Использование хладагентов в современном холодильном оборудовании

Что такое хладагент?

Хладагентом (сокращение от слов «холодильный агент») принято называть рабочее вещество с низкой температурой кипения (испарения), с помощью которого осуществляется охлаждение в абсорбционных и компрессионных холодильных машинах.

Хладагенты должны быть нейтральными к металлов, сплавов и других материалов, используемых при изготовлении холодильного агрегата. Они не должны быть взрывоопасными и легковоспламеняющимися в смеси с воздухом и маслами. Они не должны быть ядовитыми, не должны вызывать удушья и раздражение слизистой носа и дыхательных путей человека, не должны отравлять или ухудшать экологическую среду. Хладагенты современных БХП не должны содержать веществ, разрушающих озон или вызывающих парниковый эффект. Они должны быть экологически безопасными, не влияющие на создание «озоновых дыр» в атмосфере или глобальное потепление климата.

Немного истории

Производство фреона-12 было организовано впервые в 1931 г. американской фирмой Frigidaire, которая затем продала свои патенты концерна DU PONT. В середине восьмидесятых международные организации основали пакет законов о защите окружающей среды, а именно, озонового слоя планеты. Выяснилось, что для него крайне пагубно испарения фреона. С этого момента совершенствования хладагентов не останавливается. Создаются новые, более производительные и менее вредные.

Во исполнение Монреальского протокола вместо единого хладагента R12 в разных странах стали разрабатывать озонобезопасны и экологически чистые хладагенты. По энергетическим характеристикам некоторые из них даже превосходят традиционный R12. В начале 90-х DU PONT выпустил на замену R12 новый альтернативный хладагент R134a, не разрушающий озон, но который нельзя использовать в холодильных машинах, спроектированных под R12. Новый хладагент должен работать вместе со специальным синтетическим маслом, которое разрушает электроизоляционные материалы электродвигателей компрессоров, спроектированных для работы на R12 с минеральным маслом. Для перевода производства БХП с R12 на R134a необходимы существенные конструктивные изменения компрессоров, электродвигателей и всей системы охлаждения. Большие затраты на переоснащение производства, необходимые для перехода с R12 на R134а, оказались главным препятствием внедрению этого хладагента в производство отечественных БХП.

В 90-е годы международные организации по защите климата Земли пришли к выводу о глобальной опасности потепления. В 1997 г. был принят Киотский протокол, направленный на ограничение выбросов в атмосферу «парниковых газов». Этот протокол обязывает страны докладывать в международный комитет по защите климата Земли о выбросах в атмосферу парниковых газов.

Вместо R12 и R134a в Германии в 90-х годах стали применять природный газ изобутан, совместим с минеральными маслами. Этот хладагент получил условное сокращенное международное обозначение R600a. Он не разрушает озон и не вызывает парниковый эффект, и поэтому приобретает все большее признание. По теплофизическим и эксплуатационным характеристикам R600a превосходит R134a. Природные углеводороды, как хладагенты, не находили широкого применения в БХП из-за повышенной пожарной опасности. В современных конструкциях эту проблему решили благодаря уменьшению дозы заправки к таким объемам, которые практически не могут привести к пожару. В 130-литровом холодильнике всего 20 г R600a, а в начале прошлого века в холодильник такого же объема заправляли 250 г изобутана.

Современные хладагенты и разница между ними

Фреон R134а - представитель современных хладагентов, используемых в климатическом и холодильном оборудовании. Его стали применять в связи с введением ограничений на работу различных систем хладагентами, содержащих хлор. Фреон R134а используется как в чистом виде, так и в составе смесей. Он имеет неоспоримые преимущества по сравнению с R12, однако обладает определенными особенностями, которые влияют на эксплуатацию.

Фреон R134а - хладагент, изготовленный без использования хлора. Бесцветный газ имеет химическое наименование - тетрафторэтан. Хладагент не воспламеняется и не обладает токсичностью. Давление насыщенного пара в R134а выше, чем в R12. Основные преимущества хладона:

Надежность использования в любых условиях. При работе с веществом нет необходимости дополнительно создавать исключительные условия безопасности.
Постоянство рабочих характеристик.
Высокие термодинамические характеристики.
Нулевой потенциал разрушения озонового слоя
Одним из весомых недостатков фреона является разложение с выделением вредных паров при нагревании выше 250 градусов. Кроме того, он имеет высокий коэффициент парникового эффекта, который в 1300 раз выше, чем в углекислого газа.

Еще один недостаток фреона R134а - высокая гигроскопичность. Когда при ненадлежащем обслуживании проницаемость шлангов увеличивается, повышается риск проникновения влаги в систему. При попадании воздуха и в дальнейшем сжатии возможно образование горючей смеси.

R290 - горючий, нетоксичный газ без цвета и запаха, который является побочным продуктом нефтепереработки. Он относится к группе гидрофторуглеродов и класса алканов. Пропан - это хладагент, соответствующий по уровню холодопроизводительности и давления R-22 и R-502. Температурные профиль этого хладона отвечает R-12, что позволяет его использовать как газ-заменитель в промышленном холодильном оборудовании. Пропан позволяет нагнетать температуру испарения до 40 °, что позволяет применять в холодильных системах одноступенчатые компрессоры. В виду высокой растворимости 290 хладона в минеральных маслах, при повышенном давлении всасывания кондиционером воздуха, рекомендуется использовать масло с повышенной вязкостью.

Пропан широко применяется в низко и среднетемпературных холодильных установках, рефрижераторах и тепловых насосах. Он отличается низкой стоимостью и не требует специальных материалов для конструирования компрессора и испарителя. Основными преимуществами пропана является низкая температура на выходе из компрессора и его стоимость.

R507 представляет собой асеотропную смесь хладагентов R125 и R143a в равной пропорции. Он не изменяет состав при кипении. В жидком и газообразном состоянии сохраняется равенство компонентов. Фреон не оказывает разрушительного воздействия на озоновый слой и предназначен для заправки системы вместо R502 и R22.

Низкотемпературный R507 - запатентованный хладагент, экологически безопасный и специально разработан с целью долгосрочной работы газофракционных установки (ГФУ), рассчитанной на R502. Главное преимущество фреона в полной безопасности и легком сервисном обслуживании при проведении дозаправки, поэтому вещество применяется для циркуляции в контурах современных холодильных установок. Характеризуется нулевым потенциалом воздействия на озоновый слой и температурой кипения 46,6 ° С По холодильным и другим свойствам аналогичный R502 и R404a.

R600a изобутан имеет много преимуществ перед другими хладагентами: будучи природным веществом, он не оказывает негативного влияния на окружающую среду: не разрушает озонового слоя нашей планеты и не вызывает парникового эффекта. Кроме экологических свойств R600a имеет ряд других преимуществ по сравнению с R12 и R134a и многокомпонентными смесями:

• Изобутан имеет более высокий, чем R12, холодильный коэффициент, уменьшает энергопотребление.
• Количество хладагента R600a заправляется в холодильный агрегат сокращается по сравнению с R12 примерно на 60%.
• По теплофизических и эксплуатационными характеристиками R600a также превосходит R134a.
• Холодильные агрегаты на R600а работают при более низком давлении в рабочем контуре хладагента, характеризуется меньшим уровнем шума и способствует долговечности установки.
• Изобутан очень хорошо растворим в минеральном масле.

Изобутан природный газ, продукт нефтепереработки, практически любой нефтеперерабатывающий завод может приступить к выпуску изобутана в необходимых количествах.