Docelowe substytuty R12 i R134a w małych urządzeniach chłodniczych

PYTANIE: Firma nasza zamierza przejść w serwisie urządzeń chłodniczych domowych, handlowych i małych klimatyzatorów z R 12 pochodzącego z odzysku oraz z przereklamowanego R 134a na czynniki naturalne jako substytuty trwałe. W publikacjach swoich zaleca Pan do powyższych urządzeń izobutan i propan oraz ich mieszanki. Czy można założyć, że zalecenia te będą długotrwałe, czy też możliwe są jeszcze jakieś zmiany i ewentualnie na co i kiedy może to nastąpić? Jest to problem dla nas niezwykle ważny.

ODPOWIEDŹ: Pytanie jest na czasie i w pełni rozumiem
Pańskie obawy. Sytuacja w dziedzinie czynników
chłodniczych jest rzeczywiście daleka od klarownej i
ustabilizowanej. Dlatego też można i należy mówić raczej
o trendach rozwojowych niż o rozwiązaniach docelowych,
bowiem proces rozwojowy jako taki jest nie
zakańczalny. Trendy takie są pochodną międzynarodowych
przepisów wynikających z zobowiązań państw
świata do ochrony środowiska naturalnego, a także z
osiągnięć przodujących światowych środków badawczo-
rozwojowych. W tych warunkach wszelka długoterminowa
prognoza byłaby raczej mylna i zwodna. Dzisiaj
można jedynie stwierdzić, iż klaruje się wyraźnie
silny trend stosowania naturalnych czynników chłodniczych:
amoniaku, węglowodorów (propanu, izobutanu i
najnowszego osiągnięcia – cyklopropanu), dwutlenku
węgla, wody i powietrza. Istnieje wszelkie prawdopodobieństwo,
że czynniki naturalne staną się prędzej czy
później przyszłością chłodnictwa, klimatyzacji i pomp
ciepła. Problemu nakreślonego w pytaniu na pewno nie
rozwiąże się przy użyciu innych czynników naturalnych
niż węglowodory, wśród których sytuacja kształtuje się
dość wyraźnie, chociaż na razie jeszcze nie ostatecznie.
Do niedawna wydawało się, że izobutan (R600a)
jest najlepszym i jedynym substytutem docelowym
R 12 i R134a w urządzeniach chłodniczych, domowych
i handlowych. Toteż rekomendacja moja – i nie tylko
moja – tego czynnika nie była przypadkowa. Wystarczy
nadmienić, że dotychczas w samej tylko Europie produkuje
się rocznie około 30 mln. szt. chłodniczego
sprzętu domowego i handlowego z R 600a jako czynnikiem
chłodniczym. Były zatem wszelkie podstawy aby
sądzić, że problem ten został docelowo już rozwiązany.
Tymczasem przodujące ośrodki badawczo-rozwojowe
nie spoczęły na laurach i w międzyczasie wykazały, że
istnieje realny konkurent dla R 600a i jest nim jeden z
najprostszych węglowodorów pierścieniowych – cyklopropan
(RC 270). Badania te dowiodły, że RC 270 pod
względem tak ważnej i cenionej efektywności energetycznej
i obojętności ekologicznej oraz wielu innymi
względami prezentuje się korzystniej niż R 600a, p. Tablica
1. Obecnie aktualną wadą RC 270 jest jego bardzo
wysoka cena rynkowa, co jest wynikiem nieznajomości
jego zalet i braku nań szerszego zapotrzebowania.
Jak wolno sądzić, obraz ten będzie ulegać korzystnej
zmianie w miarę szerszego uznania przez największych
światowych producentów małych urządzeń chłodniczych,
że RC 270 jest lepszy od R 600a.


Trudno jest jednak dzisiaj przewidzieć kiedy to nastąpi. Stan obecny
jest jeszcze odległy od klarownego. Można raczej
przewidzieć, że przez pewien okres czasu panować będzie
dualizm ustępującego R 600a i wchodzącego
RC 270. Rozwój w tym kierunku należy bacznie obserwować.
W przypadku producentów omawianych urządzeń, powinno się – na wszelki wypadek – przeprowadzić
próby i badania prototypowe urządzeń, po to, aby
mieć je w rezerwie, jako rozwiązania przydatne do produkcji
wielkoseryjnej, gdy nadejdzie stosowna koniunktura
rynkowa. Spośród naturalnych czynników chłodniczych,
jedynie czynniki węglowodorowe mają największą szansę wyeliminowania R 12 i R 134a z urządzeń chłodniczych domowych, handlowych i małych klimatyzatorów.
Należy przy tym z naciskiem podkreślić,
że palność czynników węglowodorowych nie ma znaczenia
praktycznego i że są one równie bezpieczne jak
R 12 i R 134a – co wykazano w literaturze [5,6].

Rys.1 Wykres p-h obrazujący zmiany ciśnienia (p), entalpii (h), temperatury przegrzania pary sprężonej (tp), temperatury
pary zasysanej do sprężarki (ts) oraz objętości właściwej (v1) pary zasysanej do sprężarki: h2 – h1 – energia sprężania pary w
sprężarce [kJ/kg], h1 – h4 – entalpia parowania w parowniku [kJ/kg], COP=[ h1 – h4 ] / [h2 – h1 ] oraz qv = [ h1 – h4 ]/ v1 [kJ/m³]


Rys.2 Wykres zależności współczynnika efektywności energetycznej układu chłodniczego (COP) od temperatury parowania
(to) dla RC 270, R 12, R 600a [COP, p. rys.1] wg [3]


Rys.3 Wykres zależności wydajności objętościowej układu chłodniczego (qv) od temperatury parowania (to) dla RC 270,
R 12 i R 600a, wg [7]


LITERATURA:
[1] Agarwal R.S.: Hydrocarbon refrigerants for deomestic
and commercial refrigeration appliances. IIR Conference
on “Emerging trends in refrigeration and air conditioning”.
New Delhi, Indie 1998
[2] Clodic D.: Energy efficiency of commercial refrigeration
systems. Jak p.l
[3] Emre Oguz et al: Performance calculation of cyclopropane
as refrigerant in domestic refrigeration. IIR
Com. B1 Meeting, Paderborn, Niemcy 2001
[4] Granryd E.: Hydrocarbons as refrigerants. International
Journal of Refrigeration, 24, 15-24, 1997
[5] Paliwoda A.: Naturalne czynniki chłodnicze. TECHNIKA
CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA. Propan, nr
9/1996 oraz Izobutan, nr 4/1997
Tablica 1. Zestawienie zalet i wad freonu (R 12), izobutanu (R 600a) oraz cyklopropanu (RC 270) w małych urządzeniach
Chłodniczych
[6] Paliwoda A.: Przezbrajanie chłodziarek i zamrażarek
domowych z R 12 i R 134a na czynniki węglowodorowe.
I Ogólnopolska Konferencja Techniczna „Klimatyzacja
i Chłodnictwo – nowe trendy rozwoju”. Ch&K,
Warszawa 2002
[7] Rogstam J.: Experimental investigation of the chemical
stability and the system performance with cyclopropane
as the refrigerant. IIR Com. B2, B1 & E2, Oslo,
Norwegia 1998
[8] Rogstam J.: Evaluation of cyclopropane as working fluid
in small refrigeration systems. Royal Institute of Technology,
Stockholm 1995
[9] Rogstam J.: Comparative evaluation of heat transfer and
pressure drop characteristics of cyclopropane, R600a
and R 12. Heat Transfer Issues in Natural Refrigerants.
Washington, USA, 1997

Aleksander PALIWODA

Artykuł z cyklu „Czytelnicy pytają – dr Paliwoda odpowiada” ”Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna”