Робочі тіла парокомпресійних теплових насосів

Для теплового насосу, розглянутого в роботі, необхідно підібрати таке робоче тіло, яке буде кипіти в випарнику при температурі приблизно на 10 °C нижче температури навколишнього повітря (низькопотенційного джерела теплоти) при тисках близьких до атмосферного. При цьому тиск в конденсаторі при температурі 55 °C (на 10 °C більше температури газу, що підігрівається) не повинен бути достатньо великим (не більше 2 МПа).

Таким параметрам відповідають холодоагенти R134a, R600a, R245fa, R410А і деякі інші. Для подальшого розгляду прийняті саме ці робочі тіла, так як є досить великий досвід їх використання на практиці.

Розглянемо найбільш перспективні холодоагенти, що знайшли застосування в сучасних теплових насосах.

Холодоагент R600a. Хімічна формула С₄Н₁₀ (ізобутан). У порівнянні з холодоагентами R12 і R134a ізобутан має значні екологічні переваги. Цей природний газ не руйнує озоновий шар (ODP = 0) і не сприяє появі парникового ефекту (GWP = 20). Маса холодоагенту, що циркулює в агрегаті при використанні ізобутану, значно скорочується (приблизно на 30%). Питома маса ізобутану в 2 рази більша питомої маси повітря - газоподібний R600a стелиться по землі. Ізобутан добре розчиняється у мінеральному маслі, має більш високий, ніж R12, холодильний коефіцієнт, що зменшує енергоспоживання.

Ізобутан горючий, легко загорається і вибухонебезпечний, але тільки при з'єднанні з повітрям при об'ємній частці холодоагенту 1.3-8.5%. Нижня межа вибухонебезпечності (1.3%) відповідає 31 г. R600a на 1 м³ повітря. Температура загоряння дорівнює 460 °C.

Холодоагент R134а. Хімічна формула CF₃CFH₂ (тетрафторетан). Молекула R134a має менші розміри, ніж молекула R12, що робить більш значною небезпеку витоків. Відноситься до групи ГФУ (HFC). Потенціал руйнування озону ODP = 0, потенціал глобального потепління GWP = 1370. Холодоагент R134a нетоксичний і не запалюється у всьому діапазоні температур експлуатації. Проте при попаданні повітря в систему і стиску можуть утворюватися горючі суміші. Не слід змішувати R134a з R12, тому що утворюється азеотропна суміш високого тиску з масовими частками компонентів 50 і 50%. Тиск насиченої пари цього холодоагенту трохи вище, ніж у R12 (відповідно 1.16 і 1.08 МПа при 45 °C). Пар R134a розкладається під впливом полум'я з утворенням отруйних і дратівливих сполук, таких, як фторводород.

За класифікацією ASHRAE цей продукт відноситься до класу А1. У середньотемпературному обладнанні (температура кипіння -7 °C і вище) R134a має експлуатаційні характеристики, близькі до R12.

Для R134a характерні невелика температура нагнітання (вона в середньому на 8-10 °C нижче, ніж для R12) і невисокі значення тиску насичених парів.

Через значний потенціал глобального потепління рекомендується застосовувати R134a в герметичних системах. Вплив R134a на парниковий ефект в 1300 разів сильніше, ніж у СО₂.

Для роботи з холодоагентом R134a рекомендуються тільки поліефірні холодильні масла, які характеризуються підвищеною гігроскопічністю.

Холодоагент R410А. Торгова марка SUVA9100. Являє собою подвійну азеотропную суміш гідрофторвуглеців R32 і R125 при рівних масових частках компонентів (50 і 50%). Потенціал руйнування озону ODP = 0. Потенціал глобального потепління GWP = 2100. Питома продуктивність R410А приблизно на 50% більше, ніж у R22 (при температурі 54 °C), а робочий тиск у циклі на 35-45% вище, ніж у R22, що призводить до необхідності внесення конструктивних змін в компресор і теплообмінники, а отже до зростання капітальних витрат.

Оскільки щільність R410А вище, ніж R22, компресор, комунікаційні лінії і теплообмінники повинні мати менші розміри.

Холодоагент R245fa. HFC-245fa також відомий як пентафторпропан і його хімічна назва 1,1,1,3,3-pentafluoropropane. Він не має потенціал руйнування озону ODP = 0 і майже не токсичний. Потенціал глобального потепління GWP = 1050. Практично не схильний до біодеструкції з терміном служби 7.2 роки, після чого в кінцевому підсумку він випаровується в атмосферу. Одним з недоліків R245fa є його висока вартість.

Дата добавления: 2015-07-13