Итоговые критерии конструирования новых установок и перевод существующих установок с r12

Компрессоры и другие узлы в большинстве случаев могут быть оставлены в системе. Однако, когда используется R143а, следует проверить пригодность системы для компонента R134а. На практике меры по ретрофиту главным образом сводятся к смене хладагента и тщательной проверке величины перегрева настроенного в расширительном клапане. Из-за относительно большой разности температур кипения отдельных компонентов смеси имеет место существенное температурное скольжение (рис. 34), из-за чего для оценки эффективного перегрева всасываемого газа требуется точное знание условий насыщения.

Кроме того, следует соблюдать границы области применения. Для высоких и низких температур испарения потребуются различные виды хладагентов, или должны учитываться заметные различия холодопроизводительности. Это происходит в основном из-за более крутой по сравнению с R12 характеристики производительности.

Из-за высокого содержания R22, особенно в низкотемпературных смесях, температура нагнетания для некоторых хладагентов существенно выше, чем для R12. Поэтому перед переводом на смесь следует проверить пределы применимости компрессора.

R404а и r507а как заменители r22 и r502.

Эти смеси являются совершенно хлор-несодержащими (ОРС=0),и поэтому являются долгосрочными альтернативами R502 и R22 при средне и низкотемпературных уровнях.

R404А был введен в эксплуатацию в начале 1992 г., известен под промышленным наименованием «Suva» HP 62 (Du Pont). Долгосрочное применение этого заменителя показало хорошие результаты.

Другие смеси реализовывались под наименованиями «Forane” FX70, и “Genetron” AZ50, или “Solkane” 507. Между тем, в списке ASHRAE хладагенты HP 62 и FX70 классифицированы как R404А, AZ50 и R507А.

Основные компоненты относятся к группе ГФУ, причем R143а относится к легковоспламеняемой категории. Воспламеняемость, равно как и проблемы, связанные с возможными утечками, эффективно нейтрализуется благодаря сочетанию с относительно высоким содержанием R125.

Основной характеристикой всех трех ингредиентов являются низкий показатель адиабатического сжатия, что выражается в аналогичной или даже более низкой температуре нагнетания по сравнению с R502 (рис. 17). Поэтому рекомендуется применение одноступенчатых компрессоров при низких температурах испарения, и тогда их применение будет более эффективной.

Благодаря одинаковым точкам кипения R143а и R125 и относительно малому содержанию R134а температурное скольжение трехкомпонентной смеси R404а в значимых областях применения меньше 1ºК. Поэтому поведение этой смеси в теплообменниках не сильно отличается от поведения азеотропных смесей. Результаты, полученные от измерений показателей теплообмена, являются удовлетворительными.

R507А - это двухкомпонентное сочетание, обнаруживающее азеотропное поведение в сравнительно широком диапазоне. Поэтому условия здесь склонны к улучшению.

Определенная по лабораторным исследованиям, удельная холодопроизводительность почти одинакова для различных смесей и обнаруживает значительное сходство с R502. Это объясняет большой спрос на эти заменители на рынках.

Вопросы, касающиеся совместимости материалов вполне решаемы, положительная оценка объясняется имеющимся опытом работы с другими ГФУ.

С данными смесями могут применяться недавно разработанные полиалкилоновые масла. Кроме того, исследуется пригодность различных альтернатив.

Некоторое препятствие представляет высокий потенциал воздействия на глобальное потепление (ПГП100=3260…3300), который в основном определяется наличием у R143 и R125. Однако, по сравнению с R502 (ПГП100=5600) этот потенциал у него меньше, и с учетом благоприятного электропотребления, что приводит к уменьшению значения TEWI. В этом отношении возможны и другие улучшения, благодаря дальнейшему развитию систем управления холодильными системами, например, контролируемому снижению температуры конденсации при низкой температуре окружающей среды.

Итоговые критерии проектирования

Системная технология основана на опыте работы с R502 в обширной области. С термодинамической стороны, рекомендуется установка теплообменника между линией всасывания и жидкостной линией, так что это улучшит холодопроизводительность и СОР установки.

Доступность хладагентов гарантировано.

Перевод существующих установок, работающих на ХФУ хладагентах

Опыт, полученный в исследовательских программах, показывает, что адекватный переход на эти смеси возможен. Однако, в зависимости от конструкции системы могут потребоваться значительные капиталовложения.

R407А и R407В как заменители R502

В качестве альтернативы ранее описанным заменителям были разработаны дополнительные разновидности смесей, на основе R32, который не содержит хлора и имеет такую же воспламеняемость, как и R143.

ГФУ хладагент R32 первоначально рассматривался как возможная альтернатива для R22. Однако путем варьирования в смесях удалось получить также и сравнимые с R502 термодинамические характеристики.

Этот вид хладагента появился на рынке под промышленным наименованием «KLEA»60/61 и классифицировался в списке ASHRAE как R407А* и R407В*.

Однако необходимые условия для альтернатив R502 , содержащих R32 по сравнению с заменителями на основе R143а не столь благоприятны, как рассматривавшиеся ранее. Точка кипения R32 очень низкая -52ºС, к тому же показатель адиабатического сжатия так же высок, как у R22. Для того, чтобы соответствовать характеристикам R502 требуется относительно более высокое содержание R125 и R134а. Таким образом, легковоспламеняемость R32 эффективно подавляется, высокое содержание R134а приводит к большему температурному скольжению.

Главным преимуществом R32 является чрезвычайно низкий потенциал воздействия на глобальное потепление (ПГП100=650), так что даже в сочетании с R125 и R134а он остается значительно ниже, чем у вышеупомянутых альтернатив, основанных на 143а.

Всесторонние измерения смесей, содержащих R32 , показывают определенное снижение производительности по сравнению с R502, в области низких температур испарения отклонение СОР незначительно (Рис. 20). Значения фактора TEWI, наряду с величиной потенциала воздействия на глобальное потепление относительно мало. Подтверждение этих благоприятных перспектив в реальных установках зависит от системных критериев.

Значительное температурное скольжение является важным фактором, которое может негативно повлиять на производительность и разность температур испарения и конденсации. Для того, чтобы поближе изучить этот фактор, уже были проведены исследования поведения теплообменников (включая их конструкции и исполнение).

Совместимость материалов смеси R32 можно оценить аналогично вышеописанным ГФУ заменителям, то же самое применимо к маслам.

Несмотря на относительно высокое содержание R125 и R134а в смеси R32, вызываемое стремлением достичь характеристик R502, температура нагнетания несколько выше, чем у альтернатив с R143А. В результате на область применения накладываются определенные ограничения.

С этой точки зрения, а также с точки зрения эффективности рекомендуется микропроцессорное управление для контролируемого поддержания давления конденсации при низкой температуре окружающей среды.

В низкотемпературном охлаждении весьма эффективно могут применяться двухступенчатые компрессоры. Главным преимуществом является использование жидкостного промежуточного охладителя.

Итоговые критерии разработки

Опыт работы с R502 и R22 может быть использован в данных установках на R407А и R407В во многих отношениях, учитывая температурное скольжение и разницу термодинамических свойств. Такой опыт в особенности применим для разработки и изготовления теплообменников и расширительных клапанов.

Хладагенты доступны. Иногда требуется индивидуальный подбор необходимых компонентов.

* Хладагенты R407А и R407В только ограниченно доступны на рынке. Однако они рассмотрены в этом обзоре благодаря историческому развитию ГФУ смесей.

Перевод существующих установок, работающих на ХФУ хладагентах

Завершена программа всесторонних испытаний, доказавшая практическую целесообразность перевода. Однако из-за вышеуказанных критериев невозможно определить какие-либо общие правила. Поэтому каждый случай должен быть рассмотрен индивидуально.

R422а как заменитель R502 и R22

R422а был разработан с целью получения хлор-несодержащего хладагента для того, чтобы производить простой перевод существующих средне- и низкотемпературных холодильных систем с R502 и R22 на R422а.

По этой причине необходимо было разработать смесь хладагента со сравнительной с хладагентами R404А, R507А и R22 холодопроизводительностью и энергопотреблением, который также позволяет применение традиционных масел.

Это также касается и зеотропных смесей, которые состоят из базовых компонентов 125 и R143а с небольшой добавкой R600а. Из-за относительно высокого содержания R143а, температурное скольжение выше, чем у R404А, но ниже чем у R417 и R422а.

Показатель адиабаты по сравнению с R404А и R507А ниже, поэтому также ниже температуры нагнетания и масла. При работе на чрезвычайно низких температурах это может являться преимуществом, а в случае низких степеней сжатия и перегреве всасываемого газа недостатком из-за повышенного растворения хладагента в масле.

Совместимость материалов R422а можно оценить аналогично вышеуказанным смесям, то же самое применимо и к маслам. За счет хорошей растворимости R600а при благоприятных условиях также могут быть использованы общепринятые масла.

В частности, преимущества выявляются во время перевода существующих систем с R502 и R22. Однако, для установок с высоким коэффициентом прокачки масла и с большой зарядкой жидкости в ресивере может случиться миграция масла, например, если не был установлен маслоотделитель.

Если в компрессоре наблюдается недостаточный возврат масла, то производителю хладагента рекомендуется заменить саму подпитку масла эфирным маслом. Но, с точки зрения производителя компрессора, такая мера требует очень осторожного осмотра состояния смазочного материала. Например, если в картере двигателя компрессора наблюдается повышенное образование пены, то потребуется полная замена синтетическим маслом. Кроме того, под воздействием высокополяризированных масел и ГФУ, примеси или переход к синтетическим маслам приводят к повышенному растворению продуктов разложения и к грязи в трубопроводах. Поэтому систему следует снабдить отделяющими фильтрами.

С термодинамической точки зрения рекомендуется установка теплообменника между всасывающей патрубком и жидкостной линией, что дает повышение холодопроизводительности и КПД. Кроме того, это результирующее повышение рабочих температур приводит к более благоприятным условиям для масла.