այս խառնուրդները ջրից խիտ են և ավելի անվտանգ են, քան էթիլեն գլիկոլի տարբերակները: Դրանք սառը շրջաններում նախընտրելի տարբերակ են՝ իրենց ցածր ջերմաստիճանի դիմացկունության և մեծացած ծանրության շնորհիվ, հատկապես Հյուսիսային Ամերիկայում և Հյուսիսային Եվրոպայում:

Ի՞նչ բնութագրեր ունեն սիլիկոնային հեղուկները, որոնք հնարավորություն են տալիս դրանց օգտագործել բարձր ջերմաստիճանում աշխատող համակարգերում:

Սիլիկոնային հեղուկները տարբերվում են հիասքանչ ջերմային կայունությամբ, որը հնարավորություն է տալիս դրանց օգտագործել բարձր ջերմաստիճանում աշխատող համակարգերում, օրինակ՝ կենտրոնացված արեւային ջերմային համակարգերում: Ավելին, սիլիկոնային հեղուկները ունեն ցածր գոլորշիացման ճնշում, որը նվազեցնում է ճնշման թույլատրելի սահմանի ակտիվացման հավանականությունը առավելագույն ջերմաստիճանների ժամանակ:

Ի՞նչ հետևանքներ ունի ջերմափոխանակիչ հեղուկի ընտրության չափանիշների ընտրությունը տվյալ շրջանի կլիմայի վրա:

Համակարգի հուսալիությունն ու արդյունավետությունը մաքսիմալացնելու համար սառը շրջաններում պետք է օգտագործել ջերմափոխանակիչ հեղուկների սառեցման դեմ պաշտպանությունը, իսկ տաք շրջաններում՝ բարձր ջերմային կայունություն ունեցող հեղուկներ: