Chłodziwo

Czynniki chłodnicze dzieli się na grupy ze względu na ich skład chemiczny. Po odkryciu, że niektóre z tych związków chemicznych mogą być szkodliwe dla środowiska, zaczęto je zastępować bardziej przyjaznymi dla środowiska alternatywami. Proces ten nie jest łatwy i chociaż istnieją alternatywy dla starych czynników chłodniczych, nowe zwykle nie są bezbłędne. W dalszej części omówiono różne grupy czynników chłodniczych, podano kilka przykładów i opisano obszary ich zastosowania.

CFC=ChloroFluoroWęgle

Chlorofluorowęglowodory to czynniki chłodnicze zawierające chlor. Są zakazane od początku lat 90-tych ze względu na ich negatywny wpływ na środowisko. Przykładami CFC są R11, R12 i R115. Konwersja sprzętu i systemów wykorzystujących CFC nie została jeszcze zakończona. Wręcz przeciwnie, nielegalny rynek tego typu czynników chłodniczych kwitnie na całym świecie i szacuje się, że nie więcej niż 50% systemów CFC na świecie zostało zmodernizowanych.

HCFC=HydroChloroFluoroWęgle

Powolne wycofywanie CFC pokazuje, że jest to proces kosztowny. Jednak, co ważniejsze, pokazuje także problemy i niezdecydowanie wokół dostępności HCFC, które zostały oficjalnie wskazane jako tymczasowe (do 2030 r.) zamienniki CFC. Pośpieszne działania Unii Europejskiej, których kulminacją był zakaz stosowania HCFC, natychmiast w chłodnictwie, a wkrótce (najpóźniej w 2004 r.) w klimatyzacji, zniweczyły programy i plany branży. HCFC zawierają mniej chloru niż CFC, co oznacza niższy ODP. Przykłady wodorochlorofluorowęglowodorów obejmują R22, R123 i R124.

HFC=Wodorofluorowęglowodory

Wodorofluorowęglowodory to czynniki chłodnicze, które nie zawierają chloru i nie są szkodliwe dla warstwy ozonowej (ODP=0). Jednak ich wpływ na globalne ocieplenie jest bardzo duży w porównaniu z tradycyjnymi czynnikami chłodniczymi. Poniżej podano kilka komentarzy na temat czynników chłodniczych HFC.

• R32 i R125 są rzadko stosowane jako pojedyncze czynniki chłodnicze, ale tylko w mieszaninach o szczególnie korzystnych właściwościach termodynamicznych.
• R245c i R245fa są stosowane niemal wyłącznie w Stanach Zjednoczonych i to w sposób raczej eksperymentalny.
• R404A został opracowany jako alternatywa dla R502 do lodówek i zamrażarek.
• R134a był pierwszym HFC wprowadzonym do chłodnictwa i klimatyzacji z dużym sukcesem, ponieważ nie wymaga prawie żadnych zmian w sprzęcie przeznaczonym dla R22. Charakteryzuje się jednak bardzo ograniczoną wydajnością, ok. 40% niższą od tej uzyskiwanej przy R22. W związku z tym producent ma dwie możliwości: albo zaakceptować znaczne zmniejszenie pojemności cieplnej danego układu, albo zwiększyć jego wymiary (i koszt), aby osiągnąć tę samą wydajność. Z tego powodu R134a stosowany jest głównie w dużych instalacjach (powyżej 250 kW), które mogą sobie pozwolić na wyższe koszty.
• R407C, podobnie jak R134a, jest termodynamicznie podobny do R22 i działa jako czynnik chłodniczy typu „wpuszczany”. Jednakże w przeciwieństwie do R134a, który jest czystym związkiem, R407C charakteryzuje się poślizgiem wynoszącym 7 K, co sprawia, że ​​ledwo nadaje się do stosowania w małych urządzeniach domowych. Istnieją dwa powody uzasadniające takie ograniczenie: sprzęt mieszkalny jest bardziej niż inny narażony na nagłe, przypadkowe straty i zwykle jest serwisowany na miejscu. W przypadku nagłego wycieku poślizg 7K może skutkować zmianami w proporcjach mieszanki, gdyż straty względne jej najbardziej lotnych składników będą nieproporcjonalnie duże. W przypadku użycia standardowego wkładu nie ma gwarancji, że nowa mieszanina czynnika chłodniczego będzie miała takie same proporcje jak przed wyciekiem. Ze względu na wysoki poślizg ten czynnik chłodniczy jest stosowany wyłącznie w systemach o średniej wydajności (50-250 kW), które są zwykle serwisowane przez wykwalifikowany personel.
• R410A ma bardzo atrakcyjne właściwości termodynamiczne, wyższą efektywność energetyczną niż R22, nie ślizga się, a co za tym idzie, nie ma problemu z pozostałością mieszaniny po utracie ładunku i ponownym napełnieniu. Ma jednak ciśnienie robocze prawie dwukrotnie większe niż R22 i dlatego wymaga przeprojektowania całego układu z większymi sprężarkami, zaworami rozprężnymi itp.
• R507A jest z powodzeniem stosowany w chłodnictwie przemysłowym i komercyjnym.
• R508B jest rzadziej stosowany w cyklach niskotemperaturowych. R507A i R508B mają korzystne właściwości termodynamiczne i nie powodują problemów z poślizgiem temperatury, ponieważ są mieszaninami azeotropowymi.

FC=Fluorowęglowe

Fluorowęglowodory nie zawierają chloru i nie są szkodliwe dla warstwy ozonowej. Są jednak niezwykle stabilne i mają wysoki współczynnik GWP. R218 jest przykładem fluorowęglowodoru, a FC są również obecne w mieszaninach R403 i R408.

HC=Węglowodory

Węglowodory stanowią bardzo ograniczone rozwiązanie problemów środowiskowych związanych z czynnikami chłodniczymi. Są nieszkodliwe dla warstwy ozonowej (ODP=0) i prawie nie mają bezpośredniego efektu cieplarnianego (GWP<5), but they are highly flammable. The use of HCs as refrigerants is confined to Europe, because many other countries elsewhere have banned the use of flammable gas in the presence of the public. According to the standards ISO 55149 and EN 378.2000, this should apply also in Europe. However, the standard IEC 355.2.20 allows the use of HCs in household refrigerators with refrigerant charges up to 150 g. This standard has opened the way for some European refrigerator manufacturers to produce household refrigerators with flammable isobutene, R600a.These have been accepted enthusiastically by environmentalists, and have achieved great success in the market.

NH3=Amoniak

Amoniak R717 jest atrakcyjną alternatywą dla czynnika chłodniczego. Stosowany jest w układach chłodniczych od 184 r.0, a w sprężaniu pary od 1860 r. Pod względem właściwości należy go uznać za czynnik chłodniczy wysokiej klasy. Co więcej, jego ODP i GWP wynoszą 0. Jednakże, chociaż jest to gaz samoalarmujący, tj. wycieki można łatwo wykryć po zapachu, amoniak jest bardzo niebezpieczny nawet w niskich stężeniach, ponieważ jego zapach często wywołuje panikę. Jest to główny powód, dla którego amoniak został wycofany z zastosowań przez osoby niewykwalifikowane i zachowany wyłącznie do zastosowań przemysłowych. Jest również dość powszechny w chłodnictwie komercyjnym, chociaż przepisy bezpieczeństwa wymagają, aby był on używany z wtórną pętlą dystrybucyjną. Oczywiście ta pętla wtórna zmniejsza wydajność.

CO2=Dwutlenek węgla

R744, dwutlenek węgla, ma kilka atrakcyjnych właściwości: niepalny, nie powoduje zubożenia warstwy ozonowej, bardzo niski wskaźnik toksyczności (bezpieczeństwo A1), dostępny w dużych ilościach i niski koszt. Ma jednak również niską wydajność i wysokie ciśnienie robocze (około 10 razy wyższe niż R134a). Z tych dwóch ostatnich powodów konieczne są wysiłki na rzecz ulepszenia cyklu chłodniczego i powiązanej technologii, zwłaszcza wymienników ciepła i urządzeń rozprężnych. Wydaje się, że głównym przyszłym zastosowaniem CO2 będzie klimatyzacja w przemyśle motoryzacyjnym. Pompy ciepła również mogłyby czerpać korzyści z CO2 ze względu na wyższą temperaturę, którą można uzyskać nawet przy bardzo niskich temperaturach otoczenia.