Холодильні агенти (холодоагентами): види, властивості та застосування

Що таке холодильні агенти? Це спеціальні рідини. Вони використовуються в кондиціонерах і холодильниках. Холодоагент зазнає фазових змін від рідини до газу, при поглинанні тепла і назад до рідини, коли компресор стискає газ. Вибір ідеального холодоагенту проводиться на основі термодинамічних властивостей. Він повинен бути неагресивним, безпечним, нетоксичним і негорючим.

Коротка історія холодоагентів

Бельгійський вчений Фредерік Свортс вперше виступив з синтезом ХФУ в кінці 1890-х років. Його відкриття відбулося після заміни хлориду в четыреххлористом вуглеці футуридом на синтез ХФВ-11 і ХФВ-12. В кінці 1920-х років Томас Мідглі-молодший поліпшив процес синтезу і поставив завдання використовувати ХФУ в якості холодоагенту для заміни аміаку, хлорметана і діоксиду сірки, які у той час зазвичай використовувалися.

Вони були небезпечними, легкозаймистими, а деякі навіть токсичними. Найбільш поширеним холодоагентом був ХФУ, званий фреоном — фірмове найменування Дюпон для холодильника «R-12». За вимогами 30-х років минулого сторіччя ці холодоагенти здавалися ідеальними, науково обґрунтованими і більш безпечним, некоррозирующими газами і дешевими у виробництві.

Тільки в 1970-х роках було встановлено, що молекули хлору повністю руйнують озоновий шар, та їх заборонили. У 1970-х роках учені виявили, що холодильний агент аміак заважає проникненню інфрачервоних променів в них, так як вони накопичуються в атмосфері і викликають теплообмін, що призводить до зміни клімату, тому цей склад був заборонений.

У 1990-х і 2000-х роках ХФВ були замінені на ГХФВ (гидрохлорфторуглеродом), а найбільш поширеним ГХФВ є «Р-22», який мав набагато менш руйнівні наслідки для озону, однак, він все ще залишався небезпечним. Для вирішення проблеми руйнування озону вчені придумали HFC, які не містили хлор. Однак пізніше вони зрозуміли, що HFC раніше завдає шкоди навколишньому середовищу через парникові гази.

Сучасні види холодильних середовищ

Європейська комісія зажадала, щоб холодоагент R134A не використовувався для сертифікованих легкових автомобілів, що продаються в Європейському союзі. Спочатку цей мандат призначався на 1 січня 2011 року. Однак оскільки новий холодоагент ще був не доступний широкому ринку, цей термін був продовжений до 1 січня 2013 року.

Починаючи з січня 2017 року всі знову зареєстровані транспортні засоби повинні були використовувати альтернативний холодоагент. У 2018 році лише 60% нових легкових автомобілів європейського виробництва використовують безпечний холодоагент. Транспортні засоби, що продаються за межами Європейського Союзу, продовжують використовувати R134A або ще більш небезпечний холодоагент.

Основні типи холодоагентів:

  1. ХФУ – хлорфторвуглеці.
  2. HCFC – HydroChloroFluoroCarbons.
  3. HFC – HydroFluoroCarbons.

Проте всі вони були або будуть замінені в найближчому майбутньому через вплив на навколишнє середовище. В даний час холодоагент HFO починає замінювати ХФУ, оскільки вони мають набагато більш низькі потенціали глобального потепління і не руйнують озон, хоча деякі з них легко спалахують. В даний час на ринок виходить 4-е покоління холодоагентів, які володіють великими термодинамічними властивостями і є екологічно чистими.

Вибір альтернативи для R12

Холодоагент R12 все ще є широко використовуваним для холодильних установок. Дійсно, дуже складно було підібрати такий, який зміг би замінити цей універсальний холодоагент в умовах експлуатації. Більше всього для цих цілей підходить R134A.

Порівняння R134A і R12:

  1. Потужність при температурі випарника -7 °С для обох холодоагентів однакова, а нижче -7 °C, якщо R12 замінюється на холодоагент r134A, буде значна втрата охолоджуючого ефекту. У таких випадках рекомендується застосовувати суміші холодоагентів замість заміни R134A. Фреон 134 також може використовуватися для низькотемпературних ситуацій.
  2. Коефіцієнти теплопередачі для R134A вище, ніж R12. Якщо вони існують в одній рідкій фазі, коефіцієнт теплопередачі холодоагент R134A вище на 27-37%, а в газовій фазі він вище на 37-45%. Якщо вони існують у двох фазах, рідкої і газоподібної, коефіцієнт теплопередачі для R134A вище на 28-34% у випарнику і від 35 до 41% в конденсаторі.
  3. Ефект охолодження R134A приблизно на 22% більше, ніж у R12. Таким чином, масовий витрата R134A, необхідний на тонну охолодження, приблизно на 18% менше R12. Це означає, що для даної потужності холодильної системи необхідне його кількість на 18% менше, ніж при використанні R12. Тобто у всьому обладнанні, де R12 замінюється на фреон 134, кількість холодоагенту, яке повинно бути зарядом, менше R12. Однак питома обсяг R134A дещо більше, ніж R12, тому для того ж кількості хладагента обсяг, займаний R134A, більше R12.
  4. Збільшення охолоджуючого ефекту R134A компенсується збільшенням його питомої обсягу. Таким чином, R134a, заряджений у модифікованих системах, повинен бути на 5-10% менше R12.
Дивіться також:  Щільність людського тіла: середнє значення для чоловіків і жінок

Конвертація R12 в R134A

Деякі ранні установки використовували аміак в якості холодильного агента. Однак у більшості сучасних автомобілів, побудованих до 1995 року, використовувався R12. R12 був технологічним і ефективним холодоагентом ic2, однак пізніше було виявлено, що він є озоноразрушающим газом, і його виробництво і використання обмежили.

Після 1995 року йому на зміну прийшов R134A, і він до цих пір використовується в багатьох автомобілях. Якщо в господарстві є стара машина з системою кондиціонування R12 то автолюбителі відчувають великі проблеми з поповненням такої системи при витоках або обслуговуванні. Промисловість налагодила випуск спеціальних перехідників, після чого процес перетворення системи в R134A став простим.

Зміни системи охолодження

Щоб перетворити R12 в R134A , необхідно внести лише кілька невеликих змін в систему. На щастя, компресор, який використовується в старій системі R12, як і раніше буде працювати з холодоагентом R134A і буде настільки ж ефективним. Конденсатор і випарник — це просто теплообмінники, тому їх також не потрібно змінювати для запуску іншого хладагента.

Одним з компонентів, який необхідно змінити, є сушарка. Останнім елементом системи, який потрібно буде змінити, є порти тиску. R134A використовує різні порти для зарядки системи і вимірювання тиску, тому старі порти R12 необхідно видалити й замінити або доповнити адаптерами. Після придбання необхідного обладнання слід видалити старий холодоагент і масло. При установці нового холодоагенту ic2 необхідно також додати масло PAG, сумісний з R134A, для підтримки змащення компресора.

Після перетворення системи з R12 в R134A важливо перевірити тиск в системі в перебігу декількох днів, щоб переконатися, що все працює правильно. Якщо були помічені якісь невеликі витоку в системі, потрібно застосувати Red Angel A / C Stop Leak для герметизації системи.

Холодоагенти безпечніше фреону

Загальний гидрохлорфторуглеводородный R-22, який протягом десятиліть, не так корисний для навколишнього середовища, як колись вважали експерти. Агентство з охорони навколишнього середовища працювало над поетапним відмовою від цього холодоагенту, і зрештою повністю його заборонив. Відмова від R-22 почався в 2010 році. До 2020 року використання холодоагенту буде сильно обмежена, а до 2030 року — повністю заборонено.

Самими екологічно чистими холодильними агентами, які зараз доступні на ринку, є «R-290» і «R-600A». Вони являють собою НС, або вуглеводні, а їх хімічні назви — «Пропан» для R-290 і «Ізобутан» для R-600A. Вони повністю не містять галогенів, не мають потенціалу виснаження озону і є найбільш малонебезпечних з точки зору можливості глобального потепління. Вони також володіють високою енергетичною ефективністю, але при цьому легкозаймисті, оскільки є вуглеводнями. В даний час самі «зелені» види холодильних агентів — R134A, R-407C, R-410A. Виробники, які випускають ці холодоагенти, стверджують, що речовини абсолютно безпечні.

Дивіться також:  Нітрогліцерин: отримання в лабораторії

Балон з фреоном R134A

З виявленням руйнівного впливу холодоагентів ХФУ і ГХФВ на озоновий шар ця група широко використовувалася в якості заміни. Холодоагент в холодильнику R134A являє собою гидрофторуглерод (HFC), який має нульовий потенціал для виснаження озонового шару і практично не впливає на парниковий ефект.

Хладагент R134A являє собою хімічне з’єднання тетрафторэтан, що складається з двох атомів вуглецю, двох атомів водню і чотирьох атомів фтору. Його хімічна формула — CF3CH2F. Молекулярна маса холодоагент R134A становить 133,4, а його температура кипіння — 26,1 °C. R134A є негорючим і невибухонебезпечних, має токсичність в межах норми і хорошу хімічну стабільність, кілька високу спорідненість до вологи.

За загальним фізичним і термодинамічними властивостями холодоагент R134A дуже нагадує R12. Тому він вважається відмінною заміною. Властивості холодильних агентів R134 наступні:

  1. Температура самозаймання — 770 °C.
  2. Рівень виснаження озонового шару — 04.
  3. Розчинність у воді 0,11 мас.% 25 C.
  4. Критична температура — 122 °C.
  5. Код кольору: світло-синій.
  6. Потенціал глобального потепління (GWP)1200.
  7. Температура хладагента, точка кипіння -26,1 °C.

Термодинамічні властивості R-407C

За своїми властивостями він відповідають характеристикам, доступним в R-22. R-407C є звичайним замінником холодоагенту для тих, хто хоче модернізувати обладнання R-22. Суміш гидрофторуглеродов включає пентафторэтан, дифторметан та 1,1,1,2-тетрафторэтан. Широко поширений альтернативний холодоагент популярний в упакованих кондиціонерах і безщіткових системах поділу, а також в системах легкого кондиціонування повітря і прямого розширення, наявних в житлових, комерційних і промислових приміщеннях. R-407C також працює в холодильних системах середньої температури й у багатьох нових приладах.

Нове обладнання, що використовує азот як утримуючого заряду, краще всього працює з R-407C з-за використання ефірного масла поліолу. У той час як найбільш поширене застосування нових приладів і холодильних систем, R-407C може бути модернізований в деяких системах R-22, якщо в процедуру входить заміна масла. Ця альтернатива фреону вважається безпечною для навколишнього середовища через її потенціалу руйнування озонового шару, рівного нулю.

Потенціал виснаження озонового шару R-404A

У цьому холодоагенті він дорівнює 0, так само як R-407C і R-134A. Він часто використовується для холодильних систем, для яких потрібна температура від -45 °C до 15 °C. Це найбільш корисно в комерційних і промислових галузях транспорту з-за його широкого діапазону робочих температур. Він дуже схожий на R-22 і пропонує більш поліпшені характеристики. Оскільки R-404A не має швидкої реакції на повітря або воду, він вважається безпечним для багатьох цілей. Він також негорючий, безбарвний і без запаху.

Однак, як і у випадку з будь-яким холодоагентом, користувачі повинні завжди вживати відповідні запобіжні заходи, щоб захистити себе. Прямий контакт з R-404A все ще може викликати обмороження, а надмірне вплив на нього вогню або високої температури може призвести до розриву резервуара. R-404A досить поширений і доступний для покупки в магазинах, які спеціалізуються на наданні продуктів для опалення та охолодження.

Суміш двох гидрофторуглеродных холодоагентів, дифторметана і пентафторэтана, являє собою неозоноразрушающий холодоагент, який забезпечує найкращу енергетичну ефективність, ніж R-22 і R-407C, і не використовують хлор у своєму складі. Він вважається більш підходящим як заміна R-22 з-за більш високого тиску і холодопродуктивності.

Характеристика R-410A

Якщо користувачі вирішують придбати пристрої, які використовують R-410A, процес, як правило, досить простий. Фактично багато компаній, що виробляють кондиціонери та холодильне обладнання, виготовляють блоки спеціально для використання з R-410A. Хоча він найбільш популярний в комерційних холодильних установках, кондиціонерах і холодильниках, важливо відзначити, що ця альтернатива фреону не буде працювати в блоках A / CR-22.

Дивіться також:  Незвичайні літальні апарати: огляд, опис

Характеристика холодильних агентів R-410A, говорить про те, що вони мають більш високий тиск, тому потрібен інший манометр колектора, ніж той, який зазвичай використовується з R-22. Холодоагент повинен заряджатися в рідкій формі і тільки в коротких чергах. R-410A продається під кількома торговими марками: AZ-20, Suva410A, GenetronR410A, Forane410A, EcoFluo rR410 і Puron. Його досить легко купити в Інтернеті і в спеціалізованих магазинах.

Кондиціонер транспортних засобів

Директива ЄС 2006 року вимагає, щоб всі нові автомобілі, що продаються в ЄС, були оснащені холодоагентами з низьким потенціалом глобального потепління (GWP). Межа встановлена на значення GWP 150, яке в даний час може забезпечити YF. Перевагою його є властивість самоутилизации — він повністю розкладається в атмосфері приблизно через одинадцять днів.

Незважаючи на те, що HFO1234yf був прийнятий в якості нового холодоагенту, у Німеччині з’явилися сумніви. Daimler і деякі інші німецькі виробники і також наглядові відомства вважають, що YF небезпечний з-за високої займистості. У відповідь Німеччина затвердила деякі автомобілі Daimler для продовження роботи на R134A, що суперечить директиві ЄС.

Європейська комісія навіть погрожувала судовими позовами проти Німеччини за те, що вона не змогла повністю реалізувати нові правила викидів для холодоагентів. GM і Toyota публічно заявили про свою підтримку YF і заявили, що вважають це речовина безпечним.

Вартість нових систем

Додаткова вартість нового холодоагенту YF знаходиться в діапазоні 30–50. Системи YF менш ефективні, і для цього потрібне додаткове використання внутрішнього теплообмінника.

Оскільки вартість виробничого процесу для YF вище, ніж R134A, передбачається «зелений тариф» на цей товар протягом багатьох років, особливо починаючи з 2018 року, коли все знову зареєстровані транспортні засоби в Європейському Союзі повинні будуть використовувати холодоагент, відмінний від R134A.

Підвищення цін з 1 лютого 2018 року:

  1. R452a + 20%.
  2. R410a + 20%.
  3. R448a + 15%.
  4. R449a + 15%.

Модернізація системи R-22

Заміна R22 на R134A — досить простий процес. Насамперед, повний R22 слід видалити з системи. Потім необхідно видалити всі мастило з системи (максимальна кількість олії, що залишився всередині системи, становить 5% від загальної кількості, що міститься в ній). Мінеральне масло слід замінити синтетичним на основі складного ефіру. Осушувач і масляний фільтр також повинні бути замінені.

Кількість R134A, необхідну в системі, становить від 90 до 95% R22. Етикетки слід розміщувати в системах, які були модернізовані за допомогою R134A, що описують новий холодоагент та мастило. Незважаючи на легкий процес, його важливо виконати ретельно. Залишки R-22 в системі можуть привести до перехресного забруднення. Воно для R-22 і R-134A може зробити систему охолодження автомобіля менш надійною та підвищити тиск головки компресора до небезпечних рівнів, що призведе до повного краху системи. Крім того, R-134A вимагає спеціальної масляної суміші — полиарилена.

У 1987 році був оголошений Монреальський протокол, який є міжнародним договором у багатьох країнах, покликаним допомогти в боротьбі з пошкодженим шаром Про-зони. Одна з його ініціатив полягала в поетапному відмову від ХФВ у всьому світі. В 1994 році США припинили використання R-12 в автомобільній промисловості. R-12 був замінений альтернативою HFC R-134a. У 2010 році згідно з Монреальським протоколом США оголосили про припинення використання R-22 в майбутніх додатках. Всі нові машини будуть орієнтовані на HFC R-410A, який не містить хлору.