11. Общие сведения о хладоагентах. Их основные теплофизические параметры. Выбор ха.

Рабочие тела, которые применяют в холодильной технике, называют холодильными агентами или хладагентами (ХА). Это вещества или их смеси, имеющие при нормальном атмосферном давлении (0,1 МПа) температуру кипения T_s=350–120 K (77  -153C).

ХА с T_s=350-250 К (77  -23C) обычно используют в теплонасосных или комбинированных установках.

ХА с T_s=273-120 К (0  -153C) применяют в холодильных установках и установках кондиционирования воздуха.

Вещества с T_s120 К называют криоагентами.

К хладагентам предъявляются следующие требования:

а) безвредность для здоровья человека;

б) достаточно низкая температура кипения T_s при нормальном атмосферном давлении;

в) невысокое давление конденсации Р_к при обычных температурах окружающей (охлаждающей) среды (вода, воздух);

г) малая разность давлений конденсации и кипения (Р_к-Р₀);

д) низкая температура замерзания T_z;

е) высокая критическая температура Т_кр. Она должна быть выше температуры охлаждающей среды в конденсаторе;

ж) минимальные показатель адиабаты и удельный объем паров ХА;

з) как можно большими теплотой парообразования и удельной теплоемкостью.

Кроме того, ХА должны быть пожаро-взрывобезопасными, нейтральными к конструкционным материалам, хорошо растворять воду, иметь невысокую стоимость.

Основные теплофизические параметры характеризующие ХА

T_s, К – температура кипения при атмосферном давлении. Характеризует температуру холода, которую можно получить при минимальном вакуумировании парового пространства;

Т_кр, К – критическая температура ХА. Характеризует максимальную температуру, при которой можно добиться конденсации ХА;

k – показатель адиабаты паров ХА. Характеризует работу сжатия l_к и температуру паров в конце процесса сжатия. Чем больше k , тем выше значение l_к и температуры паров в конце процесса сжатия;

q₀, Дж/кг – удельная массовая холодопроизводительность. Это количество теплоты, которое отводится от охлаждаемой среды 1 кг циркулирующего ХА в процессе его испарения. Иначе – это удельная теплота парообразования рабочего вещества;

q_v, Дж/м³ – удельная объемная холодопроизводительность. Это количество теплоты, которое отводится от охлаждаемой среды 1 м³ паров ХА, образующихся в испарителе и отсасываемых компрессором. Параметр удобный при конструктивном расчете компрессоров ХМ

v₀, м³/кг – удельный объем паров ХА при температуре кипения Т₀.

Наибольшее распространение имеют сейчас (кроме воды и воздуха) такие ХА как аммиак, фреоны (хладоны), различные углеводороды. Они широко используются в парожидкостных холодильных машинах.

Выбор ХА

фреоны содержащие в составе моллекулы хлора (Cl), относятся к озоноразрушающим веществам. Сброс в атмосферу больших количеств таких фреонов ведет к разрушению озонового слоя земной атмосферы и образованию так называемых "озоновых дыр", что пагубно влияет на биосферу планеты.

Озоноразрушающая активность ХА оценивается потенциалом разрушения озона – ODP. По степени озоноразрушающей активности все ХА делят на 3 группы:

1-я – ХА с высокой озоноразрушающей способностью, ODP1,0. Это хлор-фтор-углеводороды (ХФУ). Международное обозначение – CFC. К таким ХА относятся хладоны R11, R12, R13, R113, R502, R503 и др. или иначе – CFC11, CFC12, CFC13 и т.д;

2-я – ХА с низкой озоноразрушающей активностью, ODP<1,0. Это гидро-хлор-фтор-углеводороды (ГХФУ). Международное обозначение – HCFC. К ним относятся хладоны R21, R22, R141в, R142в, R123, R124 и др. или иначе HCFC21, HCFC22, HCFC141в и т.д;

3-я – озонобезопасные ХА, без хлора, ODP=0. Это соединения типа FC, HFC, HC и др. К ним относятся хладоны R134, R134a, R152a, R143, R125, R32, R23, R218, R116, R717 и др.

В соответствии с Монреальским Протоколом международного соглашения, подписанного Россией, с 1 января 1996г. запрещено производство и использование фреонов группы CFC, т.е. ХА с высокой озоноразрушающей способностью, ODP1,0.

Для ХА группы HCFC установлен переходный период до 2020 г. с ограничением использования. С 2020 г. – полный запрет на использование этих веществ.