Альтернативные многокомпонентные хладагенты на основе углеводородов

Хладагент С1. В результате комплексных исследований в НИИ тепловых процессов им. В. М. Келдыша (Россия) разработан ряд многокомпонентных озонобезопасных хладагентов взамен R134a в качестве альтернативы R12. Наиболее перспективный из них хладагент С1 (азеотропная смесь R152/R600a), представляющий собой смесь углеводородов и фторуглеродов. Результаты исследований свидетельствуют о высоких теплофизических и эксплуатационных свойствах хладагентов и низком энергопотреблении холодильников, где используют эти хладагенты.

Зависимость холодопроизводительности и холодильного коэффициента от температуры кипения для С1, а также для R12 и R134a приведена на рисунке ниже. Эксперименты показали, что холодо-производительность и холодильный коэффициент компрессоров ХКВ-6 и V1040G, заправленных смесью С1 в диапазоне температур кипения, характерных для бытовых холодильников и морозильников, соответствуют аналогичным параметрам для R12 и тем более для R134a.

Сравнительные испытания холодильников "Бирюса-22" и морозильников "Бирюса-14", работающих на разных хладагентах, показали, что переход на смесь С1 привел к падению потребляемой мощности на 2,5...8,7 %.

В таблице представлены сравнительные энергетические и эксплуатационные характеристики морозильника "Бирюса-14" и холодильника "Бирюса-22", работающих на хладагентах С1 и R12, полученные при температуре наружного воздуха 25 ^oС.

Энергопотребление зарубежных холодильников при испытании их на смеси С1 показано на рисунке ниже. После замены R12 смесью С1 энергопотребление бытового холодильника АР807 снижалось на 16,9 %, а холодильника АР716 - на 5,16 %.

Полученные в лаборатории США экспериментальные данные при испытании зарубежного холодильника на смеси С1 показали, что при оптимальной дозе заправки его энергопотребление на 10 % меньше, чем при работе этого холодильника на R12 (рисунок В).

Исследования, проведенные в НИИ тепловых процессов им. В. М. Келдыша, позволили сделать следующие выводы:

• бытовые холодильники, заправленные хладагентом С1, работают устойчиво, их энергетические характеристики не хуже, чем при работе на R12, даже несколько превосходят их;
• совместимость С1 с минеральным маслом ХФ 12-16 и конструкционными материалами позволяет максимально упростить процесс перехода с R12 на многокомпонентные хладагенты;
• компоненты, входящие в С1, нетоксичны, их потенциал глобального потепления GWP низок; они освоены промышленностью развитых стран;
• хладагент С1 горюч, но, как считают разработчики, необходимая доза для заправки бытовых холодильников и морозильников столь мала (28...56 г), что даже при полной утечке С1 из агрегата его концентрация (например, в кухне объемом 20 м³) будет ниже порога горючести в десятки раз.

Энергопотребление бытовых холодильников: а, б - при работе зарубежных моделей бытовых холодильников на хладагентах С1 и R12 (а - АР 807; б - АР 716); в - зависимость отношения расхода электроэнергии NC1 при использовании хладагента С1 к расходу электроэнергии NR12 в этом же холодильнике при заправке его хладагентом R12 до дозы заправки С1

Однако пожаро- и взрывоопасность хладагента С1 делают проблематичным применение его для действующего парка холодильного оборудования.

Следует учитывать также то, что в рабочем интервале температур азеотропные смеси С1 изменяют свою концентрацию на 3...6 %, что затрудняет процедуру заправки, дозаправки и перезаправки хладагентом холодильного агрегата.

В России в 1995 г. на заводе холодильников "Бирюса" была изготовлена опытная партия из 100 холодильников с серийным герметичным компрессором на углеводородной смеси С1.

Смесь пропан-бутан. По результатам исследований предлагается также использовать в бытовых холодильниках в качестве хладагента смесь пропан-бутан: при этом изменений в конструкцию бытового холодильника не вносят, а в качестве масла используют обычные минеральные масла, работающие с R12.

За период эксплуатации бытовых холодильников в течение 5 лет не отмечено признаков изменения хладагента и масла. В таблице приведены эксплуатационные характеристики бытовых холодильников TS135 и TS175 (Польша) объемом соответственно 135 и 175 дм³.

По энергетическим характеристикам теоретического холодильного цикла смесь пропан-бутан при аналогичных условиях уступает R12. В Германии уже несколько лет выпускают небольшими партиями холодильники, работающие на данной смеси. Смесь пропан-бутана зеотропная.

Как было сказано ранее, такие смеси кипят при переменных температурах, но при постоянном давлении, т. е. это свойство может быть реализовано в холодильниках с двумя испарителями, когда кипение зеотропной смеси начинается в низкотемпературном отделении, а выкипание происходит в испарителе холодильной камеры при более высоких температурах.

Предлагаемая смесь пропан-изобутан (43 % R600a) горюча, но масса хладагента, находящегося в бытовом холодильнике, мала (20...40 г). Этой смесью заправляют бытовые холодильники в Германии, широко внедряют ее в Китае и Индии. Вместе с тем американское агентство по охране окружающей среды (ЕРА) ввело правило, запрещающее использование смеси пропан-изобутан (НС-12а) в качестве альтернативы R12.

Хладагент СМ1. Этот хладагент разработан в МЭИ (состав R134a/R218/R600), представляет собой зеотропную, пожаро- и взрывобезопасную смесь, по термодинамическим характеристикам близкую к R12 и растворимую в минеральных маслах. Не требуется изменения конструкций холодильных машин, применения новых смазочных масел и переоснащения производства.

В таблице приведены сравнительные результаты испытаний бытовых холодильников "ЗИЛ", "Мир-101", "Ока-бМ" и морозильника "Свияга-106" (МЭИ).

Как показали испытания, хладагент СМ1 можно использовать в бытовых холодильниках вместо R12.

Суточный расход электроэнергии в бытовых холодильниках, заправленных СМ1, выше на 4...9%, чем в холодильниках, работающих на R12.

Для повышения энергетической эффективности рекомендуется обеспечивать полноценный регенеративный теплообмен в холодильных агрегатах (между жидкостным и всасываемым потоками хладагента).

Хладагент СМ1 предлагается также использовать в торговом и промышленном холодильном оборудовании, выпускаемом в настоящее время для работы на R12, а также для ретрофита части действующего парка холодильных машин.

Примерная потребность хладагента СМ1 (в новом производстве и при ретрофите) в 2000г.:

• в бытовой холодильной технике 900 т;
• в торговых холодильных машинах с воздушным охлаждением конденсаторов 600 т;
• в промышленных холодильных машинах с воздушным охлаждением конденсатора 500 т.

Вместе с тем при имеющейся сырьевой базе промышленное производство хладагента СМ1 пока не организовано.