Czynniki chłodnicze stosowane w chłodnictwie
Czynniki chłodnicze (zwane również chłodziwami, ziębnikami lub czynnikami ziębniczymi) stosowane są w różnego rodzaju urządzeniach: lodówkach, meblach chłodniczych, klimatyzatorach, agregatach wody lodowej, pompach ciepła. Chłodziwa biorą udział w wymianie ciepła, zapewniając prawidłowe działanie instalacji zgodnie z ustawionymi parametrami. Sprawdźmy więc, jakie są rodzaje czynników chłodniczych i czym się charakteryzują.
Co to jest i jak działa czynnik chłodniczy?
Chłodziwo to czynnik termodynamiczny, który w odpowiednich warunkach absorbuje i oddaje ciepło. W trakcie tego procesu czynnik chłodniczy zmienia swoje właściwości: stan skupienia, temperaturę i ciśnienie. W klasycznym układzie chłodzenia ziębnik przechodzi z fazy ciekłej do gazowej (paruje), pochłaniając ciepło z otoczenia. Następnie czynnik ulega skropleniu, co powoduje oddanie ciepła do otoczenia. Proces ten zachodzi przy udziale urządzeń (sprężarek), które zmieniają ciśnienie czynnika chłodniczego.
Jakie cechy powinien mieć dobry czynnik chłodniczy?
Wybór czynnika chłodniczego determinowany jest przez wiele czynników. Projektanci urządzeń i systemów chłodniczych muszą wziąć pod uwagę nie tylko efektywność energetyczną substancji, ale również bezpieczeństwo użytkowania i wpływ czynnika na środowisko naturalne.
Pożądane cechy czynnika chłodniczego:
- dobre właściwości termodynamiczne,
- odporność na niskie temperatury,
- bezpieczeństwo użytkowania (nietoksyczny, niepalny, niewybuchowy),
- znikomy lub neutralny wpływ na środowisko,
- niskie koszty eksploatacji,
- brak negatywnego wpływu na instalację (niepowodujący korozji).
Rodzaje czynników chłodniczych
Czynniki chłodnicze można podzielić na substancje pochodzenia naturalnego oraz substancje wyprodukowane przez człowieka. Przy określaniu czynników chłodniczych warto zwrócić uwagę na dwa wskaźniki: ODP (wpływ substancji na warstwę ozonową) oraz GWP (wpływ substancji na efekt cieplarniany). Im niższa wartość ODP i GWP, tym mniejszy wpływ substancji na środowisko.
Czynniki chłodnicze naturalne
Czynniki chłodnicze pochodzenia naturalnego są ekologiczne i w większości przypadków bezpieczne dla człowieka. Jednocześnie zapewniają wysoką efektywność energetyczną, dzięki czemu mogą stanowić godną uwagi alternatywę dla czynników syntetycznych. Chłodziwa naturalne można podzielić na organiczne (węglowodory: izobutan, propan, propylen) i nieorganiczne (powietrze, woda, dwutlenek węgla, amoniak).
| Rodzaj | Skład | Właściwości | Zastosowanie | ODP | GWP |
|---|---|---|---|---|---|
| R600a | izobutan (C4H10) | nietoksyczny, doskonałe właściwości termodynamiczne | sprzęt AGD, małe chłodziarki sklepowe | 0 | 3 |
| R290 | propan (C3H8) | bezbarwny bezwonny, odporny na wilgoć, bardzo dobre właściwości termodynamiczne | zamiennik R32, chłodziarki, chłodnictwo komercyjne | 0 | 3 |
| R1270 | propylen (CH3CH=CH2) | droższy niż propan, łatwopalny, bardzo dobre właściwości termodynamiczne | agregaty wody lodowej, klimatyzatory split | 0 | 3 |
| R729 | powietrze | tani, bezpieczny dla człowieka i środowiska, łatwo dostępny, słabe właściwości termodynamiczne | obiegi otwarte, systemy chłodnicze w lotnictwie | – | – |
| R718 | woda (H2O) | tani, łatwo dostępny, nietoksyczny, bezpieczny dla środowiska, nie pozwala uzyskać ujemnych temperatur | obiegi absorpcyjne (np. w technologii żywności, klimatyzacji), chłodzenie wyparne, układy wody lodowej | 0 | – |
| R744 | dwutlenek węgla (CO2) | ekologiczny, tani, łatwo dostępny, nietoksyczny, bardzo dobre właściwości termodynamiczne | układy kaskadowe w chłodnictwie komercyjnym i przemysłowym, systemy klimatyzacyjne, chłodnie, mroźnie | 0 | 1 |
| R717 | amoniak (NH3) | bezbarwny, łatwopalny, toksyczny, tani, doskonałe właściwości termodynamiczne | systemy klimatyzacji i chłodzenia w dużych obiektach przemysłowych i komercyjnych | 0 | 0 |
Czynniki chłodnicze syntetyczne
Syntetyczne czynniki chłodnicze zapewniają bardzo dobre właściwości termodynamiczne. Stosuje się je na szeroką skalę zarówno w domowych systemach klimatyzacyjnych, jak i chłodnictwie przemysłowym. W grupie chłodziw syntetycznych można wyróżnić substancje jednorodne (freony) oraz bezpieczniejsze w użytkowaniu substancje niejednorodne (azeotropy, zeotropy). Obecnie zastosowanie czynników freonowych (np. R12, R22) zostało ograniczone, ponieważ zagrażają warstwie ozonowej i wykazują duży wpływ na tworzenie się efektu cieplarnianego.
| Rodzaj | Skład | Właściwości | Zastosowanie | ODP | GWP |
|---|---|---|---|---|---|
| R32 | difluorometan (CH2F2) | łatwopalny, może powodować odmrożenia skóry, wysokie ciśnienie pracy | przemysłowe instalacje chłodnicze, klimatyzacja domowa i biurowa | 0 | 675 |
| R134a | 1,1,1,2-tetrafluoroetan (CH2FCF3) | niepalny, przy kontakcie z ogniem wytwarza toksyczny i/lub drażniący dym | klimatyzacja samochodowa, chłodnictwo przemysłowe i komercyjne, klimatyzacja domowa i biurowa | 0 | 1430 |
| R404A | mieszanina zeotropowa: R143A (52%), R125 (44%), R134A (4%) | dobre właściwości termodynamiczne | chłodnie, mroźnie, urządzenia chłodnicze w sklepach, centrale klimatyzacyjne, samochody chłodnie | 0 | 3922 |
| R407C | mieszanina zeotropowa: R32 (23%), R125 (25%), R134A (52%) | niepalny, niewybuchowy, kontakt z oparami może skutkować odmrożeniem skóry i podrażnieniem oczu | systemy klimatyzacyjne domowe i komercyjne, pompy ciepła, zamiennik czynnika R22 | 0 | 1774 |
| R407F | mieszanina zeotropowa: R32 (30%), R125 (30%), R134A (40%) | zapewnia większą wydajność i sprawność od pozostałych czynników HFC | sklepowe systemy chłodnicze, zamiennik czynników R22 i R404A w układach nisko- i średniotemperaturowych | 0 | 1824 |
| R410A | mieszanina zeotropowa: R32 (50%), R125 (50%) | niepalny, niewybuchowy i nietoksyczny (bezpośredni kontakt z oparami powoduje odmrożenia skóry i podrażnienia oczu) | klimatyzacja typu split, pompy ciepła, agregaty wody lodowej, układy bezpośredniego odparowania | 0 | 2088 |
| R507A | mieszanina azeotropowa: R125 (50%), R143a (50%) | bezbarwny, bezwonny, niepalny, wydajny, przy kontakcie z oparami powoduje odmrożenia skóry i podrażnienie oczu | układy nisko- i średniotemperaturowe, komercyjne systemy klimatyzacji, chłodnie przemysłowe, transport chłodniczy | 0 | 3985 |
| R1234ze | trans-1,3,3,3-tetrafluoroprop-1-an | energooszczędny, palny (w niewielkim stopniu) | systemy klimatyzacyjne i chłodnicze, osuszacze powietrza, zamrażarki, automaty do sprzedaży napojów, pompy ciepła, agregaty wody lodowej, układy kaskadowe z CO2 | 0 | 7 |
Czynniki chłodnicze – podsumowanie
Czynnik chłodniczy powinien być dobrany do rodzaju systemu lub urządzenia chłodniczego/klimatyzacyjnego. Czynniki szkodliwe dla środowiska są stopniowo wycofywane ze sprzedaży i zastosowania, dlatego zastępuje się je czynnikami o zerowym ODP i niższym współczynniku GWP. Podczas użytkowania systemów chłodniczych i klimatyzacyjnych należy przeprowadzać okresowe przeglądy, które pozwolą wykryć ewentualne wycieki i braki czynnika chłodniczego w instalacji. W razie konieczności specjalista uzupełni poziom chłodziwa, aby system zapewniał bezpieczną i niezawodną eksploatację przez kolejne lata.
