Фреоны – вещества, физические характеристики которых позволяют использовать их в качестве рабочих тел (хладагентов) в холодильных машинах, чиллерах. В чём заключается сходство и различие различных марок, представленных на рынке?
Принцип работы рефрижератора
Цикл работы холодильника состоит сжатия и нагрева хладона, конденсации с рассеянием полученного тепла. Далее жидкость проходит через жиклер, попадает в зону пониженного давления, кипит при низкой температуре с поглощением тепла извне. При кипении происходит основной процесс холодильного цикла – охлаждение. Затем образовавшийся пар снова сжимается и круг повторяется.
В качестве хладагента подбираются химические соединения, подходящие по теплофизическим характеристикам. Т. е. имеющие температуру кипения -20…-50 С при нормальных условиях (t= 0С и давлении 1 атм.).
Этим требованиям очень хорошо соответствует представитель предельных углеводородов (парафинов) – пропан, состоящий из 3 атомов углерода и 8 водорода. Тот самый, который используется в качестве горючего газа в кухонных плитах. Но у него есть существенный недостаток – он горюч, что создаёт опасность пожара или взрыва при утечке в системе чиллере.
Избежать опасности удалось при использовании производных парафинов, в которых один или несколько атомов водорода заменены галогенами – F или Cl, имеющие торговое название «Фреоны».
Фреон R22 (запрещен к использованию)
22-й — производный метана СН4. В нём два атома водорода заменены фтором и один — хлором. Химическое наименование – дифторхлорметан. Теплофизические параметры — близкие с пропаном. Теплота испарения 1 кг 22-го хладона приблизительно вдвое ниже, чем у пропана, но и плотность пара вдвое выше. Так, что при небольшой перенастройке системы получается паритет.
Он не горюч, не ядовит, не способен поддерживать дыхание. Тяжелее воздуха, поэтому при больших объёмах утечки может заполнить помещение компрессорной и вызвать удушье из-за недостаточного количества кислорода. Опасность ликвидируется простым проветриванием.
Недостаток у нашего хладона заключается в наличии в составе Cl. Он, как оказалось, способствует разрушению озонового слоя в атмосфере Земли. В связи с вновь открывшимся обстоятельством эксплуатация хлорсодержащих хладагентов была запрещена или ограничена. Так 22-й фреон должен быть полностью исключён состава рабочих тел холодильников, чиллеров после 2020 года.
В связи с этими запретами пришлось разрабатывать новые хладагенты, не содержащие хлора и не оказывающие разрушительного воздействия на окружающую среду. Но наряду с очередными разработками необходимо было учитывать огромный парк действующего оборудования. Поэтому, ещё одним требованием, предъявляемым к новым хладонам, была возможность использования в существующих холодильных агрегатах.
Подобрать адекватную однокомпонентную замену 22 фреону не удалось. Решение возникшей задачи было найдено с применением смеси хладагентов.
Фреон R407 (пример чиллера: Aytek Protech)
Хладон 407 состоит из R32, R125 и R134а, смешанных в соотношении 23, 25 и 52 %% соответственно. По теплофизическим параметрам полученный вариант очень близок к R22. У него выше температура кипения при нормальных условиях, больше теплота испарения. Другими словами, для получения нужного уровня холода компрессор должен работать при более низком давлении, т. е. более нагруженным. Но производительность замораживания будет на более высоком уровне.
Разница величин составляет около 10 %. Это укладывается в расчётную погрешность с учётом потерь тепла на диффузию, но, тем не менее, стоит различия учитывать при проектных расчётах.
Существенный недостаток 407-го хладагента заключается в его многокомпонентности. При наличии утечек, составляющие улетучиваются неравномерно, что создаёт значительные сложности при дозаправке. При больших потерях приходится выпускать из системы оставшийся газ и заправлять её заново, что при гораздо более высокой цене составляет значительную сумму затрат.
К тому же, использование R407 требует более дорогого синтетического масла, в то время, как 22-й позволяет обходиться минеральным.
Фреон R410A (пример чиллера: Aytek Novatech)
Ещё один хладагент, призванный заменить вредный для верхних слоёв атмосферы дифторхлорметан.
Так же, как и предыдущий, он состоит их нескольких компонентов – R32 и R125 в равных количествах.
И аналогично ему имеет набор достоинств и недостатков.
Преимущества 410А:
— более низкая температура кипения при нормальных условиях
— выше теплота парообразования
— возможность частичной дозаправки при утечке
Но наряду с положительными свойствами хладон обладает и рядом отрицательных.
Недостатки 410А:
— Большее, чем у R22 давление
— Высокая стоимость
— Необходимость заправки объёмов синтетическим маслом
Выбрав чиллер, работающий на хладагенте 410А можно получить более низкие температуры и большую холодопроизводительность при равных характеристиках компрессора.
В случае появления негерметичности в нет необходимости выпускать всю массу рабочего тела подобно 407-му и производить дорогостоящую заправку заново. Можно просто добавить потерянный объём, несмотря на двухкомпонентность.
Синтетическое масло, требуемое для работы чиллеров, обладает высокой гигроскопичностью, поэтому при заправке следует соблюдать меры предосторожности. В противном случае влага, попавшая внутрь, может замерзнуть и привести к необходимости выпуска фреоны и новой герметизации и осушения системы.
Большое рабочее давление делает невозможной работы на 410 хладагенте хладоагрегатов, спроектированных для 22-го.
Дополнение о вреде R22
Хладоны 12, 22 были разработаны компанией DuPont. Это были недорогие и эффективные хладагенты, быстро завоевавшие широкое признание в «рефрижераторных» кругах.
Оборотная стороны дешевизны и популярности заключается в том, что производить подобную продукцию под другим названием («Фреон» – это торговая марка, принадлежащая Дюпон), создав конкуренцию изобретателям.
Заметив снижение продаж и падение доходов, DuPont вынуждена была принимать некоторые меры для выживания на конкурентном рынке.
Спустя время появились сведения, что хлор, содержащийся в доступных и простых в производстве холодильных агентах, способствует разрушению озонового слоя, защищающего Землю о вредоносного космического излучения. Последовали запретительные меры, а сообществу холодильщиков были предложены более дорогие и сложные составы. Но они не содержали вредного галогена.
Сложно понять, правда это или нет, но есть сведения, что информация о вреде R22 и ему подобных вместе с инициацией запрета производства и использования исходила от той же DuPont.
Выводы:
Сопоставив все приведённые сведение, взвесив за и против, можно дать следующие рекомендации:
— Если оборудование рассчитано на 22 фреон следует пользоваться именно им до тех пор, пока есть возможность его приобретения за разумную цену, и нет окончательного запрета на применение.
— При приобретении новых рефрижераторных агрегатов, проектировании холодильного производства или хранилища надо произвести тщательный технико-экономический расчёт. Учесть требуемые режимы и холодопроизводительность, стоимость оборудования и его эксплуатации. Также учесть близость 2020 года с полным запретом хлорсодержащих хладонов.
И только после полного анализа всех факторов делать вывод о применении оборудование, предназначенного для того или иного фреона.