2.3 Хладагенты, применяемые в холодильных установках

Хладагенты — это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур. Наиболее распространенные из них — хладон и аммиак.
К холодильным агентам предъявляют ряд требований. При атмосферном давлении температура кипения рабочего тела должна быть достаточно низкой. Давление рабочего вещества в конденсаторе должно быть умеренным, так как в противном случае требуется увеличение прочности и, следовательно, металлоемкости машин.
Немаловажным свойством холодильного агента является его удельная объемная холодопроизводительность.
Хладоносители — это жидкости, с помощью которых теплота отводится от охлаждаемого объекта. В холодильной технике продукция охлаждается в холодильной камере непосредственно холодильным агентом. Если это технически осуществить трудно, объект охлаждают при помощи хладоносителя. К нему предъявляют следующие требования: низкая температура замерзания, большая теплоемкость, малая вязкость, небольшая стоимость. Температура замерзания их зависит от концентрации рассола.
Для уменьшения коррозирующего действия рассолов на металл трубопроводов в растворы добавляют так называемые пассиваторы: хромат натрия, бихромат натрия, двухметаллический фосфат натрия. В качестве пассиваторов используют также раствор гашеной извести или каустическую соду.
Для уменьшения потерь на трение и увеличение пропускной способности трубопроводов рекомендуется добавлять в рассолы высокомолекулярные полимеры, так называемые поверхностно-активные вещества (ПАВ), в количестве 0,03...0,7 %.
Диапазон рабочих тел для использования в компрессорных тепловых насосах на сегодняшний день достаточно широк. Обязательные критерии выбора хладагента включают высокую термическую стабильность, умеренное давление конденсации, высокую скрытую теплоту кипения. Окончательный выбор хладагента представляет собой компромиссное решение.
При выборе хладагента руководствуются его термодинамическими, теплофизическими, физико-химическими и физиологическими свойствами. Важное значение имеет также его стоимость и доступность. Хладагенты не должны быть ядовиты, не должны вызывать удушья и раздражения слизистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей человека.
Хладон-12 (R-12) имеет химическую формулу CHF2C12 (дифтордихлорметан). Он представляет собой газообразное бесцветное вещество со слабым специфическим запахом, который начинает ощущаться при объемном содержании его паров в воздухе свыше 20%. Хладон-12 обладает хорошими термодинамическими свойствами
Хладон-22 (R-22), или дифтормонохлорметан (CHF2C1), так же как и хладон-12, обладает хорошими термодинамическими и эксплуатационными свойствами. Отличается он более низкой температурой кипения и более высокой теплотой парообразования. Объемная холодопроизводительность хладона-22 примерно в 1,6 раза больше, чем хладона-12.
Аммиак (NH3) — бесцветный газ с удушливым сильным характерным запахом. Аммиак имеет достаточно высокую объемную холодопроизводительность. Производство его основано главным образом на методе соединения водорода с азотом при высоком давлении с наличием катализатора. Аммиак применяют и для получения низких температур (до -70°С) при глубоком вакууме. Теплота парообразования, теплоемкость и коэффициент теплопроводности у аммиака выше, а вязкость жидкости меньше, чем у хладонов. Поэтому он имеет высокий коэффициент теплоотдачи. Стоимость аммиака невысока по сравнению с другими хладагентами.
Как известно, некоторые хладагенты обладают озоноразрушающей способностью, что не может не тревожить международную общественность.
Хлорсодержащие хладагенты, достигая стратосферы разлагаются там ультрафиолетовыми лучами и высвобождают хлор, быстро реагирующий с озоном, разрушая таким образом озоновый слой.
Продолжительность жизни хладагентов в атмосфере также очень важный фактор. Это показатель времени, в течение которого различные вещества сохраняются в атмосфере и могут влиять на окружающую среду. Иными словами, чем дольше химикат или хладон сохраняется в атмосфере, тем он менее экологически безопасен.
В 1985 г. в Вене была принята Конвенция о защите озонового слоя. К ней присоединились 127 государств, включая Россию и страны СНГ.
В 1989 г. вступил в силу Монреальский протокол о постепенном сокращении, а затем и о полном прекращении в 2030 г. выпуска озоноразрушающих хладагентов. К опасным группам были отнесены хладоны R-11, R-12, R-113, R-114, R-115, R-12B1, R-13B1, R-114B2. В 90-х гг. текст протокола был ужесточен путем введения ограничений не только на производство, но и на торговлю, экспорт и импорт любой холодильной техники, содержащей озоноразрушающие вещества.
Российская Федерация приняла на себя обязательства, вытекающие из Монреальского протокола об охране озонового слоя. Согласно принятым решениям, R-502 запрещен к производству с 1 января 1996 г. Для R-22 установлены более отдаленные сроки — сокращение производства и использования с 2005 г. и полный запрет начиная с 2020 г.
Для замены R-502 и R-22 основными мировыми производителями химической продукции были разработаны и выпускаются переходные (с содержанием хлорфторуглеводородов) и озонобезопасные (состоящие только из фторуглеводородов) смеси хладагентов.
К переходным хладагентам относятся R-402, R-403B и R-408A, которые могут использоваться в действующем оборудовании. Большая часть этих новых рабочих веществ появилась сегодня на российском рынке.
Озонобезопасные хладагенты R-507, R-404A, R-134A можно рекомендовать как для работы в новом оборудовании, так и для реконструкции низкотемпературных холодильных систем. Они разработаны для замены R-22 в действующем и выпускающему в настоящее время оборудовании [9].