Шапка сайта
Шапка сайта Шапка сайта для печати
Главная Новости Тех.инфо Цены Контакты  
 Вывести на печать
Наша продукция
04.06.08 18:10

Искусственный холод

Автор: Скоренко А.

Уже сто лет как люди научились создавать искусственный холод, используя его в самых различных областях своей деятельности. Но по настоящему массово холодильные и климатические установки начали применяться с 30-х годов прошлого века. И связано это было в первую очередь с началом промышленного производства дихлордифторметана (R-12), которым стали заменять небезопасный для здоровья человека аммиак, использовавшийся ранее в кондиционерах и холодильниках в качестве рабочего вещества системы. Приблизительно тогда же было налажено промышленное производство и других хладагентов, относящихся к группе хлорфторуглеродов (ХФУ): R11, R113, R114. Позже появился гидрохлорфторуглерод (ГХФУ) R22, который стал вскоре одним из основных хладагентов в промышленных и торговых средне- и низкотемпературных холодильных установках. Для очень низких температур были созданы хладагенты R13, R503. Казалось, химики решили для человечества вопрос с подбором безопасного и дешевого хладагента. Но в 1974 году в США ученые Калифорнийского университета сделали открытие, согласно которому ХФУ могут разрушать озоновый слой Земли.

На высоте 15-50 км над Землей находится озоновый слой атмосферы, защищающий поверхность планеты от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца, губительного для земной жизни. Содержание озона в атмосфере составляет всего 0,001%, но он поглощает 99% вредного излучения. И даже незначительное уменьшение содержания озона в атмосфере может иметь существенные негативные последствия. ХФУ в силу того, что в их химическом составе имеется атом хлора, являются сильнейшими окислителями озона. После попадания в атмосферу, под действием ультрафиолетового излучения от молекул ХФУ отрывается атом хлора, а оставшийся радикал легко окисляется, создавая молекулу оксида хлора и новый радикал. Полученные таким образом атом хлора и молекула оксида хлора являются катализаторами разрушения озона. Одна молекула хлора в атмосфере способна разрушить от 10 тыс. до 100 тыс. молекул озона. 

Суть воздействия ГХФУ(R22) на озоновый слой не имеет отличий от ХФУ. Разница лишь в том, что благодаря содержанию атомов водорода в молекуле ГХФУ разлагаются гораздо быстрее, и, как правило, в нижних слоях атмосферы.

Вторым негативным фактором воздействия хладагентов на атмосферу Земли является парниковый эффект, которым обладают абсолютно все хладагенты без исключения, в том числе и не относящиеся к озоноразрушающим веществам. Этот эффект возникает вследствие того, что определенные газы поглощают задерживая в атмосфере инфракрасное излучение, исходящее от поверхности земли. Это позволяет сохранять у поверхности земли температуру пригодную для зарождения и развития жизни. Этим эффектом поглощения обладают пары воды, имеющиеся в нижних слоях атмосферы в больших количествах и углекислый газ - один из основных составляющих компонентов окружающего нас воздуха. А с началом активной эксплуатации человеком природных ресурсов и недр Земли появились и другие вещества, усиливающие природный парниковый эффект. С одной стороны интенсивное сжигание человеком ископаемого топлива повлекло за собой существенный рост выбросов в атмосферу углекислого газа. А кроме этого человек синтезировал химические вещества, которые находясь в атмосфере поглощают инфракрасное излучение в тысячи раз эффективней, чем диоксид углерода. К таким веществам относятся ХФУ и ГХФУ.

К моменту открытия пагубного воздействия ХФУ на атмосферу Земли производство хладонов достигло значительных объемов. Объем производства R12 в 1976 году достиг 340 тыс. тонн, а в 1986 году, предшествующем году подписания Монреальского Протокола о запрете озоноразрушающих веществ, суммарное производство фреонов составило более 1,1 млн. тонн.

С этого времени в ряде индустриально развитых государств начались разработки альтернативных хладагентов, не разрушающих атмосферный озон. В начале 90-х годов были запущены в промышленное производство озонобезопасные хладагенты на основе гидрофторуглеродов, которые и сейчас в основном используются в коммерческом холоде и климатическом оборудовании.

Смесь

ГФУ-134a тетрафторэтан

ГФУ-125 пентафторэтан

ГФУ-143а трифторэтан

ГФУ-32 дифторметан

R407С

52%

25%

 

23%

R404А

4%

44%

52%

 

R410А

 

50%

 

50%

R507А

 

50%

50%

 

Наиболее удачной заменой для R12 можно считать ГФУ-134. Однокомпонентный хладагент, использование которого хоть и несколько снижает удельную холодопроизводительность и увеличивает соотношение давления конденсации и кипения, но позволяет не задумываться об изменении состава рабочего вещества при дозаправке системы. Этого не лишены смеси, представленные в таблице выше. Общими особенностями использования всех хладагентов на основе ГФУ является следующие:

  1. Для смазки компрессора требуется синтетическое полиэфирное масло. С минеральными маслами, в отличии от R22 и R12, ГФУ не смешиваются. В связи с этим необходимо помнить, что синтетические масла гигроскопичны и с «удовольствием» впитывают в себя не только воду, но и влагу из воздуха. Кроме этого, синтетические масла не растворяют другие нефтехимические продукты, что требует более внимательного отношения к чистоте магистралей и всего внутреннего контура системы;
  2. Все приведенные хладагенты являются двух или трех компонентными смесями. Являясь по сути азеотропными смесями эти хладагенты имеют термодинамическое поведение все же несколько отличное от чистого вещества. Концентрация паровой и жидкой фаз смеси в условиях термодинамического равновесия различаются. От сюда возникающую разность температур фазового переходя принято называть температурным глайдом. С одной стороны, изменение состава рабочего тела системы может привести к возрастанию холодопроизводительности и холодильного коэффициента относительно чистого хладагента, но с другой применение зеотропных смесей ухудшает эффективность процессов теплообмена в испарителе и конденсаторе. Чем существеннее разница в парциальном давлении компонентов смеси, тем более выражен температурный глайд. Например, этот параметр у R404 и R410 составляет менее 0,5К, а у R407 - более 4К.
  3. Еще одна особенность, которую надо учитывать как недостаток, - потенциальная возможность изменения процентного соотношения состава компонентов смеси в результате утечек в контуре холодильной системы. Из рассматриваемых смесей к этому явлению наиболее предрасположен хладагент R407. Состав смеси был подобран таким образом, чтобы максимально по свойствам приблизиться к R22 для замены его в системах кондиционирования. Результатом явилась существенная разница в парциальном давлении компонентов, способствующая неравномерной утечке. Правда, некоторые экспериментальные данные показывают, что даже после четвертой дозаправки половиной объема хладагента относительная холодопроизводительность системы вряд ли уменьшится более, чем на 10%. Следует помнить, что неравномерные утечки происходят лишь на выключенном оборудовании. И в завершении этого вопроса можно заметить, что другие смеси (R404, R507, R410) при утечках ведут себя, практически, как азеотропные вещества и существенного изменения соотношения компонентов не происходит.

Не смотря на то, что к сегодняшнему дню новые хладагенты, практически, полностью вытеснили ХФУ и ГХФУ в новом оборудовании, тем не менее, и в Евросоюзе и в США в действующем холодильном и климатическом оборудовании остается в эксплуатации значительное количество R12 и R22. Эти хладагенты используются в крупных и средних установках с длительным эксплуатационным ресурсом.

На сегодняшний день производителями хладагентов подготовлены новые оригинальные решения замены ХФУ в действующем оборудовании с минимальным изменением конструкции системы или без таковой.
Компания Дюпон предлагает линейку хладагентов 9-й серии под торговой маркой ISCEON с нулевым потенциалом озоноразрушения.

Это азеотропные смеси на основе ГФУ и УВ

Характеристики смесей

ISCEON

Состав компонентов, %

Совместимость с маслами

R-134a 

R-125 

R-218 

R-227еа 

R-290 

R-600a 

MO29

R-422D*

31,5

65,1

 

 

 

3,4

минер, синт

39TC

R-423A

52,5

 

 

47,5

 

 

синт без промывки

MO49

R-413A

88

 

9

 

 

3

минер, синт

MO59

R-417A

50

46,6

 

 

 

3,4

минер, синт

MO79

R-422A

11,5

85,1

 

 

 

3,4

минер, синт

MO89

 

86

 

9

 

5

 

минер, синт

Применения новых хладагентов, рекомендуемые производителем



Что заменяет

Точка кип.
(°C)

Крит. Темп.
(°C)

P55
бар (а)

ОРП

MO29

R-422D*

R-22 в водных охладителях с прямым расширением

-43,2

79,6

23,4

0

39TC

R-423A

R-12 в центрифужных охладителях

-24,1

99,5

13,6

0

MO49

R-413A

R-12 в автомобильных кондиционерах и в стационарных воздушных кондиционерах/рефрижераторах

-33,4

98,5

16,8

0

MO59

R-417A

R-22 в стационарных кондиционерах и в среднетемпературных рефрижераторах

-39,1

87,0

20,7

0

MO79

R-422A

R-22 в средне- и низкотемпературных температурных рефрижераторах

-46,5

71,7

26,2

0

MO89

 

R-13В1 в рефрижераторах с очень низкой температурой

-53,4

64,2

30,7

0

Экономическая целесообразность ретрофита R-12 рассмотрена на примере перезаправки автомобильного кондиционера.

Не смотря на то, что цена R-134 значительно ниже, чем R413, при калькуляции стоимости всего комплекса мероприятий по замене хладагента итоговая сумма оказывается ощутимо меньше и говорит в пользу новых хладагентов.

По заявлению компании Дюпон хладагенты новой серии промышленно применяются с 1998 года. Успешная замена R-12 на R-423A была произведена более чем на 40 объектах Европе в установках различных типов.

Компания Аркема в 2007 году анонсировала новый продукт Форан-427а

FORANE

Состав компонентов, %

Совместимость с маслами

R-134a
(тетрафторэтан)

R-125
(пентафторэтан)

R-143a
(трифторэтан)

R-32
(дифторметан)

R-427A

50

25

10

15

синтетические без промывки

Не токсичный и не воспламеняющийся хладагент, FORANE® 427A является упрощенным решением для ретрофита установок, работающих на R22. Необходимо только один раз откачать из системы масло (минеральное или алкилбензол) и заменить его на смазку РОЕ.

Благодаря высокой стойкости FORANE® 427A к остаткам используемого ранее масла, можно добиться показателей, аналогичных показателям R22, без длительной и дорогостоящей промывки системы. Никаких модификаций установки не требуется.

FORANE® 427A можно использовать для ретрофита широкой гаммы низко- и среднетемпературного холодильного оборудования и кондиционирующих установок.

За последние два года FORANE® 427A использовался при замене R22 в установках следующих типов:

  • в средне- и низкотемпературных холодильных установках для супермаркетов;
  • в среднетемпературных холодильных установках для пищевой промышленности;
  • в среднетемпературных холодильных установках для рыболовецких судов;
  • в водоохладителях;
  • в охладителях жидкости для химической промышленности.