Хладагенты

Хладагенты
Вторник марта 12th, 2019 Maxaer

Холодильный агент (хладагент) — рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении и в процессе адиабатического расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде (воде, воздуху и т. п.).

Основой любого кондиционера (холодильной машины) является холодильный контур, состоящий из двух теплообменников, компрессора и соединительных коммуникаций. По этой замкнутой системе циркулирует хладагент, который и позволяет получать холод (или тепло), руководствуясь известными законами физики: при испарении жидкость поглощает тепло, а при конденсации, напротив, – выделяет.

До начала 1930-х годов типичными хладагентами, которые использовались в механических холодильных системах были аммиак, диоксид серы, метилхлорид и диоксид углерода. Однако ни одно из этих веществ не обладало всеми свойствами идеального хладагента. Первый, признанный историками техники комнатный кондиционер (прототип современных сплит-систем) выпущенный в 1929 году компанией General Electric работал на аммиаке. Это вещество небезопасно для человека, что в значительной мере сдерживало развитие холодильной техники.

В конце 1920-х годов Томас Мидглей открыл новое семейство хладагентов – хлорфторуглеродов (ХФУ) – которое обладало оптимальными свойствами. В 1931 году фирма Дюпон представила на рынке новую торговую марку безвредного для человеческого организма хладагента – фреона и начала коммерческое производство фреона 11 (R-11) и 12 (R-12). В 1936 году фирма Дюпон начала производство другого хладагента – гидрохлорфторуглерода (ГХФУ) – фреона 22 (R-12). С этими открытиями промышленность получила “зеленый цвет” массовому выпуску разнообразной холодильной техники и индустриальные страны приступили к широкомасштабному производству всех видов холодильников и установок для кондиционирования воздуха. Впоследствии было синтезировано более четырех десятков различных фреонов, отличающихся друг от друга своими свойствами и химическим составом и процесс поиска продолжается по настоящий день.

Основной движущей силой развития и поиска новых хладагентов является экология. Беспокойство ученых связано с судьбой хладагентов после использования их в холодильной технике – некоторые из этих композиций необычайно долговечны в силу своей химической стабильности и могут существовать в атмосфере без разрушения в течение десятков лет. Эти соединения содержат атомы хлора, которые вступают во взаимодействие с озоном при разрушении молекулы хладагента в верхних слоях атмосферы. Стратосферный озон поглощает большую часть солнечных ультрафиолетовых лучей. Разрушение озонового слоя увеличивает уровень ультрафиолетовой радиации на земле, что может приводить к раковым заболеваниям у людей и животных, а также гибели растений.

К началу 1980-х годов специалисты ряда стран, занимающиеся вопросами изучения влияния ХФУ и ГХФУ на окружающую среду, выразили беспокойство в связи с ещё одной возникшей глобальной проблемой – повышением парникового эффекта.

Парниковый эффект возникает вследствие того, что некоторые газы земной атмосферы задерживают инфракрасное излучение, которое испускает земная поверхность. Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно зарождение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности земного шара была бы примерно на 20 К ниже, чем она есть. Удержание инфракрасного излучения в природе происходит благодаря парам воды, содержащимся в воздухе и в облаках. Однако не дают рассеиваться данному излучению и другие газы, представляющие собой продукты деятельности человечества, в частности диоксид углерода и хладоны категории ХФУ. В связи с тем что наличие в атмосфере диоксида углерода и ХФУ увеличивает эффективность удержания земного инфракрасного излучения по сравнению с естественной природной эффективностью, средняя температура поверхности Земли повышается больше, чем нужно, обусловливая искусственный парниковый эффект, который добавляется к природному.

Концентрация всех вместе взятых ХФУ в атмосфере гораздо ниже, чем концентрация диоксида углерода. Зато эффективность ХФУ по удержанию инфракрасного излучения во много тысяч раз выше эффективности диоксида углерода. Кроме того, у них очень длительный период жизни (60 лет для R11, 120 лет для R12 и 250 лет для R115, который входит в состав R502).

В 1987 году в Монреале всеми индустриальными государствами был подписан международный протокол о постепенном сокращении, а затем и полном прекращении выпуска озоноопасных хладагентов. Бывший Советский Союз подписал Монреальский протокол в 1987 году. В 1991 году Россия, Украина и Беларусь подтвердили свою правопреемственность этому решению. Но проблема продолжала обостряться, и в ноябре 1992 года в Копенгагене на очередной встрече стран-участниц Монреальского протокола была принята более жесткая редакция этого документа. Монреальский Протокол наложил жесткие экономические ограничения не только на производство и применение ХФУ. но и на торговлю, экспорт и импорт любой холодильной техники, содержащей ХФУ. В частности, производители отказываются от использования фреона R-22, на котором еще 7-8 лет назад работало 90% всех кондиционеров. В большинстве европейских стран продажа кондиционеров на этом фреоне прекращена уже в 2002-2004 годах. И многие модели уже поставляются в Европу только на озонобезопасных хладагентах — R-134А, R-407C и R-410A. В настоящее время установлены следующие сроки запрета производства и применения озоноразрущающих хладагентов:

  • R-11, R-12, R-502 – полное прекращение производства 1 января 1996 года
  • R-22 – в силу меньшей экологической опасности первое сокращение производства началось в 2004 году, а полностью они исчезнут с рынка к 2030 году.

На сегодняшний день существует три типа хладагентов:

  • ХФУ хлорфторуглероды, обладающие самым высоким потенциалом истощения озона. Хладагенты этого типа включают: R-11, R-12, R-13, R-500, R-502 и R-503.
  • ГХФУ гидрохлорфторуглероды, например, R-22. Содержание атомов водорода в ГХФУ приводит к более короткому времени существования этих хладагентов в атмосфере по сравнению с ХФУ, в результате – меньшее влияние на истощение озонового слоя.
  • ГФУ гидрофторуглероды, которые вообще не содержат хлора. Они не разрушают озоновый слой и имеют короткий период жизни в атмосфере. ГФУ считаются долгосрочными альтернативными заменителями ХФУ и ГХФУ для большинства холодильных систем.

Хладагент R22 (ГХФУ) замещается альтернативными ГФУ – хладагентами. Среди ГФУ – хладагентов, применяющихся сегодня для кондиционеров воздуха, хладагент R410A является более распространенным.

Сс конца 1990 годов наблюдается переход бытовых кондиционеров на хладагент R 410A (гидрофторуглерод) всеми мировыми производителями, в то время как хладагент R 22 на рынке практически не предлагается. В 2003 году лидер рынка кондиционирования воздуха, компания Daikin, объявила о переводе всей своей продукции на хладагент R 410A. Используя хладагент R 410A в своих коммерческих мультисистемах VRF (торговое наименование VRV), Daikin предлагает их сегодня на мировом рынке под именем VRV III. Другие ведущие японские производители также перевели свое оборудование на хладагент R 410A.

Имея высокое рабочее давление, хладагент R 410A практически лишен температурного скольжения, и по своим характеристикам приближается к азеотропному хладагенту, что значительно облегчает пользователю условия работы с ним. А высокая плотность и, следовательно высокая объемная теплоемкость хладагента R 410A позволяет снизить диаметр трубопровода или размер сосуда под высоким давлением. Эти преимущества являются весомыми аргументами для перехода производителей кондиционерного оборудования на хладагент R 410A и, в настоящее время, большинство новых моделей бытовых и полупромышленных (а частично и промышленных) систем кондиционирования работают на этом типе хладагента.