СтатьиОтопление, кондиционирование и вентиляция

Применение озонобезопасных хладагентов в системах кондиционирования воздуха
И.Л.Аксельрод, к.т.н.; Е.Е.Ковтунов, к.т.н.; В.И.Стефанчук, к.т.н. (ТОО "Термоинжениринг") 1999 год.

В современных системах кондиционирования воздуха широко применяются хлорсодержащие озоноразрушающие хладагенты, наиболее распространенным из которых является R 22 (дифторхлорметан). Однако в соответствии с Монреальским протоколом по веществам, разрушающим озоновый слой, вступившим в силу с 1 января 1989 г., производство и применение таких хладагентов должно быть на первом этапе ограничено, а затем и полностью прекращено. Этот протокол был принят СССР в сентябре 1988 г., а в 1991 г. Россия подтвердила преемственность соответствующих обязательств. Хладагент R 22 подпадает также под действие Лондонского протокола, принятого в июне 1990 г., и решений Копенгагенской конференции 1992 г. В Германии производство и применение R 22 будет запрещено после 2000 года. В России в настоящее время действует постановление правительства РФ № 526 от 24 мая 1995 г. "О первоочередных мерах по выполнению Венской конвенции об охране озонового слоя и Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой", которым предусмотрено поэтапное сокращение производства и потребления озо-норазрушающих веществ.

Для выполнения требований Монреальского протокола необходимо использовать альтернативные хладагенты, не оказывающие разрушающего воздействия на озоновый слой. В последнее время разработан ряд таких хладагентов, которые по своим термодинамическим и теплофизическим свойствам являются аналогами наиболее распространенных традиционных хладагентов. Так, в торговой и бытовой холодильной технике в качестве замены R 12 применяют R 134а (изомер тетрафторэтана), а заменителем R 502 является R 407В. Для использования в качестве аналога R 22, в том числе и в системах кондиционирования воздуха, разработан хладагент R 407С. В табл. 1 приведены сравнительные данные по термодинамическим и теплофизическим свойствам хладагентов R 22 и R 407C.

Анализ этих данных показывает, что вполне допустима замена хладагента в существующем оборудовании систем кондиционирования воздуха. Однако технология замены R 22 на R 407C является довольно сложной и дорогостоящей, так как одновременно с заменой хладагента необходимо произвести в компрессоре замену минерального масла, несовместимого с R 407C, на специальное полиэфирное масло с эквивалентной вязкостью, а также, возможно, замену ТРВ, влагопоглотительного материала (адсорбента) в фильтре-осушителе и прокладок на изготовленные из совместимых с R 407C материалов. Замену масла нужно производить до замены хладагента, причем остаточное содержание минерального масла в полиэфирном масле должно быть не более 1-5% по весу.

Следует также отметить, что в отличие от традиционных хладагентов, которые представляют собой чистые вещества или азеотропные смеси, хладагенты R 407В и R 407C являются неазеотропными смесями хладагентов R 32 (дифторметана), R 125 (пентафторэтана) и R 134а. Процентное содержание компонентов в R 407C следующее: 23% R 32, 25% R 125 и 52% R 134а. Неазеотропные смеси отличаются тем, что не имеют постоянной температуры насыщения при постоянном абсолютном давлении. Как следствие, температура хладагента на входе в испаритель ниже, чем на выходе из него, а в конденсаторе, наоборот, температура на входе выше, чем на выходе. Это хорошо видно на рис. 1 и 2, изображающих торетические циклы компрессионной паровой холодильной машины, работающей на традиционном хладагенте (рис. 1) и на неазеотропной смеси (рис. 2). Такие изменения в термодинамических процессах приводят к некоторому снижению холодильного коэффициента при замене R 22 на R 407C, что отражено в табл. 1.

Таблица 1

Свойство	R221	R 407C1
Молекулярная масса, кг/кмоль	86,4	86,2
Нормальная температура кипения, °С	-40,7	-40,72 (средняя)
Критическая температура, °С	96	86,7
Критическое давление, МПа	4,98	4,6
Плотность жидкости при 25 °С, кг/м2	1194	1136
Удельная теплоемкость жидкости при 25 °С, кДж/кг-К	1,25	1,54
Удельная теплоемкость пара при 25 °С и атмосферном давлении, кДж/кг»К	0,66	0,83
Удельная теплота парообразования при нормальной температуре кипения, кДж/кг	233,5	246,1 - 251,82
Вязкость жидкости при 25 °С, мПа«°С	0,198	0,158
Вязкость пара при 25 °С и атмосферном давлении, мПа-°С	0,0127	0,0128
ODP (относительная озоноактивность)	0,05	0
GWP (потенциал глобального потепления, для СО2 равен 1)	1700	1600
Предел воспламеняемости	не воспламеняется	не воспламеняется
Холодопроизводительность3 (относительно холодопроизводительности с R 22)	1,00	1,00
Электрический холодильный коэффициент3	6,27	6,43

1 Данные фирмы Du Pont
2 Данные фирмы ICI
3 Условия: температура кипения 7,2 °С, температура конденсации 43,3 °С, переохлаждение перед
регулирующим вентилем 2,8 °С, перегрев на всасывании 8,3 °С.

На основании приведенных выше данных можно сделать следующий вывод: при проектировании новых систем кондиционирования воздуха предпочтительно сразу использовать оборудование, специально разработанное для использования в качестве хладагента R 407C (торговые марки Suva® 9000 фирмы Du Pont и Klea 66 фирмы ICI). Такое оборудование уже поставляют ведущие фирмы-производители, в том числе "Mitsubishi Electric" (Япония) и "Climaveneta" (Италия), официальными представителями которых является компания "Термоинжениринг". На 1999 г. фирма "Mitsubishi Electric" объявила следующий модельный ряд систем для использования с R 407С: зональные мульти-сплит системы СИТИ МУЛЬТИ серии Y (до 16 внутренних блоков разных типов и производительности на 1 наружный блок, инверторный привод наружного блока) и полупромышленные кондиционеры серии Mr. SLIM (сплит-системы с холодопроизводи-тельностью от 4,3 до 26 кВт и двойные и тройные мультиси-стемы с холодопроизводительностью от 7,7 до 14,1 кВт) с полной номенклатурой внутренних блоков. Фирма "Climaveneta" с 1998 г. производит широкий модельный ряд оборудования, работающего на R 407С и R 134а: чиллеры и тепловые насосы с водовоздушными теплообменниками, в том числе крышные, производительностью от 19 до 1376 кВт, чиллеры с водоводяными теплообменниками производительностью от 42 до 1543 кВт, бесконденсаторные чиллеры производительностью от 37 до 898 кВт.

Литература:

Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе.

Авторы: Бабакин Б.С., Стефанчук В.И., Ковтунов Е.Е.
Издательство «КОЛОС», 2000 г.

Показана экологическая целесообразность применения альтернативных хладагентов в холодильных системах. Подробно рассмотрены альтернативные одно- и многокомпонентные хладагенты (смеси) для холодильных систем, в том числе систем кондиционирования воздуха и рефрижераторного транспорта. Даны рекомендации по применению различных типов холодильных масел с альтернативными хладагентами, показана из совместимость с холодильными маслами, пластмассами, эластомерами и металлами. Значительное внимание уделено сервису холодильных систем – ретрофиту холодильного оборудования с заменой хладагентов R12, R502, R500 и R22 на R134a, R401A, R401B, R507, R409A, R408A, R402A, R402B, R407C и др.
Подробно рассмотрены технические средства для сервиса холодильных систем, правила безопасности при работе с альтернативными хладагентами, их воздействие на организм человека.
В приложениях приведены физические характеристики традиционных и альтернативных хладагентов.
Для специалистов холодильной промышленности.
Рекомендуется в качестве учебного пособия для студентов вузов соответствующих специальностей.