Выбор хладагента для чиллера

Холодильный агент (хладагент) является важным компонентом холодильной машины для охлаждения жидкости (чиллера), вокруг которого последнее время наблюдается некий ажиотаж.

Условно применяемые сегодня хладагенты можно разделить на 3 группы:

1. Природные, к которым относятся аммиак (R717), СО2 (R744), углеводороды (пропан (R290), бутан (R600), пропилен (R1270) и некоторые другие. Хладагенты производятся в России, доступны на рынке, однако имеют особенности, связанные с безопасной эксплуатацией оборудования [1];
2. Гидрофторуглероды (в настоящее время в чиллерах активно применяются R404A, R507A, R134a, R410A, R407C). Данный хладагенты пришли на смену широко применяемым хлорфторуглеродам R12 и R22, используются продолжительное время, но подлежат сокращению из-за высокого потенциала глобального потепления. Производства в России нет;
3. Хладагент, альтернативные гидрофторуглеродам. Помимо высокой стоимости, которая может доходить до половины стоимости оборудования, и отсутствия производства в России, хладагенты данной группы производятся в странах Европы и Америки.

При выборе хладагента следует обратить внимание на следующие критерии:

1. Стоимость и доступность хладагента на рынке;
   Доступность хладагента связана, прежде всего, с возможностью купить его на российском рынке. Поскольку производства синтетических хладагентов в России нет, а альтернативные хладагенты производятся в странах, которые вводят санкции на поставку определенного ряда продукции, то приходится ориентироваться на хладагенты, производимые в странах Азии, то есть гидрофторуглероды.
   
   Помимо доступности непосредственно самого хладагента, следует обратить внимание и на доступность оборудования, предназначенного для работы с ним, что опять приводит нас к необходимости рассматривать поставщиков из стран Азии.
2. Эксплуатационные расходы, к которым относятся затраты на электроэнергию и непосредственно сам хладагент во время эксплуатации;
   Что касается стоимости, то, как было сказано выше, мы сталкивались с ситуацией, когда цена первоначальной заправки альтернативным гидрофторуглеродам хладагентом составляла половину стоимости оборудования. Если еще добавить утечки во время эксплуатации и возможность оперативно купить хладагент, то использование синтетических альтернатив станет не таким радужным.
   
   Поскольку во время эксплуатации чиллера неизбежны утечки, следует обратить внимание на такое вещество, которое допускало бы дозаправку. Примером может стать хладагент R407C, зеотропный смесевой хладагент. Особенностью этого хладагента является наличие значительного температурного глайда, то есть при одинаковом давлении состав жидкой и газовой фазы разный, что приводит к изменению состава хладагента и, соответственно, свойств в случае утечки. Практически единственным выходом из проблемной ситуации является полная замена хладагента в холодильной машине, что ведет к дополнительным расходам.

При эксплуатации чиллера важно учитывать не только химические характеристики хладагента, но и его теплоемкость, а также техническое обслуживание оборудования. Качественное обслуживание и своевременный ремонт помогут избежать перегрева и повреждения системы. Важно также учитывать требования к монтажу и проектированию системы, чтобы избежать несоответствия характеристик оборудования и условий окружающей среды.

Монтаж и проектирование системы охлаждения должны учитывать особенности различных типов хладагентов и их взаимодействие с теплообменниками. Охладитель должен быть выбран с учетом оптимальной теплоемкости и условий эксплуатации. Важно также учитывать экономические аспекты, такие как затраты на электроэнергию и обслуживание системы.
 

В условиях пониженной температуры окружающей среды, необходимо учитывать возможность замерзания хладагента и обеспечить соответствующие меры для предотвращения этого. Теплообменники и другие компоненты системы должны быть рассчитаны на работу в различных условиях, включая возможные экстремальные температуры.
 

С точки зрения эффективности использования ниже приводятся значения холодильных коэффициентов (отношение холодопроизводительности к потребляемой мощности) для трех температурных режимов. Из таблицы видно, что, например, чиллер с хладагентом R134a работает эффективнее, чем чиллер с хладагентом R404A при температурах хладоносителя плюс 26°С / плюс 20°С и плюс 12°С / плюс 7°С. В то время как эффективность чиллера с хладагентом R410A выше чиллера с хладагентом R404A во всех диапазонах. Почему же тогда в низкотемпературных чиллерах применяется хладагент R404A а не R410A? ответ на данный вопрос дает Таблица 2.

Таблица 1. Холодильные коэффициенты

Таблица 2. Температура нагнетания компрессора, °С

Как видно из таблицы 2, несмотря на высокие значения холодильного коэффициента, при использовании хладагента R410A в низкотемпературном режиме, температура нагнетания становится высокой, что ведет к снижению срока службы оборудования.

Как видно из таблицы 2, несмотря на высокие значения холодильного коэффициента, при использовании хладагента R410A в низкотемпературном режиме, температура нагнетания становится высокой, что ведет к снижению срока службы оборудования.

1. Перспектива использования в будущем.

Пожалуй, самым сложным является перспектива использования хладагентов. Согласно Кигалийской поправке к Монреальскому протоколу, сокращение производства и применения коснутся всех широко применяемых сегодня хладагентов, особенно R401A, R507A, R407C, R410Aи некоторых других. Подробнее о Кигалийской поправке можно узнать по ссылке ниже [2].

В настоящее время, пожалуй, единственными хладагентами, которые являются доступными для применения в чиллерах на территории России, не попадут под дальнейшее сокращение использования, допустимы к применению в моноблочных чиллерах являются углеводороды [3].

ГОСТ 34891.1-2022 СИСТЕМЫ ХОЛОДИЛЬНЫЕ И ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ (EN 378-1:2016) допускает использование горючих хладагентов (а углеводороды как раз и являются горючими) в моноблочных чиллерах: Герметичные системы заводского изготовления с заправкой хладагентами групп А2 или A3 устанавливают в помещениях, не являющихся машинными отделениями (специальными машинными отделениями), без каких-либо ограничений в системах кондиционирования воздуха и тепловых насосах, используемых в целях комфортного жизнеобеспечения людей.

Выбор хладагента и системы охлаждения должен основываться на комплексной оценке всех факторов, включая химические и физические характеристики, эксплуатационные расходы, доступность оборудования и хладагента на рынке, а также требования к монтажу и обслуживанию системы. Рекомендуем обратить внимание на нашу продукцию - мы успешно конкурируем как с иностранными производителями, так и с отечественными.

Литература:

1. Талызин М. С. Альтернативные хладагенты – проблемы и перспективы // Молочная промышленность. 2021. №12. С. 36-37.

2. https://mir-klimata.info/kigalijskaya-popravka-k-monrealskomu-protokolu-perspektivy-obrashheniya-gfu-v-rossijskoj-federacii/

3. Talyzin M. S., Ponomarev V. G. Application of nature refrigerants in refrigeration plants // Chemical and Petroleum Engineering, Vol. 58, Nos. 11-12 DOI 10.1007/s10556-023-01197-2