В промышленных холодильных установках пропан используют уже в течение многих лет. В последние годы все чаще предлагается применять пропан в холодильных транспортных установках.

В Германии в 1994 г. было произведено более 1000 бытовых холодильников на пропане, изобутане или их смесях. Подобные холодильники изготовляют в Китае, Бразилии, Аргентине, Индии, Турции и Чили. По оценкам создателей этой техники, холодильный коэффициент при использовании углеводородов практически такой же (+(-)1%), как при работе на R12. Требуются только небольшие изменения в конструкции компрессора. Применяются те же минеральные масла, та же электроизоляция, те же уплотняющие материалы, трубы того же диаметра, практически не изменяется процедура сервисного обслуживания. Температура нагнетания становится ниже, чем при работе на R22 или R502. Пропан можно сразу заправить в систему, где до этого был озоноопасный хладагент. Как показали исследования, в этом случае теряется до 10% холодопроизводительности, если в системе ранее был R22, и 15%, если R502. Ряд специалистов считают, что и этого снижения можно было бы избежать, добавив к пропану полипропилен.

В США же запрещено использовать углеводороды в бытовых холодильниках. Агентство США по охране окружающей среды прогнозирует в случае их применения до 30 000 пожаров в год.

В Новой Зеландии углеводороды разрешено использовать в торговом холодильном оборудовании.

При размещении торгового холодильного оборудования, работающего на пропане, в общедоступных помещениях необходимо соблюдать правила безопасности. В случае превышения указанных норм заправки (более 2,5 кг R290) холодильное оборудование следует устанавливать в отдельном, специально оборудованном помещении, что увеличивает капитальные затраты. Пропан применяют и в тепловых насосах. В системе теплового насоса масса пропана чуть больше 1 кг, оборудование находится в отдельном здании. По мнению специалистов, контроль за пожароопасностью возможен.

Хладагент R600a. Химическая формула С4Н10 (изобутан). По сравнению с хладагентами R12 и R134a изобутан имеет значительные экологические преимущества. Этот природный газ не разрушает озоновый слой (ODP = 0) и не способствует появлению парникового эффекта (GWP = 0,001). Масса хладагента, циркулирующего в холодильном агрегате при использовании изобутана, значительно сокращается (примерно на 30%). Удельная масса изобутана в 2 раза больше удельной массы воздуха - газообразный R600a стелется по земле. Изобутан хорошо растворяется в минеральном масле, имеет более высокий, чем R12, холодильный коэффициент, что уменьшает энергопотребление. Физические свойства R600a в сравнении с хладагентами R12 и R134a приведены в таблице.

Изобутан горюч [хладагент 3-го класса (It/DIN 8975)], легко воспламенятся и взрывоопасен, но только при соединении с воздухом при объемной доле хладагента 1,3...8,5%. Нижняя граница взрывоопасности (1,3%) соответствует 31 г R600a на 1 м3 воздуха; верхняя граница (8,5%) - 205 г R600a на 1 м3 воздуха. Температура возгорания равна 460°С.

В настоящее время итальянские и немецкие фирмы применяют R600a в бытовой холодильной технике. В частности, фирмы "Necci compressori" и "Zanussi" международного концерна Electrolux compressors" выпускают компрессоры, работающие на изобутане. Холодильные агрегаты с R600a характеризуются меньшим уровнем шума из-за низкого давления в рабочем контуре хладагента.

Использование изобутана в существующем холодильном оборудовании связано с необходимостью замены компрессоров на компрессоры большей производительности, так как по удельной объемной холодопроизводительности R600a значительно проигрывает хладагенту R12 (практически в два раза).

Долгое время в R600 или изобутане не было особой необходимости, и его производили в крайне ограниченных количествах. Сегодня это вещество снова напоминает о себе как популярный холодильный агент. Этот хладон связан больше не с Монреальским, а с Киотским протоколом по глобальному потеплению, призывающим отказаться от производства химических хладагентов. В этом отношении R 600 имеет большую перспективу. Практически любые нефтеперерабатывающие заводы могут приступить к выпуску изобутана в необходимых количествах. Основной его недостаток - взрывоопасность, что накладывает ограничение на его использование в пределах допустимых норм концентрации. По счастью, большинство бытового и торгового холодильного оборудования содержит допустимую концентрацию R600. Кроме того, распространению изобутана будут способствовать принятые в июле 2002 года новые нормативные документы, регламентирующие применение этого вещества.

Хладагент R23. Химическая формула CHF3 (трифторметан). По сравнению с хладагентом R13 имеет значительные экологические преимущества. Потенциал разрушения озона ODP = 0, потенциал глобального потепления GWP = 12100. При соприкосновении с пламенем разлагается с образованием высокотоксичных продуктов. Негорючий газ. Хладон - 23 Хладагент высокого давления для получения температуры от -100єС.

Температура кипения при атмосферном давлении -82,2oС. Критическая температура 25,85oС. Критическое давление 4,82 МПа

Хладагент R125. Химическая формула СНР2СР3 (пентафторэтан). Относится к группе ГФУ (HFC), не содержит хлора. Потенциал разрушения озона ODP = 0, потенциал глобального потепления GWP = 860. Температура кипения при атмосферном давлении -48,1 oС. Хладагент рекомендуется применять в чистом виде либо в качестве компонента альтернативных смесей для замены R22, R502 и R12. Хладагент R125 непожароопасен. По энергетическим характеристикам и коэффициенту теплоотдачи он проигрывает хладагентам R22 и R502. По сравнению с R502 имеет более крутую кривую, характеризующую зависимость давления насыщенных паров от температуры, низкую критическую температуру и небольшую удельную теплоту парообразования, что приводит к необходимости повышения степени сжатия. В связи с этим возможности применения R125 в холодильном оборудовании, использующем конденсаторы с воздушным охлаждением, весьма ограничены.

Вместе с тем R125 имеет более низкую (по сравнению с R22 и R502) температуру нагнетания и высокий массовый расход при низких давлениях всасывания. Поршневые холодильные компрессоры, работающие на R125, характеризуются оптимальным наполнением цилиндра, а следовательно, имеют большой коэффициент подачи.

Хладагент R134a. Химическая формула CF3CFH2 (тетрафторэтан). Молекула R134a имеет меньшие размеры, чем молекула R12, что делает более значительной опасность утечек. Относится к группе ГФУ (HFC). Потенциал разрушения озона ODP = 0, потенциал глобального потепления GWP = 1300. Хладагент R134a нетоксичен и не воспламеняется во всем диапазоне температур эксплуатации. Однако при попадании воздуха в систему и сжатии могут образовываться горючие смеси. Не следует смешивать R134a с R12, так как образуется азеотропная смесь высокого давления с массовыми долями компонентов 50 и 50%. Давление насыщенного пара этого хладагента несколько выше, чем у R12 (соответственно 1,16 и 1,08 МПа при 45 oС). Пар R134a разлагается под влиянием пламени с образованием отравляющих и раздражающих соединений, таких, как фторводород.

По классификации ASHRAE этот продукт относится к классу А1. В среднетемпературном оборудовании (температура кипения -7 oС и выше) R134a имеет эксплуатационные характеристики, близкие к R12.

Для R134a характерны небольшая температура нагнетания (она в среднем на 8...10 oС ниже, чем для R12) и невысокие значения давления насыщенных паров.

В холодильных установках, работающих при температурах кипения ниже -15°С, энергетические показатели R134a хуже, чем у R12 (на 6% меньше удельная объемная холодопроизводительность при -18°С), и холодильный коэффициент. В таких установках целесообразно применять хладагенты с более низкой нормальной температурой кипения либо компрессор с увеличенным часовым объемом, описываемым поршнями.

В среднетемпературных холодильных установках и системах кондиционирования воздуха холодильный коэффициент R134a равен коэффициенту для R12 или выше его.

В высокотемпературных холодильных установках удельная объемная холодопроизводительность при работе на R134a также несколько выше (на 6% при t0 = 10°С), чем у R12. Диапазоны применения хладагента R134a приведены на рис., а зависимость холодопроизводительности и холодильного коэффициента от температуры кипения показана далее на рисунке.

Из-за значительного потенциала глобального потепления GWP рекомендуется применять R134a в герметичных холодильных системах. Влияние R134a на парниковый эффект в 1300 раз сильнее, чем у СО2. Так, выброс в атмосферу одной заправки R134a из бытового холодильника (около 140 г) соответствует выбросу 170 кг СО2. В Европе в среднем 448 г СО2 образуется при производстве 1 кВт*ч энергии, т.е. этот выброс соответствует производству 350 кВт*ч энергии.

Для работы с хладагентом R134a рекомендуются только полиэфирные холодильные масла, которые характеризуются повышенной гигроскопичностью.

R134a широко используют во всем мире в качестве основной замены R12 для холодильного оборудования, работающего в среднетемпературном диапазоне. Его применяют в автомобильных кондиционерах, бытовых холодильниках, торговом холодильном среднетемпературном оборудовании, промышленных установках, системах кондиционирования воздуха в зданиях и промышленных помещениях, а также на холодильном транспорте. Хладагент можно использовать и для ретрофита оборудования, работающего при более низких температурах. Однако в этом случае, если не заменить компрессор, то холодильная система будет иметь пониженную холодопроизводительность.

R134a совместим с рядом уплотняющих материалов. Как показал анализ, проведенный фирмой "Du Pont", изменение массы и линейное набухание таких материалов, применяемых в отечественном холодильном оборудовании, как фенопластовые и полиамидные колодки, текстолит, паронит и полиэтилентерефталатовые пленки, при старении в смеси SUVA R134a с полиэфирным маслом "Castrol SW100" при 100 oС в течение 2 недель были незначительными.

Анализ зарубежных публикаций и результаты исследований отечественных специалистов свидетельствуют о том, что замена R12 на R134a, имеющий высокий потенциал глобального потепления GWP, в холодильных компрессорах сопряжена с решением ряда технических задач, основные из которых:

улучшение объемных и энергетических характеристик герметичных компрессоров;

увеличение химической стойкости эмаль-проводов электродвигателя герметичного компрессора;

повышение влагопоглощающей способности фильтров-осушителей из-за высокой гигроскопичности системы R134a - синтетическое масло.

Все это должно привести к значительному увеличению стоимости холодильного оборудования. Вместе с тем в водоохладительных установках с винтовыми и центробежными компрессорами применение R134a имеет определенные перспективы.

Хладагент R143a. Химическая формула CF3-СН3 (трифтор-этан). Относится к группе ГФУ (HFC).

R143a имеет потенциал разрушения озона ODP = 0 и сравнительно высокий потенциал глобального потепления GWP = 1000, нетоксичен и пожароопасен, не взаимодействует с конструкционными и прокладочными материалами. Наличие трех атомов водорода в молекуле R143a способствует хорошей растворимости в минеральных маслах. Температура нагнетания ниже, чем у R12, R22 и R502. Как показал эксергетический анализ, энергетическая эффективность двухступенчатого цикла с R143a близка к эффективности цикла с R502, ниже, чем у R22, и выше, чем у R125. Хладагент R143a входит в состав многокомпонентных альтернативных смесей, предлагаемых для замены R12, R22 и R502.

Хладагент R32. Химическая формула CF2H2 (дифторметан). Относится к группе ГФУ (HFC). R32 имеет потенциал разрушения озона ODP = 0 и низкий по сравнению с R125 и R143a потенциал парникового эффекта GWP = 220. Нетоксичен, пожароопасен. Имеет большую удельную теплоту парообразования 20,37 кДж/моль при нормальной температуре кипения и крутую зависимость давления насыщенных паров от температуры, вследствие чего для R32 характерна высокая температура нагнетания, самая высокая из всех альтернативных хладагентов, за исключением аммиака. R32 растворим в полиэфирных маслах.

Для R32 при использовании его в холодильных установках характерны высокие холодопроизводительность и энергетическая эффективность, но он несколько уступает R22 и R717. Высокая степень сжатия R32 вызывает необходимость в значительном изменении конструкции холодильной установки при ретрофите и, следовательно, приводит к увеличению ее металлоемкости и стоимости. Поэтому R32 рекомендуется использовать в основном в качестве компонента альтернативных рабочих смесей. Вследствие малых размеров молекулы R32 по сравнению с молекулами хладагентов этанового ряда возможна селективная утечка R32 через неплотности в холодильной системе, что может изменить состав многокомпонентной рабочей смеси.

Разговор о современных хладонах был бы неполон без упоминания R510, разработанного российскими учеными из исследовательского кооператива "Элегаз". Достоинство этого хладона - в хорошей совместимости с R12, R22, R134а, безопасности, энергетической эффективности, низкой чувствительности к загрязнениям трубопроводов, наличию остаточной влаги и простоте обнаружения утечек. Минусом же является отсутствие промышленного производства в крупных объемах, что определяет достаточно высокую цену R510 - около 20 долларов за килограмм.

Пропан как холодильный агент

Как показано в таблице 2 , свойства пропана R290 отличаются от свойств других хладагентов, широко используемых в небольших герметичных системах. Это во многих случаях ведет к различию в конструкции различных компонентов системы.

Таблица 2. Сравнительные характеристики пропана и других хладагентов.

Давление. Разница между R290 и R134a заключается в давлении кипения. Давление пропана R290 ближе к давлению R22 и R404A, например, при ?25°С давление кипения пропана составляет 190% от давления кипения R134a, 81% от давления кипения R404A, 350% от давления кипения R600a и почти равно давлению кипения R22. В связи с этим температура кипения пропана при нормальных условиях почти равна температуре кипения R22. Таким образом, конструкция испарителя, работающего на пропане, должна совпадать с конструкцией испарителя, работающего на R22 или R404A.

Давление кипения и критическая температура пропана почти равны давлению и температуре хладагента R22. Однако температура нагнетания пропана намного ниже. Это дает возможность работать при более высоких коэффициентах давления, т.е. при более низких температурах кипения или более высоких температурах всасываемого газа.

Диаграмма 1. Зависимость давления кипения о температуры кипения для различных хладагентов.

Производительность. Объемная производительность пропана R290 при температуре конденсации составляет 90% от производительности R22 или 150% от производительности R134a, как показано на рис. 2. Благодаря этому необходимый рабочий объем цилиндров компрессора с пропаном примерно равен объему цилиндров компрессора с R22 и на 10-20% больше, чем цилиндров компрессора с R404A.

Объемная производительность пропана примерно в 2,5-3 раза выше чем хладагента R600a. Поэтому выбор между R290 и R600a связан с различием в конструкции систем охлаждения, заправленных этими хладагентами, поскольку при той же самой холодопроизводительности необходимый расход хладагентов будет сильно отличаться.

Объемная холодопроизводительность рассчитывается по плотности всасываемого газа и теплоте парообразования (разности энтальпий на линиях насыщения пара и жидкости).

Диаграмма 2. Объёмная производительность хладагентов R 290, R 134 a, R 404 и R 600a относительно хладагента R22 в зависимости от температуры кипения при температуре конденсации +45°С и т5емпературе всасываемого газа +32°С без переохлаждения

Заправка хладагента в систему. При заправке пропана R290 в отвакуумированную систему количество хладагента, рассчитанное в граммах, должно быть довольно низким. Количество хладагента, рассчитанное в см3, должно быть по объему равно объему жидкости в системе. Это приводит к тому, что в соответствии с таблицей 1 заправка R290 составляет примерно 40% от заправки R22 и R404A по массе, что совпадает с экспериментальными данными.

Максимальная заправка системы хладагентом R290 согласно действующим стандартам составляет для бытовых холодильных установок 150 г, что соответствует 360 г заправки R22 или R404A.

2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ АО «ПОЛАИР-НЕДВИЖИМОСТЬ»

Завод в г. Волжск - европейские технологии от ведущего российского производителя. Оборудование торговой марки POLAIR выпускается на крупнейшем в Европе современном высокоавтоматизированном производственном комплексе. Завод находится в г. Волжске, республика Марий Эл и занимает 100 000 м2 крытой площади. Проектная годовая производительность комплекса составляет:

холодильные шкафы - 153 000 шт.;

моноблоки и сплит-системы - 105 000 шт.;

сэндвич-панели для холодильных камер - 2 500 000 м2.

Завод обладает полным циклом производства с конвейерной сборкой продукции, оснащен оборудованием ведущих мировых производителей: Salvagnini, Stam, Cannon, Mossini. Особенности технологий производства позволяют изготавливать оборудование, которое превосходит существующие аналоги по качеству и надёжности. Цельнозаливные корпусы шкафов, панели для камер, а также двери и дверные блоки проходят заливку на современных автоматизированных линиях. Производственный комплекс располагает собственными мощностями по производству теплообменников для холодильных шкафов и моноблоков, что позволяет разрабатывать и проектировать наше оборудование исходя из пожеланий потребителя, а не ориентироваться на ограничения стандартных моделей, предлагаемых на рынке. Комплектующие, поступающие на завод, проходят тщательный отбор и 100% входной контроль качества. Используются детали собственного изготовления и ведущих мировых производителей.

Испытательная лаборатория и Технический центр

Предприятие располагает собственным исследовательским центром и современной уникальной испытательной лабораторией, сертифицированной в соответствии с государственными стандартами. Кроме того, испытательная лаборатория предприятия единственная в Восточной Европе сертифицирована в соответствии с жесткими требованиями PepsiCo. Специалисты центра постоянно работают над улучшением и совершенствованием выпускаемого оборудования и разработкой новых образцов продукции.

Любому изменению оборудования или технологии производства отдельных узлов предшествует расчёт с последующим изготовлением опытных образцов и их серьёзными испытаниями. Мощности и оснащение испытательной лаборатории завода позволяют точно и всесторонне проводить как параметрические испытания опытных образцов, так и периодические испытания выпускаемого оборудования. Вся продукция предприятия сертифицирована в соответствии с требованиями ГОСТ РФ. Кроме того, всё оборудование сертифицировано на соответствие европейским требованиям по электробезопасности (CE).

2.1 Исследовательская работа применения пропана в холодильных шкафах на базе Опытно- эксперементальной Лаборатории ТХО предприятия АО « Полаир- Недвижимость». Сравнительные испытания холодильных шкафов с применением хладагентов R 134a ,R404A и R290

Следуя РЕГЛАМЕНТУ (ЕС) №517/2014 ЕВРОПЕЙСКОГО ПАРЛАМЕНТА И СОВЕТА ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА ОТ 16 апреля 2014 года о фторсодержащих парниковых газах и аннуляции РЕГЛАМЕНТА (ЕС) №842/2006 использование хладагентов R 134a () и R404 A (44±2% , 52±1%, 4±2%) в холодильной промышленности постепенно прекращается. Так, в рамках научной работы были проведены сравнительные испытания с применением хладонов R 404A и R 290. Объектом испытаний был выбран низкотемпературный шкаф СВ 107S собственного производства. Результаты испытаний представлены в приложении 2 и приложении 3.

По итогам испытаний получены следующие результаты:

1. Испытания холодильного шкафа СВ 107-S с компрессором NEU 2155Gk (Embraco) на хладоне R404A показали максимальный результат холодопроизводительности на дозе заправки 280 гр. - 210Вт при окружающей температуре +32°С и температуре в охлаждаемом объёме -18°С. Расход электро-энергии в стандартном цикле испытаний (окружающая температура +25°С, W= 55%, длительность испытания 24 часа) данного холодильного шкафа составляет 7960 Вт.

2. Испытания холодильного шкафа СВ 107-S с компрессором NEU 2155 U (Embraco) с конденсатором 3х9х240 трубой Ш9,53мм при температуре окружающей среды +32°С и температуре в объёме -18°С. максимальная производительность составила 180 Вт. Доза заправки 120гр. хладагента R290. В холодильной системе с конденсатором 3х9х240 трубой Ш7мм при температуре окружающей среды +32°С и температуре в объёме -18°С.максимальная производительность составила 213 Вт. Доза заправки 90гр. хладагента R290 при температуре окружающей среды +40°С и температуре в объёме -18°С.максимальная производительность составила 105Вт при температуре окружающей среды +12°С и температуре в объёме -18°С.максимальная производительность составила 415 Вт. Расход электроэнергии в стандартном цикле составил 6953 Вт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Развитие холодильной техники в настоящее время находится под влиянием трех определяемых экологическими проблемами взаимосвязанных факторов:

- требований Монреальского протокола о прекращении потребления веществ, разрушающих озоновый слой (в первую очередь широко распространенного хладагента R12) и о временном и количественном ограничении применения веществ переходной группы, имеющих малый потенциал разрушения озонового слоя (ОDP)

- требовании Киотского протокола к «Рамочной конвенции ООН об изменении климата» о регулировании эмиссии парниковых газов (веществ, имеющих высокий потенциал глобального потепления - GWP), к которым относятся широко применяемый хладагент R134a и многие другие вещества, используемые в холодильной технике;

- традиционного требования к повышению энергоэффективности всех видов холодильной техники, что обусловлено растущей конкуренцией на отечественном рынке и положениями определенных законов «Об энергоэффективности» и требованиями стандартов об обязательном определении и информировании потребителей о классе энергоэффективности холодильных установок.

Сегодняшняя ситуация на рынке хладонов такова, что выделить продукт, который бы отвечал всем предъявляемым требованиям, невозможно. Каждый из имеющихся хладонов хоть в чем-то, но не дотягивает до идеала. Ужесточение экологических требований, скрепленных международными договорами, может только усугубить ситуацию, выкинув с рынка зарекомендовавшие себя с хорошей стороны продукты и открыв дорогу малоизученным и опасным хладонам. Последние же должны в любом случае попасть под более пристальное внимание Санэпиднадзора. Возможно, от этого пострадают владельцы оборудования, заправленного многокомпонентными смесями, которые признают токсичными и опасными. Нельзя исключать и появления новых, пока неизвестных холодильных агентов. Однако длительные затраты на их изучение и, тем более, внедрение в производство не позволят им сколь либо сильно влиять на существующую расстановку сил.

Размещено на Allbest.ru