Добро пожаловать.

Вас ждет море полезной информации.

Контакт: kondicionerkin@ya.ru

Хладагенты кондиционеров

Вплоть до последней четверти XX в. наиболее распространенными хладагентами, применявшимися в бытовых холодильных аппаратах и климатических системах являлись низкокипящие хлорфторуглероды (фреоны). Впервые фреон как рабочее тело холодильного цикла был применен в 1930 г. в США Томасом Мидглеем.

В иностранной литературе для обозначения этого класса хладагентов используется аббревиатура CFC, в отечественной — ХФУ, по первым буквам названий химических элементов: хлор — фтор-углерод (chlorine — fluirine — carbon). Обозначение каждого хладагента этого класса включает в себя букву R (refrigerant — хладагент).

В бытовой холодильной технике чаще всего использовался R12 (фреон-12 или дифтордих-лорметан CF2CI2), в системах кондиционирования воздуха — R11 (фреон-11 или фтортрихлор-метан CCI3F). Производство этих хладагентов было начато в США в 30-х гг. С 1935 г. был организован выпуск хладагента R22, относящегося к группе гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ). В 1952 г. был получен хладагент R502 (азеотропная смесь хладагентов R22 и R115), заменивший R22 в низкотемпературных холодильных установках, что позволило снизить температуру нагнетания в компрессорах, характерную для R22.

Начиная с 60-х гг. хладагенты R22 и R502 стали основными хладагентами, применяющимися в системах кондиционирования воздуха.

В 1974 г. ученые Калифорнийского университета (США) Марио Молина и Шервуд Роуленд впервые выдвинули гипотезу о том, что попадание в атмосферу хлорфторуглеродов является причиной разрушения озонового слоя Земли (рис. 1.9.1).

Ими было отображено, что молекула оксида хлора и атом хлора — сильные катализаторы, способствующие разрушению озона. Последующие исследования подтвердили это предположение, что послужило толчком к принятию международным сообществом ряда политических решений.

Уже в 1977 г. в Вашингтоне представители 32 стран выработали «план действий по озоновому слою». Результатом встречи стало введение в США, а затем в Швеции, Норвегии и Канаде запрета на использование ХФУ в аэрозольных упаковках. В октябре 1987 г. в Монреале представители 36 стран подписали Протокол по веществам, разрушающим озоновый слой («Монреальский протокол»). В рамках этого документа было предусмотрено заморозить на уровне 1986 г. производство пяти наиболее применяемых ХФУ, а затем сократить их производство на 20% к 1993 г. и на 30% — к 1998 г. В 1990 г. в Лондоне правительствами 92 стран подписано соглашение о полном прекращении производства ХФУ к 2000 г. В 1992 г. в Копенгагене на очередной встрече стран — участниц Монреальского Протокола была принята более жесткая редакция этого документа. В частности, предусматривалось прекращение производства R11 и R12 с 1 января 1996 г. Монреальский Протокол был подписан Советским Союзом, а позже Россия, Украина и Беларусь подтвердили свои обязательства по его выполнению.

По степени озоноразрушающей активности хладагенты сайтены на три подгруппы:

О хладагенты с высокой озоноразрушающей активностью, к которым относятся ХФУ (R11, R12, R115, R502nflp.);

О хладагенты с низкой озоразрушающей активностью, к которым относятся ГХФУ (R 21, R22 и др.);

О хладагенты, не содержащие атомов хлора (фторуглероды ФУ, гидрофторуглероды ГФУ, углеводороды и др.), которые считаются полностью озонобезопасными (R134, R134a, R600, R600a и др).

В качестве основных экологических параметров хладагентов применяются потенциал разрушения озона ODP (Ozon Depletion Potential), потенциал глобального потепления (парникового эффекта) GWP (Global Warming Potential) или HGWP (Halocarbon Global Warming Potential).

Потенциал разрушения озона ODP определяется наличием атомов хлора в молекуле хладагента и принят за единицу для R11 и R12. Для хладагентов подгруппы ХФУ величина ODP больше единицы или равна единице, для ГХФУ — меньше единицы, а для ГФУ величина ODP равна нулю.

Потенциал глобального потепления GWP принят за единицу для двуокиси углерода (С02), а потенциал HGWP подсчитывают относительно значения этого параметра для R11, также принятого за единицу.

В качестве альтернативы хладагенту R12 (ODP = 1,0; GWP = 8500; HGWP = 3,0) был предложен озонобезопасный хладагент R134а (ODP = 0; GWP = 1300; HGWP = 0,28). Платой за «экологичность» R134a являются его более низкие (по сравнению с R12) энергетические характеристики. Кроме того. R134a требует иных компрессорных масел, чем традиционные ХФУ, поэтому ретрофит (перевод холодильного оборудования на озонобезопасный хладагент) состоит в одновременной замене хладагента и компрессорного масла.

Для замены R22 (ODP = 0,05; GWP= 1500, HGWP = 0,34) и R502 (ODP = 0,33; GWP = 4300, HGWP = 3,75) созданы сервисные смеси, относящиеся к группе ГХФУ (R402A и др.) и озонобезопасные смеси подгруппы ГФУ, к которым относится R407C (ODP = 0; GWP = 1600), R410A (ODP = 0; HGWP = 0,45) и другие смеси. Однако ни один из новых хладагентов не обладает в полной мере комплексом свойств, которые присущи запрещенным хладагентам.

Приведем основные характеристики хладагентов, применяющихся в системах кондиционирования воздуха.

Хладагент R22

Дифторхлорметан (химическая формула CHCIF2), относится к группе ГХФУ. Бесцветный газ со слабым запахом хлороформа, более ядовит, чем R12, невзрывоопасен и негорюч. По сравнению с R12 хуже растворяется в масле, но легко проникает через неплотности и нейтрален к металлам. При температуре выше 330 °С в присутствии металлов разлагается, как и R12, образуя хлористый водород, фтористый водород и следы отравляющего газа — фосгена. Хладагент R22 слабо растворяется в воде, объемная доля влаги в нем не должна превышать 0,0025%. Предельно допустимая концентрация в воздухе — 3000 мг/м3 при длительности воздействия 1 ч.

Температура кипения при атмосферном давлении: — 40,8 °С, молекулярная масса 86,47 г/моль. Коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации на 25...30% выше, чем у R12, однако R22 имеет более высокие давление конденсации и температуру нагнетания. В системах, работающих на R22, необходимо использовать минеральные или алкилбензольные масла. Нельзя смешивать R22 и R12 — образуется азеотропная смесь.

Хладагент R502

Азеотропная смесь хладагентов R22 (массовая доля 48,8%) и R115 (химическая формула CCI2F2CF3; массовая доля 51,2%). Невзрывоопасен, малотоксичен и химически инертен к металлам. Растворимость в маслах, коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации, предельно допустимая концентрация в воздухе близки к соответствующим значениям для R22. Характерная особенность: R502 малорастворим в воде. Объемная холодопроизводительность его выше, а температура нагнетания ниже примерно на 20 °С, чем у R22. Температура кипения при атмосферном давлении: — 45,6 °С.

Хладагент R410A

Представляет собой двойную азеотропную смесь гидрофторуглеродов R32 и R125 при равных массовых долях компонентов (по 50%). Предназначен для заправки систем кондиционирования воздуха высокого давления. Удельная холодопроизводительность R410A примерно на 50% больше, чем у R22 (при температуре конденсации 54 °С), а рабочее давление в цикле на 35...45% выше, чем у R22, что приводит к необходимости внесения конструктивных изменений в компрессор и теплообменники (поскольку плотность R410A выше, чем R22, компрессоры, коммуникационные линии и теплообменники должны иметь меньшие размеры). В системах, работающих на R410A, рекомендуется использовать полиэфирные масла.

Хладагент R407C

Считается наиболее перспективной альтернативой хладагенту R22. Представляет собой зе-отропную смесь, состоящую из хладагентов:

— R32 (химическая формула CH2F2; массовая доля 23%) — обеспечивает высокую производительность;

— R125 (химическая формула CHF2CF3; массовая доля 25%) — исключает горючесть смеси;

— R134a (химическая формула CF3CH2F; массовая доля 52%) — определяет рабочее давление в контуре циркуляции хладагента.

Значения давлений кипения и конденсации R407C близки соответствующим значениям для R22. Температура кипения при атмосферном давлении: — 43,56 °С, молекулярная масса 86,2 г/моль.

Хладагент R407C обладает малой токсичностью, химически стабилен и негорюч. Недостатком его, как зеотропной смеси, является наличие так называемого температурного глайда — разности температур фазового перехода (кипения и конденсации) при постоянном давлении.

Другим недостатком является потенциальная возможность изменения состава смеси при наличии утечек в контуре циркуляции хладагента. Остающийся в контуре хладагент может иметь состав, отличный от оптимального (максимально допустимое отклонение относительной доли составляющих — 2%), и его нельзя использовать для дальнейшей работы. Поэтому при ремонте инфраструктуры, работающей на R407C, необходимо сливать оставшийся хладагент и заправлять ее новой смесью оптимального состава.

Традиционно используемое с хладагентом R22 минеральное масло не сочетается 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 хладагента вместо масла, что приводит к быстрому износу трущихся частей компрессора. Кроме того, плохо растворимое в хладагенте масло, имеющее при низких температурах высокую вязкость, забивает капиллярные трубки и нарушает нормальную циркуляцию хладагента.

Хладагент R407C применяется в.сочетании с растворимым в нем синтетическим полиэфирным маслом. Один из недостатков такого масла — высокое поглощение им влаги (гигроскопичность) по сравнению с минеральным. Хранение, транспортировка, процесс заправки маслом должны исключать возможность попадания в масло не только капельной влаги, но и продолжительный контакт с влажным воздухом, из того масло активно поглощает влагу. важны также специальные меры по предотвращению попадания масла в систему.

Хладагент R407C не предназначен для работы в смеси с другими хладагентами. Добавление его к любому другому хладагенту может вызвать существенные изменения в показателях эффективности работы инфраструктуры кондиционирования.

Замена R22 на R407C.

В большинстве систем кондиционирования воздуха при переходе от R22 к R407C достаточно заменить масло в компрессоре, фильтр-осушитель и, возможно, изменить значение перегрева1 хладагента при всасывании (для систем с ТРВ).

Замену хладагента производят в следующем порядке.

1. Записывают данные при работе инфраструктуры на R22 (температуры и давления в конденсаторе, испарителе, перед ТРВ и т. д.). Убеждаются, что система правильно заправлена хладагентом и работает в нормальных эксплуатационных условиях.

2. Заменяют минеральное или алкилбензоль-ное масло на полиэфирное. Для смены масла может потребоваться демонтировать компрессор. Особенно это относится к малым герметичным компрессорам, которые не имеют отверстия для слива масла. Из таких компрессоров основную часть масла (90...95%) можно слить через линию всасывания.

В крупных системах для слива большей части масла может потребоваться дополнительное его удаление из нижних частей инфраструктуры, расположенных рядом с испарителем. В системах, где есть маслоотделитель, удаляют масло также из него.

При всех способах замеряют количество удаленного из инфраструктуры масла и сравнивают его с паспортными данными, чтобы убедиться, что основная часть масла слита. Чтобы растворимость полиэфирного масла в R407C в системе была эквивалентна растворимости удаленного масла в R22, остаточное количество минерального или алкилбензольного масла не должно превышать 5% общего количества масла в системе.

В крупных системах добиваются необходимого остаточного содержания минерального или алкилбензольного масла в системе методом промывки. Промывка включает в себя следующие шаги:

— удаление из инфраструктуры минерального или алкилбензольного масла;

— подбор полиэфирного масла, вязкость того эквивалентна вязкости удаляемого масла;

— заправку в систему полиэфирного масла в количестве, равном количеству удаляемого масла;

— пуск инфраструктуры с R22 для тщательного перемешивания полиэфирного масла с минаральным или алкилбензольным (для перемешивания может потребоваться от 48 до 72 ч).

Процедуру промывки повторяют еще два раза. После завершения последней промывки хладагент R22 заменяют на R407C.

— Удаляют хладагент R22 из инфраструктуры и собирают его в цилиндр (баллон) для утилизации. Если количество заправленного в систему R22 неизвестно, то взвешивают баллон с удаленным хладагентом, и начальное количество заправляемого R407C определяют по количеству удаленного R22.

— Монтируют компрессор (если он демонтировался).

— Заменяют фильтр-осушитель. Наполнители фильтров, которые используются в системах на R22, как правило, нельзя использовать в в системах на R407C, т.к. они поглощают входящий в состав этой смеси хладагент R32.

— Вакуумируют систему до остаточного давления 0,14 кПа, чтобы удалить из инфраструктуры воздух и другие неконденсирующиеся газы. После этого систему проверяют на герметичность.

— Заправляют систему хладагентом R407C в жидкой фазе. При заправке инфраструктуры хладагентом R407C используют мерные цилиндры, которые оборудованы жидкостным и паровым вентилями. Жидкостный вентиль смонтирован на патрубке, закрепленном в днище цилиндра таким образом, чтобы при размещении цилиндра с R407C в вертикальном положении хладагент подавался из цилиндра в жидкой фазе.

Обычно масса R407C в системе меньше массы R22. Оптимальное количество заправляемого хладагента зависит от многих факторов: рабочих условий, размеров испарителя, конденсатора и ресивера (если имеется), длины трубопроводов. Для большинства систем оптимальная масса заправляемого R407C составляет 90...95% массы R22.

Рекомендуется вначале заправить 80% массы хладагента, определенной по массе R22. Первоначальносистему заправляют хладагентом на линии высокого давления (компрессор выключен). После того, как давления в системе и бал лоне станут равны, подают оставшийся хладагент во всасывающую линию компрессора (компрессор включен). Недопустимо попадание жидкого хладагента во всасывающий патрубок компрессора.

— Проводят пуск и наладку инфраструктуры. После пуска дожидаются стабилизации работы инфраструктуры. Если количество хладагента в системе недостаточно, ее дозаправляют некрупными порциями до тех пор, пока не будут достигнуты заданные параметры работы. При заправке хладагента пользуются таблицей давлений и температур на линии насыщения для R407C, чтобы сравнить давление всасывания и температуру кипения при работе на R22 и на R407C. Обычно увеличение давления нагнетания по сравнению с R22 составляет 103...276 кПа, а уменьшение температуры нагнетания — 0...10 °С.