"Стратегия выбора хладагентов для холодильных машин"
Материал прочитан 2158 раз и оценен
0
А.М. Рукавишников, ведущий специалист ООО «ГЕА Грассо Рефрижерейшн», к.т.н.
За всю историю использования человеком хладагентов пройдено четыре этапа их эволюции с целью поиска лучшего. Первое поколение хладагентов (1830-1930 гг.) – «использование всего что работает», второе – (1931-1990 гг.) – «безопасность и долговечность), третье поколение (1990-2010 гг.) – «защита озонового слоя» и четвертый -современный этап с развитием на перспективу (2010-…гг..) – «глобальное потепление» [1].
С учетом общих требований, предъявляемых к современным холодильным установкам: энергоэффективности, экономичности, экологичности и безопасности эксплуатации, в отношении хладагентов сформированы специфические условия для их применения.
По термодинамическим характеристикам они должны иметь низкую температуру кипения при давлениях выше атмосферного (во избежание подсоса воздуха), умеренные давление и температуру конденсации, низкую температуру отвердевания и высокую критическую температуру, большую теплоту парообразования при малых удельных объемах паров, малую теплоемкость и высокую теплопроводность.
К эксплуатационным условиям относятся: термохимическая стабильность, взрыво- и пожаробезопасность, нетоксичность по отношению к биологическим объектам, химическая совместимость с конструкционными материалами и холодильными маслами, достаточная взаиморастворимость с маслом для хорошей его циркуляции, способность растворять воду, наличие запаха и т.д.
К экологическим и экономическим требованиям относятся: природное происхождение, озонобезопасность, низкий потенциал глобального потепления, наличие отечественного промышленного производства, приемлемые для потребителей цены.
Очевидно, что невозможно найти идеальный хладагент, отвечающий всем перечисленным требованиям, поэтому в каждом отдельном случае выбирают хладагент с учетом конкретных условий работы холодильной установки и запросов потребителя. В зависимости от температуры кипения при атмосферном давлении хладагенты подразделяют на три группы: высокотемпературные (выше минус 10 oС), умеренные (ниже минус 10 oС) и низкотемпературные (ниже минус 50 oС).
В холодильной технике и кондиционировании чаще всего применяют пять типов хладагентов. Это аммиак, фреоны, диоксид углерода, углеводороды и их смеси, а также вода. В промышленном холоде вышеперечисленным требованиям к хладагентам наиболее близко отвечают аммиак, фреоны и диоксид углерода.
Штрихи истории.
Бурное развитие направления искусственных хладагентов на основе хлорфторуглеродов (ХФУ) и гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) привело к тому, что в настоящее время насчитывается около 50 типов фреонов, правда промышленное применение имеют не более десятка [2]. Только аммиак (R717), за счет высоких термодинамических, технико-эксплуатационных и экономических показателей в широком диапазоне температур составил достойную конкуренцию новым искусственным хладагентам.
Обнаружение в 1974 г. разрушающего действия ХФУ на озоновый слой Земли, привело к ограничению, а затем и к запрещению ХФУ. В дальнейшем это коснулось и некоторых хладагентов класса ГХФУ и в частности, фреона R22. Данное решение было закреплено в1985 г. Венской конвенцией по защите озонового слоя Земли. Позже оно было подтверждено в 1987 г. Монреальским протоколом, подписанным всеми промышленно развитыми странами мира. С 1989 г. налажено производство озонобезопасных хладагентов, например, R134A, R404A, R407C, R507A, R410A и др. которые, однако, имеют свои существенные недостатки.
В конце сентября 2007 г. в Монреале подписаны документы по более жестким мерам ограничения и запрещения озоноразрушающих фреонов. Срок их производства и потребления для развитых стран сокращен на 10 лет и ограничен 2020 годом. К 2010 г. производство и потребление подобных фреонов должно быть сокращено на 75%, к 2015 г. – на 90% и прекращено – к 2020 г.
Таким образом, и в России к этому времени фреон R22 должен остаться только в «приятных воспоминаниях» специалистов.
Данный факт достоин сожаления, так как это был, пожалуй, лучший фреон хорошего качества и доступной цены, из тех, что выпускаются отечественной промышленностью для холодильного бизнеса. Тем не менее, уклонение от выполнения подписанных обязательств, грозит нарушителю существенными экономическими санкциями со стороны участников Монреальского соглашения. Вот почему российские холодильщики чувствуют себя неуютно под «монреальским озонобезопасным зонтиком».
Запрет и ограничения применения озоноразрушающих фреонов привели к поиску альтернативных хладагентов и возродили активный интерес к природным хладагентам, в частности к аммиаку, диоксиду углерода и углеводородам.
«Новые» фреоны – новые проблемы.
Созданные в последние годы «новые» озонобезопасные фреоны, как оказалось, имеют целый ряд недостатков. Они, прежде всего, значительно дороже фреона R22. По данным зарубежных источников в 2008 г. эта разница составляла для R134A – 165%, R404A – 175, R407 – 215, R507A – 250, R410A – 282% и т.д. [3]. Разница в цене с аммиаком вообще зашкаливает за пределы разумного. Российские цены на подобные фреоны заведомо больше, в особенности по отношению к цене отечественного фреона R22.
Ситуация осложняется тем, что все новые фреоны требуют применения в холодильных системах специальных, дорогостоящих, синтетических масел и обладают более низкой эффективностью, что приводит к повышенному энергопотреблению агрегатов и установок для выработки холода. Кроме того, в основном, это многокомпонентные смеси, которые в процессе эксплуатации и при утечках могут вызывать расслаивание и перекос концентраций компонентов, что в конечном итоге приводит к падению их эффективности. В отдельных случаях при их частичной утечке требуется полная перезаправка системы хладагентом, что связано с большими финансовыми потерями.
Существенным недостатком «новых» фреонов является высокий потенциал (GWP) вклада в глобальное потепление климата Земли, техногенное влияние на который регулируется с 1997 г. Киотским протоколом, с последующими дополнениями и поправками. Например, фреоны R404A и R507A, на которые возлагались большие надежды, имеют потенциал глобального потепления (GWP) равный 3800 при величине его для СО2, равном 1, а для аммиака он вообще нулевой.
Уже сейчас в Европе считают разумным пределом данного потенциала для хладагентов не выше 1500 единиц, а 40% членов Европейского парламента дружно голосуют за ограничение применения хладагентов с (GWP) выше 150 [1]. Ближайшим кандидатом на запрещение является фреон R134A в наиболее широкой области его применения – в автомобильных кондиционерах[2].
Россия вслед за Европой вынуждена переходить на «новые» фреоны несмотря на то, что в отсутствие отечественного производства мы попадаем в «кабальную» зависимость от их поставок из-за рубежа. Судя по всему, нас вовлекли в огромный затратный процесс, выходом из которого может быть либо угасание холодильной отрасли России либо ее возрождение при возврате к использованию отечественных хладагентов и, прежде всего аммиака с учетом новейших разработок холодильных систем и рекомендаций по его безопасному применению.
Анализ ситуации по современным холодильным объектам показывает, что у профессиональных холодильщиков нет проблем с эксплуатацией аммиачных агрегатов и установок в случае разумного ориентирования на общепринятые правила и рекомендации по безопасности.
Ощутив объем неприятностей, связанных с «парниковыми» фреонами, Европа стала активно ограничивать или вовсе запрещать их применение. Дания с 2007 г. а Австрия и Швейцария с 2008 г. запретили использование «парниковых» фреонов с GWP выше 2000. В странах ЕС вводят специальные налоги на их применение и штрафы за утечку в атмосферу. Например, в скандинавских странах налог на фреон R404A составляет 75 Евро за 1 кг, а штраф за утечку 30% заправки в год в Нидерландах составляет 29 000 Евро. Предел единичной заправки ограничивается 300 кг на каждую установку с обязательным автоматическим контролем утечек. Вводится жесткий контроль для систем с заправкой от 30 кг фреона и выше.
Вопросы глобального потепления климата и вклад в этот процесс выбросов «парниковых» газов, в том числе и фреонов выдвигаются в ряд жизненно важных и обсуждаются на самом высоком уровне как на встречах глав «восьмерки» ведущих государств мира, так и в ООН и в различных международных комитетах. Согласно последнему докладу ООН в 2007 г. «GEO-4» межправительственной группы экспертов по изменению климата Земли (IPCC) потепление климата неоспоримо доказано и подтверждается ростом средних мировых температур воздуха и океана, а также повсеместным таянием материковых ледников и океанических ледниковых полей Арктики и Антарктики [4,5].
Деформация климата в сторону глобального потепления может привести в ближайшие 20-30 лет к подтоплению, а в ряде случаев и к полному затоплению островов и низинных территорий стран и континентов.. Катастрофическим последствием глобального потепления может стать и уже становится нарушение продовольственной безопасности отдельных стран и даже континентов, например Африки.
Осознавая всю серьезность проблемы, Евросоюз в начале декабря 2008г утвердил целевую программу «Три по 20» суть которой состоит в том, что страны Европы обязуются к 2020 году снизить выбросы парниковых газов на 20% при одновременном снижении на 20% энергозатрат.
Альтернатива неизбежна?
Альтернативой «парниковым» фреонам ведущие специалисты и ученые промышленно развитых стран мира считают аммиак и диоксид углерода, а также комбинированное их сочетание в холодильных системах.
Уже сейчас 75% промышленного холодильного оборудования Европы (кроме Франции и Нидерландов, где это значение ниже) работает на аммиаке и эта тенденция носит заведомо растущий характер с введением в строй каскадных систем на аммиаке в сочетании с диоксидом углерода, либо двухконтурных систем, где диоксид углерода работает как хладоноситель.
Существенной и непременной деталью разработки новых холодильных установок и систем с аммиаком в мире стало обеспечение дозированной заправки хладагента и разделение на блоки в рамках крупных централизованных систем хладоснабжения, а также совершенствование систем газового контроля. Аммиак укрепляет свои позиции в промышленном холоде Канады, США, Австралии, в ряде стран Азии, Южной Америки и в большинстве стран Европы.
Необходимость возврата к аммиаку подкрепляется его энергетической эффективностью и экологичностью. Первый фактор связан с потреблением энергии на выработку холода, которое необходимо минимизировать на фоне высоких цен на энергоресурсы. Второй фактор – отсутствие прямого вклада в глобальное потепление и естественное происхождение аммиака.
Для России в последние годы характерным является предпочтение фреонов аммиаку в новых системах хладоснабжения и стремление замены его на фреон в реконструируемых установках. Это связано, в основном, с жесткими требованиями безопасности со стороны Ростехнадзора, МЧС и других надзорных органов. Однако требования по безопасности эксплуатации фреоновых установок все больше приближаются к существующим по аммиаку, тем более, известным фактом является то, что при контакте с огнем фреоны выделяют смертельно опасные газовые компоненты.
Ведущие специалисты мира по холодильной технике считают дорогой ошибкой выбор в пользу фреона по отношению к аммиаку. Это касается и перевода существующих систем с аммиака на фреон. Очевидным фактом является то, что использование фреонов приводит к повышенному расходу энергоресурсов для получения единицы холода по сравнению с аммиаком примерно в соотношении 60/40. Исходя из этого понятно, что экономия электроэнергии и замена аммиака фреонами противоречат друг другу [6].
Данные выводы были лишний раз подтверждены итогами «8-й Международной конференции им. Густава Лорентцена по природным рабочим веществам», которая проходила 7-10 сентября 2008г в г. Копенгаген (Дания). Там же была сформулирована современная стратегия выбора хладагентов, благоприятных для окружающей среды. Для крупных холодильных систем и установок (в том числе и с промежуточным хладоносителем) рекомендуется аммиак. Для средних – СО2 (каскадные и комбинированные системы) или углеводороды, с промежуточным хладоносителем. Мелкие холодильные агрегаты и установки (торговый или коммерческий холод) рекомендуется эксплуатировать с углеводородами.
Литература
1. Джеймс М. Калм. Новое поколение хладагентов.- Холодильный бизнес, 2008, №7 и №8.
2. Бабакин Б.С. Хладагенты, масла, сервис холодильных систем.- Монография.- Рязань: Узорочье. – 2003.
3. Рукавишников А.М. Хладагенты – элексир жизни холодильного бизнеса. – Холодильный бизнес, 2008, №2.
4. Хип Р. Охлаждение и продовольственная безопасность. – Материалы ХХII Международного конгресса по холоду, 2007. – Холодильная техника, 2007, №11.
5. Рукавишников А.М. Пища, климат, холод и продовольственная безопасность населения. – Холодильный бизнес, 2008, №6.
6. Медникова Н.М., Пытченко В.П. Аммиачная холодильная техника, сегодня и завтра.- Материалы Международной конференции. (г. Охрид, Македония). 19-21 апреля 2008.
Настоящим, в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года, Вы подтверждаете свое согласие на обработку компанией ООО «Концепция связи XXI век» персональных данных: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу в целях продвижения товаров, работ, услуг на рынке путем осуществления прямых контактов с помощью средств связи, продажи продуктов и услуг на Ваше имя, блокирование, обезличивание, уничтожение.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует конфиденциальность получаемой информации. Обработка персональных данных осуществляется в целях эффективного исполнения заказов, договоров и иных обязательств, принятых компанией в качестве обязательных к исполнению.
В случае необходимости предоставления Ваших персональных данных правообладателю, дистрибьютору или реселлеру программного обеспечения в целях регистрации программного обеспечения на Ваше имя, Вы даёте согласие на передачу своих персональных данных.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует, что правообладатель, дистрибьютор или реселлер программного обеспечения осуществляет защиту персональных данных на условиях, аналогичных изложенным в Политике конфиденциальности персональных данных.
Настоящее согласие распространяется на следующие персональные данные: фамилия, имя и отчество, место работы, должность, адрес электронной почты, почтовый адрес доставки заказов, контактный телефон, платёжные реквизиты.
Срок действия согласия является неограниченным. Вы можете в любой момент отозвать настоящее согласие, направив письменное уведомление на адрес: podpiska@vedomost.ru с пометкой «Отзыв согласия на обработку персональных данных».
Обращаем Ваше внимание, что отзыв согласия на обработку персональных данных влечёт за собой удаление Вашей учётной записи с соответствующего Интернет-сайта и/или уничтожение записей, содержащих Ваши персональные данные, в системах обработки персональных данных компании ООО «Концепция связи XXI век», что может сделать невозможным для Вас пользование ее интернет-сервисами.
Давая согласие на обработку персональных данных, Вы гарантируете, что представленная Вами информация является полной, точной и достоверной, а также что при представлении информации не нарушаются действующее законодательство Российской Федерации, законные права и интересы третьих лиц. Вы подтверждаете, что вся предоставленная информация заполнена Вами в отношении себя лично.
Настоящее согласие действует в течение всего периода хранения персональных данных, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.
