Требования, предъявляемым к рабочим веществам холодильных установок систем кондиционирования

Смесь Не3 и Не4 наиболее известна. Она нашла применение для получения холода на уровне от 0,05 до 0,8 К. Смеси углеводородов и ацетона обеспечивают получение холода на уровне от 223 до 293 К. Смеси фреонов обеспечивают выработку холода на уровне от 222 до 283 К. [2. 107−108]Влияние холодильных агентов на экологию

К середине 70-х годов прошлого столетия производство фреонов вышло на значительный уровень. Например, к 1976 году объем производства R12 достиг почти 340 тыс. т, из которых около 27 тыс. т. предназначались для холодильных систем и систем кондиционирования воздуха. В 1986 году суммарное производство фреонов составляло 1,123 млн. т (на долю США приходилось 30%, Европы 20%, России и Японии по 10%). По оценкам мониторинга экологической ситуации за период производства хлорфторуглеродов в атмосферу нашей планеты было выброшено более 20 млн. т. Монреальский протокол

В 1985 году проблема регулирования производства и потребления озоноразрушающих хлорфторуглеродов в целях защиты озонового слоя была поднята Венской Конвенцией. В 1987 по дальнейшим важным шагом в решении этой проблемы стало подписание всеми индустриальными странами Монреальского протокола (на 2002 году Монреальский протокол подписали 184 государства). Монреальский протокол корректировался в 1990 и 1992 годах. Протокол провозглашает о том, «что никакое новое оборудование с хлор-фторуглеводородами не должно производиться после 2010 года, а полное сокращение производства таких соединений намечено на 2030 год».В декабре 1997 году в Киото (Япония) в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК) было принято решение о сокращении эмиссии парниковых газов (Киотский протокол). По состоянию на 26 марта 2009 года Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61% общемировых выбросов). Заметным исключением из этого списка являются США. В частности Россия и Украина обязались сохранить среднегодовые выбросы в 2008;2012 годах на уровне 1990 года. Поиск долгосрочной альтернативы R12 и R22 встал, встал как никогда остро.

Для исследования и разработки альтернативных хладагентов, способных заменить хладагент R22 (ГХФУ), сформирована Международная программа оценки альтернативных хладагентов — AREP (AlternativeRefigerantsEvaluationProgram). В программе принимают участие 40 крупнейших фирм со всего мира. В разработку альтернативных хладагентов рядом государств вложены гигантские материальные ресурсы, по оценкам специалистов, за последние 6 лет они составили свыше 2,4 млрд долл. Затраты на изучение токсичности R134a, по данным Международного института холода, составили около 4,5 млн долл. за 7 лет исследований. Фреон R134а, широко используемый во всем мире в качестве основной замены R12 для холодильного оборудования, работающего в среднетемпературном диапазоне, по мнению ряда специалистов, выходит на уровень, представляющий опасность климату Земли.

Эмиссия его в атмосферу в 2025 году оценивается в 500 тыс. т. в год, что эквивалентно 10% эмиссии диоксида углерода от сгорания всех видов топлива на Земле в 1990 году По прогнозу IPCC, в 2050 году эмиссия R134а может достигнуть 1 млн. т, что больше эмиссии всех хлорфторуглеродов в 1989 году. Эмиссия 200 тыс. т хладагента R

134a эквивалентна эмиссии всего количества диоксида углерода в таких странах, как Франция или Великобритания. Мировое сообщество обеспокоено данной экологической проблемой, имеющей глобальное значение. Выпущенный в атмосферу фреон R12 на одном континенте может увеличить поток ультрафиолета на другом. Альтернативой R22 могут быть R134а, R407с и R410A. Активность хладогентов разрушающая озоновый слой оценивается величиной озоноразрушающего потенциала. Озоноразрушающий потенциал может принимать значения от 0 (озонобезопасный хладагент) до 13 (озоноразрушающий хладагент).Озоноразрушающий потенциал имеет следующие значения: R12 равен 1,0;R22 — 0,05;R134а — 0;R407C — 0. Идеального хладагента пока не существует. Те хладогенты, которые не разрушают озоновый слой, по термодинамическим свойствам далеки от совершенства. Разработчики систем кондиционирования тщательно подбирают фреон с учетом большого числа факторов: высокой эффективности работы оборудования, низкой стоимости, пожаробезопасности и токсичности. Требования к хладогентам постоянно пополняются. Свойства хладагентов зависят от структуры молекулы вещества, присутствия соотношения молекул фтора, хлора и водорода в его составе. Хладогенты с высоким содержанием молекул водорода являются пожароопасными. Хладогенты с малым содержанием фтора обладают токсичностью. Хладогенты с малым содержанием водорода долго не растворяются в атмосфере и являются экологически нежелательными. Смесь хладагентов R32 (23%) способствует увеличению производительности, R125 (25%) исключает горючесть смеси, R134а (52%) определяет рабочее давление в контуре хладагента) получила марку R407C.

Подобно хладагенту R22, R407C обладает малой токсичностью, химически стабилен и не горюч. В случае утечки на работу кондиционера негативно влияет не только нехватка хладагента, но и изменение его состава т. к испаряемость у этих фреонов разная и утекают они не равномерно. Оставшийся в системе хладагент имеет иной состав, поэтому при ремонте его необходимо слить полностью и заправить систему новым фреоном R407C. Основная разница в характеристиках прежнего хладагента CHF2Cl (R22) и нового R407C заключается в величине давлений при рабочих температурах и типе масел, совместимых с данным хладагентом. С хладагентом R22 используется минеральное масло, которое не пригодно в сочетании с R407C. Новый хладагент плохо смешивается с минеральным маслом, особенно это наблюдается при низких температурах и образует с ним расслаивающуюся двухфазную смесь. Это приводит к недостаточной смазке компрессора из-за периодического попадания в зону смазки жидкого хладагента вместо масла и приводит к быстрому износу трущихся частей компрессора. Кроме того, плохо растворимое в хладагенте масло, имеющее при низких температурах высокую вязкость, «налипает» на стенках капиллярных трубок и нарушает циркуляцию хладагента. Чтобы обойти эти трудности, хладагент R407C применяется в сочетании с эфирным маслом, которое растворяется в данном хладагенте. Один из недостатков такого синтетического масла — высокое поглощение им влаги. Хранение, транспортировка, процесс заправки маслом должны исключать возможность попадания в масло не только капельной влаги, но и продолжительный контакт с влажным воздухом, из которого масло активно поглощает влагу.

Необходимы также специальные меры по предотвращению попадания влаги в систему, как в процессе производства кондиционера, так и при его установке на месте использования. Влияние примесей в холодильном агенте на работу холодильных систем и систем кондиционирования

Влияние воды

Вода в систему попадает как с самим холодильным агентом вследствие недостачной осушки холодильного агента в производственном процессе, транспортировке в недостаточно осушенных ёмкостях, так и при заправке системы холодильной установки из-за неполной просушки системы после гидравлических испытаний. Часть воды вносит влажный воздух, талая вода на испарителях, проникающие в систему через неплотности на стороне низкого давления, и, наконец, смазочные масла, большая часть которых гигроскопична, тоже приносят в систему влагу. Влияние, которое оказывает вода на работу холодильного агента, зависит от их взаимной растворимости. Аммиак и вода хорошо растворяются друг в друге. Вода в виде крепкого водоаммиачного раствора постепенно накапливается в нижней части испарителя аммиачных систем, откуда ее периодически удаляют через дренажные ресиверы, маслосборники. Аммиак в присутствии воды вызывает сильную коррозию меди, цинка и их сплавов.

Продукты коррозии выносятся хладагентом в узкие места системы (обычно это регулирующие вентили) и забивают их, прекращая подачу хладагента, а также загрязняют поверхности теплопередачи. В установках, работающих на фреоне-22, вода ведет к образованию густых маслянистых осадков, загрязняющих трубы, фильтры и дроссельные устройства. В установках, использующих фреон-12, вода способствует омеднению стальных поверхностей. В присутствии влаги масло вступает в химические реакции с медными частями аппаратуры. Унесенная медь затем выпадает на стальных частях машин и аппаратов, уменьшая при этом зазоры в подшипниках, нарушая работу клапанов и сальников. Все это предъявляет высокие требования к степени осушения хладагентов, не растворяющихся в воде. Перед заправкой хладагентом фреоновые системы следует подвергать тщательной осушке способом вакуумированию, продувать сухим инертным газом. Гидравлические испытания фреоновых систем не проводят.

При испытании на прочность и плотность применяют сухой воздух и затем осушают, как правило, сухим азотом. Для удаления влаги, попавшей в систему, в регулирующих станциях фреоновых холодильных установок имеются специальные устройства — осушители, в которых влага адсорбируется (поглощается) специальными веществами. В качестве адсорбентов применяют алюмогель, силикагель или цеолиты. Алюмогель и силикагель — вещества на основе окиси алюминия и окиси кремния, из которых предварительным нагревом удалена вода. Цеолиты — специально подобранные вещества.

Они пропускают молекулы воды и задерживают более крупные молекулы фреона. Заключение

Не каждое вещество может быть использовано в качестве хладагента. При выборе хладагента необходимо учитывать:

1) Термодинамические свойства вещества. К ним относятся: предельные значения температур существования жидкой фазы, диапазон рабочих давлений в области заданных температур кипения и конденсации, объемная холодопроизводительность, отношение давлений pк/ p0, эффективность теоретического холодильного цикла. Эти свойства определяют оптимальную область применения хладагента и оказывают основное влияние на экономические показатели.

2) Теплофизические свойства. К ним относятся: вязкость жидкого и парообразного холодильного агента, теплопроводность, поверхностное натяжение жидкости, удельная теплоемкость, плотность. Эти свойства влияют на коэффициенты теплоотдачи, т. е. определяют необходимую площадь теплопередающей поверхности теплообменных аппаратов.

3) Физико-химические свойства. К ним относятся: относительная молекулярная масса, взаимодействие с маслами, растворимость воды, взаимодействие с металлами и органическими веществами, химическая стойкость, текучесть. Эти свойства определяют конструктивные особенности эксплуатации холодильных установок и установок кондиционирования воздуха.

4) Физиологические свойства. Влияние хладагента и продуктов его разложения на здоровье человека, на качество пищевых продуктов.

5) Экономические показатели. Наряду со стоимостью хладагента на эксплуатационные расходы и на суммарные экономические показатели (стоимость холода, стоимость хранения продуктов) в той или иной степени влияют все перечисленные свойства хладагентов. Таким образом, требования, предъявляемые к рабочим веществам установок кондиционирования воздуха, весьма разнообразны и являются определяющими при выборе холодильного агента в зависимости от имеющих различное функциональное назначение схемах установок.

Список литературы

Курылев Е.С., Герасимов Н. А. Холодильные установки: Учебник для вузов, обучающих по специальности «Холодильные и компрессорные машины и установки» — Л.: Машиностроение, 1980. — 622 с. Теплофизические основы получения искусственного холода: Справочник серии «Холодильная техника». Главный редактор А. В. Быков. М.: Пищевая промышленность, 1980. — 232 с. Тыркин Б. А. Монтаж холодильных установок — М.: Стройиздат, 1986- 183 с. Богданов С. Н., Иванов О. П., Куприянова А. В. Холодильная техника. Свойства веществ. Справочник — Л.: Машиностроение, 1976 — 168 с. ГОСТ Р 12.

2.142−99 «Cистемы холодильные холодопроизводительностью свыше 3,0 кВт».ГОСТ 19 212−87 «Дифтордихлорметан (хладон 12). Технические условия».ГОСТ 8502−88 «Хладон 22. Технические условия».ГОСТ 29 265−91 «Хладагенты органические. (Хладоны). Цифровые обозначения».ГОСТ ISO 817−2014 «Хладагенты. Система обозначений».Приложения

Приложение 1. Физические свойства холодильных агентов

Группа хладагента Номер хладагента Химическое название Химическая формула Относительная молекулярная масса Газовая постоянная, Дж/(кг*К)Точка кипения при 101,3кПа = атм.

давлении, °CТемпература замерзания, °CКритическая температура, °CАбсолютное критическое давление, бар

ГорючестьТемпература воспламенения, °C Взрывоопасный диапазон концентрации в воздухе% по объему % по объему1R11ФтортрихлорметанCCl3F137,460,523,8−11 119 843,7R12ДифтордихлорметанCCI2F2120,968,6429,8−15 811 241,2R12В1ДифторбромхлорметанCBrClF2165,4−4R13ТрифторхлорметанCCIF3104,579,64−81,5−18 128,838,6R13В1ТрифторбромметанCBrF3148,955,9−58−1 686 739,6R22ДифторхлорметанCHCIF286,596,2−40,8−1 609 649,3R23ТрифторметанCHF370,0−82R113ТрифтортрихлорэтанCCI2FCCIF2187,444,4447,7−35 214,134,1R114ТетрафтордихлорэтанCCIF2CCIF2170,948,643,5−94 145,732,8R115ПентафторхлорэтанCCIF3CF2154,553,84−38,7−1 068 031,2R500R12 (73,8%)+R152a (26,2%)CCI2F2/CH3CHF299,2983,75−28−15 910 543,4R502R22 (48,8%) +R115 (51,2%)CHCIF2/CCIF2CF311274,52−45,69 042,7R744Углекислый газ

СО244 189−78,5−56,63 173,82R30Метилен хлористыйCH2CI284,9978,640,1−96,725 046,1R40Метил хлористыйCH3CI50,5164,7−24−97,614 366,86257,118,5R160Этил хлористыйC2H5CI64,5128,912,5−138,7187,252,75 103,614,8R611Метил формат

С2Н4О260 138,631,2−104,4 214 604 564,520R717АммиакNH317488,3−33,3−77,9132,4 113 630 1528R764Двуокись серыSO264129,8−10,0−75,5157,578,8R1130

Дихлорэтилен

СНСl-СНСl96,985,848,5−56,724 353,34586,2163R170Этан

С2Н630 276,5−88,6−18 332,1495153,015,5R290Пропан

С3Н844 188,6−42,8−18 896,842,64 702,19,5R600БутанC4H1058,1143,20,5−135 152,835,53 651,58,5R600аИзобутан

СН (СН3)358,1143,2−10,2−145 133,7374601,88,5R1150

ЭтиленC2H428296,1−103,7−169,49,550,64 252,734R1270

Пропилен

С3Н642,1197,7−48−18 591,546,4 972,011,4[5. Приложение А]