Экологические проблемы применения хладонов

Маркировка ХА

Международное обозначение рабочих веществ холодильных машин – буква R (от Refrigerant – ХА) и набор цифр, которые имеют определенную расшифровку.

Неуглеводородные ХА обозначают цифрой 7 и к ней добавляется молекулярная масса вещества. Например: вода – R718; аммиак – R717; углекислый газ – 744 и т.д.

Таблица 3.1. Теплофизические параметры некоторых хладагентов

№ п/п	Химическое наименование	Обозначение	Химическая формула	Температура кипения t s, °С	Критическая температура t кр, °С	Критическое давление Р кр, МПа	Показатель адиабаты k
	Вода	R718	H2O		374,15	22,6	1,33
	Воздух	R729	-	-194,4	140,7	3,76	1,4
	Аммиак	R717	NH3	-33,35	132,4	11,5	1,31
	Диоксид углерода	R744	CO2	-78,3 (субл.)	31,2	7,5	1,32
	Фреон-11	R11	CFCl2	23,7	198,0	4,5	1,13
	Фреон-12	R12	CF2Cl2	-29,8	112,04	4,2	1,14
	Фреон-13	R13	CF3Cl	-81,5	28,78	3,9	-
	Фреон-22	R22	CHF2Cl	-40,8	96,0	5,0	1,16
	Фреон-134а	R134а	C2H2F4	-26,5	100,6	4,056	-
	Пропан	R290	C3H8	-42,1	96,8	4,3	1,14
	Этилен	R1150	C2H4	-103,9	9,5	5,2	1,24

Хладоны (фреоны) – это фтористые, хлористые производные насыщенных углеводородов. По международной системе принято обозначать исходные углеводороды цифрами:

1 – метановый ряд хладонов (метан – CH₄);

11 – этановый ряд (этан – C₂H₆);

21 – пропановый ряд (пропан – C₃H₈);

31 – бутановый ряд (бутан – C₄H₁₀).

К цифре, обозначающей исходный углеводород, приписывается число атомов фтора в данном ХА. При отсутствии фтора – 0. Если есть атомы водорода, то у производных метана к 1-й цифре, а у производных этана, пропана и бутана ко 2-й цифре прибавляется число незамещенных атомов водорода. Остальные не занятые валентности – хлор. Число атомов хлора не указывается.

Например, метан CH₄ – R 50. Хладагенты его ряда:

R12 (хладон 12) – CF₂Cl₂ (дифтордихлорметан);

R13 (хладон 13) – CF₃Cl (трифтормонохлорметан);

R22 (хладон 22) – CHF₂Cl (дифтормонохлорметан) и т.д.

Этан С₂H₆ – R170. Хладагенты его ряда:

R143 (хладон 143) – C₂H₃F₃ (трифторэтан);

R134 (хладон 134) – CHF₂-CHF₂ (тетрафторэтан) и т.д.

Как показали многие научные исследования, фреоны содержащие в составе моллекулы хлора (Cl), относятся к озоноразрушающим веществам. Сброс в атмосферу больших количеств таких фреонов ведет к разрушению озонового слоя земной атмосферы и образованию так называемых "озоновых дыр", что пагубно влияет на биосферу планеты.

Озоноразрушающая активность ХА оценивается потенциалом разрушения озона – ODP. По степени озоноразрушающей активности все ХА делят на 3 группы:

1-я – ХА с высокой озоноразрушающей способностью, ODP³1,0. Это хлор-фтор-углеводороды (ХФУ). Международное обозначение – CFC. К таким ХА относятся хладоны R11, R12, R13, R113, R502, R503 и др. или иначе – CFC11, CFC12, CFC13 и т.д;

2-я – ХА с низкой озоноразрушающей активностью, ODP<1,0. Это гидро-хлор-фтор-углеводороды (ГХФУ). Международное обозначение – HCFC. К ним относятся хладоны R21, R22, R141в, R142в, R123, R 124 и др. или иначе HCFC21, HCFC22, HCFC141в и т.д;

3-я – озонобезопасные ХА, без хлора, ODP=0. Это соединения типа FC, HFC, HC и др. К ним относятся хладоны R134, R134a, R152a, R143, R125, R32, R23, R218, R116, R717 и др.

В соответствии с Монреальским Протоколом международного соглашения, подписанного Россией, с 1 января 1996г. запрещено производство и использование фреонов группы CFC, т.е. ХА с высокой озоноразрушающей способностью, ODP³1,0.

Для ХА группы HCFC установлен переходный период до 2020 г. с ограничением использования. С 2020 г. – полный запрет на использование этих веществ.

Выяснилось, что помимо озоноразрушающей способности хладоны несут еще и не менее опасный парниковый эффект. Этот эффект оценивается потенциалом глобального потепления– GWP.

В настоящее время в развитии холодильной техники наметились два направления:

а) перевод существующего оборудования на применение альтернативных рабочих веществ;

б) разработка нового оборудования с использованием озонобезопасных хладагентов.

3.1.5. Требования к альтернативным рабочим веществам:

Экологические – низкие ODP и GWP, не токсичность, не горючесть;

Термодинамические – близость к заменяемым ХА;

Эксплуатационные – термодинамическая стабильность, совместимость с маслами, взаиморастворимость;

Экономические – доступность, низкая цена.

Альтернативными хладагентами могут быть, как чистые вещества, так и смеси. Пока отдается предпочтение чистым веществам.

Например, вместо R12 используется близкий по свойствам R134а. Но у этого ХА есть несколько недостатков:

-при t ₀ <-15°C меньше удельные холодопроизводительности q ₀ и q _v и, как следствие, меньше холодильный коэффициент цикла (примерно на 10%);

-необходимы дорогие полиэфирные смазочные масла на пентаэтритовой основе (например, отечественное – ХС22);

-высокое значение потенциала глобального потепления – GWP.

В перспективе ожидается переход на смеси – азеатропные, квазиазеатропные, зеатропные.

Неизотермичность кипения (глайд) у квазиазеатропных веществ составляет примерно 0,5-1 К, у зеатропных (неазеатропных) – 6-10 К.

Наиболее перспективным претендентом на роль альтернативы R22 в выпускаемом холодильном оборудовании следует считать хладагент R407С. Использование R407С не потребует внесения существенных изменений в конструкцию холодильной установки, за исключением фильтров и предохранительных клапанов. Но не следует забывать, что совместимые с R407С полиэфирные масла чрезвычайно гигроскопичны. Это обстоятельство предъявляет жесткие требования к технологии сборки холодильной машины. Кроме того, для R407С характерны очень низкие (на 25-30 % ниже, чем для R22) значения коэффициента теплопередачи. Поэтому теплообменные аппараты холодильных установок на R407С окажутся более металлоемкими.

Так как масса теплообменников составляет 70-80 % массы холодильной установки, а металл имеет высокий энергетический эквивалент (@1270 кг у.т./т), этот фактор может иметь принципиальное значение при оценке эколого-энергетических перспектив перехода оборудования на какой-либо хладагент.

Дата добавления: 2014-01-20