РАЗДЕЛ 2
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА
ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ РАБОЧИХ ТЕЛ
ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Технические, технологические и экономические проблемы, связанные с
необходимостью перевода холодильного оборудования на экологически безопасные
хладагенты в рамках принятых Украиной международных обязательств инициируют
поиск и исследования теплофизических свойств новых альтернативных рабочих тел.
В последнее десятилетие было предложено большое количество новых хладагентов в
качестве альтернативы веществам, применение которых ограничивается
международными соглашениями о защите окружающей среды. Эти предложения, как
правило, базируются на результатах некоторого объема проведенных испытаний или
расчетов.
В табл. А.1 приведен далеко не полный перечень предложенных альтернативных
R11, R12, R13, R113, R502, R503, R22 хладагентов. В табл. А2, А3 представлены
основные экологические, токсикологические и технологические свойства
озонобезопасных хладагентов. Рис. А.1, А.2 демонстрируют противоречивый
характер изменения свойств чистых хладагентов метанового и этанового рядов в
зависимости от их химического состава. Более подробную информацию о свойствах
конкретных хладагентов можно найти в проспектах фирм Du Pont, Allied Signal,
Elf Atochem, ICI Chemical, а также в [47-179 и т.д.] и базах данных, например
[146] и т.д.
Ситуация на рынке хладагентов выглядит чрезвычайно запутанной, прежде всего,
потому, что предложенное количество недостаточно изученных вариантов смесевых
композиций затрудняет выполнение научно обоснованного выбора альтернативного
рабочего тела, тем более, что критерии отбора, несмотря на свою
многочисленность, в значительной мере остаются не разработанными. Поэтому, в
настоящее время, задача оптимального выбора холодильного агента представляется
весьма сложной. Агент должен обладать целым рядом необходимых
термодинамических, технологических, физико-химических, экологических и
физиологических свойств. При всех температурных режимах рабочего цикла
хладагент не должен кристаллизоваться или полимеризоваться, а должен быть
стабильным, инертным по отношению к конструкционным материалам и смазочным
маслам.
Требования к альтернативным хладагентам можно найти в нескольких публикациях
[70, 145, 180-185 и т. д.]. При этом характерно, что в последние годы при
неоспоримой важности требований, предъявляемых к термодинамическим свойствам,
все большее внимание уделяется экологическим и экономическим факторам.
Несмотря на обилие публикаций, посвященных оптимальному выбору хладагентов,
вплоть до настоящего времени еще не разработан системный подход к оценке
перспективности рабочих тел холодильных установок. Отсутствуют объективные
критерии, которые бы позволяли аккумулировать достаточно противоречивые
свойства хладагента. Именно ввиду этих обстоятельств номенклатура предлагаемых
хладагентов чрезмерно широка и продолжает ежегодно расширяться. Под лозунгом
борьбы за экологическую безопасность реализуются весьма спорные проекты,
основной целью которых является конкурентная борьба за рынки сбыта холодильного
оборудования либо реализация протекционистской политики зарубежных фирм.
В связи с важностью и актуальностью рассматриваемого вопроса целесообразно
обобщить уже имеющийся опыт и систематизировать основополагающие принципы,
которые можно было бы использовать для целей оптимального выбора рабочего тела.
Поскольку детальный анализ каждого из факторов, определяющих качество
хладагента, подробно рассмотрен в работах [25, 70, 145, 180-185], ограничимся
сводной табл. 2.1, в которой стрелками указано направление приоритетного
изменения свойства рабочего тела.
Анализируя сложившуюся в холодильном машиностроении ситуацию, можно
констатировать, что в последнее десятилетие факторы экологии и безопасности
превалировали над другими требованиями, предъявляемыми к хладагентам. Именно
проблема разрушения озонового слоя Земли поставила перед учеными и
промышленностью чрезвычайно сложную задачу замены озоноактивных хладагентов на
альтернативные. После совещания UNEP в Копенгагене (Дания,1992 г.) проблема
перевода холодильного оборудования на альтернативные хладагенты приобрела
принципиально новые оттенки. Подчеркивалось, что альтернативные (с точки зрения
влияния
Таблица 2.1
Требования, предъявляемые к альтернативным хладагентам
1. Факторы безопасности и экологии
ODP<0.05
GWPЇ+
ПДК+
Пожарная безопасность помещения, в котором используется холодильное
оборудование.
Пожарная безопасность производства, выпускающего холодильное оборудование, и
его техническое обслуживание.
Токсичность: LC50, IDLH, PEL, UL, Standard 34, LOEL, NOEL, RD50, и т.д.
Количество отходов на единицу массы израсходованного хладагента.
2. Термодинамические свойства при фиксированных Т0 и ТК
Тnb
РК/Р0Ї+
РК-Р0Ї+
r+
CS'/rЇ+
CS"+
TС+
dH'/dT+
dH"/dT
3. Физико-химические характеристики
hЇ+
l+
a+
sЇ+
qЇ+
Растворимость в компрессорном масле+
Не должны образовывать с водой твердых гидратов, кислот или щелочей.
Химическая инертность к конструкционным материалам+.
Растворяющая способность к прокладочным и электроизоляционным материаламЇ+.
Растворимость в воде+.
Диэлектрические свойства+.
4. Технологические факторы
Возможность замены в действующем оборудовании.
Использование недорогих металлов в конструкциях агрегатов.
Применение недорогих эластомеров и герметиков.
Использование недорогих и уже известных холодильных масел.
Чувствительность агрегатов к утечкам хладагента и дозе заправки хладагента.
Наличие сырьевой базы для производства хладаген