Хладагенты

Для переноса тепла от источника тепла до потребителя в тепловых насосах используют специальную жидкость, называемую хладагентом.  Хладагент циркулирует в тепловом насосе, при этом он поглощает тепло, переносит и отдает его.

Поглощение тепла обычно сопровождается процессом кипения хладагента, высвобождение тепла – конденсацией. Тип хладагента обозначается буквой R, за которой следует несколько цифр, которые описывают его химический состав.

Температура кипения хладагента зависит от давления – чем выше давление, тем выше температура кипения. При атмосферном давлении хладагенты могут кипеть при температуре ниже –40°C, поэтому они могут использоваться для получения тепла от низкопотенциальных источников, а также для производства холода при хранении продукции при низкой температуре. Разные хладагенты обладают разными характеристиками, и используются в зависимости от сферы применения.

Одна из главных характеристик хладагентов это их влияние на окружающую среду в случае утечки из холодильного контура. Для определения степени влияния используются показатели ODP, GWP и TEWI.

ODP, Ozone Depletion potential – потенциал разрушения озонового слоя, означает ожидаемое влияние на разрушение озонового слоя для конкретного хладагента по сравнению с влиянием от хладагента R11 (трихлорфторметан).

GWP, Global Warming Potential – потенциал глобального потепления – количество тепла, которое задерживается атмосфере из за влияния парникового газа, в сравнении с теплом, задерживаемым таким же количеством СО2, который является «эталонным» газом с коэффициентом GWP=1. Процесс разложения углекислого газа и большинства хладагентов в атмосфере зависит от многих факторов. Эффект от влияния СО2 остается даже спустя более 50 лет, поэтому важно учитывать время в течение которого хладагенты действуют на атмосферу. Это время должно указываться вместе с коэффициентом GWP (Международный институт холода предоставляет данные о влиянии в течение 100 лет с момента попадания в атмосферу).

В процессе работы теплового насоса происходит прямое выделение парниковых газов (утечка хладагента) и непрямое – выделение СО2 при производстве электроэнергии, потребляемой ТН. Суммарное количество выделений парниковых газов описывает коэффициент TEWI (Total Equivalent Warming Impact) – суммарный коэффициент эквивалентного влияния на глобальное потепление. При расчете величины коэффициента особое влияние на него оказывают допущения о сроке эксплуатации теплового насоса, возможных утечках в процессе его эксплуатации, а также о количестве углекислого газа попавшего в атмосферу при производстве электроэнергии для его работы.

Хладагенты CFC (хлорфторуглероды) и HCFC (гидрофторхлоруглероды) наиболее популярны в настоящее время. К сожалению, исследования показали, что их составляющие отрицательно влияют на окружающую среду из-за их негативного воздействия на озоновый слой и глобальное потепление. Поэтому, эти хладагенты попадают в список веществ, использование которых должно быть со временем прекращено, согласно «Монреальскому протоколу касательно веществ разрушающих озоновый слой» и его поправкам. В некоторых странах он вступил в силу с 1990 года.

В результате этого в настоящее время во всем мире запрещено продавать, устанавливать и перезаправлять системы используя CFC хладагенты. В тоже время для HCFC хладагентов был предоставлен больший срок благодаря их меньшему влиянию на разрушение озонового слоя, но в некоторых странах они уже запрещены национальным законодательством.

Хладагенты типа HFC (гидрофторуглероды)

Вместо хладагентов CFC и HCFC, были изобретены хладагенты HFC. Эти хладагенты не влияют на озоновый слой, но по-прежнему оказывают влияние на глобальное потепление, т.к. имеют высокий коэффициент GWP. Из-за влияния на озоновый слой, HFC будут постепенно заменять хладагенты CFC и HCFC в широкой гамме оборудования. Ненасыщенные HFC, или гидрофторолефины (HFO) были изобретены как альтернатива HFC и могут использоваться как однофазные хладагенты (например, HFC-1234yf в автомобильных кондиционерах) или в смесях с HFC, где они способны снизить влияние на глобальное потепление.

Природные хладагенты

Хладагенты, основанные на веществах которые присутствуют в природе в естественном виде, называются природными хладагентами. Эти хладагенты в основном имеют незначительное влияние на окружающую среду с коэффициентами GWP и ODP равными или близкими к нулю. Поэтому у них высокий потенциал в долгой перспективе, как заменителей для синтетических хладагентов CFC и HCFC. В качестве примера природных хладагентов можно привести аммиак (NH3), двуокись углерода (CO2), углеводороды (метан, пропан, и т.д.), воду и воздух.