Проводится сравнительный анализ между хладагентами R-134A, R-410А и R-407C. Сравнение проводится по термодинамическим коэффициентам.
Ключевые слова: хладагент, химический состав, рабочее давление, эффективность работы компрессора, удельная холодопроизводительность, холодильный коэффициент
В последнее время наилучшими озонобезопасными хладагентами считаются R-134A, R-410A и R-407C. Хладагенты R-410A и R-407C пришли на замену фреону R-22, а R-134A на замену R-12. [1] У каждого рассматриваемого хладагента имеются определенные достоинства и недостатки.
Основные характеристики этих хладагентов таковы:
1) Изотропность. В хладагентах 134A и R-410A возможна изотропность (дозаправка агрегата в случае утечки), R-407C не имеет возможность дозаправки оборудования (а вот популярный ранее фреон R-22 имел изотропность).
2) Работа на масле. Поршни, работающие в компрессоре необходимо смазывать маслом для уменьшения трения и увеличения срока службы. Для этого в систему вместе с хладагентом добавляют масло. В системе оборудования совершается цикл работы и тем самым смазываются необходимые элементы установки. Все марки хладагента работают на полиэфирных маслах, R-22 работал на минеральном.
3) Давление. В момент, когда температура конденсации достигает 43 градусов, у хладагента R-410A давление в системе составляет 26 атмосфер. Если сравнить, то у R-407C — 18 атмосфер и у R-134A — 10 атмосфер, а у R-22 показатель давления держался на уровне 16 атмосфер.
Химический состав.
Все марки хладагентов очень удобно использовать, т. к. они являются смесями веществ в отличие от традиционных фреонов. Эти хладагенты имеют нулевой потенциал истощения озонового слоя Земли. Также являются нетоксичными и не пожароопасными.
Хладагента R-410A является азеотропной смесью двух фторуглеводородов. Он состоит из 50 % дифторметана R-32 и 50 % пентафторэтана R-125. Такой хладагент считают изотропным, и при его утечке смесь почти не изменяет своих состав, это позволяет дозаправить оборудование. Одним из недостатков таких смесей является температура скольжения. В процессе фазового перехода (испарения или конденсации) температура кипения смеси меняется. За счет температуры скольжения хладагенту R-410А присуще те же достоинства, что R-134А.
К недостаткам хладагента R-410А можно отнести то, что требуется использование только синтетических полиэфирных масел. Они быстро поглощают влагу и вследствие этого теряют свои качества. При этом масла неспособны растворять какие-либо органические соединения или нефтепродукты, которые могут стать загрязнителями.
Хладагент R-407C является, также, азеотропной смесью двух фторуглеводородов.
В состав смеси входят сразу три хладагента — R-134a (его доля составляет 52 %), R-125 (25 %) и R-32 (23 %). Каждая составляющая дает хладагенту часть свойств. Например, высокую производительность дает R-32, отсутствие возгораемости благодаря хладагенту R-125, оптимальный уровень рабочего давления в контуре обеспечивает R-134а.
Температура скольжения по сравнению с R-410А очень мала (0,15К), поэтому им можно пренебречь. Такая смесь хладагентов не является изотропной, в случае, если произошла утечка хладагента, его фракции улетучиваться неравномерно, меняя необходимый состав вещества.
Недостатком хладагента является то, что если холодильный контур разгерметизируется (произойдет утечка), оборудование нельзя будет просто дозаправить — придется сливать остатки хладагента и полностью заправлять новый хладагент. Именно поэтому R-407C сегодня популярен менее, чем должен. Еще одним недостатком марки является то, что она является самым сильным компонентом образования парниковых газов, разрушающих атмосферу.
Рабочее давление.
Абсолютное значение рабочего давления в системе зависит от нагрузки воспринимаемой компрессором. Чем выше давление, тем больше нагрузка на компрессор. С увеличением силы трения в подшипниках, увеличивается износ, что определяет надежность компрессора и всего агрегата. Кроме перечисленного, увеличивается нагрузка при постоянной производительности, приводит к потреблению компрессора большего количества электроэнергии. Разность давления также влияет на эффективность работы компрессора. Чем выше разность, тем выше вероятность протечки хладагента со стороны высоко давления на сторону низкого. [2]
К недостаткам хладагента R-410А относится высокое давление в системе оборудования и разность давления на сторонах всасывания и нагнетания. Если сравнить чиллеры с воздушным и водяным конденсатором, то значения будут сопоставимы. Из таблицы 1 видно, что чиллеры PROXIMUS (на хладагенте R-410А, с водяным конденсатором) и McPower (на хладагенте R-407С, с воздушным конденсатором) имеют примерно одинаковое рабочее давление конденсации.
Таблица 1
|
Хладагент |
Модель |
Температура на входе вконденсатор |
Тконд., °С |
Рконд., бар |
|
R-410А |
PROXIMUS SE |
35 |
40 |
24,4 |
|
PROXIMUS XE |
35 |
38 |
23,2 |
|
|
R-407C |
McPower SE |
35 |
55 |
24,7 |
|
McPower XE |
35 |
65 |
28,3 |
Исходя из данных, с точки зрения нагрузок на компрессор эффективности работы холодильной машины наиболее целесообразно выбрать чиллер с водяным конденсатором на хладагенте R-410А.
Помимо этого, климатическая техника, работающая на R-410A, имеет ту же производительность, что и кондиционеры, работающие на других хладагентах, однако стоит значительно дороже. Это обусловлено тем, что ее рабочее давление является более высоким, и при температуре конденсации в пределах 43 градусах, его показатель достигает показателя 26 атмосфер. Это может привести к тому, что детали и узлы холодильного контура и всего кондиционера в целом могут быстро выйти из строя, если не будут прочными и надежными. И в любом случае это может существенно увеличить расход меди, сделав систему еще более дорогой.
Удельная холодопроизводительность.
К достоинствам хладагента R-410A относят высокую холодопроизводительность.
Сравним термодинамические параметры идеального холодильного цикла хладагентов R-134A, R-410А и R-407С (см. таблицу 2).
Таблица 2
|
|
Температура испарения Тисп.., °С |
Температура конденсации Тконд., °С |
Перегрев Тперег.., °С |
Переохлаждение Тохл., °С |
|
R-410А |
3 |
40 |
15 |
15 |
|
R-407С |
||||
|
R-134A |
Если почитать удельную холодопроизводительность для данных хладагентов, то получаем следующие параметры: удельная холодопроизводительность для хладагента
R-410А равна 5599 кДж/м3, для R-407С равна 3629 кДж/м3, для R-134A равна 2429 кДж/м3. Для наглядность см. рис. 1.
Рис. 1. Удельная холодопроизводительность, кДж/м3 для хладагентов R-134A, R-410А и R-407C
Как видно по расчетным данным, хладагент R-410А имеет наиболее высокую удельную холодопроизводительность. Чем выше этот показатель, тем меньше необходимо использовать компрессоров в системе кондиционирования воздуха.
Холодильный коэффициент.
Холодильный коэффициент представляет собой отношение количества тепла, отнятого от охлаждаемой среды к теплоте, эквивалентной затраченной внешней работе при данном цикле. Оценивается холодильный коэффициент эффективностью холодильной машины с точки зрения производства холода. Таким образом, система является эффективнее, чем меньше энергии необходимо затратить для производства определенного количества холода.
Суммарная энергетическая эффективность зависит, также, от КПД электродвигателя, эффективности работы компрессора при полной и частичной нагрузке, конструкции теплообменника и используемых материалов для его создания, рабочие условия установки и т. д.
Преимущество использования в системе кондиционирования воздуха хладагента R-410А очевидно. У него отсутствует температурное скольжение, высокий показатель удельной холодопроизводительности. Несмотря на высокое давление в системе, он эффективен в системах кондиционирования воздуха.
Литература:
- Технический бюллетень № 5–2004 г.; статья «Обоснование выбора хладагента для винтовых компрессоров»).
- Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов агропромышленного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства: учеб. для вузов / В. М. Свистунов, Н. К. Пушняков. — СПб.: Политехника, 2001. — 422 с.
