Холодильные агенты для систем кондиционирования. Сегодня и завтра

В настоящее время покупатели бытовых кондиционеров и крупных
систем кондиционирования все чаще задают вопросы: "Насколько вреден фреон,
используемый в системе? Разрешено ли его применение?"

Холодильный агент R12, признанный одним из самых вредных
фреонов, до недавнего времени широко использовался в домашних холодильниках.
Более того, до 1997 г. выпускался лечебный аэрозоль "Каметон", при использовании
которого R12 впрыскивался непосредственно в полость рта и больные успешно вылечивались
от распираторных заболеваний. Токсичность фреонов при прямом воздействии на
человека незначительна и нормируется величиной предельно допустимой концентрации
(ПДК), которая составляет 300мг/м³ для R12 и 3000 мг/м³ для
R22 и большинства других фреонов. Чем же вреден тогда R12?

Как показали научные исследования, R12, попадая в
верхние слои атмосферы способствует разрушению озонового слоя Земли. Это приводит
к повышенному проникновению ультрафиолетовой радиации к поверхности Земли,
оказывающей разрушительное воздействие на организм человека.

Именно поэтому мировое сообщество обеспокоено этой
экологической проблемой, имеющей глобальное значение. Действительно, фреон
-12, выпущенный в атмосферу в России, может увеличить поток ультрафиолета в
Америке.

В соответствии с Программой ООН по окружающей среде
(ЮНЕП) в 1987 г. вступил в действие "Монреальский протокол по веществам, разрушающим
озоновый слой" во исполнение Венской конвенции об охране озонового слоя 1985
г., предусматривающий постепенное сокращение производства и потребления ряда
хлорфторуглеродов.

Сегодня в 90% кондиционеров используется хладагент
R22.

В соответствии с Монреальским протоколом запрещено
производство R12, а ограничение только производства, а не использования R22
начнется с 2005 года.

В качестве холодильных агентов заменяющих R22, предлагаются
R134а, R407с и R410A.

В России регулированием ввоза продукции, содержащей
озоноразрушающие вещества, занимается Центральный аппарат Госкомэкологии России.

Озоноразрушающая активность хладагентов оценивается
величиной озоноразрушающего потенциала, который может принимать значения от
0 для озонобезопасных хладагентов до 13 для озоноразрушающих.

Так озоноразрушающий потенциал R12 равен 1,0; R22
– 0,05; R134а – 0; R407с – 0.

Значит ли это, что проблема создания новых холодильных
агентов решена, и они отвечают всем предъявляемым требованиям.

К сожалению, идеального холодильного агента пока не
существует, и если R134а не разрушает озоновый слой, что очень хорошо, однако
его термодинамические свойства далеки от совершенства.

Холодильный агент, являющийся рабочим телом кондиционера,
выбирается разработчиками систем кондиционирования с учетом большого числа
факторов: высокой эффективности работы оборудования, низкой стоимости, пожаробезопасности,
и токсичности. Требования к холодильным агентам постоянно пополняются и конкретизируются
самой жизнью.

Основными факторами, определяющими выбор холодильного
агента, безусловно, являются его термодинамические и теплофизические характеристики.
Они влияют на эффективность, эксплуатационные показатели и конструктивные характеристики
кондиционеров. Широкое применение в холодильной технике нашли фторхлоруглеродные
холодильные агенты (фреоны), обладающие требуемыми термодинамическими и теплофизическими
качествами.

Свойства холодильных агентов зависят от структуры
молекулы вещества, присутствия в его составе и соотношения молекул фтора, хлора
и водорода (рис. 1).

Вещества с высоким содержанием молекул водорода являются
горючими и при их применении пожароопасными.

Вещества с малым содержание фтора обладают токсичностью
и их применение ограничено санитарными нормами.

Вещества с малым содержанием водорода долго живут
в атмосфере не разлагаясь на части, поглощающиеся биосферой Земли, и являются
экологически нежелательными.

На рис. 1 указаны как "запретные" области по факторам
горючести, токсичности и стабильности веществ в атмосфере, так и область допустимого
состава для использования в качестве альтернативных холодильных агентов.

На диаграмме для группы метана (рис. 2) мы видим,
что холодильные агенты R11 и R12 лежат в области экологической неблагоприятных
холодильных агентов. Широко применяемый, в настоящее время холодильный агент
R22, хотя и лежит в области допустимой для применения, но все же содержит в
своем составе атом хлора и поэтому является "озоноопасным". Оцененная по бальной
системе "озоноопасность" R22 составляет всего 5% от "озоноопасности" хладагента
R12, что нашло отражение в Монреальском протоколе в сроках реализации сокращения
выпуска R22 и ограничения его производства с 2005 года.

На диаграмме веществ группы этана (рис. 3) интерес
представляют хладагенты R134a и R125. R134a предложен как альтернатива традиционному
холодильному агенту R12, широко используемому в холодильной технике, и, в частности,
в чиллерных системах.

Для применения в кондиционерах хладагент R134a недостаточно
привлекателен по своим термодинамическим характеристикам. Для модификации его
свойств к хладагенту R134а добавляют холодильные агенты R32 и R125. Присутствие
в смеси каждого хладагента обеспечивает придание необходимых свойств смеси
и выполняет определенную функцию.

R32 (23%) – способствует увеличению производительности.

R125 (25%) – исключает горючесть смеси.

R134а (52%) – определяет рабочее давление в контуре
хладагента.

Смесь хладагентов такого состава получила марку R407C.
Подобно хладагенту R22, R407C обладает малой токсичностью, химически стабилен
и не горюч.

Состав смеси должен строго соответствовать оптимальному
соотношению. Максимальное допустимое отклонение относительного количества составляющих
– 2%. Только при таком соотношении компонентов смеси возможна нормальная и
безопасная работа кондиционера.

Если произошла утечка хладагента, то к негативному
влиянию на работу кондиционера нехватки хладагента добавляется и отрицательное
влияние изменения ее состава. Оставшийся в системе хладагент имеет отличный
от оптимального состав и его нельзя использовать для работы без доработки.
Поэтому при ремонте необходимо слить оставшийся хладагент полностью и заправить
систему новой смесью оптимального состава.

Основная разница в характеристиках прежнего хладагента
CHF2Cl (R22) и нового R407C заключается в величине давлений при рабочих температурах
и типе масел, совместимых с данным хладагентом.

Рабочее давление в системе, заправленной хладагентом
R407C, несколько выше, чем в случае хладагента R22:

t°	R22 (бар)	R407C (бар)
-40°С	1,050	1,568
-20°С	2,448	3,297
0°С	4,976	6,203
20°С	9,100	10,737
40°С	15,335	17,247
60°С	24,265	26,230
80°С	36,622	38,279

Традиционно используемое с хладагентом R22 минеральное
масло не пригодно в сочетании с R407C. Новый хладагент плохо смешивается с
минеральным маслом, в особенности, при низких температурах, и образует с ним
расслаивающуюся двухфазную смесь. Это приводит к неудовлетворительной смазке
компрессора из-за периодического попадания в зону смазки жидкого холодильного
агента вместо масла, что приводит к быстрому износу трущихся частей компрессора.
Кроме того плохо растворимое в холодильном агенте масло, имеющее при низких
температурах высокую вязкость, забивает капиллярные трубки и нарушает нормальную
циркуляцию холодильного агента.

Чтобы обойти эти трудности, хладагент R407C применяется
в сочетании с эфирным маслом, растворимым в данном хладагенте. Один из недостатков
такого синтетического масла – высокое поглощение им влаги. Хранение, транспортировка,
процесс заправки маслом должны исключать возможность попадания в масло не только
капельной влаги, но и продолжительный контакт с влажным воздухом, из которого
масло активно поглощает влагу. Необходимы также специальные меры по предотвращению
попадания влаги в систему, как в процессе производства кондиционера, так и
при его установке на месте использования.

Допустимое суммарное содержание влаги в системе – менее 140 ppm (промилле – миллионных долей процента). Производитель кондиционера
гарантирует поставку системы с содержанием влаги не более 30 ppm.

Несколько ранее установленных систем кондиционирования
были проверены на содержание влаги. Средняя величина, полученная в ходе этих
проверок, составила 74 ppm, что не выходит за допустимые пределы, определенные
компанией Daikin Europe NV.

Одним из наиболее важных аспектов работы с хладагентом
является обеспечение мер безопасности в процессе установки и обслуживания системы.
При работе с R407C не требуется никаких особых мер предосторожности. Однако
соблюдать те же правила, что и при работе с R22, необходимо.

Безусловно, работа с новыми озонобезопасными хладагентами
прибавляет трудности монтажным организациям и сервисным службам. Однако выбирать
не приходится, так как ведущие производители кондиционеров, учитывая требования
времени, уже начали выпуск оборудования на новых холодильных агентах и постоянно
увеличивают объем их производства.

Б. П. Харитонов, канд. техн. наук, технический директор
фирмы "Даичи".

А. С. Штейн, канд. техн. наук, главный специалист
фирмы "Даичи".