Применение хладагентов
Покупатели бытовых кондиционеров и крупных систем кондиционирования периодически задаются вопросом: "Насколько вреден фреон, используемый в системе? Разрешено ли его применение?"
Из использующихся в настоящее время, хладагент R12 признан одним из самых вредных фреонов. До недавнего времени он широко применялся в домашних холодильниках. Токсичность фреонов при прямом воздействии на человека незначительна и нормируется величиной предельно допустимой концентрации (ПДК), которая составляет 300мг/м3 для R12; 3000 мг/м3 для R22 и большинства других фреонов. Чем же тогда так вреден R12?
Как показали научные исследования, R12, попадая в верхние слои атмосферы, способствует разрушению озонового слоя Земли. Это в свою очередь приводит к повышенному проникновению ультрафиолетовой радиации к поверхности Земли, которая оказывает разрушительное воздействие на живые организмы и человека в частности.
Именно поэтому ученые обеспокоены этой проблемой, имеющей планетарное значение. Действительно, фреон R12, выпущенный в атмосферу в Европе, может увеличить поток ультрафиолета в Америке.
Вслед за R12 прекратится выпуск и использование R22. Сегодня около 85% кондиционеров используют хладагент R22. В качестве хладагентов, заменяющих R22, предлагаются R134а, R407с и R410A.
В соответствии с Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП) в 1987 г. вступил в действие "Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой" во исполнение Венской конвенции об охране озонового слоя 1985 г., предусматривающий постепенное сокращение производства и потребления ряда хлорфторуглеродов.
Озоноразрушающая активность хладагентов оценивается величиной озоноразрушающего потенциала, который может принимать значения от 0 (для озонобезопасных хладагентов) до 13 (для озоноразрушающих).
Так озоноразрушающий потенциал R12 равен 1,0; R22 - 0,05; R134а - 0; R407C - 0.
Значит ли это, что проблема создания новых хладагентов решена и они отвечают всем предъявляемым требованиям.
К сожалению, идеального хладагента пока не существует, и приходится идти на компромиссы. R134а не разрушает озоновый слой, но его термодинамические свойства далеки от совершенства.
Хладагент, являющийся рабочим телом кондиционера, выбирается разработчиками систем кондиционирования с учетом большого числа факторов: эффективности работы оборудования, стоимости, пожаробезопасности и токсичности. Требования к холодильным агентам постоянно пополняются и уточняются под конкретные задачи.
Основными факторами, определяющими выбор хладагента, безусловно, являются его термодинамические и теплофизические характеристики. Они влияют на эффективность, эксплуатационные показатели и конструктивные характеристики кондиционеров. Широкое применение в холодильной технике нашли фторхлоруглеродные хладагенты (фреоны), обладающие требуемыми термодинамическими и теплофизическими качествами. Свойства хладагентов зависят от структуры молекулы вещества, присутствия соотношения молекул фтора, хлора и водорода в его составе (рис.1).
Вещества с высоким содержанием молекул водорода являются горючими и при их применении пожароопасными.
Вещества с содержанием фтора обладают токсичностью и их применение ограничено санитарными нормами.
Вещества с малым содержанием водорода долго "живут" в атмосфере, не разлагаясь на части, поглощаются биосферой Земли и являются экологически нежелательными.
Рис.1
На рис.1 указаны как "запретные" области по факторам горючести, токсичности и стабильности веществ в атмосфере и область допустимого состава для использования в качестве альтернативных R12 и R22 хладагентов.
На диаграмме для группы метана (рис. 2) мы видим, что холодильные агенты R11 и R12 лежат в области экологически неблагоприятных хладагентов. Широко применяемый в настоящее время хладагент R22 хотя и лежит в области допустимой для применения, но все же содержит в своем составе атом хлора и поэтому является "озоноопасным". "Озоноопасность" R22 составляет всего 5% от "озоноопасности" хладагента R12, что нашло отражение в Монреальском протоколе в сроках реализации сокращения выпуска. На диаграмме веществ группы этана (рис.3) интерес для промшленности представляют хладагенты R134a и R125. R134a предложен как альтернатива традиционному хладагенту R12, широко используемому в холодильной технике и, в частности, в чиллерных системах.
Рис.2
Для применения в кондиционерах хладагент R134a недостаточно привлекателен по своим термодинамическим характеристикам. Для модификации его свойств, к нему добавляют хладагенты R32 и R125. Присутствие в смеси каждого хладагента обеспечивает придание необходимых свойств смеси и выполняет определенную функцию. R32 (23%) способствует увеличению производительности. R125 (25%) исключает горючесть смеси. R134а (52%) определяет рабочее давление в контуре хладагента.
Смесь хладагентов такого состава получила марку R407C. Подобно хладагенту R22, R407C обладает малой токсичностью, химически стабилен и не горюч. Если произошла утечка хладагента, то к негативному влиянию нехватки хладагента на работу кондиционера добавляется и отрицательное влияние изменения ее состава. Оставшийся в системе хладагент имеет отличный от оптимального состав и его нельзя использовать для работы без доработки. Поэтому при ремонте необходимо слить оставшийся хладагент полностью и заправить систему новой смесью оптимального состава. 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. Рабочее давление в системе, заправленной хладагентом R407C, несколько выше, чем в случае хладагента R22 (табл.1).
Рис.3
Традиционно используемое с хладагентом R22 минеральное масло не пригодно в сочетании с R407C. Новый хладагент плохо смешивается с минеральным маслом, в особенности, при низких температурах и образует с ним расслаивающуюся двухфазную смесь. Это приводит к неудовлетворительной смазке компрессора из-за периодического попадания в зону смазки жидкого хладагента вместо масла. Это приводит к быстрому износу трущихся частей компрессора. Кроме того, плохо растворимое в хладагенте масло, имеющее при низких температурах высокую вязкость, забивает капиллярные трубки и нарушает нормальную циркуляцию хладагента.
Чтобы обойти эти трудности, хладагент R407C применяется в сочетании с эфирным маслом, растворимым 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.
Табл.1
|