Вводный раздел этой статьи может быть слишком коротким, чтобы адекватно суммировать основные моменты . ( Март 2021 г. ) |
Хладагент — это рабочая жидкость, используемая в охлаждении, нагреве или обратном охлаждении и нагреве систем кондиционирования воздуха и тепловых насосов , где они подвергаются повторяющемуся фазовому переходу из жидкости в газ и обратно. Хладагенты строго регулируются из-за их токсичности и воспламеняемости [ 1] и вклада хладагентов CFC и HCFC в разрушение озонового слоя [2] и хладагентов HFC в изменение климата . [3]
Хладагенты используются в системе прямого расширения (DX- Direct Expansion) (циркуляционной системе) для передачи энергии из одной среды в другую, как правило, изнутри здания наружу (или наоборот), обычно известной как система кондиционирования воздуха только для охлаждения или охлаждения и нагревания с обратной системой DX или тепловой насос с циклом DX только для нагревания. Хладагенты могут переносить в 10 раз больше энергии на кг, чем вода, и в 50 раз больше, чем воздух.
Хладагенты являются контролируемыми веществами и классифицируются международными правилами безопасности ISO 817/5149, AHRAE 34/15 и BS EN 378 из-за высоких давлений (700–1000 кПа (100–150 фунтов на кв. дюйм)), экстремальных температур (от −50 °C [−58 °F] до более 100 °C [212 °F]), воспламеняемости (класс A1 — негорючие, класс A2/A2L — воспламеняющиеся и класс A3 — чрезвычайно воспламеняющиеся/взрывчатые) и токсичности (B1 — низкая, B2 — средняя и B3 — высокая). Правила касаются ситуаций, когда эти хладагенты выбрасываются в атмосферу в случае случайной утечки, не находясь в процессе циркуляции.
Работать с хладагентами (контролируемыми веществами) должны только квалифицированные/сертифицированные инженеры соответствующих классов (в Великобритании C&G 2079 для хладагентов класса A1 и C&G 6187-2 для хладагентов классов A2/A2L и A3).
Хладагенты (только класс А1) Благодаря своей негорючести, классу негорючести А1, невзрывоопасности и нетоксичности они используются в открытых системах (потребляются при использовании), таких как огнетушители, ингаляторы, пожаротушение и изоляция компьютерных залов и т. д., с 1928 года.
Первые кондиционеры и холодильники использовали токсичные или легковоспламеняющиеся газы, такие как аммиак , диоксид серы , метилхлорид или пропан , утечка которых могла привести к смертельным случаям. [4]
В 1928 году Томас Миджли-младший создал первый негорючий, нетоксичный хлорфторуглеродный газ, фреон (R-12). Это название является торговой маркой, принадлежащей DuPont (теперь Chemours ) для любого хлорфторуглеродного (CFC), гидрохлорфторуглеродного (HCFC) или гидрофторуглеродного (HFC) хладагента. После открытия лучших методов синтеза, на рынке доминировали такие CFC, как R-11 , [5] R-12 , [6] R-123 [5] и R-502 [7] .
В середине 1970-х годов ученые обнаружили, что ХФУ наносят серьезный ущерб озоновому слою , который защищает Землю от ультрафиолетового излучения, и озоновым дырам над полярными регионами. [8] [9] Это привело к подписанию Монреальского протокола в 1987 году, который был направлен на поэтапный отказ от ХФУ и ГХФУ [10] , но не рассматривал вклад ГФУ в изменение климата. Принятие ГХФУ, таких как R-22 , [11] [12] [13] и R-123 [5], было ускорено, и поэтому они использовались в большинстве домов США в кондиционерах и в охладителях [14] с 1980-х годов, поскольку они имеют значительно более низкий потенциал разрушения озонового слоя (ODP), чем ХФУ, но их ODP все еще не был равен нулю, что привело к их окончательному отказу.
Гидрофторуглероды (ГФУ), такие как R-134a , [15] [16] R-407A , [17] R-407C , [18] R-404A , [7] R-410A [19] (смесь R-125 / R-32 в соотношении 50/50 ) и R-507 [20] [21], продвигались в качестве замены ХФУ и ГХФУ в 1990-х и 2000-х годах. ГФУ не разрушают озоновый слой, но обладают потенциалом глобального потепления (ПГП) в тысячи раз больше, чем у CO2 , а их время жизни в атмосфере может составлять десятилетия. Это, в свою очередь, начиная с 2010-х годов, привело к принятию в новом оборудовании углеводородных и HFO ( гидрофторолефиновых ) хладагентов R-32, [22] R-290, [23] R-600a, [23] R-454B , [24] R-1234yf , [25] [26] R-514A, [27] R-744 (CO2 ) , [28] R-1234ze(E) [29] и R-1233zd(E), [30] , которые имеют как нулевой ОРП, так и более низкий ПГП. Углеводороды и CO2 иногда называют природными хладагентами, поскольку их можно найти в природе.
Экологическая организация Greenpeace предоставила финансирование бывшей восточногерманской компании по производству холодильников для исследования альтернативных хладагентов, безопасных для озона и климата, в 1992 году. Компания разработала углеводородную смесь пропана и изобутана , или чистый изобутан, [31] названную «Greenfreeze», но в качестве условия контракта с Greenpeace не могла запатентовать технологию, что привело к широкому внедрению другими фирмами. [32] [33] [34] Однако политика и политическое влияние руководителей корпораций сопротивлялись изменениям, [35] [36] ссылаясь на воспламеняемость и взрывоопасные свойства хладагентов, [37] и DuPont вместе с другими компаниями заблокировали их в США с помощью Агентства по охране окружающей среды США. [38] [39]
Начиная с 14 ноября 1994 года Агентство по охране окружающей среды США ограничило продажу, хранение и использование хладагентов только лицензированными специалистами в соответствии с правилами, изложенными в разделах 608 и 609 Закона о чистом воздухе. [40] В 1995 году Германия запретила использование холодильников на основе ХФУ. [41]
В 1996 году была создана Eurammon , европейская некоммерческая инициатива по натуральным хладагентам , в которую вошли европейские компании, учреждения и отраслевые эксперты. [42] [43] [44]
В 1997 году ФУ и ГФУ были включены в Киотский протокол к Рамочной конвенции об изменении климата.
В 2000 году в Великобритании вступили в силу Правила по озону [45] , запрещающие использование озоноразрушающих хладагентов ГХФУ, таких как R22, в новых системах. Правила запрещали использование R22 в качестве «доливной» жидкости для технического обслуживания с 2010 года для первичной жидкости и с 2015 года для переработанной жидкости. [ необходима цитата ]
С ростом интереса к натуральным хладагентам как альтернативам синтетическим хладагентам, таким как ХФУ, ГХФУ и ГФУ, в 2004 году Greenpeace совместно с такими транснациональными корпорациями, как Coca-Cola и Unilever , а позже Pepsico и другими, создала корпоративную коалицию под названием Refrigerants Naturally! [41] [46] Четыре года спустя Ben & Jerry's of Unilever и General Electric начали предпринимать шаги по поддержке производства и использования в США [47] По оценкам, почти 75 процентов сектора охлаждения и кондиционирования воздуха имеют потенциал для перехода на натуральные хладагенты. [48]
В 2006 году ЕС принял Регламент по фторированным парниковым газам (FCs и HFCs), чтобы поощрить переход на природные хладагенты (такие как углеводороды). В 2010 году сообщалось, что некоторые хладагенты используются в качестве рекреационных наркотиков , что приводит к чрезвычайно опасному явлению, известному как злоупотребление ингалянтами . [49]
С 2011 года Европейский союз начал поэтапный отказ от хладагентов с потенциалом глобального потепления (ПГП) более 150 в автомобильных кондиционерах (ПГП = 100-летний потенциал потепления одного килограмма газа относительно одного килограмма CO2 ) , таких как хладагент HFC-134a (известный как R-134a в Северной Америке), ПГП которого составляет 1526. [50] В том же году Агентство по охране окружающей среды приняло решение в пользу хладагента, безопасного для озонового слоя и климата, для производства в США. [32] [51] [52]
Исследование, проведенное в 2018 году некоммерческой организацией « Drawdown », поставило правильное управление хладагентами и их утилизацию на первое место в списке решений по борьбе с изменением климата, при этом воздействие эквивалентно устранению выбросов углекислого газа в США за 17 лет. [53]
В 2019 году было подсчитано, что ХФУ, ГХФУ и ГФУ ответственны примерно за 10% прямого радиационного воздействия всех долгоживущих антропогенных парниковых газов. [54] В том же году ЮНЕП опубликовала новые добровольные руководящие принципы, [55] однако многие страны еще не ратифицировали Кигалийскую поправку .
С начала 2020 года ГФУ (включая R-404A, R-134a и R-410A) вытесняются: бытовые системы кондиционирования воздуха и тепловые насосы все чаще используют R-32 . Его ПГП по-прежнему превышает 600. Прогрессивные устройства используют хладагенты, практически не оказывающие влияния на климат, а именно R-290 (пропан), R-600a (изобутан) или R-1234yf (менее огнеопасный, в автомобилях). В коммерческом охлаждении также может использоваться CO2 (R-744) .
Хладагент должен иметь: точку кипения , которая несколько ниже целевой температуры (хотя точку кипения можно отрегулировать, отрегулировав давление соответствующим образом), высокую теплоту испарения , умеренную плотность в жидкой форме, относительно высокую плотность в газообразной форме (которую также можно отрегулировать, установив давление соответствующим образом), и высокую критическую температуру . Рабочее давление в идеале должно быть ограничено медными трубками , широкодоступным материалом. Следует избегать чрезвычайно высоких давлений. [ необходима цитата ]
Идеальный хладагент должен быть: некоррозионным , нетоксичным , невоспламеняющимся , без потенциала разрушения озонового слоя и глобального потепления . Предпочтительно, чтобы он был натуральным с хорошо изученным и низким воздействием на окружающую среду. Новые хладагенты решают проблему ущерба, который ХФУ наносят озоновому слою, и вклада ГХФУ в изменение климата, но некоторые из них поднимают вопросы, связанные с токсичностью и/или воспламеняемостью. [56]
С ростом регулирования ожидается, что хладагенты с очень низким потенциалом глобального потепления будут играть доминирующую роль в 21 веке, [57] в частности, R-290 и R-1234yf. Начиная с почти нулевой доли рынка в 2018 году, [58] устройства с низким GWPO набирают долю рынка в 2022 году.
Код | Химический | Имя | ПГП 20 лет [59] | ПГП 100 лет [59] | Статус | Комментарий |
---|---|---|---|---|---|---|
Р-290 | С 3 Н 8 | Пропан | 3.3 [60] | Растущее использование | Низкая стоимость, широкая доступность и эффективность. Они также имеют нулевой потенциал разрушения озонового слоя . Несмотря на их воспламеняемость, они все чаще используются в бытовых холодильниках и тепловых насосах. В 2010 году около трети всех бытовых холодильников и морозильников, произведенных в мире, использовали изобутан или смесь изобутана и пропана, и ожидается, что к 2020 году этот показатель увеличится до 75%. [61] | |
Р-600а | HC( CH3 ) 3 | Изобутан | 3.3 | Широко используется | См. R-290. | |
Р-717 | NH3 | Аммиак | 0 | 0 [62] | Широко используется | Обычно использовавшийся до популяризации ХФУ, он снова рассматривается, но страдает от недостатка токсичности и требует коррозионно-стойких компонентов, что ограничивает его бытовое и мелкомасштабное использование. Безводный аммиак широко используется в промышленных холодильных установках и на хоккейных площадках из-за его высокой энергоэффективности и низкой стоимости. |
R-1234yf ГФО-1234yf | С3Н2Ф4 | 2,3,3,3-Тетрафторпропен | <1 | Менее производительный, но и менее огнеопасный, чем R-290. [57] GM объявила, что начнет использовать «гидрофторолефин», HFO-1234yf , во всех своих брендах к 2013 году. [63] | ||
Р-744 | СО2 | Углекислый газ | 1 | 1 | В использовании | Использовался в качестве хладагента до открытия ХФУ (это также относится к пропану) [4] и сейчас переживает возрождение, поскольку не разрушает озоновый слой, не токсичен и не воспламеняется. Он может стать рабочей жидкостью по выбору для замены текущих ГФУ в автомобилях, супермаркетах и тепловых насосах . Coca-Cola выставила на рынок охладители напитков на основе CO2, а армия США рассматривает возможность использования CO2 для охлаждения. [64] [65] Из-за необходимости работать при давлении до 130 бар (1900 фунтов на кв. дюйм; 13 000 кПа) системы CO2 требуют высокопрочных компонентов, однако они уже разработаны для массового производства во многих секторах. |
Код | Химический | Имя | Потенциал глобального потепления 20 лет [59] | ПГП 100 лет [59] | Статус | Комментарий |
---|---|---|---|---|---|---|
R-32 ГФУ-32 | СН 2 Ф 2 | Дифторметан | 2430 | 677 | Широко используется | Продвигается как экологически безопасная замена R-134a и R-410A, но все еще оказывающая сильное воздействие на климат. Имеет превосходную теплопередачу и падение давления как при конденсации, так и при испарении. [66] Срок службы в атмосфере составляет около 5 лет. [67] В настоящее время используется в бытовых и коммерческих кондиционерах и тепловых насосах . |
R-134a ГФУ-134a | СН 2 ФЦФ 3 | 1,1,1,2-Тетрафторэтан | 3790 | 1550 | Широко используется | В 2020 году в основном использовался в гидронных тепловых насосах в Европе и США, несмотря на высокий ПГП. [58] Обычно использовался в автомобильных кондиционерах до поэтапного отказа от него, начавшегося в 2012 году. |
Р-410А | 50% R-32 / 50% R-125 ( пентафторэтан ) | Между 2430 (R-32) и 6350 (R-125) | > 677 | Широко используется | К 2018 году большинство из них будут использоваться в сплит-тепловых насосах/кондиционерах. Почти 100% доля в США. [58] В США будет постепенно выведен из эксплуатации с 2022 года. [68] [69] |
Код | Химический | Имя | Потенциал глобального потепления 20 лет [59] | ПГП 100 лет [59] | Статус | Комментарий |
---|---|---|---|---|---|---|
R-11 ХФУ-11 | CCl3F | Трихлорфторметан | 6900 | 4660 | Запрещено | Производство было запрещено в развитых странах Монреальским протоколом в 1996 году. |
R-12 ХФУ-12 | CCl2F2 | Дихлордифторметан | 10800 | 10200 | Запрещено | Также известен как фреон, широко используемый хлорфторуглерод галометан (ХФУ). Производство было запрещено в развитых странах Монреальским протоколом в 1996 году, а в развивающихся странах (страны статьи 5) в 2010 году. [70] |
R-22 ГХФУ-22 | CHClF2 | Хлордифторметан | 5280 | 1760 | Поэтапное прекращение | Широко используемый гидрохлорфторуглерод (ГХФУ) и мощный парниковый газ с ПГП, равным 1810. Мировое производство R-22 в 2008 году составило около 800 Гг в год, по сравнению с примерно 450 Гг в год в 1998 году. R-438A (MO-99) является заменой R-22. [71] |
R-123 ГХФУ-123 | CHCl2CF3 | 2,2-Дихлор-1,1,1-трифторэтан | 292 | 79 | Поэтапный отказ от США | Используется в крупнотоннажных центробежных охладителях. Все производство и импорт первичных ГХФУ в США будут прекращены к 2030 году, за некоторыми исключениями. [72] Хладагент R-123 использовался для модернизации некоторых охладителей, в которых использовался хладагент R-11 трихлорфторметан . Производство R-11 было запрещено в развитых странах Монреальским протоколом в 1996 году. [73] |
Код | Химический | Имя | Потенциал глобального потепления 20 лет [59] | ПГП 100 лет [59] | Комментарий |
---|---|---|---|---|---|
R-152a ГФУ-152a | CH 3 CHF 2 | 1,1-Дифторэтан | 506 | 138 | В качестве сжатого воздуха для очистки |
Р-407С | Смесь дифторметана и пентафторэтана и 1,1,1,2-тетрафторэтана | Смесь R-32, R-125 и R-134a | |||
Р-454Б | Дифторметан и 2,3,3,3-тетрафторпропен | Смесь хладагентов HFOs дифторметан ( R-32 ) и 2,3,3,3-тетрафторпропен ( R-1234yf ). [74] [75] [76] [77] | |||
Р-513А | Смесь ГФО/ГФУ (56% R-1234yf/44% R-134a) | Может заменить R-134a в качестве временной альтернативы [78] | |||
Р-514А | HFO-1336mzz-Z/транс-1,2-дихлорэтилен (t-DCE) | Хладагент на основе гидрофторолефина (HFO) для замены R-123 в центробежных охладителях низкого давления для коммерческого и промышленного применения. [79] [80] |
Охлаждающая жидкость и хладагенты встречаются во всем промышленно развитом мире, в домах, офисах и на заводах, в таких устройствах, как холодильники, кондиционеры, центральные системы кондиционирования воздуха (HVAC), морозильники и осушители воздуха. При обслуживании этих устройств существует риск того, что хладагентный газ будет выброшен в атмосферу случайно или преднамеренно, поэтому создаются программы обучения и сертификации технических специалистов, чтобы гарантировать, что материал сохраняется и управляется безопасно. Было показано, что неправильное обращение с этими газами разрушает озоновый слой и, как предполагается, способствует глобальному потеплению . [81]
За исключением изобутана и пропана (R600a, R441A и R290), аммиака и CO2 , согласно разделу 608 Закона США о чистом воздухе , преднамеренный выброс любых хладагентов в атмосферу является незаконным. [82] [83]
Утилизация хладагента — это процесс переработки использованного хладагента, который ранее использовался в каком-либо типе холодильного контура, таким образом, чтобы он соответствовал спецификациям для нового хладагента. В Соединенных Штатах Закон о чистом воздухе 1990 года требует, чтобы использованный хладагент перерабатывался сертифицированным регенератором, который должен иметь лицензию Агентства по охране окружающей среды США (EPA), а материал должен быть восстановлен и доставлен регенератору сертифицированными EPA специалистами. [84]
Хладагенты можно разделить на три класса в зависимости от способа поглощения или извлечения тепла из охлаждаемых веществ: [ необходима ссылка ]
Система нумерации R- была разработана компанией DuPont (владелец торговой марки Freon ) и систематически идентифицирует молекулярную структуру хладагентов, изготовленных с использованием одного галогенированного углеводорода. С тех пор ASHRAE установила следующие руководящие принципы для системы нумерации: [85]
Прием 1 X 2 X 3 X 4
Например, R-134a имеет 2 атома углерода, 2 атома водорода и 4 атома фтора, эмпирическая формула тетрафторэтана. Суффикс "a" указывает на то, что изомер не сбалансирован одним атомом, что дает 1,1,1,2-тетрафторэтан . R-134 (без суффикса "a") имел бы молекулярную структуру 1,1,2,2-тетрафторэтана.
Те же номера используются с префиксом R- для общих хладагентов, с префиксом «Пропеллент» (например, «Пропеллент 12») для того же химического вещества, используемого в качестве пропеллента для аэрозольного спрея , и с торговыми названиями для соединений, такими как « Фреон 12». В последнее время возникла практика использования сокращений HFC- для гидрофторуглеродов , CFC- для хлорфторуглеродов и HCFC- для гидрохлорфторуглеродов из-за нормативных различий между этими группами. [ необходима цитата ]
Стандарт ASHRAE 34 « Обозначение и классификация безопасности хладагентов » присваивает хладагентам классификацию безопасности на основе токсичности и воспламеняемости .
Используя информацию о безопасности, предоставленную производителями, ASHRAE присваивает заглавную букву для обозначения токсичности и цифру для обозначения воспламеняемости. Буква «A» является наименее токсичной, а цифра 1 — наименее воспламеняемой. [86]
Доклад 1525
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )