Właściwości czynników chłodniczych Co to są czynniki chłodnicze Czynnikiem chłodniczym nazywamy związek chemiczny lub mieszaninę, która krążąc w zamkniętej instalacji chłodniczej, podlega cyklowi przemian termodynamicznych, tworzących obieg chłodniczy. Ogólne wymagania stawiane czynnikom chłodniczym: 1. Ujemna wartość temperatury wrzenia w warunkach otoczenia. 2. Całkowita stabilność chemiczna przy każdej temperaturze w obiegu, 3. Obojętność chemiczna w stosunku do wszystkich materiałów, z których wykonana jest instalacja w urządzeniu, 4. Niepalność. 5. Nietoksyczność 6. Niewybuchowość. 7. Korzystny przebieg krzywej nasycenia ciśnienia pary: nadciśnienie przy temperaturze parowania; zabezpiecza instalację przed przedostaniem się do wnętrza powietrza na skutek nieszczelności, dopuszcza się niskie ciśnienie przy temperaturze skraplania, w celu zmniejszenia zużycia matę Katów do budowy skraplacza, armatury, przewodów rurowych itp, 8. Duża objętościowa wydajność chłodnicza q ovt, w celu zmniejszenia strumienia objętości czynnika chłodniczego krążącego w obiegu I tym samym zmniejszenia wymiarów konstrukcyjnych sprężarki. 9. Chemiczna i fizyczna czystość czynników; np. zawartość wody w czynnikach nie rozpuszczających się powinna być równa 0. W przeciwnym razie istnieje niebezpieczeństwo zablokowania zaworu rozprężnego na skutek tworzenia się lodu, a także ograniczenia chemicznej stabilności czynnika chłodniczego. Skład chemiczny i fizykochemiczny czynników chłodniczych 1. Chlorotluorowęglowodory CFC (niem. FCKW) halogenowe związki węgla, w których wszystkie atomy wodoru zostały zastąpione atomami chloru i fluoru, duża stabilność chemiczna; rozkładają się dopiero w warstwie ozonowej, wysoki wskaźnik ODP, Należą do nich czynniki: R11,, R133 R113, R114; R115 2. Wodcrochiorofluorowęglowodory HCFC (niem, KW) substancje organiczne, w których nia wszystkie atomy wodoru w cząsteczce zostały zastąpione przez atomy chloru i f!uomr stabilność chemiczna mniejsza niż związków CFC, stąd niższy wskaźnik ODP, rozkładają, się w dużym stopniu już w dolnych warstwach atmosfery; stanowią mniejsze zagrożenie dia warstwy ozonowej.
Należą do nich czynniki: R22, 3 3. Hydrofluorowęglowodory (niem* HFKW) substancje organiczne, w których część atomów wodoru została zastąpiona atomami fluoru, nie zawierają atomów chloru i bromu, duża stabilność, wskaźnik ODP jest równy 0; nie stanowią zagrożenia dla warstwy ozonowej. Należą do nich czynniki: R134a, R23, R152a 4. Wodorobromofluorowęglowodory HBFC (niern. BrFCKW) Są to substancje organiczne, w cząsteczkach których występują atomy bromu. Należą do nich czynniki: B1, R13B1, R114B2, R22B1 5. FluoroCarbony FC (nienru FKW) substancje, w których wszystkie atomy wodoru zostały zastąpione atomami fluoru, nie ma w nich atomów wodoru i chloru, wskaźnik ODP jest równy 0. Należy do nich czynnik: R218 6. Hydrocarbon HC węglowodory nasycone, wskaźnik ODP jest równy 0. Należą do nich: propan HC-290, n-butan HC-600 Właściwości fizyczne popularnych czynników chemicznych Lp. 1 2 3 4 5 6 7 Wielkość Wzór chemiczny Masa cząsteczkowa [kg/km] Normalna temp. wrzenia [ C] Temp. punktu potrójnego [ C] Temp. krytyczna [ C] Ciśnienie krytyczne [bar] Gęstość krytyczna Czynnik R22 R131a R404A R407C CHF 2 Cl CHF 2 Cl 5/R143a/R134a R32/5/R134a 86,5 102,03 97,6 86,2-41,08-26,04-46,4-43,4-160,0 - - - 96 101,15 72,07 87,03 49,72 40,64 37,32 46,2 524,76 508,6 485,0 515,8
8 9 10 11 12 13 14 15 Lp. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Gęstość cieczy Gęstość pary Ciepło parowania [kj/kg] cieplnej cieczy [W/mK] cieplnej pary [W/mK] cieczy [µpas] pary [µpas] Wykładnik izoentropowy przy p=1,013bar Wielkość Wzór chemiczny Masa cząsteczkowa [kg/km] Normalna temp. wrzenia [ C] Temp. punktu potrójnego [ C] Temp. krytyczna [ C] Ciśnienie krytyczne [bar] Gęstość krytyczna Gęstość cieczy Gęstość pary 1193,7 1207,7* 1045* 1134* 44,87* 32,3* 64,03 42,0* 179,7* 177,87* 143,68* 188,3* 0,0886* 0,0848* 0,0683* 0,080* 0,01195* 0,0142* 0,0161* 0,014* 205,4* 219,9* 126,0* 102,0* 13,52* 13,5* 15,5* 13,13* 1,194* 1,118* 1,114* - Czynnik R409A R410A R417A R419A R22/4/4b CH 2 F 2 /CHF2F 3 5/R131a/R500A 97,4 72,6 106,1-34,2-51,0-41,8-42,0 - - - - 107 71,8 89,9 79,1 46,0 48,9 42,42 38,9 518,0 487-535 1223 1060,92 1151* 1162-64,51 - - -
10 11 12 13 14 15 Ciepło parowania [kj/kg] cieplnej cieczy [W/mK] cieplnej pary [W/mK] cieczy [µpas] pary [µpas] Wykładnik izoentropowy przy p=1,013bar 221,0 192,6* 203,4-0,081 0,479* 0,07115 0,072 0,012 27,080-0,014 220,0 178,3* 163,0* 137,0 12,6 13,21* 12,0* 12,0 1,149 - - - Zastosowanie czynników chłodniczych Lp. Czynnik 1. R22 2. R134a 3. R404A 4. R407C 5. R409A 6. R410 Zastosowanie Instalacje chłodnicze rożnej wielkości, stosowane w: klimatyzacji, transporcie, przemyśle chemicznym, farmaceutycznym oraz przemyśle spożywczym- Czynnik stosowany jest również w chłodziarkach i zamrażarkach domowych oraz w meblach chłodniczych. Minimalne temperatury parowania czynnika: - przy 1-stopniowym urządzeniu chłodniczym t par = -40 o C, - przy 2-stopniowym urządzeniu chłodniczym t par - -80 C Zamiennik. Urządzenia chłodnicze średnio-temperaturowe domowe i handlowe oraz urządzenia klimatyzacyjne. Stosowany jako czynnik obiegowy w klimatyzatorach osobowych. Zamiennik R22 stosowany w: -przemysłowych urządzeniach chłodniczych Jadowych i okrętowych (chłodnie, mroźnie), - urządzeniach chłodniczych w domach towarowych, - urządzeniach transportu chłodniczego. Zamiennik R22 stosowany w: - urządzeniach klimatyzacyjnych domowych i handlowych - układach chłodniczych na okrętach, - układach chłodniczych domów handlowych. Zamiennik typu drop in" dla, Stosowany do napełniania istniejących urządzeń chłodniczych bez konieczności zmian w instalacji i wymiany w niej oieju. Zamiennik w systemie ir retnofir Zastosowanie w: - klimatyzatorach -domowych i handlowych urządzeniach chłodniczych, -pompach ciepła, - nowe układy chłodnicze w przemyśle i supermarketach. 7. R417A Zamiennik R22 - zakres zastosowań zbliżony do R22 8. R419A Zamiennik R22 - zakres zastosowań zbliżony do R22 *Własności okreslano dla temperatury +25 C
Pozostałe czynniki chłodzące i nośniki ciepła Ciekłe czynniki chłodzące Ciekłe czynniki chłodzące winny cechować nrun, brakiem agresywności korozyjnej, niepalnością; w warunkach roboczych ciecz nie powinna zamarzać i wrzeć oraz nie powinna być toksyczna wobec ludzi i produktów spożywczych. Spośród ważniejszych wymaganych własności fizycznych należy wymienić duże ciepło właściwe, wysoką przewodność cieplną i niewielką lepkość kinematyczną. Spośród ważniejszych czynników o tych cechach należy wymienić wodę, roztwory wodne różnych substancji chemicznych, płyny bezwodne oraz czynniki dwufazowe. O doborze czynnika chłodzącego do konkretnego układu winny decydować jego parametry techniczno-eksploatacyjne. Woda lodowa jest właściwym środkiem chłodzącym w temperaturach wyższych od 0 C. Przy doborze agregatów do scwadzania wody zakłada się temperaturę na wejściu do agregatu +12 C (powrót z instalacji), a na wyjściu +6 o C (zasilanie instalacji). Wymagania dotyczące wody lodowej Wskaźniki jakości wody Jednostka Wymagania ogólne - Materiał mający kontakt z wodą Stal węglowa i metale kolorowe 1) Stal węglowa i inne metale pokrewne Tworzywa sztuczne. Stal Cr-Ni-Mo woda klarowana, bezbarwna, bez zawiesin Wartość ph 2) - 7,5-8,5 Ogólna zawartość soli Przewodność elektryczna Wapń Twardość węglowa Twardość węglowa przy stabilizacji twardości 3) g/m 3 <1800 <2100 <2500 ms/m µs/cm <220 <2200 mol/m 3 >0,5 g/m 3 >20 mol/m 3 d mol/m3 d Chlorki 4) mol/m 3 g/m 3 <5,6 <200 Siarczany 4) mol/m 3 g/m 3 <3,4 <325 <250 <2500 <0,7 <4 <3,5 <20 <7 <250 <4,2 <400 Utlenialność (KMnO 2 ) g/m 3 <100 Liczba bakterii l/ml możliwe <1000 5) 1) instalacja mieszana, <300 <3000 - - <11,5 <400 <6,3 <600 2) przy stosowaniu chemikaliów kondycjonujących optymalna wartość ph może leżeć poza podanym zakresem,
3) stabilizacja przy użyciu fosforanów organicznych i środków dyspergujących, w zależności od działania stablizującego możliwe również wyższe stężenie, 4) przy stosowaniu inhibitorów dopuszczalne są w szczególnych przypadkach wyższe stężenia (zalecana kontrola korozyjności), 5) w razie wzrostu liczby bakterii ponad 10000/ml konieczne jest zastosowanie biocydu (dawki uderzeniowe). Właściwości oraz ograniczenia stosowania czynników chłodniczych Możliwość zastosowania czynników naturalnych w technice chłodniczej, klimatyzacyjnej i w pompach ciepła Rodzaj urządzenia Małe klimatyzatory przenośne - w tym pojazdowe Chłodziarki, zamrażarki oraz meble chłodnicze handlowe Dotychczas stosowane R22 R502 Czynnik chłodniczy Wg obecnej oferty chemii R134a R134a Preferowane czynniki naturalne oraz układy chłodnicze Węglowodory (Izobutan) (B) Dwutlenek węgla (B) Amoniak (P) Węglowodory (P i B) Dwutlenek węgla (B) Chłodziarki domowe R134a Izobutan (B) Chłodziarko-zamrażarki i zamrażarki domowe Pompy ciepła R502 R22 Propan, propan-butan, butan (B) Amoniak (P) Dwutlenek węgla (B) Węglowodory (P i B) Oddziaływanie ziębników R404A, R407C, R410A, R417A i R507 na materiały konstrukcyjne Rodzaj ziębnika R404A Kompatybilność Materiał konstrukcyjny Agresywność Zn, Mg, Pb, stopy Al o zaw. Mg>2% Cu, Al, mosiądz wag., stal ferrytyczna metale ziem alkalicznych, sproszkowane stal nierdzewna V2A sole metali oraz sproszkowane Al, Zn i Be
R407C R410A R417A R507 Zn, Mg, Pb, stopy Al o zaw. Mg>2% wag.,materiały Cu, Al, mosiądz zawierające Na, K i Ca, metale ziem stal ferrytyczna alkalicznych, stal nierdzewna V2A sproszkowane sole metali oraz sproszkowane Al, Zn i Be Zn, Mg, Pb, stopy Al o zaw. Mg>2% wag.,materiały Cu, Al, mosiądz zawierające Na, K i Ca, metale ziem stal ferrytyczna alkalicznych, stal nierdzewna V2A sproszkowane sole metali oraz sproszkowane Al, Zn i Be Cu, Al, mosiądz stal węglowa Mg, metale ziem alkalicznych, stal ferrytyczna sproszkowane metale stal nierdzewna V2A Cu, Al, mosiądz, stal Mg, stropy Zn, Pb, Mg i Al o zaw. Mg>2% wag., metale ziem alkalicznych, sproszkowane sle metali oraz sproszkowane Zn, Al i Be Opracowanie: redakcja portalu klimatyzacja.pl LITERATURA 1. IGLOTECH Kwidzyń, ul. Toruńska 41, Tel./fax 055 645 73 00, materiały dla instalatorów Pomocnik Klienta, 2. SystemAir S.A.; Al. Krakowska 169 tel./ fax (043) 824 72 87/88; (022) 703 50 99 Katalog Produktów, 3. System Air S.A. Al. Krakowska 169 tel./ fax (043) 824 72 87/88; (022) 703 50 99 Materiały Pomocnicze, 4. SWEGON, Owocowa 23, 62-080 Tarnowo Podgórne, telefon(061)816-87-00, fax(061)814-63-54 "Teoria wentylacji - wiadomości podstawowe", 5. SYSTHERM CHŁODNICTWO i KLIMATYZACJA Sp. z o.o., Św. Wincentego 7, 61-003 Poznań, telefon(061) 850 75 00, fax(061) 851 97 97 Technika Klimatyzacyjna dla praktyków, 6. VBW ENGINEERING, 81-571 Gdynia, Chwaszczyńska 172, telefon058 669 05 73, fax058 629 66 11 Katalogi VBW ENGINEERING, 7. VTS, Słonecznikowa 2, 81-198 Kosakowo, telefon(58) 782 63 19, fax(58) 782 63 10 "Dokumentacja techniczno-ruchowa do central wentylacyjnych i klimatyzacyjnych", "Katalog 2006", 8. POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Pl. Politechniki 1, Warszawa, 00 661, Wydział Inżynierii Środowiska, Kierunek: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja i Gazownictwo.