Czynniki chłodnicze

Większość stosowanych dzisiaj czynników chłodniczych to substancje otrzymywane w drodze reakcji chemicznych a zatem mające idealne właściwości dla konkretnych celów. Jednak wiele z nich ma negatywny wpływ na środowisko, są w szczególności szkodliwe dla warstwy ozonowej (tj. mają wysoki potencjał niszczenia warstwy ozonowej - ODP) lub przyczyniają się bezpośrednio do powstawania efektu cieplarnianego (tj. mają wysoki potencjał tworzenia efektu cieplarnianego - GWP).

Nazewnictwo czynników chłodniczych:

CFC = chlorofluorowodory, wysokie ODP

HCFC = wodorochlorofluorowęglowodory, niskie ODP, wysokie GWP

HFC = wodorofluorowęglowodory, zerowe ODP, wysokie GWP

HFO = wodorofluorik olefin, zerowe ODP, niskie GWP

HC = węglowodory, zerowe ODP, znikome GWP 

Amoniak, CO2 = zerowe ODP, zerowe lub znikome GWP

Z tego powodu, wiele krajów podjęło już działania by zapobiegać lub ograniczać stosowanie czynników chłodniczych CFC i HCFC (Protokół Montrealski, 1992) i decyduje się zastępować czynniki HFC czynnikami o niskim lub zerowym poziomie ODP i GWP.

Takie czynniki obejmują substancje naturalne jak dwutlenek węgla, amoniak, propan i inne węglowodory. Jednak nie są to substancje specjalnie zaprojektowane jako czynniki chłodnicze dlatego są mniej wydajne niż czynniki syntetyczne i posiadają właściwości niepożądane takie jak korozyjność i wybuchowość. Niemniej ich niski poziom GWP i ODP oznacza, że będą one powszechne stosowane w przyszłości.

Poniżej wymieniono główne czynniki stosowane w chłodnictwie:

CFC-12 (R12): jeden z najczęściej stosowanych czynników w ubiegłym stuleciu zakazany z powodu wysokiego ODP (od 1996) wraz z innymi czynnikami CFC.

HCFC-22 (R22): łączy doskonałe własności chemiczne i fizyczne z wysoką wydajnością i był stosowany w wielu systemach klimatyzacyjnych i chłodniczych. Poziom ODP jest stosunkowo niski (0,05) ale nie zerowy. Z tego powodu w 2010 zdecydowano się na jego stopniowe wycofywanie a po 2015 zabronione będzie jego wytwarzanie i odtwarzanie.

HFC-134A (R134A): zastąpił CFC-12 w domowym chłodnictwie i klimatyzacji. Poziom ODP wynosi zero ale poziom GWP jest dość wysoki. Dzięki niskiemu ciśnieniu pracy (2-3 razy niższe niż innych czynników), jest też stosowany w dużych systemach klimatyzacyjnych ze sprężarkami odśrodkowymi, ale nie jest odpowiedni dla chłodnictwa przemysłowego z powodu słabej wydajności dla niskich temperatur.

HFC-404A (R404A): to mieszanka trzech czynników mogąca zastąpić R22 głównie w zastosowaniach w chłodnictwie, szczególnie w niskich temperaturach, bez potrzeby przeprojektowywania jednostek chłodniczych. Posiada wysoki poziom GWP (3780) i dlatego wiele krajów postanowiło wycofać go z użycia i proces ten obejmie całą Unię Europejską po uaktualnieniu standardu F-gas.

HFC-507A (R507A): to mieszanka dwóch czynników zastępująca R22, głównie w systemach chłodniczych odpowiadająca HFC-404A pod względem jego słabości, szczególnie GWP (3900) i zastosowań.

HFC-422A, 422D, 417A (R422A, R422D, R417A): to mieszanki chłodniczych czynników syntetycznych o znaczącym poziomie GWP, które mają zastępować R22 tam gdzie R404A nie jest odpowiedni z powodu problemów opisanych powyżej.

HFC-407F (R407F): to kolejna mieszanka identyczna z R407C jednak o innych proporcjach składników. Posiada poziom GWP równy 1800 i zastępuje R22, R507A i R404A w chłodnictwie.

HFC-410A (R410A): aktualnie jedno z najszerzej stosowanych rozwiązań, to mieszanka dwóch czynników zastępująca R22 w zastosowaniach w systemach klimatyzacji a w przyszłości też w chłodnictwie (zastępując R404A), wymagająca jednak przeprojektowywania jednostek z powodu wysokiego ciśnienia pracy (dwa razy wyższego niż tradycyjnych czynników). Wydajność chłodnicza jest wysoka.

HFO-R1234YF (R1234YF): to nowy czynnik mający zastąpić R134A w klimatyzacji samochodowej. Ma bardzo niski poziom GWP (6), jednak jego łatwopalność uniemożliwia jego zastosowanie w innych układach.

HFO-R1234ze (R1234ze): jak wyżej wymieniony, ten nowyc czynnik może zastąpić R134A w domowych, komercyjnych czy przemysłowych zastosowaniach. Poziom GWP jest ograniczony, podobnie jak łatwopalność w wysokich temperaturach.

Propan (R290): ten węglowodór występuje w naturze w postaci gazu lub jako produkt uboczny przemysłu paliwowego. Jego wybuchowość sprawia, że zastosowania są obecnie ograniczone do układów chłodniczych czy klimatyzacyjnych z niskim obciążeniem czynnika (<200g) więc i niską wydajnością chłodniczą, lub do niszowych projektów o dużej wydajności ze szczególną uwagą poświęcaną bezpieczeństwu.

Butan i Izobutan (R600, R600a): to węglowodory występujące w naturze w postaci gazu lub jako produkt uboczny przemysłu paliwowego. Ich wybuchowość sprawia, że zastosowania są obecnie ograniczone do układów chłodniczych o niskiej wydajności zwykle w zastosowaniach domowych.

Amoniak (R717): to naturalny płyn z zerowym poziomem ODP i GWP, jednak jego toksyczność, korozyjność i wybuchowość sprawia, że jest to nadal czynnik niszowy. Stosowany jest w czystości w małych układach klimatyzacyjnych z tradycyjnym obiegiem czynnika lub dużych systemach chłodniczych z absorpcyjnymi cyklami chłodzenia zmieszany z wodą, czyli systemach zupełnie innych niż te powszechnie stosowane.

Dwutlenek węgla, CO2 (R744): to naturalny gaz z zerowym poziomem ODP i GWP = 1, bez niepożądanych właściwości innych naturalnych czynników, dlatego preferowany jest w krajach o wysokiej świadomości ekologicznej, na przykład w zachodniej Europie. Jednak jego ciśnienie pracy jest 10 razy wyższe niż innych czynników i nie może być sprężany w temperaturach przekraczających 20-25°C. To oznacza, że w przypadku wielu układów chłodniczych obieg czynnika chłodniczego musi zostać zmodyfikowany by umożliwić pracę w tak zwanych warunkach superkrytycznych, z wykorzystaniem komponentów wytrzymujących wysokie ciśnienia i systemów kontroli ciśnienia. Możliwość zastąpienia R134A przez R744 w układach klimatyzacji samochodowej jest obecnie rozważana i z pewnością będzie wymagała przebudowy istniejących systemów.