Проблемы перехода на альтернативные хладагенты

Максим Сергеевич Талызин, кандидат технических наук, член-корреспондент Международной Академии Холода

Проблема выбора хладагента в последнее время становится очень острой. Принимаемые в европейских странах законы требуют использования новых хладагентов, что ведет к появлению нового оборудования, предназначенного для работы с ними. К сожалению, в России практически нет производства некоторых важных компонентов для холодильной техники (компрессоры, приборы автоматики), что ведет к косвенной зависимости от принимаемых в странах Европы нормативных документов.

Последней тенденцией стал переход к использованию хладагентов с низким потенциалом глобального потепления. Директива 517/2014 описывает процесс перехода и альтернативы применяемым хладагентам. Поиску альтернатив было посвящено много публикаций, однако действительно острой проблема перехода стала сейчас.

В 2020 году Россия ратифицировала поправку к Монреальскому протоколу, согласно которой потребление гидрофторуглеродов (R134a, R404a, R407a, R410a и др.) с 2020 года должно сократиться на 5%, с 2025 года — на 35%, с 2036 года — на 85%.

Поскольку собственного производства хладагентов в Российской Федерации практически нет, влияние от импорта очень высоко. С апреля 2021 года был введен контроль над импортом хладагентов, который выразился в требовании оформления специальных лицензий для их ввоза на территорию России.

В конечном счете, все вылилось в рост цен и появление дефицита на рынке хладагентов в июле 2021 года.

21 сентября 2021 года на межведомственном совещании в Минприроды России с участием представителей Минпромторга, Федеральной таможенной службы и Росприроднадзора был подтвержден факт исчерпания предельно допустимого уровня гидрофторуглеродов на территории России. Данное обстоятельство, скорее всего, приведет к росту стоимости данных хладагентов в 2022 году.

Далее мы оставим в стороне политику и перейдем к технической стороне проблемы.

Альтернативные хладагенты

Прежде всего, посмотрим на альтернативы, предлагаемые для использования в ближайшие годы.

Среди них можно выделить две группы:

1. Природные хладагенты

К ним относят аммиак (R717), диоксид углерода (R744), пропан (R290), изобутан (R600), пропилен (R1270). Данные хладагенты практически не оказывают отрицательного влияния на глобальное потепление, но, несмотря на эффективность применения, обладают рядом недостатков.

2. Синтетические хладагенты

Синтетические хладагенты с пониженным потенциалом глобального потепления. К ним относят некоторыегидрофторуглероды, гидрофторолефиныи смеси на их основе. К этой группе относятся хладагенты R32, R1234yf, R1234ze, R1233zd, R454B, R513A, R455A, R448A, R449A, R452B и другие.

В странах Европы с 2020 года запрещается применение в новых установках хладагентов с потенциалом глобального потепления 2500 и выше, к которым относятся широко используемые в настоящее время хладагенты R404Aи R507A. Применение этих хладагентов в существующих установках допускается, но с усиленным режимом контроля над утечками. Пока в России ситуация не актуальна, но учитывая тенденции 2021 года, описанные выше, исключать возможность такого контроля также не следует.

Следующим этапом в Европе с 2022 года будет запрет на использование хладагентов с потенциалом глобального потепления 1500 и выше, к которым относятся R410Aи некоторые из предлагаемых альтернатив.

График сокращения потребления ГФУ, приведенный в таблице 1

Таблица 1. График сокращения потребления ГФУ

За базовый уровень потребления гидрофторуглеродов для Российской Федерации принято 48 729 257 тонн в эквиваленте CO2.

Рассмотрим некоторые особенности применения природных хладагентов

Аммиак (R717). Один из самых «старых» хладагентов, обладает самыми высокими показателями эффективности, токсичен, при определенной концентрации может образовывать взрыво- и пожароопасные смеси, агрессивно взаимодействует с некоторыми материалами. Холодильные установки, использующие аммиак, подлежат обязательному контролю со стороны государственных органов. Стоит отметить тот факт, что, несмотря на отрицательные свойства, существует система подготовки специалистов для работы с данным хладагентом, а также проверенная практикой нормативная документация.

СО2 (R744) наряду с аммиаком, также является одним их первых хладагентов, широко используемый до момента распространения хладонов. К отрицательным свойствам можно отнести высокое рабочее давление. Для работы с СО2 требуется подготовка персонала в области промышленной безопасности, но поскольку R744 относится к той же группе, что и применяемые хладоны, этому аспекту не уделяется достаточного внимания.

Пропан (R290). Эффективность применения и свойства близки к хорошо известному хладагенту R22. Горюч, существуют нормы по минимальной заправки.

Изобутан (R600). Область применения ограничена бытовыми системами с малой заправкой, поэтому такие отрицательные свойства, как горючесть, не сильно актуальны.

Пропилен (R1270) похож на пропан как с точки зрения положительных, так и отрицательных свойств.

Также стоит отметить такой хладагент как диметиловый эфир и смеси на его основе, исследования которого широко проводились в нашей стране, особенно для применения в транспортных холодильных установках.

Синтетические хладагенты также имеют положительные и отрицательные особенности применения

Наиболее популярный гидрофторуглерод R32, как и большинство чистых гидрофторолефинов, мало токсичен, трудно горюч.

Синтетические хладагенты не имеют запаха и тяжелее воздуха, что не позволяет обнаружить утечку органами чувств, а при попадании в дыхательные пути начинается вытеснение кислорода, что может привести к печальным последствиям.

Гидрофторуглероды с пониженным потенциалом глобального потепления обладают свойствами схожими с широко применяемыми хладагентами R404A и R507A.

На что нужно обратить внимание при выборе альтернативного хладагента?

Прежде всего, стоит разделить задачу на замену хладагента в существующем оборудовании и на производство нового оборудования, предназначенного для использования с новыми хладагентами.

Если в первом случае важными моментами являются:

1. Та же или близкая производительность установки при использовании существующих компонентов, что включает в себя такие параметры хладагентов как скрытая теплота парообразования при рассматриваемой температуре, объемная производительность, теплота конденсации и т. д.
2. Совместимость с используемыми материалами
3. Меры безопасности, которые позволяют использовать существующее или близкое техническое решение

Во втором случае нужно, прежде всего, обращать внимание на ближайшую перспективу, например, использование указанных выше хладагентов R448A и R449A не целесообразно, поскольку в ближайшем будущем они будут выводиться из использования.

Какие хладагенты стоит рассматривать в качестве альтернативных?

Применение природных хладагентов таких, как аммиак, СО2, пропан требует пересмотра подхода к проектированию систем как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения эффективности.

Применение дополнительных мероприятий (параллельное сжатие, эжектор, системы рекуперации, алгоритмы «плавающего» давления конденсации и др.) позволяют существенно увеличить эффективность, однако требуют других подходов при проектировании холодильных установок.

Несмотря на эти трудности, отечественные компании успешно освоили эту технологию.

Реализованный компанией «ИНГЕНИУМ» в 2019 году проект по реконструкции холодильной системы гипермаркета «METRO Cash&Carry» в Ульяновске не только позволил осуществить переход на новый хладагент, но и получить экономию 130 546 кВт*ч за 6 месяцев эксплуатации.

Подводя итог можно сказать, что нужно обратить внимание на более широкое использование природных веществ в качестве хладагентов и смесей на их основе, поскольку запреты хладагентов данной группы с большой вероятностью не коснуться, стоимость их ниже, а эффективность при определенном подходе выше. Немаловажным фактом является и то, что эти вещества производятся непосредственно в Российской Федерации, что существенно снизит зависимость от импорта.

Отрицательными факторами применение природных хладагентов являются проблемы безопасности и новые подходы к проектированию установок. Однако, эти проблемы могут быть и положительными с точки зрения технического развития холодильной техники.

Источник: Онлайн-журнал «Холодильная индустрия»