• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Вибір альтернативних холодоАгентів

Вуглеводи замість фреонів

На сьогодні у холодильній техніці як робочі речовини використовують переважно фреони, багато з яких через шкідливий вплив на навколишнє середовище повинні бути замінені іншими холодоагентами.

Один зі шляхів вирішення цього питання – розробка і вироб­ництво нових холодоагентів (R134а та ін.). Але нині вони не виробляються в достатній кількості, немає досвіду тривалої експлуатації таких холодоагентів, а екологічні наслідки їхнього застосування часто не передбачувані. Так, використання деяких нових холодоагентів у побутових холодильниках може вивести їх з ладу менш, ніж за п’ять років.

Інший шлях – заміна фреонів вуглеводнями.

При заміні фреонів на вуглеводні важливою є залежність тиску насичених парів від температури насичення. Аналіз цієї залежності свідчить, що більшість фреонів мають "вуглеводні аналоги".

У найбільш розповсюдженого холодоагенту R12 таким анало­гом є суміш 50%-го пропану і 50%-го бутану. Інше співвідношення вуглеводних компонентів у суміші дозволяє знайти аналоги для інших фреонів.

Переведення холодильної техніки на нові холодоагенти, які не руйнують озоновий шар, є досить складною науково-технічною і технологічною проблемою. Холодоагент R134а, що рекомендується як альтернатива R12, поступається останньому за багатьма показни­ками і, насамперед, за енергетичними характеристиками (холодопро­дуктивність і електричний холодильний коефіцієнт компресора).

Заміна холодоагенту R12 на R134а пов’язана з вирішенням ряду складних завдань, основними з яких є:

1) підвищення об’ємних і енергетичних характеристик герме­тичних компресорів;

2) поліпшення енергетичних і функціональних показників холо­дильників і морозильників;

3) створення нових синтетичних мастил, сумісних з R134а;

4) збільшення хімічної стійкості емалей-проводів електродви­гуна компресора;

5) підвищення вологовбирної властивості фільтрів-осушувачів завдяки високій гігроскопічності системи R134а - синтетичне мастило.

Основними показниками енергетичної ефективності компре­сійних холодильників є холодопродуктивність Q₀ та ексергетичний ККД. Для моделей з однокомпресорними агрегатами для виробництва холоду на n-температурних рівнях ці характеристики будуть такими.

Порівняльний аналіз роботи агрегату свідчить про те, що включення у схему ежектора сприяє значному наближенню енерге­тичних показників агрегату, який працює на холодоагенті R134а, до аналогічних характеристик під час роботи на R12, що створює сприятливі умови для заміни широко розповсюдженого озононе­безпечного холодоагенту R12 екологічно чистим R134а. Розбіжність щодо ефективності можна усунути, якщо використовувати компресор, спеціально призначений для роботи на R134а.

При виборі альтернативних холодоагентів поряд з обмеженнями щодо небезпеки для озонового шару нині розглядаються обмеження щодо парникового ефекту.

Приводом для цього стало зафіксоване у 1958–1975 рр. збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері, внаслідок чого прогнозується глобальне потепління клімату на 3°С упродовж наступ­них 75 років. Однак проблема глобального потепління набагато складніша, оскільки вона обумовлена не лише газовим складом атмосфери, але й її запиленістю та іншими маловивченими факто­рами. Тому обмеження щодо використання холодоагентів за цим показником мало обґрунтовані.

Разом з тим, холодоагенти, впливаючи на енергоспоживання, можуть побічно впливати на посилення парникового ефекту. За кожну зайву кіловат-годину витраченої електроенергії доводиться "платити" викидом в атмосферу більше кілограма вуглекислого газу. Безсумнівно, щорічне збільшення споживання електроенергії неми­нуче призведе до збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері. Тому обмеження щодо енергоспоживання для альтернативних холо­доагентів є однією з важливих проблем.

Серед багатьох факторів для промислової реалізації альтерна­тивних холодоагентів можна виділити чотири основні групи: технічні, економічні, фактори безпеки і технологічний фактор.

Технічні фактори:

1) можливість заміни R12 у діючому устаткуванні (ретрофит);

2) використання недорогих металів у конструкціях агрегатів;

3) застосування традиційних і недорогих еластомерів і герметиків;

4) використання недорогих і уже відомих холодильних мастил для змащення компресорів;

5) чутливість агрегатів (надійність) до витоків холодоагенту при експлуатації, а також до дози заправлення холодоагенту;

6) наявність сировинної бази для виробництва холодоагенту та необхідний рівень технології виробництва.

Перераховані фактори можуть бути розширені за рахунок різних технічних рішень холодильних машин, типорозмірів, сфер застосу­вання і варіантів експлуатації.

Економічні фактори:

1) вигода продавця і покупця в результаті поліпшення спо­живних властивостей товару – зменшення енергоспоживання чи збільшення гарантійного терміну експлуатації;

2) відповідність холодоагенту національним стандартам зовніш­ньоторговельних партнерів;

3) прогноз ліцензійних платежів по всьому пакеті документації, необхідної для освоєння виробництва;

4) витрати на організацію сервісних служб (устаткування, транспорт, приміщення).

Цю групу також можна доповнити такими факторами, як витрати на неминучі доробки конструкції агрегату, додаткові дослідницькі роботи для уточнення властивостей альтернативного холодоагенту та ін.

Фактори безпеки:

1) пожежна безпека житла при експлуатації холодильників з альтернативними холодоагентами;

2) вибухобезпечність виробництва холодильників альтернатив­ними холодоагентами, а також виробництва й очищення цих холодоагентів;

3) безпека для організму людини при тривалому контакті, неток­сичність;

4) кількість відходів на одиницю виготовленого холодоагенту.

Важливою експлуатаційною властивістю холодоагенту є його взаємодія з мастилом. Тому необхідною умовою є їх необмежена взаємна розчинність при всіх робочих температурах в агрегаті.

У зв’язку з цим для R134а створене спеціальне синтетичне (поліефірне) мастило ХС-22, проведені підготовчі роботи для його дослідного виробництва.

У табл. 3.7 наведені експлуатаційні показники речовин, що можуть бути використані як холодоагент, холодопродуктивність якого у 2 рази нижча, ніж у R12. Азеотропна суміш R152а/R600а у групі горючих є цілком еквівалентним замінником R12. Найбільш близькими за своїми властивостями до холодоагенту R12 є R124, R134а, R125 і R142. Однак холодоагент R125 недоцільно застосову­вати через високий тиск, а холодоагент R142 - через небезпеку займистості при певних концентраціях його в повітрі.

Використання R318 можна рекомендувати тільки в холодильних машинах малої холодопродуктивності.

В області низьких температур кипіння (нижче – 20°С) розкид енергетичних показників холодильних машин при роботі на різних холодоагентах незначний. В області високих температур (вище 0°С) ці розбіжності більш істотні і досягають 10%. Різниця у значеннях холодопродуктивності при використанні R124, R134а і R142 може бути компенсована застосуванням ступенів з різними коефіцієнтами витрат. Однак це пов’язано з необхідністю доробки існуючих корпу­сів і закладних деталей.

Альтернативним R12 холодоагентом є насамперед R134а, який використовується у більшості країн світу, а також суміші: фреонові, вуглеводні і фреоно-вуглеводні.

Труднощі, пов’язані з переходом на R134а, потребують розроб-ки нових компресорів, нових (синтетичних) мастил і технологічного обладнання.

Використання суміші фреонів дозволяє підвищити холодопро­дуктивність систем порівняно з використанням холодагенту R134а, але воно пов’язане з тими самими труднощами.

Суміші вуглеводнів добре розчиняються у мінеральних масти­лах, але холодильний коефіцієнт і холодопродуктивність у них менша порівняно з R12, до того ж, ці суміші горючі.

Найбільш перспективний напрям пов’язаний із застосуванням фреоно-вуглеводних сумішей. Цілеспрямованим формуванням складу вдається наблизити такі суміші за термодинамічними властивостями до R12. З’являється можливість створювати азеотропні і квазіазео­тропні суміші, забезпечувати сумісність холодоагенту і мінерального мастила і, разом з тим, у деяких випадках формувати суміші, не горючі при будь-яких робочих умовах.

Негорючий холодоагент СМ1 складається з R134а, R218 та ізобу­тану. Практичний інтерес становить і його модифікації а, Ь, у яких R134а послідовно замінюється на R134, а ізобутан – на нормальний бутан.

Горючі холодоагенти представлені азеотропними бінарними сумішами R134а – ізобутан (СМ2), R1243 – ізобутан (СМ3) і квазіазеотропною сумішшю R134а – R1243 – ізобутан (СМ4).

Суміш R134а (R134) – R218 – бутан – не горюча в обмеженому інтервалі концентрація. За своєю природою R218 має гарні флегма­тизуючі властивості, тобто ефективно перешкоджає процесу горіння. Зі збільшенням його вмісту в суміші може бути значно збільшений вміст пального компонента – бутану, що забезпечує сумісність суміші з мінеральним мастилом.

Введення у суміш R134а (СМ1а) чи R134 (СМ1Ь) дозволяє, з одного боку, наблизити її термодинамічні властивості до власти­востей R12, а з іншого – підвищити ефективність циклу при роботі на суміші, оскільки відомо, що в циклах з малим ступенем регенерації ефективність R218 дуже низька.

Великий інтерес становить використання як базового компо­нента суміші екологічно чистого холодоагенту R1243 чи трифторпро­пілену (СМЗ). Цю речовину застосовують сьогодні в хімічній промисловості у процесі синтезу каучуку. Трифторпропілен має в структурній формулі подвійний зв’язок, що швидко руйнується в атмосфері.

У табл. 3.8 наведені також характеристики фреоно-вуглеводних пальних сумішей СМ1–СМ4. Холодильний коефіцієнт у них лише на 5–9% нижчий, ніж у R12; холодопродуктивність більша на 5–7% і відносно низька температура за компресором. Азеотропні властивості цих холодоагентів наближені до властивостей R12, а гарна сумісність із мінеральними мастилами робить їх ідеальними замінниками холо­доагенту R12. Однак холодоагенти СМ1–СМ4 горючі, тому їх можна застосовувати тільки в побутовій техніці. Застосування R134а з поліефірним мастилом, що має високу гігроскопічність, висуває висо­кі вимоги до очищення й осушення системи холодильного агрегату, осушення мастила перед заправленням. Виконання цих вимог пов’язане з великими труднощами і необхідністю високої культури виробництва. У зв’язку з цим цілком можлива переорієнтація деяких заводів на застосування суміші R152а/R600а.

Окремою проблемою є необхідність заміни використовуваного для миття деталей озононебезпечного R113. Більшість заводів орі­єнтується на застосування для цього R122 і трихлоретилену.

У холодильних агрегатах, що працюють на R134а, необхідно промивати не лише деталі, але й всю систему з наступним осушенням її і вакуумуванням для видалення залишків хлору.

При підборі компонентів сумішей варто виходити з таких вимог, що висуваються до альтернативних холодоагентів:

1) вони повинні бути озонобезпечними, нетоксичними, еколо­гічно чистими речовинами, тобто мати низький потенціал руйнування озону ODP і потенціал глобального потепління GWP;

2) теплофізичні, термодинамічні й енергетичні властивості в них повинні бути не гірші, ніж у застосовуваних нині холодоагентів;

3) застосування нових холодоагентів не повинно викликати значних конструктивних змін БХП чи змін технологічних процесів при їхньому виробництві;

4) альтернативні холодоагенти повинні бути цілком сумісні із застосовуваними нині мастилами, конструкційними, прокладково-ущільнювальними й електроізоляційними матеріалами;

5) виробництво нових холодоагентів повинне базуватися на наявних потужностях;

6) сировина для виробництва холодоагентів повинна бути дос­тупною і дешевою.

На основі відомих методів формування суміші із необхідними властивостями був створений холодоагент С1, що являє собою азеотропну суміш із двох компонентів R152 і R600. У результаті проведених досліджень властивостей цієї суміші й іспитів побутових холодильників встановлено, що азеотропна суміш С1 переважно відповідає всім перерахованим вище вимогам.

Незалежна експертиза підтвердила азеотропні властивості холодоагенту С1, а здійснений розрахунковий аналіз енергетичних характеристик (об’ємної холодопродуктивності, холодильного коефі­цієнта) і термодинамічних показників підтвердив, що він не посту­пається R12 і перевищує R134а.

Результати проведених досліджень і порівняльних іспитів дозво­ляють зробити висновок, що холодоагент СІ може замінити R12.

Оскільки компоненти всіх пропонованих сумішей доступні, то виробництво їх може здійснюватися у промислових масштабах. Отже, розроблені нові робочі речовини є сьогодні прийнятною альтернативою холодоагенту R12. До виробництва нової озонобезпечної холодильної техніки можна перейти швидко, із мінімальними витратами, переза­рядивши існуюче устаткування без заміни мінерального мастила.

Таблиця 3.3

Таблиця 3.4

Таблиця 3.5

Таблиця 3.6

Таблиця 3.7

Таблиця 3.8

Читайте також:

1. Алгоритм планування податкових платежів. Вибір оптимального варіанту оподаткування та сплати податків.
2. Аналіз альтернативних рішень
3. Багатоконтурні частотно-вибірні системи
4. Більш широкий вибір товарів і послуг
5. Бюджетні обмеження. Споживчий вибір
6. Вибір алгоритмів розрахунку комплексних порівняльних оцінок.
7. Вибір будівельних машин, механізмів і технологічного транспорту для комплексної механізації монтажних робіт
8. Вибір вентиляційного обладнання
9. Вибір виду транспортного засобу
10. Вибір вимірювальних приладів
11. Вибір вогнегасників

Переглядів: 1662