Классификация холодильных агентов

Для успешного выполнения функций хладагент должен удовлетворять набору требований, которые можно разделить на группы:

термодинамические (высокие холодопроизводительность, теплопроводность и теплопередача);
физико-химические (низкая коррозийная активность и негорючесть);
физиологические (безвредность для человека);
экономические (низкая стоимость, доступность и распространенность);
экологические (озонобезопасность и низкий потенциал глобального потепления).

Практически невозможно найти хладагент, который бы удовлетворял всем требованиям, поэтому при проекти ровании систем холодоснабжения вещество выбирается под конкретные условия работы холодильного агрегата.

Синтетические хладагенты

Фреоны (хладоны) – техническое название группы химических соединений на основе метана или этана. Эти безвредные для здоровья человека газы не имеют цвета и запаха, плохо растворимы в воде, невзрывоопасны и негорючи, что делает их идеальными хладагентами. Неудивительно, что с изобретением первого фреона в 1928 году началось бурное развитие холодильной промышленности и сферы кондиционирования воздуха. Вещества групп ХФУ (хлорфторуглероды) и ГХФУ (гидрофлорфторуглероды) заняли доминирующее положение в сфере промышленного и коммерческого холода, полностью вытеснив использовавшиеся до них «природные» хладагенты (в том числе аммиак).

Классификация холодильных агентов

Но как выяснилось позже, фреоны, не оказывая прямого вреда здоровью человека, вредят ему косвенно, уничтожая озоновый слой земли и содействуя всемирному потеплению. Ученые, которые выдвинули эту теорию, получили Нобелевскую премию, а опасные фреоны были запрещены Монреальскими протоколам и последующими международными нормами.

На данный момент фреоны классифицируют исходя из степени их экологической безопасности:

1. очень высоким потенциалом истощения озона обладают ХФУ, поэтому фреоны R-11, R-12, которые широко использовались в бытовых холодильниках, запрещены Монреальскими протоколами;
2. ГХФУ вызывают слабое истощение озонового слоя, поэтому Киотскими протоколами их производство и применение было ограничено, а к 2050 году планируется их полный вывод из употребления. Сейчас ведется поиск адекватной замены опасному R-22, который являлся основным хлададгентом в промышленных холодильных установках;
3. Фторуглеводороды и гидрофторуглероды (ГФУ), которые не содержат хлора, имеют короткий срок жизни в атмосфере и не несут опасности озоновому слою. Сейчас эти фреоны (например, R-134а и R-404а) считаются альтернативными заменителями запрещенных фреонов, проигрывая им, однако, качественными характеристиками и существенной дороговизной.

На данный момент насчитывается свыше 50 фреонов и смесей, которые применяются в холодильном оборудовании. Самым распространенным, который позиционируется как основная замена запрещенному R-12, является хладон R-134а: он используется в бытовых и промышленных холодильных системах, а также в системах кондиционирования воздуха.

Это бесцветный газ, который хоть и проигрывает в характеристиках R-12 и выше по цене, но безопасен для здоровья человека и окружающей среды. Однако при его использовании необходима проверка холодильной системы на утечку, т.к. при попадании воздуха могут образовываться горючие смеси.

Природные хладагенты

Такие естественные хладагенты, как аммиак, углеводороды (пропан и бутан), вода и диоксид углерода (СО₂), которые до открытия фреонов были основными хладагентами в холодильной технике, после запрета опасных фреонов снова используются в промышленности.

Аммиак

Являясь экологически безопасным хладагентом, аммиак для человеческого здоровья опасен сильно. Также он огнеопасен, при некоторых условиях взрывоопасен, однако имеет высокую удельную холодопроизводительность и часто встречается в природе. Аммиак широко используется при обеспече нии холодом предприятий: аммиачные холодильные установки применяются в основных отраслях пищевой промышленности по всему миру, как рабочая жидкость он циркулирует в средних и крупных тепловых насосах, применяется в складах низкотемпературного хранения и для получения ледяной воды. В менее мощных установках аммиак комбинируется с правильно выбранным хладоносителем, используется в каскадных циклах вместе с СО₂ в полугерметичных и герметичных компрессорах, в жидкостных охладителях для кондиционирования воздуха.

Углеводороды

Углеводороды, обладая великолепными термодинамическими характеристиками, прекрасно подходят в качестве хладагентов, а схожесть с опасными фреонами R-12 и R-22 обеспечивает легкую переориентацию промышленных холодильных машин на работу с углеводородами. Сейчас бутан успешно применяется в домашних холодильниках и небольших промышленных установках, а пропан широко используется в холодильной промышленности и холодильных транспортных установках. Но высокая горючесть и легковоспламенимость углеводородов обуславливает применение усиленных мер безопасности и разработку особых конструкций теплообменного оборудования. Так размеры пропанового компрессора должны быть больше, чем при использовании в холодильной машине R-22 заданной производительности, а заправленный пропаном тепловой насос рекомендуется размещать в отдельном помещении.

тепловые насосы

Вода

Благодаря высоким термодинамическим свойствам вода является прекрасной рабочей жидкостью для высокотемпературных промышленных тепловых насосов. Она широко используется в открытых и полуоткрытых системах, но из-за низкой теплоемкости для ее использования в герметичных системах необходимо применение особо мощных турбокомпрессоров. Однако в сравнении со среднетемпературной холодильной камерой, которая работает на R-134a, применение воды в холодильных агрегатах продемонстрировало большой потенциал экономии энергии (до 25%). Поэтому сейчас в Европе ведутся работы над прототипами радиальных и осевых компрессоров, которые бы обеспечивали достаточную мощность охлаждения, работающего на воде холодильного оборудования.

Углекислый газ

Углекислый газ широко распространен в природе, очень дешев, нетоксичен, негорюч, безопасен для окружающей среды. В области субкритических температур системы с СО₂ превосходят по эффективности оборудование на фреонах, а для работы со сверхкритическими температурами оборудование требует оптимизации. Сейчас все большую популярность приобретают каскадные установки, в нижнем контуре которых циркулирует СО₂, а в верхнем – аммиак; такие системы применяются для оборудования холодильных складов, супермаркетов, предприятий пищевой промышленности и других объектов. Также предлагается использовать СО₂ в тепловых насосах и бытовых холодильниках.

Также рекомендуем статьи:

СО2 как современный хладагент для промышленного холода

Классификация систем холодоснабжения

Очистка пластинчатых теплообменников