Хладагенты и окружающая среда

Лекция №2

Тема:Хладагент, холодильные масла

Холодильный агент (хладагент) — рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении и в процессе изотермического расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде за счёт конденсации (воде, воздуху и т. п.).

Хладагент является частным случаем теплоносителя. Важным отличием является использование теплоносителей в одном и том же агрегатном состоянии, в то время, как хладагенты обычно используют фазовый переход (кипение и конденсацию).

Основными холодильными агентами являются: аммиак, фреоны (хладоны), углеводороды. Следует различать хладагенты и криоагенты. У криоагентов ниже температура кипения. Это не касается появившихся в последнее время компрессионных криостатов, способных охлаждать до температур ниже −120 °C без применения жидкого азота, как это было принято последние сто лет.

Принципиальной разницей в использовании холодильных агентов в виде азота, гелия и т. д. является то, что жидкость расходуется и испаряется (как правило, в атмосферу). В холодильных машинах фреон или аналогичный газ ходит по кругу, при помощи компрессора, сжижаясь в конденсаторе, испаряясь в испарителе.

Систематизация и нумерация холодильных агентов

Обозначение хладагентов в форме R-# было предложено фирмой DuPont.

Числа и буквы, стоящие на месте идентификационного номера, определяют молекулярную структуру холодильного агента.

Предельные углеводороды и их галогенные производные обозначаются буквой R с тремя цифрами после неё, то есть в виде Rxyz, где:

x (сотни) равно числу атомов углерода, уменьшенному на единицу;

y (десятки) равно числу атомов водорода, увеличенному на единицу;

z (единицы) равно числу атомов фтора.

Например:

Хладагент R-134a имеет 2 атома углерода, 2 атома водорода, 4 атома фтора, а суффикс «a» показывает, что изомер — тетрафторэтан.

Серии R-400, R-500 обозначают смеси хладоагентов.

Изобутан имеет обозначение - хладоагент R-600a и имеет 0 атомов фтора, 10 атомов водорода, 4 атома углерода, а суффикс «a» показывает, что это изомер.

Различным неорганическим соединениям присвоена серия 700, а идентификационный номер хладагентов, принадлежащих к этой серии, определяется как сумма числа 700 и молекулярной массы хладагента.

Например, для аммиака, химическая формула которого NH3, имеем 1x14+3x1+700=717. Таким образом его обозначение — R717.

Распространенные смеси хладагентов

R-401A - хлорфторуглерод, смесь хладагентов R-32, R-152a и R-124. Предназначен для замены хладагента R-12.

R-404A - гидрофторуглерод, смесь из R-143a (52%), R-125 (44%), и R-134a (4%). Предназначен для замены R-22 и R-502. Температура кипения хладагента, при нормальном давлении -46°C.

R-406A - смесь R-22 (55%), R-600a (4%), и R-142b (41%).

R-407A - гидрофторуглерод, смесь R-32 (20%), R-125 (40%), и R-134a (40%).

R-407C - гидрофторуглерод, смесь R-32(для обеспечения теплоемкости),

R-125(уменьшает горючесть) и R-134a(снижает давление). Имеет более высокую критическую температуру, и более низкий потенциал глобального потепления (Global Warming Potential), чем R-410A.

R-408A - гидрофторуглерод, смесь R-22, R-125 и R-143a. Предназначен для замены R-502. Температура кипения хладагента: -44,4 °C.

R-409A - гидрофторуглерод, смесь R-22, R-124 и R-142b. Температура кипения хладагента: -35,3°C.

R-410A - смесь R-32 и R-125. Предназначен для замены R-22 в бытовых и легких коммерческих системах кондиционирования воздуха.

R-500 - смесь R-12 (73,8%) и R-152a (26,2).

R-502 - смесь R-22 и R-115.

Перспективы применения и особенности хладагентов

Ввиду того, что природные хладагенты, такие как аммиак, диоксид углерода и негалогенированные углеводороды не вредят озоновому слою, и не имеют (как например, аммиак) или имеют очень низкий потенциал глобального потепления (двуокись углерода, углеводороды), то они широко используются в системах кондиционирования воздуха для зданий, в области спорта и досуга, в химической и фармацевтической промышленности, в автомобильной промышленности, и, прежде всего в пищевой промышленности (производство, хранение, розничная торговля).

Европейский Союз ликвидирует хладагенты с потенциалом глобального потепления (ПГП) более 150, в автомобильном кондиционировании воздуха (ПГП = 100 год потепления одного килограмма газа относительно одного килограмма СО2).

Углекислый газ - СО2 (R-744), как природный хладагент, - одна из наиболее перспективных альтернатив существующим сегодня хладагентам. Углекислый газ не воспламеняется, не разрушает озоновый слой, имеет потенциал глобального потепления -1, но является токсичным и потенциально смертельным в концентрациях, превышающих 5% по объему. R-744 можно использовать в качестве рабочей жидкости в системах климат-контроля для автомобилей, в системах кондиционирования воздуха жилых помещений, в тепловых насосах, для коммерческого холодильного оборудования и торговых автоматов.

Хладагент R-134a и некоторые другие смеси являются в настоящее время заменой хлорсодержащих соединений.

Использование пропана высокой степени очистки в качестве хладагента также выгодно, особенно в системах, предназначенных для R-22.

Хладагенты и окружающая среда

Применение и использование холодильных агентов, поднимают вопросы сохранения окружающей среды и глобального потепления. Возникла такая озабоченность в 80-х годах прошлого века, по поводу широко используемых тогда, хладагентов:

R-12 - для автомобильных и малых систем кондиционирования (в Соединенных Штатах было прекращено производство в 1995 году);

R-22 - для жилых и небольших коммерческих систем кондиционирования, холодильников, морозильников (производство должно быть прекращено к 2020 году).

Хладагент R600a - изобутан. Имеет значительные экологические преимущества по сравнению с R12 и R134а.

Изобутан горюч, легко воспламенятся и взрывоопасен, но только при взаимодействии с воздухом при объемной доле хладагента 1,3-8,5%. Нижняя граница взрывоопасное™ (1,3%) соответствует 31г R600a на 1 м3 воздуха; верхняя граница (8,5%) - 205 г R600a на 1 м3 воздуха. Температура возгорания -460°С.

Холодильные агрегаты с R600a характеризуются меньшим уровнем шума из-за низкого давления в рабочем контуре хладагента. Так как в холодильных агрегатах R600a используется в минимальных количествах, то его не требуется утилизировать, оставшийся хладагент остается растворенным в масле.

Хладагент R600a не наносит вреда окружающей среде.

Использование изобутана в существующем холодильном оборудовании связано с необходимостью замены компрессоров на компрессоры большей производительности, т.к. по удельной объемной холодопроизводительности R600a значительно проигрывает хладагенту R12 (практически в два раза). Благодаря высоким энергетическим свойствам R600a, количество хладагента, заправляемое в холодильный агрегат, сокращается по сравнению с R12 примерно на 60 %. Вместе с нормой заправки сокращаются и заправочные допуски, вследствие чего холодильный агрегат следует заправлять R600a особенно тщательно.

Холодильные масла применяют для смазки трущихся деталей компрессора с целью уменьшения силы трения и снижения износа сопрягаемых деталей. Кроме того, смазка способствует отводу части теплоты, эквивалентной работе сил трения, и удалению мелких частиц - продуктов изнашивания сопрягаемых пар и повышения герметичности.

В холодильных машинах применяют минеральные и синтетические масла. Минеральные масла нефтяного происхождения в зависимости от фракционного состава подразделяются на нафтеновые, парафиновые и нафтенопарафиновые. Нафтеновые масла характеризуются наиболее низкими для минеральных масел температурами застывания, а присутствующие в них ароматические углеводороды улучшают противоизносные качества.

Нафтеновые и парафиновые масла (минеральные масла) являются смешиваемыми (полностью растворимыми) с хладагентом R12 в диапазоне предполагаемых условий эксплуатации холодильного оборудования, поэтому облегчается возврат масла в компрессор. Ряд современных многокомпонентных сервисных смесей не смешиваются с минеральными маслами. Поэтому желательно использовать другие масла (синтетические и полусинтетические), обеспечивающие более высокую степень растворимости в сочетании с рабочими хладагентами.

К синтетическим маслам относятся: алкилбензольные (А), полиалкилгликольные (ПАГ), полиэфирные (ПОЕ) и полиальфаолефиновые (ПАО) и др.; к полусинтетическим - смеси алкилбензольного и минерального масла (А/М).

Описание таблицы хладагентов:

ASHRAE (The American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) - Американское общество по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха является международным техническим обществом для всех лиц и организаций, заинтересованных в системах отопления, вентиляции, кондиционирования и охлаждения воздуха.

IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) - это авторитетная международная структура, занимающаяся разработкой и распространением стандартов в области наименований химических соединений.

Время существования в атмосфере (лет) - время, в течение которого вещество находится в атмосфере, и до того момента, когда концентрация вещества достигает природных, безопасных величин.

Потенциал глобального потепления (Global warming potential, GWP) - коэффициент, определяющий степень воздействия различных парниковых газов на глобальное потепление, за определенный промежуток времени. В нашей таблице - за 100 лет.

Потенциал разрушения озонового слоя (ODP) химическим соединением - это относительное количество деградации озонового слоя, которое оно может вызвать. За ориентир взят хладагент R-11 (трихлорфторметан), где ODP зафиксировано как 1.0. Так как холодильный агент R-11 имеет максимальный потенциал ODP, среди хлоруглеродов, из-за наличия трех атомов хлора в молекуле.

CFC (chlorofluorocarbon) - хлорфторуглероды.

HFC (hydrofluorocarbons) - гидрофторуглероды.

HCFC (chlorodifluoromethane) - хлордифторметаны.

PFC (perfluorocarbons) - фторуглероды (перфторуглеводороды).
Наиболее используемые типы масел:

- Алкилбензольные масла (А) используются в холодильной промышленности более 25 лет, выбранные из-за хорошей смешиваемости с хладагентами групп ГХФУ и ГФУ, и из-за термической стабильности. В некоторых случаях применяются с хладагентами ХФУ.

- Полиэфирные масла (ПОЕ) рекомендуются, в частности, для стационарных установок с хладагентами ГФУ. Эти масла могут оптимально подходить для использования в специфическом оборудовании. Полиэфирные масла на первом месте по выбору для хладагентов R134a, R407C, R410A или R404A.

- Полиалкилгликольные масла (ПАГ) широко используются в мобильных установках, таких, как автомобильные кондиционеры с хладагентом R134a. В основном они не применяются в других установках, где предпочтительнее алкилбензольные или полиэфирные масла.

Эксплуатационные характеристики синтетических масел лучше, чем минеральных, в частности, лучше смазывающие качества, выше термическая стабильность и стойкость свойств в смеси с хладагентами, ниже температура застывания и меньше агрессивность по отношению к конструкционным материалам. Основные недостатки их по сравнению с минеральными маслами - относительно высокая стоимость, значительная гигроскопичность и избирательная агрессивность по отношению к отдельным видам материалов, в том числе к металлам.

Хладагенты, работающие с различными типами традиционных и искусственно разработанных синтетических масел, представлены в табл. 1

Таблица 1-Холодильные масла для компрессоров

1 - специальные требования к гигроскопичности
2 - возможна коррекция основной вязкости
3 - расширенные исследовательские программы

Правильный выбор масла способствует долговременной и надежной работе компрессора. К маслам предъявляют специальные требования в зависимости от условий их работы, вида хладагента, температур его кипения и конденсации и т.д., так как масло находится в постоянном контакте с хладагентом и в большей или меньшей степени циркулирует с ним. Масло должно быть способно к свободному циркулированию по всей системе: оно должно оставаться жидким при низких температурах, чтобы не собираться в испарителе. В то же самое время масло должно быть достаточно вязким, чтобы смазывать и выполнять функцию герметизирования при относительно высоких температурах в компрессоре. Стабильность -необходимое качество, потому что масло находится в системе, где происходит постоянный контакт с составными элементами, выполненными из различных материалов и естественно с хладагентом.

При выборе холодильного масла желательно пользоваться следующими рекомендациями: масло должно иметь низкую температуру застывания и хлопьеобразования; минимальное значение кислотного числа, показателя преломления, цвета, температуры критической точки, токсичности, агрессивности к конструкционным, уплотнительным и электроизоляционным материалам, концентрации пара хладагента в растворе. Следует стремиться также к большому значению вязкости, температуры вспышки, анилиновой точки, поверхностного натяжения, обобщенного показателя износа, концентрации жидкого хладагента в растворе, химической стабильности, электрического сопротивления. Важную роль при выборе холодильного масла играет также его стоимость.

Универсальных холодильных масел, удовлетворяющих перечисленным требованиям, на практике не существует. Предпочтение отдается холодильному маслу, которое для заданных условий применения удовлетворяет наиболее важным эксплуатационным требованиям.

Рекомендуемые масла

Минеральные: ХФ12-16, Mobil Gargoyle Arctic Oil 155 и 300, Suniso 3GS n4GS

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: