Холодильные агенты (хладагенты): виды, свойства и применение

Обозначение

Обозначение хладагентов в форме R-# было предложено фирмой DuPont. Числа и буквы, стоящие на месте идентификационного номера, определяют молекулярную структуру холодильного агента.

Предельные углеводороды и их галогенные производные обозначаются буквой R с тремя цифрами после неё, то есть в виде R-xyz, где:

• x (сотни) равно числу атомов углерода, уменьшенному на единицу;
• y (десятки) равно числу атомов водорода, увеличенному на единицу;
• z (единицы) равно числу атомов фтора.

Например:

• Хладагент R-134a имеет 2 атома углерода, 2 атома водорода, 4 атома фтора, а суффикс «a» показывает, что изомер — тетрафторэтан.
• Серии R-400, R-500 обозначают смеси хладагентов.
• Изобутан имеет обозначение — хладагент R-600a и имеет 0 атомов фтора, 10 атомов водорода, 4 атома углерода, а суффикс «a» показывает, что это изомер.

Различным неорганическим соединениям присвоена серия 700, а идентификационный номер хладагентов, принадлежащих к этой серии, определяется как сумма числа 700 и молекулярной массы хладагента.

Например, для аммиака, химическая формула которого NH₃, имеем 1×14+3×1+700=717. Таким образом его обозначение — R-717.

Краткая история хладагентов

Бельгийский ученый Фредерик Свортс впервые выступил с синтезом ХФУ в конце 1890-х годов. Его открытие произошло после замены хлорида в четыреххлористом углероде футуридом на синтез ХФУ-11 и ХФУ-12. В конце 1920-х годов Томас Мидгли-младший улучшил процесс синтеза и поставил задачу использовать ХФУ в качестве хладагента для замены аммиака, хлорметана и диоксида серы, которые в то время обычно использовались.

Они были вредными, легковоспламеняющимися, а некоторые даже токсичными. Наиболее распространенным хладагентом был ХФУ, называемый фреоном — фирменное наименование Дюпон для холодильника «R-12». По требованиям 30-х годов прошлого столетия эти хладагенты казались идеальными, научно обоснованными и более безопасным, некоррозирующими газами и дешевыми в производстве.

Только в 1970-х годах было установлено, что молекулы хлора полностью разрушают озоновый слой, и их запретили. В 1970-х годах ученые обнаружили, что холодильный агент аммиак мешает проникновению инфракрасных лучей в них, так как они накапливаются в атмосфере и вызывают теплообмен, что приводит к изменению климата, поэтому этот состав был запрещен.

В 1990-х и 2000-х годах ХФУ были заменены на ГХФУ (гидрохлорфторуглеродом), а наиболее распространенным ГХФУ является «Р-22», который имел гораздо менее разрушительные последствия для озона, однако, он все еще оставался опасным. Для решения проблемы разрушения озона ученые придумали HFC, которые не содержали хлор. Однако позже они поняли, что HFC по-прежнему наносит ущерб окружающей среде через парниковые газы.

Воздействие на окружающую среду

Влияние на озоновый слой

Считалось, что одной из причин уменьшения озона в стратосфере и образование озоновых дыр является производство и применение хлор- и бромсодержащих фреонов. Попадая после использования в атмосферу, они разлагаются под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. Высвободившиеся компоненты активно взаимодействуют с озоном в галогеновом цикле распада атмосферного озона.

Подписание и ратификация странами ООН Монреальского протокола привело к уменьшению производства озоноразрушающих фреонов.

В связи с пагубным влиянием озоноразрушающего фреона R-22, его использования год от года сокращается в США и Европе, где с 2010 года официально запрещено применять этот фреон. В России c 2011 года прекращен импорт холодильного оборудования, в том числе кондиционеров промышленного и полу-промышленного класса, однако сам фреон пока производится в стране.. На замену фреону R-22 должен прийти фреон R-410A, а также ретрофиты R-407C, R-422D.

Парниковый эффект

Парниковая активность (англ. GWP — ПГП) фреонов в зависимости от марки варьирует в пределах от 1300 до 8500 раз выше чем у углекислого газа при одинаковых объёмах (при этом надо учитывать, что применяемые людьми объёмы фреонов ничтожны по сравнению с объёмами углекислого газа, попадающими в атмосферу из Мирового океана). Основным источником фреонов являются холодильные установки и аэрозоли.[неавторитетный источник?]

Способы заправки кондиционера

Заправку кондиционеров фреоном рекомендуют производить не реже, чем раз в 1.5-2 года. За это время происходит естественная утечка значительной части хладагента, которую необходимо восполнить. Эксплуатация охладителей без дозаправки в течение 2 лет и более может привести к поломке устройства из-за перегрева и износа деталей, а также утечки масла.

Дозаправкой устройств кондиционирования занимаются специализированные службы. Однако если есть необходимые инструменты, эту процедуру можно провести самостоятельно.

Новичок может сделать эту процедуру двумя способами:

• По давлению. Чтобы узнать количество фреона, нужно посмотреть в инструкцию кондиционера — там будет указан уровень давления в системе. Затем необходимо присоединить к устройству коллектор — он покажет реальный уровень давления в охладителе. Путём вычитания полученной величины из параметров, указанных в документах, несложно узнать необходимое количество вещества для дозаправки.
• По массе. При полной заправке кондиционера, можно узнать необходимый объем по массе. Для этого также нужно обратиться к документации. При заполнении устройства фреоном, баллон с хладагентом для кондиционера ставится на точные весы. В процессе перекачивания, нужно внимательно следить за весом баллона и при восполнении недостатка вещества, сразу отключать систему.

Заправка кондиционера: алгоритм действий

Перед тем как заправить систему кондиционирования фреоном, нужно подобрать необходимые инструменты и материалы. Для этого потребуется манометр, баллон с фреоном, вакуумный насос, а также весы, по которым будет определяться объем хладагента в кондиционере.

Алгоритм действий при заправке кондиционера:

Сначала нужно отключить охладитель от электричества и определить необходимое для заправки количество фреона по весу или давлению в системе.
А также нужно «продуть» трубки с помощью азота, чтобы удалить из системы лишние примеси и убедиться в герметичности системы

Это важно сделать в том случае, если существует подозрение на утечку хладагента из-за повреждения системы.
Затем нужно закрыть трехходовой клапан по часовой стрелке.
Чтобы определить уровень давления и совершить дозаправку, нужно присоединить к штуцеру манометрический коллектор.
После этого трехходовой клапан снова открывается, к коллектору присоединяется баллон с хладагентом и перекачивается в систему.

Сравнительная таблица хладагентов

Ранее при производстве холодильных установок использовали аммиак, как хладагент. Однако это вещество губительно влияет на экологию и разрушает озоновый слой, а в больших количествах может создавать проблемы со здоровьем у людей. Поэтому учёные и производители начали разрабатывать другие виды охлаждающих веществ.

Современные виды хладагентов безопасны для экологии и людей. Они представляют собой различные типы фреонов. Фреон — это вещество, которое содержит фтор и насыщенные углеводороды, отвечающее за теплообмен. На сегодняшний день существует более сорока видов таких веществ.

Фреоны активно используются в бытовых и промышленных приборах, работающих на охлаждение воздуха и жидкостей:

• В качестве хладагента в холодильнике.
• Для охлаждения морозильной камеры.
• Как хладагенты для сумок-холодильников.
• Для охлаждения воздуха в кондиционере.

Таблица свойств позволяет выбрать оптимальный вид хладагента. Она отражает основные свойства фреонов: температуру кипения, теплоту парообразования, плотность.

При заправке кондиционера могут понадобиться и сравнительные таблицы фреонов. Они определяют вещества, которыми можно заменить тот или иной хладагент, если его не удалось найти в продаже. Ниже представлена упрощённая версия такой таблицы с наиболее распространёнными типами охладителей.

ХФУ — хлорфторуглероды, ГХФУ — гидрохлорфторуглероды, ГФУ — гидрофторуглероды

Чем отличается R12 от R134A?

Холодильный агент R12 очень широко используется в холодильных установках. Если сравнивать два основных хладагента, можно сказать:

• мощность испарения при температуре -7 градусов у обоих соединений одинакова, однако при температуре ниже этой цифры, охлаждающий эффект R134A выше. Так как данное соединение в чистом виде запрещено, очень часто его добавляют в небольшом количественном содержании к R12.
• коэффициенты теплопередачи обоих соединений существенно отличаются. Для фреона R134A характерен более высокий коэффициент. Это говорит о том, что эффект охлаждения у фреона на 22% выше, чем у R12.

Пошаговое руководство по заправке кондиционера

Как производится замена фреона в кондиционере автомобиля:

Для начала нужно открыть капот и снять с основного шланга колпачок — этот элемент ответственный за низкое давление в агрегате. Демонтировав колпачок, вы сможете снизить давление в системе. Также не лишним будет произвести очистку этого места, так как нельзя допустить попадание мусора в магистрали. Делайте это аккуратно, поскольку попадание грязи в систему может привести к поломке компрессорного устройства.
Затем производится установка шланга на заправочный штуцер. Сверьтесь с сервисной книжкой, чтобы точно знать, где он расположен.
После этого необходимо завести мотор автомобиля и прогреть его до рабочей температуры. Учтите, что при работе силового агрегата его обороты должны быть на уровне 1500, желательно, чтобы не меньше.
При работающем двигателей необходимо включить кондер, при этом настроить режим рециркуляции воздушного потока. Мощность кондиционера должна быть самой высокой.
Далее, открывается вентиль, отвечающий за низкое давление в системе, также одновременно следует открыть и кран на баллоне с фреоном. Ели вам удалось самостоятельно сбросить давление, то производится заправка системы фреоном

Мотор при этом должен быть заведен, это обязательно, поскольку процедура заправки всегда осуществляется на запущенном двигателе.
Заправляя систему, обращайте внимание на показания манометра. Это обязательно, поскольку уровень давления в системе является одним из основных параметров ее работоспособности

Проследите за тем, чтобы это значение не превышало порог в 285 кПа.
Через какой-то промежуток времени вы можете почувствовать, что в салоне вашего автомобиля стал появляться прохладный воздух, это говорит о том, что процедура проходит успешно. На этом этапе необходимо вовремя перекрыть ранее открытый кран. Этот момент должен наступить тогда, когда температура воздуха, который выходит из воздуходувов в салоне авто, будет в районе 5-8 градусов.
После того, как процедура заправки будет успешно завершена, необходимо произвести диагностику правильности ее проведения и оценить результат. Процедуру замены хладагента можно считать успешно оконченной в тот момент, когда на фильтре будет прозрачная жидкость, при этом пузырьки в ней должны отсутствовать. Если же она не прозрачная или на ней имеются пузырьки, это говорит о том, что очистка магистралей системы еще не завершена либо вы что-то сделали неправильно. Если это так, то процедуру можно повторить.

Фотогалерея «Заправляем кондер»

1. Приготовьте все, что может потребоваться.

2. Подключите оборудование для заправки.

3. В ходе процесса следите за давлением.

История названия

В 1928 году американскому химику корпорации «Дженерал Моторс» («General Motors Research») Томасу Миджли (1889—1944) удалось выделить и синтезировать в своей лаборатории химическое соединение, получившее впоследствии название «Фреон». Через некоторое время «Химическая кинетическая компания» («Kinetic Chemical Company»), которая занималась промышленным производством нового газа — Фреон-12, ввела обозначение хладагента буквой R (Refrigerant — охладитель, хладагент). Такое наименование получило широкое распространение и со временем полное название хладагентов стало записываться в составном варианте — торговая марка производителя и общепринятое обозначение хладагента. Например: торговая марка GENETRONAZ-20 соответствует хладагенту R-410A, который состоит из хладагентов R-32 (50 %) и R-125 (50 %). Существует также торговая марка с таким же названием, как и у химического соединения — FREON (Фреон), основным правообладателем которой ранее являлась американская компания «Дюпон» («DuPont»), а теперь компания The Chemours Company (Chemours), созданная на базе одного из подразделений Дюпон. Это совпадение в названии до сих пор вызывает путаницу и споры — можно ли словом фреон называть произвольные хладагенты.

Выбор альтернативы для R12

Хладагент R12 все еще является широко используемым для холодильных установок. Действительно, очень сложно было подобрать такой, который смог бы заменить этот универсальный хладагент в условиях эксплуатации. Больше всего для этих целей подходит R134A.

Сравнение R134A и R12:

1. Мощность при температуре испарителя -7 °С для обоих хладагентов одинакова, а ниже -7 °C, если R12 заменяется на хладагент r134A, будет значительная потеря охлаждающего эффекта. В таких случаях рекомендуется применять смеси хладагентов вместо замены R134A. Фреон 134 также может использоваться для низкотемпературных ситуаций.
2. Коэффициенты теплопередачи для R134A выше, чем R12. Если они существуют в одной жидкой фазе, коэффициент теплопередачи хладагента R134A выше на 27–37%, а в газовой фазе он выше на 37–45%. Если они существуют в двух фазах, жидкой и газообразной, коэффициент теплопередачи для R134A выше на 28–34% в испарителе и от 35 до 41% в конденсаторе.
3. Эффект охлаждения R134A примерно на 22% больше, чем у R12. Таким образом, массовый расход R134A, требуемый на тонну охлаждения, примерно на 18% меньше R12. Это означает, что для данной мощности холодильной системы требуемое его количество на 18% меньше, чем при использовании R12. То есть во всем оборудовании, где R12 заменяется на фреон 134, количество хладагента, которое должно быть зарядом, меньше R12. Однако удельный объем R134A несколько больше, чем R12, поэтому для того же количества хладагента объем, занимаемый R134A, больше R12.
4. Увеличение охлаждающего эффекта R134A компенсируется увеличением его удельного объема. Таким образом, R134a, заряженный в модифицированных системах, должен быть на 5–10% меньше R12.

Конвертация R12 в R134A

Некоторые ранние установки использовали аммиак в качестве холодильного агента. Однако в большинстве современных автомобилей, построенных до 1995 года, использовался R12. R12 был технологичным и эффективным хладагентом ic2, однако позже было обнаружено, что он является озоноразрушающим газом, и его производство и использование ограничили.

После 1995 года ему на смену пришел R134A, и он до сих пор используется во многих автомобилях. Если в хозяйстве есть старая машина с системой кондиционирования R12 то автолюбители испытывают большие проблемы с пополнением такой системы при утечках или обслуживании. Промышленность наладила выпуск специальных переходников, после чего процесс преобразования системы в R134A стал простым.

Типы фреонов

На сегодняшний день в системах холодильников применяют фреон различных марок, ниже мы по отдельности рассмотрим каждый из них:

1. Марка R600a или «изобутан» – пожалуй самый распространённый вид хладагента, широко применяется в системе охлаждения холодильников. Он представляет собой смесь природных газов, благодаря чему он не разрушает озоновый атмосферный слой. Однако он имеет достаточно высокую степень взрывоопасности при контактах с воздушной средой. При большой концентрации в помещении, смесь может воспламениться. Что касается опасности для человека, то он может навредить только в большой концентрации – при нижнем пороге взрывной опасности, а это 31 грамм вещества на один кубический метр воздуха. По стандартам самая обычная кухня равна 15 кубическим метрам, тем самым чтобы создать такую среду необходимо 400 грамм данного вещества, однако для этого понадобится полностью герметичное помещение, в котором он не сможет никуда улетучиваться. Та и в самом холодильнике изобутана не более 150 грамма.
2. Марка R134a или «тетрафторэтан» – также не менее распространённый вид фреона, как и вышеописанный хладагент. Является первым средством, выведенным без применения Хлора. Он представляет собой газ, абсолютной бесцветный. Отличается от своего предшественника тем, что он не является, токсичен и не взрывоопасен. Полностью безопасен для человека в любой среде и при любых температурах.
3. Марка R12 или «дифтордихлорметан» – в основном встречается в холодильниках старого производства, так что в современных агрегатах вы его не встретите. Он представляет собой бесцветное вещество в виде газа, однако имеет небольшой эфироподобный запах, не является взрывоопасным. Является вредным для окружающей среды и способен разрушать атмосферный озоновый слой. Что касается, вреден ли фреон из холодильника этой марки, то тут все обстоит следующим образом – при большой концентрации вещества в промышленных помещениях (объем в воздухе около 30%) приводит к удушью человека. Однако в холодильнике его не так много чтобы создать такую среду. Если нагреть его до температуры 330 градусов по Цельсию, то он начнет выделять токсичные газы.
4. Марка R22 или «дифторхлорметан» – точно также, как и вышеуказанный тип фреона в холодильнике, использовался в старых моделях холодильников, сегодня вы такой не найдете. Представляет собой вещество газообразной формы, полностью бесцветное, не горючее и не взрывоопасное. Имеет еле заметный запах хлора. Вещество с легкостью может разрушать озоновый слой, однако его потенциал в десятки раз меньше чем у предыдущего. Способно разлагаться на вредные элементы при контактах с пламенем. Для человека он становится ядовит только при его нагреве до 250 градусов, когда он начинает разлагаться на отдельные элементы.

Не смотря на то что фреоны в некоторых случаях являются безвредными или вовсе не опасными для жизнедеятельности человека, однако лучше всего не рисковать и не входить в контакт с хладагентными веществами.

Как выяснить какой фреон циркулирует в вашем холодильнике

Узнать какой именно у Вас фреон в холодильнике и его марку вашего хладагента в холодильнике достаточно легко, для этого Вам необходимо посмотреть на корпус компрессора и найти специальную бирку, на которой будет указана марка используемого фреона, или любого другого вещества. В случае если вы не хотите двигать холодильник или нет возможность подобраться к задней стенке, то тип хладагента вы сможете узнать в технической документации.

Классификация и номенклатура фреонов

В мире принято обозначать все хладоны буквой R (от английского refrigerant – хладагент) с цифрами, первоначально обозначавшими количество атомов того или иного вещества в молекуле. Международный стандарт ISO № 817-74 (его нормы дублированы в отечественном ГОСТ 29265-91) определяет правила маркировки хладонов так:

• первая цифра справа – это числа атомов фтора в соединении;
• вторая цифра справа – это число атомов водорода в соединении плюс единица;
• третья цифра справа – это число атомов углерода в соединении минус единица (для соединений метанового ряда ноль опускается);
• число атомов хлора в соединении находят вычитанием суммарного числа атомов фтора и водорода из общего числа атомов, которые могут соединяться с атомами углерода;
• для циклических производных в начале определяющего номера ставится буква C;
• в случае, когда на месте хлора находится бром, в конце определяющего номера ставится буква B и цифра, показывающая число атомов брома в молекуле.

Так, например, популярный когда-то R12 имеет два атома фтора, не содержит водорода (1-1 = 0), один атом углерода (0+1 = 1), а поскольку валентность углерода равна 4, и две связи заняты атомами фтора, остается два атома хлора. Таким образом, получаем химическую формулу R12 – CF ₂ Cl ₂.

По химическому составу и степени воздействия на озоновый слой хладоны классифицируются следующим образом:

Группа	Класс соединений	Распространенные фреоны, входящие в группу	Воздействие на озоновый слой
A	Хлорфторуглероды (ХФУ, HFC)	R11, R12, R13, R111, R112, R113, R114, R115	Вызывают серьезное истощение озонового слоя, применение запрещено Монреальским протоколом
Бромфторуглероды	R12B1, R12B2, R113B2, R13B2, R13B1, R21B1, R22B1, R114B2
B	Гидрохлорфторуглероды (ГХФУ, HCFC)	R21, R22, R31, R121, R122, R123, R124, R131, R132, R133, R141, R142, R151, R221, R222, R223, R224, R225, R231, R232, R233	Вызывают слабое истощение озонового слоя, применение ограничено Монреальским протоколом
C	Гидрофторуглероды (ГФУ, HFC)	R23, R32, R41, R125, R134, R143, R152, R161,R227, R236, R245, R254	Озонобезопасные фреоны, не попадают под Монреальский протокол

Однако экологические и химические свойства фреонов – не единственные их характеристики. Важны и их физические свойства: температура кипения, критические температура и давление и другие. Именно эти свойства определяют, подойдет хладагент для решения конкретной задачи или нет. В таблицу ниже сведены некоторые основные свойства популярных хладагентов, включая их «климатические» коэффициенты – озоноразрушающий потенциал (ОРП, ODP) и потенциал глобального потепления (ПГП, GWP). В основном в таблицу включены фреоны группы ГФУ (С), так как группы ХФУ и ГХФУ в скором времени будут выведены из обращения. Т _{кипения} – температура кипения при атмосферном давлении, Т _{критическая} – температура, выше которой жидкая фаза хладагента существовать не может. В столбце «горючесть» NF означает Non flammable, то есть негорючий, LF – low flammable, то есть слабогорючий.

Где используют хладагенты?

Применение хладагентов, на сегоднящний день, очень распространено. Данные соединения используются повсеместно, вопреки мнению о стандартном использовании в холодильной установке или кондиционере. Разберем самые популярные способы использования холодильных агентов.

• Использование в качестве индикатора для определения герметичности системы в медицине и парфюмерии.
• Некоторые виды хладагентов используют для создания огнетушителей.
• Используют для тушения возгораний электрического оборудования.
• Системы кондиционирования воздуха.
• Морозильные установки и системы хладоэлементов.

До сих пор ученые находятся в поиске того самого хладагента, который будет отвечать всем требованиям. Многие соединения, которые появились за несколько десятилетий, обладают большинством из них, однако являются небезопасными и токсичными. Возможно в будущем ученым удастся синтезировать полностью экологичное соединение, которое сможет заменить современные вещества.