Контрольная работа: Свойства холодильных агентов

Холодильные агенты для систем комфортного кондиционирования выбираются производителями техники по физическим и термодинамическим свойствам: рабочим давлениям, удельной объемной холодопроизводительности и др. Важно также, чтобы холодильный агент обладал термической стабильностью, стабильностью в смеси с маслом, был негорюч, нетоксичен, имел невысокую стоимость.

Токсичность фреонов при прямом воздействии на человека незначительна и нормируется величиной предельно допустимой концентрации (ПДК), которая составляет 300мг/м3 для R12 и 3000 мг/м3 для R22 и большинства других фреонов. Однако, как показали научные исследования, хлорсодержащие холодильные агенты, к которым относятся R12 и R22, попадая в верхние слои атмосферы, способствует разрушению озонового слоя Земли. Это приводит к повышенному проникновению ультрафиолетовой радиации к поверхности Земли, оказывающей разрушительное воздействие на организм человека.

Именно поэтому мировое сообщество обеспокоено этой экологической проблемой, имеющей глобальное значение. 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.

Свойства холодильных агентов зависят от структуры молекулы вещества, присутствия в его составе и соотношения молекул фтора, хлора и водорода (рис.1.1.).

Рис.1.1.

Вещества с высоким содержанием молекул водорода являются горючими и при их применении пожароопасными.

Вещества с малым содержание фтора обладают токсичностью и их применение ограничено санитарными нормами.

Вещества с малым содержанием водорода долго живут в атмосфере не разлагаясь на части, поглощающиеся биосферой Земли, и являются экологически нежелательными.

На рис.1 указаны как «запретные» области по факторам горючести, токсичности и стабильности веществ в атмосфере, так и область допустимого состава для использования в качестве альтернативных холодильных агентов.

На диаграмме для группы метана (рис.1.2) мы видим, что холодильные агенты R11 и R12 лежат в области экологической неблагоприятных холодильных агентов. Широко применяемый, в настоящее время холодильный агент R22, хотя и лежит в области допустимой для применения, но все же содержит в своем составе атом хлора и поэтому является «озоноопасным». Оцененная по бальной системе «озоноопасность» R22 составляет всего 5% от «озоноопасности» хладагента R12, что нашло отражение в Монреальском про­токоле в сроках реализации сокращения выпуска R22 и ограничения его производства с 2005 года.

Оборудование на холодильном агенте R22 холодопроизводительностью свыше 100 кВт в Европе перестали производить в 2000 г. Малые системы кондиционирования (до 100 кВт) на R22 перестали выпускать с 2004 г. Производство R22 полностью не останавливается до 2015 г. для поддержания работы существующего парка оборудования.

Рис.1.2

Рис.1.3.

На диаграмме веществ группы этана (рис.1.3) интерес представляют хладагенты R134a и R125. R134a предложен как альтернатива традиционному холодильному агенту R12, широко использовавшемуся в холодильной технике, и, в частности, в чиллерных системах.

1.3.2. Какие холодильные агенты применяются, а какие перспективны?

Сегодня большинство комфортных кондиционеров, поставляемых в Россию, использует хладагент R22.

Для применения в кондиционерах комфортного назначения с диапазоном температур испарения 0-150С и конденсации ниже 600С, хладагент R134a недостаточно привлекателен по своим термодинамическим характеристикам. В качестве холодильных агентов заменяющих R22 предлагаются R407с и R410A.

Наилучшими термодинамическими свойствами для комфортных кондиционеров обладает R32. Однако этот хладагент горюч.

Исправить этот недостаток можно, применяя смесь R32 и R125. В смеси эти холодильные агенты не горят, имеют минимальный глайд. Эта смесь в концентрации 50% / 50% с термодинамическими свойствами лучше, чем у R22, имеет обозначение R410А. Недостатком данной смеси является более высокий уровень давлений (табл.1.1.), чем у традиционного хладагента R22. Для применения его в кондиционерах необходимо специально создать компрессорное оборудование на более высокий уровень давлений, теплообменники, трубы, ресиверы, фильтры – вся гидравлическая часть кондиционера должна быть рассчитана на работу при более высоком уровне давлений. Разработка новой техники на холодильном агенте R410А окупается у потребителя снижением энергопотребления на кондиционирование на 20-30%.

Сегодня также применяют смесь холодильных агентов — R407с. Эта смесь отличается от R410А тем, что для снижения уровня рабочих давлений в смесь R32 и R125 добавляют холодильный агент R134а. 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% ) — снижает рабочее давление смеси

Смесь хладагентов такого состава получила марку R407C. Подобно хладагенту R22, R407C обладает малой токсичностью, химически стабилен и не горюч.

Хотя смесь R407с и менее термодинамически совершенна, чем R410А (ниже холодильный коэффициент, выше температурный глайд) по уровню рабочих давлений она наиболее близка к R 22, что позволяет производителям техники использовать существующее компрессорное и теплообменное оборудование и с минимальными затратами перейти на альтернативные холодильные агенты.

Основная разница в характеристиках прежнего хладагента CHF2Cl (R22) и новых R407C и R410A заключается в величине давлений при рабочих температурах и типе масел, совместимых с данными хладагентами.

Рабочее давление в системе, заправленной хладагентом R407C, несколько выше, а для R410A существенно выше, чем в случае хладагента R22:

Таблица 1.1.

Сегодня DAIKIN выпускает все оборудования на озонобезопасных холодильных агентах R410а и R407C. Однако, более высокое термодинамическое совершенство хладагента R410А (более низкое энергопотребление) делает его более перспективным и доля климатического оборудования на R410А постоянно возрастает, вытесняя как R22 так и R407C.

Безусловно, работа с новыми озонобезопасными хладагентами прибавляет трудности монтажным организациям и сервисным службам. Однако выбирать не приходится, так как ведущие производители кондиционеров, учитывая требования времени, уже начали выпуск оборудования на новых холодильных агентах и постоянно увеличивают объем их производства.

Все новые конструктивные и технологические решения в кондиционировании реализуются только на оборудовании с альтернативными холодильными агентами. На долю привычного R22 остались решения прошлого века. Новых разработок на R22 не проводится, что также определяет направленность интересов потребителя на оборудование с озонобезопасными холодильными агентами.