Використання холодоагентів в сучасному холодильному обладнанні

Що таке холодоагент?

Холодоагентом (скорочення від слів «холодильний агент») прийнято називати робочу речовину з низькою температурою кипіння (випаровування), за допомогою якого здійснюється охолодження в абсорбційних і компресійних холодильних машинах.

Холодоагенти повинні бути нейтральними до металів, сплавів та інших матеріалів, що використовуються при виготовленні холодильного агрегату. Вони не повинні бути вибухонебезпечними і легкозаймистими в суміші з повітрям і маслами. Вони не повинні бути отруйними, не повинні викликати задухи і роздратування слизових носа і дихальних шляхів людини, не повинні отруювати або погіршувати екологічне середовище. Холодоагенти сучасних БХП не повинні містити речовин, що руйнують озон або викликають парниковий ефект. Вони повинні бути екологічно безпечними, що не впливають на створення «озонових дір» в атмосфері або глобальне потепління клімату.

Трохи історії

Виробництво фреону-12 було організовано вперше в 1931 р американською фірмою Frigidaire, яка потім продала свої патенти концерну DU PONT. В середині вісімдесятих міжнародні організації заснували пакет законів про захист навколишнього середовища, а саме, озонового шару планети. З'ясувалося, що для нього вкрай згубно випаровування фреону. З цього моменту вдосконалення холодоагентів не зупиняється. Створюються нові, більш продуктивні і менш шкідливі.

На виконання Монреальського протоколу замість єдиного холодоагенту R12 в різних країнах стали розробляти озонобезпечні і екологічно чисті холодоагенти. За енергетичними характеристиками деякі з них навіть перевершують традиційний R12. На початку 90-х DU PONT випустив на заміну R12 новий альтернативний холодоагент R134a, що не руйнує озон, але який не можна використовувати в холодильних машинах, спроектованих під R12. Новий холодоагент повинен працювати разом зі спеціальним синтетичним маслом, яке руйнує електроізоляційні матеріали електродвигунів компресорів, спроектованих для роботи на R12 з мінеральним маслом. Для перекладу виробництва БХП з R12 на R134a необхідні істотні конструктивні зміни компресорів, електродвигунів і всієї системи охолодження. Великі витрати на переоснащення виробництва, необхідні для переходу з R12 на R134а, виявились головною перешкодою впровадженню цього холодоагенту в виробництво вітчизняних БХП.

У 90-ті роки міжнародні організації із захисту клімату Землі прийшли до висновку про глобальну небезпеку потепління. У 1997 р був прийнятий Кіотський протокол, спрямований на обмеження викидів в атмосферу «парникових газів». Цей протокол зобов'язує країни доповідати в міжнародний комітет із захисту клімату Землі про викиди в атмосферу парникових газів.

Замість R12 і R134a в Німеччині в 90-х роках стали застосовувати природний газ ізобутан, сумісний з мінеральними маслами. Цей холодоагент отримав умовне скорочене міжнародне позначення R600a. Він не руйнує озон і не викликає парниковий ефект, і тому набуває все більшого визнання. За теплофізичними і експлуатаційними характеристиками R600a перевершує R134a. Природні вуглеводні, як холодоагенти, не знаходили широкого застосування в БХП через підвищену пожежну небезпеку. У сучасних конструкціях цю проблему вирішили завдяки зменшенню дози заправки до таких обсягів, які практично не можуть привести до пожежі. У 130-літровому холодильнику всього 20 г R600a, а на початку минулого століття в холодильник такого ж обсягу заправляли 250 г ізобутану.

Сучасні холодоагенти та різниця між ними

Фреон R134а - представник сучасних холодоагентів, що використовуються в кліматичному і холодильному обладнанні. Його стали застосовувати в зв'язку з введенням обмежень на роботу різних систем з холодоагентами, що містять хлор. Фреон R134а використовується як в чистому вигляді, так і в складі сумішей. Він має незаперечні переваги в порівнянні з R12, проте володіє певними особливостями, що впливають на експлуатацію.

Фреон R134а - холодоагент, виготовлений без використання хлору. Безбарвний газ має хімічне найменування - тетрафторетан. Холодоагент не запалюється і не володіє токсичністю. Тиск насиченої пари у R134а вище, ніж у R12. Основні переваги хладону:

• Надійність використання в будь-яких умовах. При роботі з речовиною немає необхідності додатково створювати виняткові умови безпеки.
• Сталість робочих характеристик.
• Високі термодинамічні показники.
• Нульовий потенціал руйнування озонового шару

Одним із вагомих недоліків фреону є розкладання з виділенням шкідливих парів при нагріванні вище 250 градусів. Крім того, він має високий коефіцієнт парникового ефекту, який в 1300 разів вище, ніж у вуглекислого газу.

Ще один недолік фреону R134а - висока гігроскопічність. Коли при неналежному обслуговуванні проникність шлангів збільшується, підвищується ризик проникнення вологи в систему. При попаданні повітря і надалі стисненні можливе утворення горючої суміші.

R290 - горючий, нетоксичний газ без кольору і запаху, який є побічним продуктом нафтопереробки. Він належить до групи гідрофторвуглеців і класу алканів. Пропан - це холодоагент, відповідний за рівнем холодопродуктивності і тиску R-22 і R-502. Температурні профіль цього хладону відповідає R-12, що дозволяє його використовувати як газ-замінник в промисловому холодильному обладнанні. Пропан дозволяє нагнітати температуру випаровування до 40оС, що дозволяє застосовувати в холодильних системах одноступінчасті компресори. З причини високої розчинності 290 хладону в мінеральних маслах, при підвищеному тиску всмоктування кондиціонером повітря, рекомендується використовувати масло з підвищеною в'язкістю.

Пропан широко застосовується в низько і середньотемпературних холодильних установках, рефрижераторах і теплових насосах. Він відрізняється низькою вартістю і не вимагає спеціальних матеріалів для конструювання компресора і випарника. Основними перевагами пропану є низька температура на виході з компресора і його вартість.

R507 представляє собою азеотропну суміш холодоагентів R125 і R143a в рівній пропорції. Він не змінює склад при кипінні. У рідкому і газоподібному стані зберігається рівність компонентів. Фреон не робить руйнівного впливу на озоновий шар і призначений для заправки системи замість R502 і R22.

Низькотемпературний R507 - запатентований холодоагент, екологічно безпечний і спеціально розроблений з метою довгострокової роботи газофракційної установки (ДФУ), розрахованої на R502. Головна перевага фреону в цілковитій безпеці і легкому сервісному обслуговуванні при проведенні дозаправки, тому речовина застосовується для циркуляції в контурах сучасних холодильних установок. Характеризується нульовим потенціалом впливу на озоновий шар і температурою кипіння 46,6 ° С. За холодильним та іншим властивостям аналогічний R502 і R404a.

R600a ізобутан має багато переваг перед іншими холодоагентами: будучи природним речовиною, він не робить негативного впливу на навколишнє середовище: не руйнує озонового шару нашої планети і не викликає парникового ефекту. Крім екологічних властивостей R600a має низку інших переваг у порівнянні з R12 і R134a і багатокомпонентними сумішами:

• Ізобутан має більш високий, ніж R12, холодильний коефіцієнт, що зменшує енергоспоживання.
• Кількість холодоагенту R600a заправляється в холодильний агрегат скорочується в порівнянні з R12 приблизно на 60%.
• За теплофізичних і експлуатаційними характеристиками R600a також перевершує R134a.
• Холодильні агрегати на R600а працюють при більш низькому тиску в робочому контурі холодоагенту, що характеризується меншим рівнем шуму, і сприяє довговічності установки.
• Ізобутан дуже добре розчинний у мінеральному маслі.

Ізобутан природний газ, продукт нафтопереробки, практично будь-який нафтопереробний завод може приступити до випуску ізобутану в необхідних кількостях.