Холодильные агенты и холодоносители

В настоящее время на практике применяют до 20 хладагентов. Выбор хладагента для конкретной холодильной машины — сложная инженерная задача. При этом учитывают назначение машины, ее холодопроизводительность, условия эксплуатации, стоимость хладагента и его свойства, в первую очередь токсичность и взрывоопасность, которые имеют исключительно большое значение для безопасной эксплуатации холодильных машин.

В современной отечественной и зарубежной практике наибольшее применение в стационарных холодильных машинах большой холодопроизводительности для получения температур от 0 до -40 °С нашел аммиак благодаря его хорошим термодинамическим свойствам и низкой стоимости. В холодильных машинах малой холодопроизводительности, в бытовых холодильниках, а также транспортных установках используют хладоны (фреоны).

Аммиак (NH3) представляет наибольшую токсическую опасность. Он имеет резкий неприятный запах, сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. При его содержании в воздухе более 0,5% (по объему) происходит отравление. Поэтому на предприятиях с аммиачными холодильными установками действуют очень строгие правила техники безопасности. Аммиак применяют в поршневых компрессионных и абсорбционных установках, так как при атмосферном давлении он имеет температуру кипения 33,4 °С, большую теплоту парообразования, слабую растворимость в масле и другие преимущества. К недостаткам аммиака следует отнести ядовитость, горючесть, взрывоопасность при концентрациях в воздухе 16—26,8%.

Хладоны (фреоны) — галоидопроизводные предельных углеводородов, получаемые путем замены атомов водорода в насыщенном углеводороде атомами фтора, хлора, брома, — химически инертны, мало- или невзрывоопасны.

Широкое распространение получили появившиеся в 1930-е гг. галогенизированные хладагенты R12, R22 и др. Однако в ходе исследований, проведенных американскими физиками (1974), было установлено, что большинство из традиционно используемых хладонов (R11, R12, R113, R502 и в значительно меньшей степени R22), достигая атмосферы, высвобождают хлор, который участвует в разрушении озонового слоя. Известно, что озоновый экран (среднее содержание озона в атмосфере 0,001 %) защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации Солнца, большая доза которой способна уничтожить все живое. Поэтому Международной конвенцией в Вене в 1985 г., Протоколом в Монреале в 1987 г. и последующими протоколами с участием представителей крупнейших стран мира были приняты решения о прекращении к 2000 г. производства и использования озоноопасных хладонов, в первую очередь R11, R12, R113, R114, R115. В соответствии с этим с 1 января 1996 г. в России запрещено использование в новом оборудовании хладагентов R12 и R502, а с 1999 г. полностью запрещено их производство. Хладагент R22 разрешен к применению в России до 2020 г. Взамен перечисленных выше хладонов предлагаются гид-рофторуглеводороды и гидрохлорфторуглеводороды, которые благодаря содержанию водорода разлагаются гораздо быстрее, чем хлорфторуглеводороды (хладоны), в нижних слоях атмосферы, не достигая озонового слоя. С 1996 г. импортируемое Россией торгово-технологическое холодильное оборудование заправляется одним из четырех хладагентов: аммиаком (R717), R22, R134a, R404a.

Несмотря на токсичность и взрывоопасность аммиака его использование в холодильном оборудовании расширяется. Аммиак в 2 раза легче воздуха и при утечке быстро поднимается в атмосферу, где разлагается за несколько дней. При выбросе жидкий аммиак немедленно испаряется. Если ранее аммиак применяли преимущественно в крупных по холодопроизводительности холодильных машинах, то теперь промышленность осваивает конструкции средних и малых аммиачных компрессоров и холодильного оборудования на их основе.

Хладоносители применяют для «транспортирования холода» от источника его получения (испарителя) до охлаждаемого объекта (камеры, аппарата и др.). При одинаковых условиях (одинаковые температура воздуха в охлаждаемом объекте и тепловая нагрузка на него) энергопотребление в системе с хладоносителем выше, чем в системе непосредственного охлаждения, когда хладагент кипит непосредственно в аппарате, находящемся в охлаждаемом объекте. Это объясняется тем, что в системе с хладоносителем для его охлаждения температура кипения хладагента должна быть ниже на 5—6 °С. Кроме того, необходима дополнительная энергия для насосов, осуществляющих циркуляцию хладоносителя. Несмотря на большую энергоемкость, систему с хладоносителем используют при большом числе потребителей холода с различными температурами, расположенных на значительном расстоянии друг от друга (рис. 8.3). В современном торговом холодильном оборудовании, где применяются централизованные системы холодоснабжения — многокомпрессорные агрегаты с параллельно включенными компрессорами, хладоносители полностью исключены.