Работа с хладагентами

• 07 Сентября 2022

Где мы были и как готовились к появлению более экологичных умеренно горючих альтернатив

В 1918 году Билли Дюрант (Уильям Крапо Дюрант (1861-1947), американский бизнесмен, основатель компаний General Motors и Chevrolet – прим. пер.) на собственные средства выкупил компанию Guardian Refrigerator, интегрировал её в General Motors (GM) и переименовал во Frigidaire. К 1929 году Frigidaire продала уже более одного миллиона холодильников, единственной проблемой которых, не дававшей Билли покоя, был зловредный характер используемых хладагентов — диоксида серы, хлористого метила и даже аммиака. Чтобы решить проблему, GM создала дочернюю компанию для поиска и разработки альтернативных хладагентов.

Один из учёных, Томас Миджли, собрал команду исследователей, отыскавших альтернативу в виде дихлордифторметана, позже получившего торговое наименование "Фреон-12" (R-12). Любитель беззастенчивой саморекламы, Миджли не упускал случая заявить, что предложенное им вещество абсолютно безопасно. Более того, в подтверждение своих слов он на глазах у изумлённой публики набирал полные лёгкие R-12, после чего выдыхал химикат прямо на пламя зажжённой свечи. Никакого пожара, никакого взрыва, сам Миджли – цел и невредим. Куда уж безопаснее, правда?

Химикат считался безопасным, и никто, включая Миджли, не подозревал об угрозе, нависшей гад озоновым слоем.

На заре

Когда в начале 1980-х годов бытовое кондиционирование воздуха стало популярнее и доступнее, некоторые производители воздушных кондиционеров стали предлагать системы из трёх компонентов, предварительно заправленных хладагентом R-22. Часть хладагента в газообразном виде содержалась в спирали испарителя, в то время как основная масса заправки была изолирована внутри наружного блока.

Монтажники же приобретали комплекты покрытых изоляцией соединительных трубок нужной длины, заполненных хладагентом. Такие системы пользовались популярностью, так как их монтаж не требовал пайки и вакуумирования.

Однако предварительная заправка систем вызывала ряд раздражающих проблем:

• В наличии у поставщиков часто не было комплектов коротких соединительных труб, что вынуждало монтажников покупать более длинные трубы и скручивать их (горизонтально!), чтобы избавиться от излишка длины.
• Ненадлежащее обращение и хранение приводило к нагартовке (поверхностному упрочнению) труб, что затрудняло их сгибание.
• Трубы в наборе часто деформировались, теряя округлость сечения.
• Ненадлежащая изоляция труб приводила к образованию конденсата на поверхности.

Чтобы избавиться от части этих проблем, некоторые монтажники (включая автора статьи) приобретали "нулевой" комплект, состоящий только из латунных соединителей, и самостоятельно изготавливали комплект трубок по рекомендациям производителей, используя медную трубку в бухтах, изоляцию лучшего качества и даже угловые соединители там, где они были нужны для компактного и аккуратного монтажа.

Присоединив испаритель к самостоятельно изготовленной магистрали, я при помощи насоса создавал глубокий вакуум на линии всасывания, линии жидкого хладагента и в спирали испарителя. Перед подключением к наружному блоку и выпуском основной массы заправленного хладагента в систему, изолированные компоненты заполнялись газообразным хладагентом до выравнивания давления с давлением в баллоне. При этом я также заполнял капиллярную трубку, регулирующую перегрев системы.

Грешен…

Я так подробно описываю всё это, чтобы показать: по моему опыту, слишком много предварительно заправленных систем были заправлены избыточно. В начале эксплуатации хладагент приходилось регулярно выпускать из системы. На самом деле, производитель даже приводил таблицу для монтажников, где указывалось, на сколько секунд нужно открыть сервисный клапан на линии всасывания для выпуска хладагента в атмосферу, чтобы скорректировать объём заправки для определённого набора компонентов.

В ходе многих вызовов для обслуживания неисправных систем приходилось выпускать значительное количество R-22 после того, как предыдущий ремонтник заправил в бедную систему столько хладагента, что его хватило бы на несколько кондиционеров.

Почему?

Из-за убеждения, бытовавшего среди плохо обученных ремонтников, считавших, что для предотвращения намерзания инея на испарителе нужно просто добавить в систему ещё R-22. "Закачивай, пока синий манометр не покажет 70".

Миджли убедил практиков, работавших в области ОВК и холода (а также использовавших хлорсодержащие хладагенты в качестве вспенивателей), что выпуск изобретённого им вещества в атмосферу совершенно безопасен.

В моё время учебники по холодильному делу утверждали: "Не рекомендуется экономить хладагент в системах малой мощности. Дешёвый хладагент не стоит времени и усилий, затрачиваемых на его сохранение. Его можно выпустить в атмосферу или в специальную систему эвакуации, но только не в канализацию!"

Разумеется, техников предупреждали о необходимости использовать защитные очки и рукавицы, особенно при выпуске газа в атмосферу. Лишние хлопоты!

Наша отрасль стремительно взялась за продвижение систем центрального кондиционирования, расхваливая их достоинства (коих немало), но не уяснив до конца всю сложность взаимодействия хорошо продуманной и надлежащим образом смонтированной системы воздуховодов с холодильной установкой, предназначенной для работы с ними.

Слишком часто это незначительное, казалось бы, недопонимание приводило к преждевременным отказам системы, причиной которых нередко оказывалась чрезмерная заправка хладагентом. В результате хлорсодержащие вещества в больших и малых количествах регулярно выпускались в атмосферу.

И о хорошем

Последние исследования учёных показывают, что озоновая дыра над Антарктикой затягивается. Выходит, мы не зря трудились, избавляясь от хлора в хладагентах.

Невозможно переоценить важность принимавшихся с 1988 года мер, включая экологически безопасное извлечение (рекуперацию) хладагента даже из небольших систем, для уменьшения ущерба, наносимого окружающей среде.

Пути назад нет. Оборудование для рекуперации хладагента стало важной частью инструментария любого специалиста по сервису или монтажу холодильного оборудования. К несчастью, хладагенты продолжают попадать в атмосферу, чаще всего – в результате утечек, механических повреждений и возгораний систем кондиционирования и холодоснабжения.

И хотя проблему истощения озонового слоя можно считать по большей части решённой, учёных продолжает беспокоить растущий вклад хладагентов в глобальное потепление.

Вывод таких хлорсодержащих хладагентов, как R-12 (ХФУ), завершился в 1990-х, процесс вывода гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) завершается на наших глазах. Наиболее распространённой заменой хладагента ГХФУ-22 стали гидрофторуглероды (ГФУ). И хотя озоноразрушающая способность (ОРС) ГФУ, например, R-410a, равна нулю, его потенциал глобального потепления (ПГП) неприятно высок – 2088. Чтобы защитить озоновый слой и климат Земли, учёные и инженеры разрабатывают методы более безопасного и эффективного использования части из тех веществ, над исключением которых из употребления так усердно трудился Миджли, считая их угрозой для общества.

Природные хладагенты, такие как аммиак и диоксид углерода, а также углеводороды пропан (R-290), изобутан (R-600a) и другие, вновь используются в определённых областях благодаря новым стандартам безопасности, предназначенным для проектировщиков, монтажников и специалистов по обслуживанию оборудования.

Таблица 1. Сравнение озоноразрушающей способности и потенциала глобального потепления

Умеренно горючие хладагенты класса A2L

Время идёт, приходит пора замены содержащих ГХФУ- и ГФУ-хладагенты устройств, срок эксплуатации которых заканчивается. Я думаю, наша отрасль приложит согласованные усилия по внедрению синтетических продуктов с низким ПГП. Углеводородные хладагенты вряд ли будут использоваться в бытовых и полупромышленных системах кондиционирования воздуха, по крайней мере, в ближайшем будущем. Почему? Стандарты, разработанные ASHRAE и ULC, устанавливают количество хладагента для заправки системы, которое может быть выпущено в помещении с определённой площадью, основываясь на значении нижнего предела воспламенения (НПВ) хладагента.

При утечке слишком большого количества горючего хладагента на малой площади будет достигнут НПВ; для R-290 НПВ в смеси с воздухом составляет всего 2,1%. Системы, для которых требуется большое количество R-290 или R-600a, попросту слишком опасны. В то же время, я ничуть не жалею о недавней покупке морозильного ларя, содержащего 45 граммов R-600a. При утечке не более 45 граммов в доме объёмом 228 кубических метров НПВ никогда не будет достигнут.

Так в чём же проблема?

Разработка хладагента, удовлетворяющего стандартам охраны окружающей среды, ведущего себя привычным образом в большинстве систем и относительно безопасного в эксплуатации – это очень непростая задача. Стандарт ASHRAE 34 устанавливает классы токсичности и горючести хладагентов:

• Токсичность, характеризующая степень ядовитости вещества, обозначается буквенным кодом. "А" соответствует малотоксичным веществам, "B" – высокотоксичным.
• Горючесть характеризует способность вещества к воспламенению и горению. Цифра "1" означает хладагент, не способный к распространению огня, в то время как вещества, обозначаемые "2", "2L" и "3" могут гореть и даже взрываться.
• Хладагенты класса A2L, однако, будет трудно поджечь. Минимальная энергия воспламенения (МЭВ) соответствует энергии искры, необходимой для воспламенения смести газа с воздухом. Для воспламенения хладагентов класса A2L, как правило, требуется в сто раз больше энергии, чем для R-290. Это значит, что обычные приборы, такие как аккумуляторные дрели или электрообогреватели не способны воспламенить вещества класса A2L.
• Для достижения нижнего предела воспламенения требуется высокая концентрация A2L в воздухе, а намного более низкая теплота горения означает, что огонь в случае возгорания вряд ли распространится дальше.

Работа с любым хладагентом требует соблюдения устоявшихся правил безопасности. В случае веществ класса A2L, о воспламеняемости и токсичности которых следует помнить в первую очередь, нужно учитывать следующие моменты:

• Существует потенциальная опасность возгорания хладагента при утечке во время эксплуатации, поэтому важно своевременно находить и устранять любые утечки.
• Существует потенциальная опасность возгорания хладагента во время технического обслуживания.
• Пожары, вызывающие значительное разрушение системы, приводят к утечке хладагента.
• При возгорании, например, R-32, от открытого пламени горелки в ходе технического обслуживания, выделяется фтористый водород. Это – яд!
• Опасайтесь выпуска A2L в салоне служебного автомобиля при перевозке, а также больших утечек в замкнутом пространстве.

Таблица 2. Характеристики горючести

Что изменится?

Агентство по охране окружающей среды США одобрило сокращение производства ГФУ, начиная с текущего года. На первом этапе от производителей ГФУ с высоким ПГП, таких как R-134a, R-410a, R-404a и прочих, потребовали сократить производство на 10 % с 1 января 2022 года.

С 2024 года вступит в силу сокращение на 60 %, что, без сомнения, вызовет астрономический взлёт цен на перечисленные ГФУ. При этом даже новейшие смеси на основе ГФО (гидрофторолефинов) — Solstice от Honeywell и Opteon XL41 от Chemours — считаются переходными хладагентами: учёные не прекратят поиски, пока не найдут альтернативу с ПГП, намного более близким к нулю.

На момент написания этой статьи наиболее подходящими кандидатами для использования в бытовых и полупромышленных системах кондиционирования воздуха представляются хладагенты R-454B и R-32. О планах выпуска оборудования на R-454B объявили Carrier и Johnson Controls, в то время как Daikin, Lennox и Panasonic предпочитают R-32.

R-32 – это однокомпонентный ГФУ-хладагент, относительно низкий ПГП которого (675) делает его пригодным для использования в бытовом и полупромышленном оборудовании.

ВНИМАНИЕ: Хладагенты A2L НЕ ПОДХОДЯТ для прямой замены. Они могут использоваться только в оборудовании, специально спроектированном для них, и в областях применения, указанных производителем оборудования.

Как бы то ни было, оборудование на хладагентах A2L может делать всё то, на что способно оборудование на R-410a. R-410a, относящийся к группе A1, представляет собой R32, смешанный для устранения горючести с R-125, что, к несчастью, существенно увеличивает ПГП смеси (см. табл. 3).

Таблица 3. Сравнение характеристик R-410a c R-32 и R-454B

* ППК – практический предел концентрации

Что нового для техников по монтажу, обслуживанию и ремонту оборудования?

Как обычно, обновление происходит постепенно, и повседневная деятельность, связанная с ОВК, меняется не сильно. Монтаж оборудования, использующего хладагенты A2L, осуществляется аналогично продуктам на А1, при этом необходимо следовать инструкциям производителей, государственным регламентам и местным стандартам.

Очевидно, что обращения с хладагентами A2L требует надлежащей подготовки, которую организуют производители, профессиональные учебные заведения и организации, такие как HRAI (Канадский институт отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха) и ESCO (негосударственная организация, занимающаяся стандартизацией, сертификацией и обучением в сфере ОВК).

• Основное отличие заключается в предмонтажной проверке безопасности.
• Максимальная заправка для оборудования на A2L ограничивается доступным объёмом воздуха в помещении.
• Помещение должно быть достаточно большим и содержать достаточно воздуха, чтобы при выпуске всего заправленного хладагента его концентрация в воздухе находилась ниже НПВ, необходимого для поддержания горения.
• Стандарты ASHRAE 15 и новый стандарт для бытового оборудования 15.2 обновляются или находятся в разработке.
• Новые стандарты ULC, опубликованные в 2019 году, регламентируют проектирование и испытания климатического и холодильного оборудования.
• Канадский стандарт B52 и строительные кодексы провинций вскоре будут обновлены с учётом требований к хладагентам A2L.
• Многие из инструментов, используемых монтажниками и специалистами по обслуживанию при работе с R-410a, включая манометрические коллекторы, манифольды и весы, подойдут для работы с A2L. Такие инструменты, как детекторы утечек, станции эвакуации хладагента и вакуумные насосы должны быть сертифицированы для использования с хладагентами A2L.
• Может потребоваться обновление ПО цифровых весов. Баллоны для A2L имеют левостороннюю резьбу, для подсоединения шлангов необходим переходник.

В таблице 4 представлен ряд дополнительных требований и отличий. Учитывайте их, ведь перемены грядут, и лучше подготовиться к ним заранее.

Таблица 4. Дополнительные требования и отличия для хладагентов A2L

Источник статьи – сайт Проекта Арктического совета по выводу озоноразрушающих веществ и фторсодержащих газов в рыбохозяйственном секторе Мурманской области: Работа с хладагентами