Хладагент R410A — важные аспекты кондиционеров
Итак, что же такое фреон R410A и с чем его «едят»?
Хладагент R410A это газ пришедший на замену R22, который представляет собой смешанные в равных массовых долях хладагенты R32 и R125. Смесь характеризуется нулевым значением потенциала разрушения озона (ODP), т.к. ни один из составляющих его компонентов не содержит хлора.
Повышенная холодопроизводительность позволила уменьшить габаритные размеры основных элементов гидравлического контура: трубопроводов, теплообменников, и других узлов системы кондиционера.
R410A является псевдо-азеотропной смесью, а именно его температура в фазовых переходах практически не изменяется, поэтому при утечке из системы, состав смеси в контуре остается без изменений, что позволяет добавить необходимое количество после ремонта и избежать полной регенерации хладагента. Вместе с этим новый хладагент характеризуется существенно более высокими значениями рабочих давлений в гидравлическом цикле.
К примеру, при температуре конденсации 43ºС R22 имеет давление 15,8 атм, а R410A – около 26 атм. Поэтому простая замена R22 новым R410A исключена и апгрейд оборудования требует внесения конструктивных изменений в элементы гидравлического контура для увеличения их прочности. Так же как и хладагент R407C он не растворим в минеральном масле, и требует использование синтетического полиэфирного масла.
При установке систем кондиционирования на R410A необходимо следовать следующим правилам, подобным хладагенту R407C:
! — не допускать попадания загрязнений в гидравлический контур;
! — при пайке трубопроводов они должны быть заполнены инертным или слабовзаимодействующим газом, например, азотом с низким содержанием влаги;
! — тщательно производить вакуумирование;
Термин R410A, почему R410A?
| ODP — | Потенциал разрушения озона. | GWP — | Потенциал глобального потепления. |
| Степень разрушения озона стандартизована относительно хладагента R11,значение ODP которого принято за “1”. хладагент R410A имеет ODP=0. | Потенциал глобального потепления показывает способность газов отражать тепло, сохраняя его в околоземной поверхности при наличии данного газа в атмосфере. для сравнения используется газ [CO2], GWP которого принят за “1”. |
Свойства
R410A – это азеотропная смесь:
Хладагент R410A состоит из смеси хладагентов: R32 — 50% и R125 — 50%
Свойства азеотропной смеси:
В отличии от R407C (зеотропной смеси) фазовые изменения в азеотропной смеси происходят при постоянной температуре в процессе конденсации/испарения.
R 410A имеет очень малый “температурный глайд” и может считаться азеотропным.
! ∆tg = Температурный глайд для R410A практически =0 K
Работа с фреонопроводом R410A
! Используйте только медные дюймовые трубы
для фреонопроводов.
Размеры обработки раструбов для систем, в которых используется R410A больше, чем для систем с другими типами хладагентов, чтобы повысить герметичность:
Минимальная толщина труб для систем на хладагенте R410A:
! Резка труб только с помощью трубореза.
! Тщательно уберите заусенцы.
! Убедитесь что внутрь трубы не попала стружка.
! Паяные соединения должны быть очищены от флюса и окалины.
! Не чистите соединения наждачной бумагой перед пайкой. Припой течет лучше по гладкой поверхности.
! Пайку проводите только под инертным газом. Используйте сухой азот или другой инертный газ.
Пайка без защитного газа приводит к образованию окислов на поверхности труб, которые смываются хладагентом и циркулируют в холодильном контуре.
Результат — неисправность установки.
! Трубы должны храниться в сухом помещении с герметично закрытыми концами.
Тест на герметичность
Перед вакуумирование необходимо обязательно провести тест на герметичность.
! Герметичность гидравлического контура на хладагенте R410A проводится в следующим порядке:
1 способ:
— Контур заполняется сухим азотом до давления 1,0 МПа. (проверяется нет ли падения давления в течение 1-го часа)
— Контур заполняется сухим азотом до давления 4,15 МПа.
— Через 24 часа контролируют изменение давления.
Если давление по истечении 24 часов не понизилось, систему можно считать герметичной. Давление в контуре, заполненном азотом меняется при изменении температуры окружающего воздуха.
Р1, Т1 — давление в контуре и температура окружающей среды в начале теста
Р2, Т2 — давление в контуре и температура окружающей среды в конце теста (спустя сутки).
2 способ:
— Контур заполняется хладагентом до давления 0,2 МПа.
— Контур заполняется сухим азотом до давления 4,15 МПа.
Проверка проводиться с помощью электронного течеискателя. (течеискатель для R22 не способен обнаружить утечку хладагента R410A)
Вакуумирование R410A
Основой корректного фукционирования систем кондиционирования является правильное ваккумирование контура.
— Посредством вакуумирования из контура удаляется воздух и влага. Почему гидравлический контур должен вакуумироваться?
Вакуумирование предотвращает следующие последствия:
! Присутствие влаги приводит к разложению холодильного масла и замерзанию дросселирующего устройства.
! Полиэфирные масла, используемые с R410A очень гигроскопичны и поглощают влагу из воздуха.
В результате химических реакций в гидравлическом контуре образуются кислоты.
! Кислород, присутствующий в воздухе взаимодействует с холодильным маслом, что приводит к выходу из строя компрессора
Для удаления воды из гидравличесокго контура необходимо её испарить понизив давление с помощью ваккумной помпы.
Точка кипения R410A
В приведенной таблице, показывает зависимость точки кипения воды от давления:
Температура кипения воды на уровне моря = 100°С.
На высоте 4800 м , где атмосферное давление равно 555 мБар вода кипит при 84°C.
Таким образом, чем ниже давление, тем ниже точка кипения воды.
Чем ниже температура окружающей среды, а следовательно и температура воды в контуре, тем большее разряжение необходимо создать с помощью вакуумной помпы для удаления влаги.
Из таблицы видно, что вакуумирование в осенне-зимний период необходимо проводить более длительное время.
Параметры вакуумирования R410A
Для вакуумирования необходимо использовать помпу,обеспечивающую падение давления 65Па за 5мин.
Рекомедуется использовать двухступенчатую помпу с производительностью не менее 8-15м3/ч.
Вакуумная помпа должна быть оснащена обратным капаном во избежание попадания минерального масла помпы в гидравлический контур.
Продолжительность вакуумирования R410A:
После достижения значения вакуума не менее 650 Па продолжать вакуумирование в течение одного часа.
По прошествии одного часа допускается поднятие давления в контуре не более чем на 130Па. Измерительные приборы.
! Манометр низкого давления, установленный на манометрическом коллекторе, не подходит для измерения уровня вакуума.
Обычный манометр не обладает достаточной точностью измерения для определения изменения значения давления в системе при вакуумировании.
! Перед вакуумированием обязательно проводиться тест на герметичность гидравлического контура.
! Для систем большой производительности рекомендуется после достижения уровня вакуума 650Па заполнить систему сухим азотом до избыточного давления 0,5 Бар. и продолжить
вакууумирование.
! Для ускорения процесса необходимо проводить вакуумирование одновременно на линиях нагнетания и всасывания.
Вывод: если вы внимательно ознакомились с содержанием данной статьи, у Вас не возникнет затруднений с использованием хладагента R410A
Заправить кондиционеры и другие системы кондиционирования хладагентом R410A, Вы сможете, обратившись к специалистам нашей компании по тел. (495) 789-86-03; (495) 960-82-03; либо через обратную связь, которые проконсультируют Вас и сориентируют по расценкам компании.
Фреон (хладагент) R410a: описание, технические характеристики, применение
Хладон R410a представляет собой состав, содержащий гидрофторуглеводородные соединения дифторметана R32 и пентафторэтана R125, смешанные в равных пропорциях. Он предназначен для использования в современных моделях кондиционеров. По физическим свойствам близкий к азеотропной смеси благодаря минимальному температурному скольжению (изменению температуры кипения) при переходе из жидкого или газообразного агрегатного состояния. Характеризуется экологической чистотой и безвредностью для человека.
Компоненты, входящие в состав фреона, не содержат хлор и не оказывают пагубного воздействия на озоновый слой. При образовании точек утечки состав не меняется и остаётся стабильным в процентном соотношении. Хладагент R410a разработан для замены озоноразрушающего R22, который не производится с 2010 года. В интернет-магазине запчастей для холодильного оборудования «ЗИКУЛ» предоставляется возможность приобрести хладон R410а в специальных баллонах с весом газа 11,3 кг.
Преимущества и недостатки хладона R410a
Фреон R410a отличается от R22 рядом достоинств:
- не оказывает вредного воздействия на окружающую среду, имеет нулевой потенциал влияния на озон;
- характеризуется повышенной холодильной эффективностью;
- является нетоксичным и позволяет работать без ограничения при отсутствии источников открытого огня;
- химически стабильный;
- при образовании точек утечки не происходит процентное изменение состава хладагента, поэтому систему достаточно дозаправить;
- пожаробезопасный, не поддерживает горение;
- высокие термодинамические свойства;
- для заправки системы требуется на 20% меньше, поэтому предоставляется возможность устанавливать в холодильное оборудование более экономные компрессоры;
- дольше сохраняет эксплуатационные параметры.
Хладагент R410a характеризуется высоким индексом SEER глобального потепления, аналогичным R22. Но, поскольку оборудование работает более эффективно, считается, что парниковый эффект в результате оказывается меньший по причине уменьшения теплового выброса. Показатель температурного скольжения не превышает 0,15К. При практической эксплуатации такие отклонения практически не заметные.
В случае перехода в разные агрегатные состояния хладон отличается постоянной температурой, что повышает эффективность кондиционеров по охлаждению. Высокая хладопроизводительность является главным преимуществом фреона. Параметр на 50% выше, если сравнивать с R-407с и R-22. Благодаря возможности дозаправлять холодильный контур необходимым количеством вещества удается избежать полной регенерации хладагента.
Основной недостаток фреона R410a в высоком рабочем давлении. Для эффективной работы системы, заправленной R22, компрессором повышается давление в контуре до 16 атмосфер. Кондиционеры, работающие на R410a, при рабочей температуре требуют давление до 26 атмосфер, поэтому трубопровод должен отвечать требованиям по герметичности, особенно в местах соединения трубок с конденсатором, испарителем и прочими элементами. По этой причине требуется использование прочных деталей, обеспечивающих герметичную циркуляцию в контуре и работоспособность кондиционера. В устройствах применяются медные детали, которые повышают стоимость оборудования.
Хладон имеет другой состав, чем у R22, и не позволяет выполнить ретрофит. Климатические системы, рассчитанные под циркуляцию старого хладагента, нельзя заменить озонобезопасным веществом. Климатические устройства должны проектироваться и рассчитываться для заправки R410a. Для замены хладагента R22 в устройство сплит-системы или другого кондиционера требуется внести конструктивные изменения (уточнения) и повысить герметичность (прочность) контура, поскольку фреон циркулирует при давлении, превышающим в 1,6 раз показания предыдущего хладона.
Следующим недостатком хладона является нерастворимость в минеральном масле. Для 410 фреона нужно специальное полиэфирное масло. Кроме того, при сервисном обслуживании, предусматривающем дозаправку контура, требуется повышенная аккуратность, так как хладагент активно впитывает влагу, которая ухудшает эксплуатационные свойства вещества.
Область применения хладагента R410a
Плотность фреона R410a по сравнению с опасным для озона веществом R22 выше, поэтому компрессор, испаритель и конденсатор устанавливается меньшего размера. Хладон может использоваться в системах кондиционирования, соответствующих требованиям по герметичности, прочности и монтажу фреонной магистрали:
- толщина стенок фреонных трубок не менее 0,8‒1,1 мм;
- используются прочные раструбы;
- пайка выполняется с использованием инертного газа.
Благодаря техническим характеристикам фреон R410a применяется в бытовых и промышленных кондиционерах и сплит-системах, рассчитанных для работы в условиях высокого давления в контуре. Также востребован в тепловых насосах, которые предоставляется возможность изготовить в более компактных размерах, насосных холодильных агрегатах, компрессорах центробежного типа, затопленных испарителях и пр.
Таблица с характеристиками фреона R410a
Основные технические характеристики R410a:
|
Эксплуатационные параметры |
Единица измерения |
Значение |
|
Состав |
R125/R32 (в пропорции 1:1) | |
|
Температура кипения (при давлении в 1 атмосферу) |
°С |
51,53 |
|
Теплота образования пара (при температуре кипения) |
кДж/кг |
264,3 |
|
Критическая температура |
°С |
72,13 |
|
Критическое давление |
МПа |
4,93 |
|
Температура конденсации |
°С |
54 |
|
Воспламеняемость на воздухе |
не воспламеняется | |
|
Озоноразрушающий потенциал |
ODP |
0,0 |
|
Потенциал всеобщего потепления |
HGWP |
1890 |
|
Группа безопасности ASHRAE |
A1/A1 |
Особенности работы с фреоном R410a
Для обеспечения эффективной работы кондиционера требуется соблюдать определённые правила. Монтажное оборудование должно точно соответствовать оборудованию, рассчитанному под холодильный агент R410a. Запрещено применять трубки и детали, предназначенные для устройства, работающего на хладоне другого типа. Фреонные трубопроводы и фитинги должны обеспечивать герметичность и надежное соединение. Наружная поверхность трубопровода не должна подвергаться окислению и накоплению загрязнения.
Не допускается попадание грязи внутрь контура при выполнении сервисных работ. Загрязнение масла неизбежно повлечёт поломку компрессора. Для предотвращения нагара внутри трубки при выполнении ремонтных работ с использованием сварки требуется применять инертный газ. Перед заправкой вещества выполняется вакуумирование системы. Поскольку в составе фреона R410a отсутствуют компоненты, содержащие хлор, то для поиска точек утечки хладона применяются течеискатели. Стандартные методы идентификации места разгерметизации неэффективные. Дозаправка хладагентом должна выполняться только в жидкой фазе.
Обзор термодинамических характеристик хладагентов R-134А, R-410А и R-407C для системы кондиционирования воздуха
Проводится сравнительный анализ между хладагентами R-134A, R-410А и R-407C. Сравнение проводится по термодинамическим коэффициентам.
Ключевые слова: хладагент, химический состав, рабочее давление, эффективность работы компрессора, удельная холодопроизводительность, холодильный коэффициент
В последнее время наилучшими озонобезопасными хладагентами считаются R-134A, R-410A и R-407C. Хладагенты R-410A и R-407C пришли на замену фреону R-22, а R-134A на замену R-12. [1] У каждого рассматриваемого хладагента имеются определенные достоинства и недостатки.
Основные характеристики этих хладагентов таковы:
1) Изотропность. В хладагентах 134A и R-410A возможна изотропность (дозаправка агрегата в случае утечки), R-407C не имеет возможность дозаправки оборудования (а вот популярный ранее фреон R-22 имел изотропность).
2) Работа на масле. Поршни, работающие в компрессоре необходимо смазывать маслом для уменьшения трения и увеличения срока службы. Для этого в систему вместе с хладагентом добавляют масло. В системе оборудования совершается цикл работы и тем самым смазываются необходимые элементы установки. Все марки хладагента работают на полиэфирных маслах, R-22 работал на минеральном.
3) Давление. В момент, когда температура конденсации достигает 43 градусов, у хладагента R-410A давление в системе составляет 26 атмосфер. Если сравнить, то у R-407C — 18 атмосфер и у R-134A — 10 атмосфер, а у R-22 показатель давления держался на уровне 16 атмосфер.
Химический состав.
Все марки хладагентов очень удобно использовать, т. к. они являются смесями веществ в отличие от традиционных фреонов. Эти хладагенты имеют нулевой потенциал истощения озонового слоя Земли. Также являются нетоксичными и не пожароопасными.
Хладагента R-410A является азеотропной смесью двух фторуглеводородов. Он состоит из 50 % дифторметана R-32 и 50 % пентафторэтана R-125. Такой хладагент считают изотропным, и при его утечке смесь почти не изменяет своих состав, это позволяет дозаправить оборудование. Одним из недостатков таких смесей является температура скольжения. В процессе фазового перехода (испарения или конденсации) температура кипения смеси меняется. За счет температуры скольжения хладагенту R-410А присуще те же достоинства, что R-134А.
К недостаткам хладагента R-410А можно отнести то, что требуется использование только синтетических полиэфирных масел. Они быстро поглощают влагу и вследствие этого теряют свои качества. При этом масла неспособны растворять какие-либо органические соединения или нефтепродукты, которые могут стать загрязнителями.
Хладагент R-407C является, также, азеотропной смесью двух фторуглеводородов.
В состав смеси входят сразу три хладагента — R-134a (его доля составляет 52 %), R-125 (25 %) и R-32 (23 %). Каждая составляющая дает хладагенту часть свойств. Например, высокую производительность дает R-32, отсутствие возгораемости благодаря хладагенту R-125, оптимальный уровень рабочего давления в контуре обеспечивает R-134а.
Температура скольжения по сравнению с R-410А очень мала (0,15К), поэтому им можно пренебречь. Такая смесь хладагентов не является изотропной, в случае, если произошла утечка хладагента, его фракции улетучиваться неравномерно, меняя необходимый состав вещества.
Недостатком хладагента является то, что если холодильный контур разгерметизируется (произойдет утечка), оборудование нельзя будет просто дозаправить — придется сливать остатки хладагента и полностью заправлять новый хладагент. Именно поэтому R-407C сегодня популярен менее, чем должен. Еще одним недостатком марки является то, что она является самым сильным компонентом образования парниковых газов, разрушающих атмосферу.
Рабочее давление.
Абсолютное значение рабочего давления в системе зависит от нагрузки воспринимаемой компрессором. Чем выше давление, тем больше нагрузка на компрессор. С увеличением силы трения в подшипниках, увеличивается износ, что определяет надежность компрессора и всего агрегата. Кроме перечисленного, увеличивается нагрузка при постоянной производительности, приводит к потреблению компрессора большего количества электроэнергии. Разность давления также влияет на эффективность работы компрессора. Чем выше разность, тем выше вероятность протечки хладагента со стороны высоко давления на сторону низкого. [2]
К недостаткам хладагента R-410А относится высокое давление в системе оборудования и разность давления на сторонах всасывания и нагнетания. Если сравнить чиллеры с воздушным и водяным конденсатором, то значения будут сопоставимы. Из таблицы 1 видно, что чиллеры PROXIMUS (на хладагенте R-410А, с водяным конденсатором) и McPower (на хладагенте R-407С, с воздушным конденсатором) имеют примерно одинаковое рабочее давление конденсации.
Таблица 1
Хладагент | Модель | Температура на входе вконденсатор | Тконд., °С | Рконд., бар |
R-410А | PROXIMUS SE | 35 | 40 | 24,4 |
PROXIMUS XE | 35 | 38 | 23,2 | |
R-407C | McPower SE | 35 | 55 | 24,7 |
McPower XE | 35 | 65 | 28,3 |
Исходя из данных, с точки зрения нагрузок на компрессор эффективности работы холодильной машины наиболее целесообразно выбрать чиллер с водяным конденсатором на хладагенте R-410А.
Помимо этого, климатическая техника, работающая на R-410A, имеет ту же производительность, что и кондиционеры, работающие на других хладагентах, однако стоит значительно дороже. Это обусловлено тем, что ее рабочее давление является более высоким, и при температуре конденсации в пределах 43 градусах, его показатель достигает показателя 26 атмосфер. Это может привести к тому, что детали и узлы холодильного контура и всего кондиционера в целом могут быстро выйти из строя, если не будут прочными и надежными. И в любом случае это может существенно увеличить расход меди, сделав систему еще более дорогой.
Удельная холодопроизводительность.
К достоинствам хладагента R-410A относят высокую холодопроизводительность.
Сравним термодинамические параметры идеального холодильного цикла хладагентов R-134A, R-410А и R-407С (см. таблицу 2).
Таблица 2
Температура испарения Тисп.., °С | Температура конденсации Тконд., °С | Перегрев Тперег.., °С | Переохлаждение Тохл., °С | |
R-410А | 3 | 40 | 15 | 15 |
R-407С | ||||
R-134A |
Если почитать удельную холодопроизводительность для данных хладагентов, то получаем следующие параметры: удельная холодопроизводительность для хладагента
R-410А равна 5599 кДж/м3, для R-407С равна 3629 кДж/м3, для R-134A равна 2429 кДж/м3. Для наглядность см. рис. 1.
Рис. 1. Удельная холодопроизводительность, кДж/м3 для хладагентов R-134A, R-410А и R-407C
Как видно по расчетным данным, хладагент R-410А имеет наиболее высокую удельную холодопроизводительность. Чем выше этот показатель, тем меньше необходимо использовать компрессоров в системе кондиционирования воздуха.
Холодильный коэффициент.
Холодильный коэффициент представляет собой отношение количества тепла, отнятого от охлаждаемой среды к теплоте, эквивалентной затраченной внешней работе при данном цикле. Оценивается холодильный коэффициент эффективностью холодильной машины с точки зрения производства холода. Таким образом, система является эффективнее, чем меньше энергии необходимо затратить для производства определенного количества холода.
Суммарная энергетическая эффективность зависит, также, от КПД электродвигателя, эффективности работы компрессора при полной и частичной нагрузке, конструкции теплообменника и используемых материалов для его создания, рабочие условия установки и т. д.
Преимущество использования в системе кондиционирования воздуха хладагента R-410А очевидно. У него отсутствует температурное скольжение, высокий показатель удельной холодопроизводительности. Несмотря на высокое давление в системе, он эффективен в системах кондиционирования воздуха.
Литература:
- Технический бюллетень № 5–2004 г.; статья «Обоснование выбора хладагента для винтовых компрессоров»).
- Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов агропромышленного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства: учеб. для вузов / В. М. Свистунов, Н. К. Пушняков. — СПб.: Политехника, 2001. — 422 с.
Основные термины (генерируются автоматически): хладагент, удельная холодопроизводительность, PROXIMUS, рабочее давление, холодильный коэффициент, эффективность работы компрессора, температура конденсации, недостаток хладагента, водяной конденсатор, азеотропная смесь.
Параметры давления фреона R410a на стороне всасывания — Мегаобучалка
Мойка наружного блока кондиционера при помощи минимойки KARCHER
Заправка кондиционера, дозаправка кондиционера, проверка давления.
Для работы кондиционеру необходим хладагент – газ фреон. В бытовых системах, как правило, используются два типа хладона: фреон R22или фреон R410a. Буква R обозначает Refrigerant – охладитель, хладагент. Самостоятельно купить фреон, и осуществить заправку кондиционера возможно, но лучше пригласить специалиста!
Проверить давление фреона в кондиционере можно при помощи манометрической станции.
| Манометрическая станция под R22 | Манометрическая станция под R410a |
При работе кондиционера в режиме охлаждения, манометр синего цвета (низкого давления) измеряет давление на входе контура магистрали в наружный блок — сторона всасывания хладагента (перед компрессорно-конденсаторным блоком), манометр красного цвета (высокого давления) измеряет давление на выходе контура магистрали из наружного блока — сторона нагнетания (после компрессорно-конденсаторного блока).
Максимальные показатели низкого и высокого давления для каждого кондиционера, при любом типе фреона, как правило, указаны на корпусе внешнего блока на заводской маркировке:
Discharge side — сторона нагнетания, то есть высокого давления, хладагент (фреон) находится в жидкостном состоянии, после процесса сжатия компрессором в наружном блоке;
Suction side — сторона всасывания, то есть низкого давления, хладагент (фреон) находится в газообразном состоянии, после процесса испарения во внутреннем блоке кондиционера.
В бытовых сплит-системах, при работе в режиме охлаждения в теплое время года, как правило, измеряют низкое давление на стороне всасывания хладагента, то есть по синему манометру. Для измерения манометр при помощи специального шланга подключается (накручивается) к сервисному вентилю, который находится в месте присоединения более толстой трубки к наружному блоку. Далее даем поработать кондиционеру (при работающем компрессоре) в режиме охлаждения минут 10 — 15, и смотрим на манометр. Важно помнить, что компрессор периодически отключается, измерения проводятся только при его работе.
Ниже приводятся таблицы с параметрами давления для различных типов фреонов и популярных мощностей кондиционеров. Для процесса измерения давления, желательно знать (измерить) температуру воздуха внутри и снаружи помещения. Также важно понимать, что приведенные ниже (в таблицах) параметры могут незначительно отличаться от измеряемых в данных конкретных условиях.
Параметры давления фреона R410a на стороне всасывания
|
Чиллеры большой производительности на R410A | C.O.K. archive | 2005
Для хладагента R22 в Европе уже определены несколько этапов вытеснения: 1. 2004 г. — запрет производства оборудования, использующего R22; 2. 2010 г. — запрет производства R22; 3. 2015 г. — запрет использования R22 для сервисных работ в Европе. Уже несколько лет американские, европейские и японские производители выпускают небольшие бытовые кондиционеры, работающие на экологически чистом хладагенте R410А. Его коэффициент озоноопасности ODP = 0,00; коэффициент тепличного эффекта GWP = 1890. В системах, использующих зеотропные смеси с высоким температурным скольжением (R407С), более летучие компоненты первыми покидают установку при утечках во время простоя (процесс фракционирования). Фракционирование значительно усложняет эксплуатацию, в т.ч. процесс зарядки установки хладагентом. R410A — квазиазеотропная смесь из двух гидрофторуглеродных (HFC) хладагентов R32 и R125, смешанных в равных массовых долях (50/50). Хладагент почти не имеет температурного скольжения — температурный глайд менее 0,17 К. При атмосферном давлении (1,013 бар) точка кипения — 51,51°C; точка росы — 51,49°C. Поэтому при утечке состав смеси в холодильной системе остается практически без изменений, что позволяет избежать полной регенерации хладагента после ремонта. Заправка хладагента R410А, так же как и R407С, производится в жидкой фазе. Как и все новые смеси, R410А нерастворим в минеральном масле, и предполагает использование синтетического полиэфирного масла (POE). Испытания новых коммерческих систем кондиционирования на R410A со спиральными и поршневыми компрессорами показали, что они на 5–6 % эффективнее, чем работающие на R22, они также более эффективны при использовании в режиме теплового насоса. Новый хладагент характеризуется существенно более высокими значениями рабочих давлений — оно на 60 % выше, чем у R22 (рис. 1). Модернизация оборудования требует внесения конструктивных изменений для увеличения прочности — толщина стенок корпусов компрессоров и труб должна быть больше. Степень сжатия πниже — при стандартных условиях: R410A (2,65) < R22 (2,79) < R407C (3,17). Теплоемкость выше, а плотность жидкого хладагента ниже (табл. 1). Объемная холодопроизвордительность R410A больше, чем у R22 и R407C примерно на 30 %, поэтому диаметр трубопроводов меньше. Испытания показали, что коэффициент теплоотдачи при кипении на 30 % выше, чем у R22. Потери давления в испарителе и конденсаторе на 40 % ниже, чем у R22. Следовательно, уменьшаются размеры холодильных линий, змеевиков испарителей и т.д. В случае работы в условиях высоких температур конденсации перепад давлений большой, поэтому требуется другой ТРВ. Хладагент относится к невоспламеняемым веществам, он нетоксичен и стабилен при нормальных рабочих условиях. При экстремально высоких температурах может разлагаться на ядовитые и/или коррозионные продукты. Плотность пара R410А в три раза выше плотности воздуха, поэтому возможно его скопление в помещении у пола. До недавнего времени кондиционеры на R410А выпускались небольшой производительности. Компанией CARRIER в течение последнего времени проводились интенсивные исследования в области применения холодильного агента R410А для чиллеров большой производительности, и в итоге была разработана серия воздухоохлаждаемых холодильных машин серии AQUASNAP 30RB (рис. 2). В течение 2004 г. прототипы машин указанной серии проходили ходовые испытания на объектах, расположенных в различных климатических зонах и частях света, и по результатам испытаний было принято решение о начале серийного производства холодильных машин данного типа. Модельный ряд 30RB включает в себя 12 типоразмеров номинальной производительностью (по условиям ЕВРОВЕНТ) от 256 до 753 кВт. Это первый и на сегодняшний день единственный пример применения R410А на холодильных машинах подобной мощности. В холодильной машине 30RB применяются спиральные компрессоры Performer Maneurope двух типоразмеров (70 и 88 кВт производительности) с высоким холодильным коэффициентом для данного класса компрессоров (до 3,37). В зависимости от типоразмера холодильная машина может включать до трех независимых хладоновых контуров — до 4 компрессоров в каждом. Такое количество компрессоров позволяет осуществлять регулировку производительности по принципу пуск/остановка без потери показателей эффективности на неполных и малых тепловых нагрузках, т.к. при снижении производительности, холодильный коэффициент установки остается неизменным, чего не удается достичь в случае регулировки производительности другим путем. Например, в случае использования одного двухвинтового компрессора с плавной регулировкой производительности показатель потребления снижается всего лишь до 53 % от номинала при условии понижения холодпроизводительности до 33 %, тогда как в случае применения комбинации из трех спиральных компрессоров потребление снизится пропорционально производительности и составит 33 % от номинального энергопотребления. Для регулирования температуры конденсации применяются вентиляторы с приводом переменной частоты вращения, что позволяет использовать холодильную машину при низких температурах окружающей среды и повысить показатели эффективности на номинальных режимах. В мае текущего года планируется запуск серийного производство модификации 30RQ c возможностью работы в режиме теплового насоса, а в июле — исполнения с возможностью работы по принципу Free-Cooling. Таким образом, можно говорить о замене R407C в системах кондиционирования средней/большой производительности на эффективный и более удобный в эксплуатации и R410A. Фирма Maneurope разработала следующие спиральные компрессоры, работающие с хладагентом R410А: новая легкая коммерческая серия SH090 (7,5ТR), Sh220 (10ТR), Sh240 (11,5ТR) и коммерческая серия Sh280 (15ТR), Sh340 (20ТR), Sh400 (25ТR). Особенности этих компрессоров: меньший размер спирали, более низкие показатели степени сжатия и потерь от внутренних перетечек газа. Область применения этих компрессоров показана на рис. 3. В настоящее время проводятся работы по созданию винтовых компрессоров на R410А. РИСУНКИ: 1~1~;2~2~;3~3~; ТАБЛИЦЫ:1~4~;
Особенности хладагента R 410A
В настоящее время в качестве альтернативных, не содержащих хлора заменителей хладагента R 22 компания McQuay International (Италия) использует такие фторуглеводороды, как R 134a, R 407C и R 410A.
Как показали проведенные McQuay International научно-практические исследования, у каждого из вышеупомянутых хладагентов имеются свои собственные достоинства и недостатки, что позволяет заказчику варьировать выбор оборудования в зависимости от того, какая из его характеристик (энергетическая эффективность, компактность, соотношение цена/производительность и др.) является для данного проекта наиболее значимой.
До недавнего времени хладагент R 410A активно использовался только в сплит-системах. Серия чиллеров PROXIMUS, представленная компанией McQuay International в 2004 г., доказывает, что применение этого хладагента в мощных чиллерах с винтовыми компрессорами и водяным конденсатором позволяет добиться оптимального сочетания в агрегате высокой производительности, компактности и приемлемой цены.
Химический состав
Так же, как хладагенты R 134a и R 407C, R 410A имеет нулевой потенциал истощения озонового слоя Земли, является нетоксичным (при концентрации менее 400 мг/кг) и непожароопасным.
Хладагент R 410A — это неазеотропная смесь двух фторуглеводородов, т.е. смесь, в которой каждое из веществ обладает собственными свойствами. Одним из основных недостатков неазеотропных смесей может являться температурное скольжение, т.е. изменение температуры кипения в процессе фазового перехода (испарения или конденсации). У хладагента R 410A в отличие от R 407C, являющегося также неазеотропной смесью, температурное скольжение настолько мало (всего 0,15 К), что им можно пренебречь. Благодаря этому свойству хладагенту R 410 A присущи те же достоинства, что и R 134a, — постоянная температура в процессе фазовых переходов, стабильное поддержание требуемых параметров перегрева и переохлаждения, возможность дозаправки холодильного контура при утечках хладагента. Практическое отсутствие температурного скольжения позволяет успешно применять хладагент R 410A не только в системах с теплообменниками непосредственного испарения (как в случае с хладагентом R 407C), но также с испарителями затопленного типа.
Рабочее давление
Чем выше абсолютные значения рабочего давления в системе, тем больше нагрузка, воспринимаемая компрессором, и сила трения, испытываемая подшипниками, а, следовательно, и их износ, что определяет надежность компрессора и всего агрегата в целом. Кроме того, увеличение нагрузки при равной производительности приводит к необходимости потребления компрессором большего количества электроэнергии.
Чем выше разность давлений, тем существеннее протечки хладагента со стороны высокого на сторону низкого давления, и, как результат, — тем больше потери эффективности компрессора.
Основной недостаток хладагента R 410A — высокие значения рабочего давления и разности давлений на сторонах всасывания и нагнетания. Эти величины у R 410A гораздо выше, чем у хладагента R 134a. R 407C имеет в этом отношении определенное преимущество, но если сопоставлять чиллеры с воздушным конденсатором и хладагентом R 407C и чиллеры с водяным конденсатором и хладагентом R 410A, то значения рабочего давления у них будут вполне сопоставимы. Из нижеприведенных таблиц видно, что чиллеры PROXIMUS (хладагент R 410A, водяной конденсатор) и McPower (хладагент R 407C, воздушный конденсатор) имеют примерно одинаковые рабочие давления конденсации. Величины разности давлений между сторонами нагнетания и всасывания для этих чиллеров также сопоставимы.
Удельная хладопроизводительность
Главным достоинством хладагента R 410A является его очень высокая удельная хладопроизводительность.
Сравним термодинамические параметры идеального холодильного цикла хладагентов R 134a, R 407 и R 410A для чиллеров с водяным конденсатором при следующих эксплуатационных условиях:
Если для этих хладагентов сравнивать удельную объемную хладопроизводительность qv (количество тепла, отнятое от охлаждаемой среды 1 кг холодильного агента и равное разности энтальпий холодильного агента при выходе из испарителя и при входе в испаритель, отнесенное к объему пара, всасываемому компрессором), имеем слкдующие значения:
qv HFC 134a = 2429 кДж/м3
qv HFC 407C = 3629 кДж/м3
qv HFC 410A = 5599 кДж/м3
Удельная объемная хладопроизводительность R 410A по сравнению с R 407C составляет 150%, а по сравнению с R 134a — 200%. Следовательно, хладагент R 410A обладает самой высокой среди рассмотренных хладагентов удельной объемной хладопроизводительностью.
Чем выше этот показатель, тем меньшее количество компрессоров необходимо использовать в чиллере для достижения заданной мощности, что определяет стоимость и компактность агрегата. Для обеспечения хладопроизводительности до 1000 кВт чиллеры с хладагентом R 134a (для данного примера, серии WHS) должны быть оснащены двумя или тремя винтовыми компрессорами Frame 4, в то время как чиллеры с хладагентом R 410A (серии PROXIMUS) только одним. Для обеспечения хладопроизводительности от 1000 до 2000 кВт агрегаты серии WHS требуют наличия трех или четырех компрессоров, а PROXIMUS только двух.
Холодильный коэффициент
Несмотря на то, что удельная хладопроизводительность является весьма важной термодинамической характеристикой хладагента, тем не менее, эффективность холодильной машины с точки зрения производства холода оценивается холодильным коэффициентом, представляющим собой отношение количества тепла, отнятого от охлаждаемой среды (полезный холодильный эффект) к теплоте, эквивалентной затраченной внешней работе при данном цикле.
Таким образом, система является тем более эффективной, чем меньшее количество энергии необходимо затратить для производства определенного количества холода. Следовательно, суммарная энергетическая эффективность зависит не только от холодильной способности хладагента, но также от КПД электродвигателя, эффективности компрессора (при частичной и полной нагрузке), конструкции теплообменника и используемых для него материалов, рабочих условий и др.
Если сравнивать холодильные коэффициенты хладагентов R 410A, R 134a и R 407С при вышеуказанных эксплуатационных условиях, то R 410A уступает в этом отношении остальным хладагентам, т.е. для сжатия определенного количества хладагента R 410A требуется затратить заметно больше энергии, чем для сжатия такого же количества R 407C или R 134a.
Эффективность теплопередачи
Главное назначение хладагента — перенос тепловой энергии оттуда, где она нежелательна, туда, где она необходима или, по крайней мере, не является помехой. Таким образом, хладагент может иметь среднюю теоретическую холодильную эффективность (отношение количества тепла, отнятого от охлаждаемой среды, к теплоте, эквивалентной затраченной работе на сжатие), но за счет высокой теплопередающей способности являться хорошим рабочим веществом для холодильной машины. Чем выше эффективность теплопередачи, тем меньше требуется энергии на работу компрессора. Эффективность теплопередачи зависит от многих факторов, в том числе от вязкости рабочего вещества (?), удельной теплоемкости (Cp) и теплопроводности (k). Эти факторы применяются для расчета числа Прандтля, учитываемого при проектировании теплообменных аппаратов. Целевой задачей в этом случае является использование рабочего вещества, которое способно переносить значительное количество энергии (т.е. имеющего высокую удельную теплоемкость) с наибольшей эффективностью (т.е. имеющего высокую теплопроводность) и наименьшими затратами на перемещение потока (т.е. имеющего низкую вязкость).
Все хладагенты, как в жидкой, так и в газообразной фазе, проходя через компоненты системы и трубопроводы, имеют определенную потерю давления. Поскольку меняется давление, то меняется и температура хладагента в зависимости, определяющейся типом хладагента. Это изменение отрицательно влияет на эффективность системы. Учитывая, что вязкость хладагента R 410A на 40% ниже вязкости R 134a, то, следовательно, и потери давления в системе с хладагентом R 410A заметно меньше. Это преимущество особенно важно для систем с испарителями полного непосредственного испарения, где хладагент представляет собой смесь насыщенного пара и жидкости, а потери давления могут достигать значительных величин.
Теплопроводность R410A, как в состоянии насыщенного пара, так и в состоянии жидкости, выше, чем хладагента R 134a. Чем выше теплопроводность, тем больше эффективность теплопередачи в теплообменниках испарителя и конденсатора и, следовательно, тем меньше требуется энергии, затрачиваемой на работу компрессора.
Таким образом, достоинствами хладагента R 410A являются высокая теплопроводность (k) и низкая вязкость (?), которые не относятся непосредственно к термодинамическим характеристикам хладагента, но влияют на эффективность холодильной системы в целом.
Выводы
Преимуществами хладагента R 410A являются:
- отсутствие температурного скольжения и в связи с этим стабильность поддержания требуемых величин перегрева и переохлаждения, возможность дозаправки холодильного контура при утечках;
- высокие показатели удельной хладопроизводительности и эффективности теплопередачи и, следовательно, необходимость меньшего количества компрессоров для обеспечения заданной мощности.
Несмотря на относительно высокое рабочее давление и низкий холодильный коэффициент хладагента R 410A показатели энергетической эффективности чиллеров, работающих на этом хладагенте (серия PROXIMUS) за счет использования передовых энергосберегающих технологий могут быть вполне сопоставимы с эффективностью чиллеров, работающих на хладагенте R 134a (серии WHS, WHS XE).