Хладагент — холодильный агент

Холодильный агент, или, как его чаще называют, хладагент — это своеобразная «кровь» холодильной машины. Специальное рабочее вещество, используемое в цикле теплообмена.

Низкая температура кипения позволяет применять хладагент для охлаждения, которое происходит при переходе хладагента из состояния газа в жидкость, в процессе отбирания тепла от объекта, который охлаждают, и последующей отдачи тепла среде в процессе конденсации. Достигается это явление, благодаря специфическим качествам и термодинамическим свойствам холодильных агентов.

Механические устройства, которые используют хладагенты, в нашем случае это холодильные компрессоры и сопутствующее оборудование, должны отвечать определенным критериям. Например, по антикоррозийной стойкости материала, из которого изготовлены устройства, а также важны вопросы токсичности и горючести.

История применения хладагентов

Ранние механические системы охлаждения использовали сернистый газ или аммиак, даже в бытовых приборах, например, в бытовом холодильнике. Но будучи токсичными, диоксид серы быстро исчез с рынка.

А вот, аммиак (R717) используется в промышленных холодильных установках более 130 лет и его применение считается экологически чистым, экономичным и энергоэффективным.

Природный хладагент двуокиси углерода (R744) имеет такую же давнюю традицию использования в холодильной технике.

Воздух как хладагент используется давно. На кораблях, в торговле, в пищевой промышленности использовались машины воздушного охлаждения. Сегодня, современные технологии в холодильной технике делают воздух, может быть и не самым эффективным хладагентом, но наиболее практичным, безопасным и безвредным холодильным агентом во многих областях применения.

Перспективы применения и особенности хладагентов

Ввиду того, что природные хладагенты, такие как аммиак, диоксид углерода и негалогенированные углеводороды не вредят озоновому слою, и не имеют (как например, аммиак) или имеют очень низкий потенциал глобального потепления (двуокись углерода, углеводороды), то они широко используются в системах кондиционирования воздуха для зданий, в области спорта и досуга, в химической и фармацевтической промышленности, в автомобильной промышленности, и, прежде всего в пищевой промышленности (производство, хранение, розничная торговля).

Европейский Союз ликвидирует хладагенты с потенциалом глобального потепления (ПГП) более 150, в автомобильном кондиционировании воздуха (ПГП = 100 год потепления одного килограмма газа относительно одного килограмма СО2).

Углекислый газ — СО2 (R-744), как природный хладагент, — одна из наиболее перспективных альтернатив существующим сегодня хладагентам. Углекислый газ не воспламеняется, не разрушает озоновый слой, имеет потенциал глобального потепления -1, но является токсичным и потенциально смертельным в концентрациях, превышающих 5% по объему. R-744 можно использовать в качестве рабочей жидкости в системах климат-контроля для автомобилей, в системах кондиционирования воздуха жилых помещений, в тепловых насосах, для коммерческого холодильного оборудования и торговых автоматов.

Хладагент R-134a и некоторые другие смеси являются в настоящее время заменой хлорсодержащих соединений.

Использование пропана высокой степени очистки в качестве хладагента также выгодно, особенно в системах, предназначенных для R-22.

Систематизация и нумерация холодильных агентов

Наиболее распространенное обозначение хладагентов в формате «R-xxx» — нумерация хладагентов ASHRAE, где назначаемый номер холодильного агента описывает специальным методом его молекулярную структуру.

Суффикс после номера обозначает, что вещество — изомер. Например, R-134a или R-600a.

Каждая серия представляет собой группу холодильных агентов, объединенных по определенному признаку. Например,

R-4xxx и 5-xxx — это серии смесей хладагентов;
R-7xxx — серия холодильных агентов — неорганических соединений.

Распространенные смеси хладагентов

R-401A — хлорфторуглерод, смесь хладагентов R-32, R-152a и R-124. Предназначен для замены хладагента R-12.
R-404A — гидрофторуглерод, смесь из R-143a (52%), R-125 (44%), и R-134a (4%). Предназначен для замены R-22 и R-502. Температура кипения хладагента, при нормальном давлении -46°C.
R-406A — смесь R-22 (55%), R-600a (4%), и R-142b (41%).
R-407A — гидрофторуглерод, смесь R-32 (20%), R-125 (40%), и R-134a (40%).
R-407C — гидрофторуглерод, смесь R-32(для обеспечения теплоемкости), R-125(уменьшает горючесть) и R-134a(снижает давление). Имеет более высокую критическую температуру, и более низкий потенциал глобального потепления (Global Warming Potential), чем R-410A.
R-408A — гидрофторуглерод, смесь R-22, R-125 и R-143a. Предназначен для замены R-502. Температура кипения хладагента: -44,4 °C.
R-409A — гидрофторуглерод, смесь R-22, R-124 и R-142b. Температура кипения хладагента: -35,3°C.
R-410A — смесь R-32 и R-125. Предназначен для замены R-22 в бытовых и легких коммерческих системах кондиционирования воздуха.
R-500 — смесь R-12 (73,8%) и R-152a (26,2%).
R-502 — смесь R-22 и R-115.

Список распространенных хладагентов

№ ASHRAE	Номенклатура хладагентов IUPAC	Тип хладагента	Химическая формула хладагента	Время существования в атмосфере (лет)	Потенциал глобального потепления (за 100 лет)	Потенциал разрушения озонового слоя (ODP)
R-10	Тетрахлорметан (четырёххлористый углерод)	Chlorinated paraffins (хлорированные парафины)	CCl₄	26	1400	0,73
R-11	Трихлорфторметан	CFC	CCl₃F	45	4750	1,0
R-12	Дифтордихлорметан	CFC	CCl₂F₂	100	10900	1,0
R-13	Хлортрифторметан	CFC	CClF₃	640	14400	1,0
R-14	Тетрафторид углерод	PFC	CF₄	50000	7390	0
R-20	Трихлорметан	—	CHCl₃	0,51	31	—
R-21	Дихлорфторметан (хлорфторуглерод)	HCFC	CHFCl₂	1,7	151	0,04
R-22	Хлордифторметан (хлорфторуглерод)	HCFC	CHClF₂	12	1810	0,05
R-23	Фтороформ	HFC	CHF₃	270	14800	0
R-30	Дихлорметан	Chlorinated paraffins (хлорированные парафины)	CH₂Cl₂	0,38	8,7	0
R-31	Хлорфторметан (хлорфторуглерод)	HCFC	CH₂FCl	—	—	0,02
R-32	Дифторметан	HFC	CH₂F₂	4,9	675	0
R-40	Хлорметан	Chlorinated paraffins (хлорированные парафины)	CH₃Cl	1	13	0,02
R-41	Метил фторида	HFC	CH₃F	2,4	92	0
R-50	Метан	Alkane (углеводороды, парафины)	CH₄	12	25	—
R-134a	1,1,1,2-Тетрафтор этана (галогеналкан, алкилгалогенид)	HFC	C₂H₂F₄	14	1430	0
R-290	Пропан	Alkane (алканы, парафины)	C₃H₈	—	3,3	—
R-401A	R-22/R-152a/R-124 (53%/13%/34%)	—	—	8,5	1182	0,03
R-404A	R-125/R-143a/R-134a (44%/52%/4%)	—	—	40,3	3921	0
R-406A	R-22/R-600a/R-142b (55%/4%/41%)	—	—	14	1942	0,05
R-407A	R-32/R-125/R-134a (20%/40%/40%)	—	—	18,2	2107	0
R-407C	R-32/R-125/R-134a (23%/25%/52%)	—	—	15,6	1773	0
R-408A	R-125/R-143a/R-22 (7%/46%/47%)	—	—	31,6	3152	0,02
R-409A	R-22/R-124/R-142b (60%/25%/15%)	—	—	11,3	1584	0,05
R-410A	R-32/R-125 (50%/50%)	—	—	17	2090	0
R-500	R-12/R-152a (73.8%/26.2%)	—	—	74	8076	0,74
R-502	R-22/R-115 (48.8%/51.2%)	—	—	876	4656	0,25
R-600	Бутан	Alkane (алканы, парафины)	CH₃CH₂CH₂CH₃	—	4	0
R-704	Гелий	инертный газ	He	—	—	0
R-717	Аммиак	—	NH₃	0,02	0	0
R-718	Вода	—	H₂O	0,03	0,2	—
R-744	Углекислый газ (диоксид углерода)	—	CO₂	30000	1	0
R-744a	Оксид диазота (закись азота)	—	N₂O	114	298	0,5
R-764	Диоксид серы (сернистый газ)	—	SO₂	—	—	—
R-764	Криптон	инертный газ	Kr	—	—	0

Описание таблицы хладагентов:

ASHRAE (The American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) — Американское общество по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха является международным техническим обществом для всех лиц и организаций, заинтересованных в системах отопления, вентиляции, кондиционирования и охлаждения воздуха.
IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) — это авторитетная международная структура, занимающаяся разработкой и распространением стандартов в области наименований химических соединений. Номенклату?ра IUPAC — это система наименований химических соединений и описания науки химии в целом.
Время существования в атмосфере (лет) — время, в течение которого вещество находится в атмосфере, и до того момента, когда концентрация вещества достигает природных, безопасных величин.
Потенциал глобального потепления (Global warming potential, GWP) — коэффициент, определяющий степень воздействия различных парниковых газов на глобальное потепление, за определенный промежуток времени. В нашей таблице — за 100 лет.
Потенциал разрушения озонового слоя (ODP) химическим соединением это относительное количество деградации озонового слоя, которое оно может вызвать. За ориентир взят хладагент R-11 (трихлорфторметан), где ODP зафиксировано как 1.0. Так как холодильный агент R-11 имеет максимальный потенциал ODP, среди хлоруглеродов, из-за наличия трех атомов хлора в молекуле.
CFC (chlorofluorocarbon) — хлорфторуглероды.
HFC (hydrofluorocarbons) — гидрофторуглероды.
HCFC (chlorodifluoromethane) — хлордифторметаны.
PFC (perfluorocarbons) — фторуглероды (перфторуглеводороды).

Хладагенты и окружающая среда

Применение и использование холодильных агентов, поднимают вопросы сохранения окружающей среды и глобального потепления. Возникла такая озабоченность в 80-х годах прошлого века, по поводу широко используемых тогда, хладагентов:

R-12 — для автомобильных и малых систем кондиционирования (в Соединенных Штатах было прекращено производство в 1995 году);
R-22 — для жилых и небольших коммерческих систем кондиционирования, холодильников, морозильников (производство должно быть прекращено к 2020 году).

После запрета на хлорфторуглероды и гидрохлорфторуглероды, вещества, используемые в качестве заменителя, такие как фторуглероды и гидрофторуглероды также подвергается критике, из-за их вредного влияния на климат. Фторуглероды, особенно хлорфторуглероды, традиционно использовались в качестве хладагентов, но от них постепенно стали отказываться, из-за их негативного влияния на истощение озонового слоя Земли. Все пришли к выводу, что незаконно и неправильно давать возможность хладагентам попадать в атмосферу, причем все равно, преднамеренно или случайно это получилось, поскольку они могут вызвать серьезные повреждения озонового слоя.

Утилизация холодильных агентов требует соблюдения жестких правил, как при обращении с опасными отходами.

Компонент жидкости для холодильных машин галоген