Определение вида и концентрации хладоносителей

М.Л. Галкин

Определение вида 
и концентрации хладоносителей

Методические указания  
к выполнению лабораторных работ 

УДК 621.56 
ББК 31.392
          Г16

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/57/book1704.html

Факультет «Энергомашиностроение» 
Кафедра «Холодильная и криогенная техника, 
системы кондиционирования и жизнеобеспечения»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. О.В. Волкова,
д-р техн. наук, проф. В.Б. Сапожников

Галкин, М. Л.
Определение вида и концентрации хладоносителей : методические указания к выполнению лабораторных работ / М. Л. Галкин. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. — 
61, [3] с. : ил.

        ISBN 978-5-7038-4738-1

Представлены четыре лабораторные работы, посвященные определению видов хладоносителей различными методами и основных 
свойств хладоносителей.
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплину 
«Рабочие вещества в холодильной технике».

УДК 621.56
ББК 31.392

 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

 
© Оформление. Издательство 

ISBN 978-5-7038-4738-1 
     МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

Г16

Предисловие

На законодательном уровне действует ряд существенных ограничений по объему и виду разрешенных к применению хладагентов. Это одна из причин, по которой существенная доля систем холодоснабжения приходится на установки с вторичным контуром, в 
которых теплота отводится от охлаждаемого объекта к испарителю 
холодильной машины посредством рабочей жидкости — хладоносителя. При этом важное влияние на эффективность, надежность 
и безопасность систем холодоснабжения оказывают эксплуатационные свойства конструкционных материалов и свойства хладоносителя, циркулирующего во вторичном контуре.
Такие системы играют важную роль в обеспечении продовольственной безопасности страны, как создающие температурно-влажностные условия для обработки и хранения пищевой 
продукции. Системы холодоснабжения с вторичным контуром являются стандартным решением для промышленных систем кондиционирования и жизнеобеспечения, безальтернативны для целого 
ряда ключевых химических, металлургических, фармацевтических 
и других производств, а также для крупных спортивных сооружений, торговых центров, общественных зданий, сооружений и др. 
Применение хладоносителей с низкой коррозионной активностью, высокой химической и термодинамической стабильностью, 
а также необходимыми теплофизическими и антибактериальными 
свойствами позволяет снизить объем заправки хладагента до 100 г/кВт 
и менее и повысить энергоэффективность холодильных систем.
Перед инженерами холодильных специальностей стоят задачи 
выбора совместимых конструкционных материалов систем холодоснабжения и вторичных контуров в среде хладагента, масла и 
хладоносителя, отвечающих актуальным требованиям энергоэффективности, экологичности и надежности. 
Благодаря работам отечественной школы ученых А.М. Архарова, Г.А. Белозерова, В.В. Кириллова, Л.С. Генеля, А.А. Жердева, 
И.М. Кальнина, О.Б. Цветкова и других сегодня есть полноценные 
знания о проблемах вторичного контура систем холодоснабжения 

и хладоносителей. Проведена систематизация хладоносителей по 
основным веществам, получены зависимости теплофизических 
свойств хладоносителей от концентрации входящих в них компонентов, определены допустимые эксплуатационные пары контактирующих между собой конструкционных материалов и их оптимальные температурные интервалы эксплуатации. 
Используя эти системные знания (оптимальные и допустимые 
температурные интервалы эксплуатации материалов, зависимости 
свойств хладоносителей от состава и рН, стойкость конструкционных материалов — металлических и полимерных — вторичного 
контура в среде выбранного хладоносителя в требуемых температурных интервалах), можно прогнозировать на раннем этапе в 
процессе эксплуатации систем холодоснабжения кинетику изменения эксплуатационных свойств конструкционных материалов 
вторичного контура и изменение состава и свойств хладоносителя, приводящих к нарушению работы систем холодоснабжения: 
повышению энергопотребления, нарушению температурных режимов технологии, коррозии оборудования, аварийной остановке 
систем холодоснабжения. 
Созданная наука позволяет также определить критерии оценки 
энергоэффективности и безопасности систем холодоснабжения с 
вторичным контуром, а также типы хладоносителей, обеспечивающих длительную надежную работу систем холодоснабжения. 
Разработаны методики профилактики и восстановления энергоэффективной (проектной) работы действующих систем холодоснабжения с вторичным контуром через направленное регулирование состава хладоносителя.
В пособие вошли четыре работы, посвященные определению 
видов хладоносителей разными методами и их основных эксплуатационных свойств, позволяющих спрогнозировать энергоэффективность, надежность и безопасность систем холодоснабжения 
с вторичным контуром. В приложении 1 представлены справочные данные, необходимые для выполнения практикума. После 
завершения лабораторных работ студенту предлагается обобщить 
полученные разными методами результаты, заполнить готовые 
таблицы, приведенные в приложении 2, сделать выводы о влиянии эксплуатационных свойств хладоносителей на энергоэффективность холодильных систем с вторичным контуром, ответить на 
контрольные вопросы к лабораторному практикуму. 
Каждая лабораторная работа содержит краткие теоретические 
сведения, описание лабораторного оборудования, последователь

ность проведения лабораторной работы, контрольные вопросы и 
список литературы. 
Цель лабораторных работ – научить студента основным методам контроля состава и свойств хладоносителей, критериальным 
оценкам энергоэффективности систем холодоснабжения с вторичным контуром, ознакомить с типовым лабораторным оборудованием для контроля эксплуатационных свойств хладоносителей, 
дать практические навыки работы с хладоносителем, экспериментально подтвердить взаимосвязь вида хладоносителя и концентрации основного компонента с энергоэффективностью и надежностью работы систем холодоснабжения с вторичным контуром.
В результате выполнения лабораторных работ студенты освоят алгоритм подбора хладоносителя для разных режимов эксплуатации по критериям энергоэффективности и безопасности систем холодоснабжения с вторичным контуром и методы контроля 
стабильности свойств хладоносителей в процессе эксплуатации 
систем холодоснабжения, получат практические знания о влиянии вида хладоносителя и его состава, в том числе концентрации 
основного компонента, на энергоэффективность систем холодоснабжения.
При выполнении лабораторных работ студент должен: 
• знать основы современной теории физического и химического строения атомов, молекул, виды химических связей, строение многоатомных молекул;
• понимать правила выбора вида хладоносителя и концентрации его компонентов и кинетику взаимодействия с конструкционными материалами для проектируемых систем холодоснабжения с 
вторичным контуром;
• уметь определять вид и основные свойства хладоносителя;
• составить отчет по каждой лабораторной работе и итоговый 
отчет с анализом результатов и выводами по лабораторному практикуму. 
Перед тем как приступить к выполнению каждой лабораторной 
работы, студент обязан внимательно изучить методику, по которой 
будет проводиться исследование свойств хладоносителя, принцип 
действия измерительного прибора и лабораторного стенда, а также правила техники безопасности и оказания первой помощи при 
несчастных случаях, приведенные в приложении 3.

Основные термины и определения

Антифриз — общее название для жидкостей, не замерзающих 
при низких температурах. Антифризы применяются в установках, 
работающих при низких температурах, для охлаждения двигателей 
внутреннего сгорания, в качестве авиационных противообледенительных жидкостей. В качестве базовых жидкостей антифризов 
используются смеси этиленгликоля, пропиленгликоля, глицерина, одноатомных спиртов и других веществ с водой.
Водородный показатель pH — величина, характеризующая 

концентрацию ионов водорода в растворах; численно равна отрицательному десятичному логарифму концентрации, выраженной в грамм-ионах на литр: pH = –lgCн, где Сн — концентрация 
ионов водорода. Например, при концентрации ионов водорода 
[H+] = 10–7 моль/л pH = 7. Водородный показатель pH наряду с 
активностью ионов водорода является параметром, существенно 
влияющим на коррозионные процессы. При рН ниже рекомендованных границ (в кислой среде рН < 6,9) повышается вероятность 
общих видов коррозии. При рН выше рекомендованных границ 
(в щелочной среде рН > 7,1) растет вероятность солеотложения и 
локальных видов коррозии, которые способны за короткое время 
перфорировать металл.
Ингибиторы — вещества, тормозящие химические и физико-химические процессы, например коррозию, растворение, полимеризацию, окисление. Относительная масса ингибиторов, добавляемых в хладоноситель, может изменяться от тысячных долей 
процента до нескольких десятых долей процентов.
Коррозия — самопроизвольное разрушение металлов и сплавов вследствие их взаимодействия с окружающей средой.
Кристаллизация — образование из паров и растворов веществ, 

находящихся в твердом состоянии, как правило, регулярной повторяющейся структуры. Процесс кристаллизации сопровождается выделением теплоты.
Температура замерзания — температура, при которой вещество 

переходит в твердое состояние. Сопровождается, как правило, 

разрушением теплообменного оборудования. Для многокомпонентных жидкостей существуют температурные диапазоны фазовых переходов. Температура замерзания для хладоносителей с высокой концентрацией основного вещества — это температура, при 
которой содержание твердой фазы составляет более 70 %.
Температура начала кристаллообразования — температура, при 

которой в охлаждаемом растворе образуется рыхлая масса ассоциатов или кристаллов (например, воды) в основном компоненте,  
т. е. образуется шуга. Раствор при температуре начала кристаллизации начинает опалесцировать или мутнеть. 
Визуально температура начала кристаллообразования определяется как температура начала помутнения охлаждаемого раствора. Размеры кристаллов и их количество с понижением температуры растут. Поэтому при эксплуатации систем холодоснабжения 
ниже температуры начала кристаллообразования хладоносителя 
могут возникнуть проблемы, связанные с прокачкой хладоносителя по системе, вплоть до размораживания оборудования: воздухоохладителей, градирен, трубопроводов и др.
Теплоноситель — движущаяся жидкая или газообразная среда, используемая для нагрева объектов при рабочих температурах 
выше +20 °C. Примерами теплоносителей служат: вода, водяной 
пар, газы, жидкие металлы, органические и кремнийорганические 
соединения.
Теплообменные системы — совокупность инженерного оборудования и низкотемпературной техники, обеспечивающих перенос теплоты в заданном количестве в конкретных условиях.
Теплопередающая жидкость — общее название для жидкостей, 

не замерзающих при температурах ниже 0 °C.
Хладагент — рабочее вещество холодильной машины.
Хладоноситель — движущаяся среда, используемая для отвода 

и переноса теплоты от охлаждаемых объектов при рабочих температурах ниже +20 °C без изменения агрегатного состояния или с 
изменением агрегатного состояния при постоянном давлении.