Természetes szervetlen hűtőközegek
Bár korábban több szervetlen anyagot alkalmaztak hosszabb-rövidebb ideig hűtőközegként, ma már csak a mesterségesen előállított szén-dioxid és ammónia szerepel ebben a csoportban.
Ammónia – R717
Kiváló hűtőtechnikai tulajdonságokkal bíró, rendkívül elterjedt hűtőközeg. Alacsony a forráspontja, kicsi a folyadék- és gázsűrűsége, nagy a párolgáshője és a fajlagos hőfelvétele, kritikus hőmérséklete magas. Hőátadási tényezője kiváló. Szúrós szagú, ezért szivárgása könnyedén észlelhető. A levegőnél könnyebb, ezért gázömlés esetén ablaknyitással is eltávolítható. Az olajokénál kisebb a sűrűsége, ezért azoktól egyszerű, mechanikus módszerrel szétválasztható. Kémiailag stabil, mérsékelten tűzveszélyes és nem robbanásveszélyes. Környezetkárosító hatása nincs, ózonlebontó képessége és a globális felmelegedést erősítő hatása egyaránt nulla. Előállítása kedvező áron történik, így felhasználása jóval gazdaságosabb, mint a halogénezett szénhidrogéneké. Használatánál viszonylag kis méretekre van szükség a csővezetékeknél és a hűtőközeg szivattyúknál. Mindezek alapján ideális hűtőközeg lehetne, ám néhány hátrányos tulajdonsága csökkenti a felhasználásának lehetőségeit. Nagyobb koncentrációban ingerli a nyálkahártyákat, megtámadja a szemet, orrot, tüdőt, bőrt, mérgező hatású, vizes oldata pedig lúgos kémhatása miatt maró hatású. Bár az alumíniummal, az acéllal és ötvözeteivel nem lép reakcióba, a rezet és ötvözeteit víz jelenlétében megtámadja, így rézcsöves hűtőberendezésekben csak alacsony víztartalom mellett használható. Kenőanyagokkal gyakorlatilag oldhatatlan, ezért a rendszerben hatásos olajleválasztásra van szükség.
Korábban a kis- és közepes hűtőteljesítményű berendezéseknél is alkalmazták, napjainkban azonban elsősorban a nagyteljesítményű ipari berendezések hűtőközegeként használják. Az abszorpciós hűtőberendezések fő közege. Dugattyús és csavarkompresszorok működtetéséhez széles elpárolgási hőmérséklettartományban alkalmazható. Hűtőházakban, étel- és italfeldolgozó üzemekben, hőszivattyúkban, nagy épületek központi légkondicionáló rendszereiben használják.
Szén-dioxid – R744
A 19. század végén már alkalmazták hűtőközegként, majd a halogénezett szénhidrogének háttérbe szorították. Napjainkban azonban újra előtérbe kerül, hiszen termodinamikai tulajdonságai mellett környezetbarát volta is alkalmassá teszi a felhasználásra, hiszen nem bontja az ózont, az üvegházhatást fokozó hatásának értéke pedig 1-es. Ugyanakkor tulajdonságai jelentősen eltérnek a többi hűtőközegnél megszokottól, ezért alkalmazása alapos megfontolást igényel. Az első jelentős különbség, hogy a szén-dioxiddal működő rendszerek jóval nagyobb nyomáson üzemelnek, ez befolyásolja a rendszer tervezését és kivitelezését is. Tágulási együtthatója is nagyobb, mint a többi hűtőközegé, ez bizonyos esetekben nyomáscsökkentés védelem kialakítását teszi szükségessé. Kritikus hőmérséklete nagyon kicsi, ezért kaszkád rendszerek alsó fokozatának hűtőközegeként vagy transzkritikus rendszerekben használható. Nagy a párolgáshője és a volumetrikus hőelvonása, ezért kisebb csőméretekkel és kisebb szállítóteljesítményű kompresszorokkal lehet számolni. Nem gyúlékony és nem mérgező, de színtelen és szagtalan volta miatt nehezen észlelhető, ezen kívül nehezebb, mint a levegő, így gázömlésnél fulladást okozhat, mert összegyűlik a helyiségek alsó részében. Nem okoz korróziót, viszont a szerkezeti anyagok kiválasztásánál figyelembe kell venni, hogy a szén-dioxid kifejezetten nagynyomású hűtőközeg. Előállítása nem költséges, ellenben alkalmazása a szokásos hűtőközegekénél nagyobb nyomás miatt speciális tervezésű, kivitelezésű berendezéseket igényel. Felhasználási területe elsősorban a kereskedelmi hűtés, nagyáruházak központi hűtőberendezései, járművek klímaberendezései, valamint transzkritikus körfolyamatban a használati melegvíz előállítása hőszivattyús üzemben.
Az R744 mint hűtőközeg előnyeit és hátrányait a 2.1. táblázat tartalmazza. Ezek mérlegelésekor nem csupán a hűtéstechnikai jellemzőket, de a megbízhatóság és a biztonság szempontjait is figyelembe kell venni.
|
Előnyök |
Hátrányok |
|
Nagy hűtőteljesítmény a magas volumetrikus teljesítménynek köszönhetően (kb. 5x nagyobb, mint R404A esetében). Pozitív a hatása a kompresszor szállítóteljesítményére, a hőcserélők és csővezetékek méretére. Alacsonyabb nyomásesés a vezetékekben és hőcserélőkben. Pl. hosszú folyadék és szívócső esetén. Jó hőátadás az elpárologtatón és kondenzátoron a magas nyomásnak és sűrűségnek köszönhetően. Ez egyrészt kisebb hőfoklépcsőt tesz lehetővé a hűtőközeg és levegő között növelve a hatásfokot, másrészt lehetőséget biztosít kisebb elpárologtató vagy kondenzátor kiválasztására. Növelt falvastagság szükséges a magasabb nyomások miatt, ezért az R744 rendszer körültekintő tervezést igényel. A nyomásesés az adagolószelepen nagyobb, mint más hűtőközegeknél, ezért alacsonyabb kondenzátornyomás engedhető meg, ami növeli a hatásfokot. A kisebb nyomásviszony magasabb izentropikus hatásfokot eredményez. A legtöbb anyaggal szemben nem korrozív. Nagyon kicsi az eltérés a HFC rendszerekben használt anyagokhoz képest. Az olajjal való jó keveredés megkönnyíti az olaj visszavezetést. Poliészter olajok ugyanúgy használhatók, mint HFC közegeknél. Alacsony toxicitású és nem gyúlékony. GWP értéke alacsony, szivárgáskor a direkt klimatikus hatás elhanyagolható. Előállítása olcsó, könnyen beszerezhető, habár az R744 hermetikus és félhermetikus kompresszoros berendezésekben alkalmazva hűtőközeg minőségű, azaz 99,99% tisztaságú kell legyen. Nyomógáz hőmérséklete magas, a nagy kompressziós index következtében. Ezzel jó lehetőséget biztosít hő visszanyerésre. Megjegyezzük – transzkritikus rendszerekben a nyomógáz hőmérséklet rendkívül magas, ami nagy eltérést eredményez az elpárolgás és a hő leadás szintje között. A stabil szerkezet kis esélyt ad a molekulák lebomlásnak a hűtőrendszeren belül. Nem várható a közeljövőben az R744 korlátozására vagy kivonására vonatkozna jogszabály, így az hosszú távú hűtőközegnek tekinthető. |
A magas nyomások működés közben és leálláskor veszélyt jelentenek, növelik a szivárgás kockázatát. A komponensek speciális kialakítást igényelnek. Speciális kompresszorok szükségesek a nagyobb hűtőteljesítmény miatt (eltérő motor / szállítóteljesítmény arány). Az R744 rendszer akár kaszkád, akár transzkritikus, komplexebb kialakítású. Ez növeli a komponensek és a telepítés költségét. A csövezéshez acél vagy rozsdamentes anyag, speciális hegesztés, eltérő csatlakozás kialakítás szükséges a magasabb nyomások és eltérő anyagok miatt. A bonyolultabb kialakítás nagyobb esélyt ad a tökéletlen működésnek és csökkenti a megbízhatóságot, különösen, ha a beüzemelés nem a leggondosabban történik. Transzkritikus rendszereknél fagyasztott áru hűtésénél az R744 magas nyomógáz hőmérséklete miatt kétfokozatú kompresszió szükséges. R744 transzkritikus rendszerek nem alkalmasak magas környezeti hőmérsékletre, pl. délkelet Ázsia, ahol mindig a kritikuspont felett, nem hatékony transzkritikus üzemállapotban működnek. Az R744-re nincsen olyan szabályozás, mint az európai F-gáz rendelet, így használata nem áll olyan alapos ellenőrzés alatt, mint a HFC közegek esetén, és a szivárgás ellenőrzése sem olyan szigorú. Mindemellett a magas nyomás miatt a rendszer szivárgásra hajlamos, ami rossz hatással van a teljesítményre, ha a szivárgási ráta magas. Vízszennyeződésre nagyon érzékeny, és szokatlan vegyületek képződhetnek, ha szivárgás lép fel a kaszkád hőcserélőben. |
2.1. táblázat Az R744 hűtőközeg előnyei és hátrányai
A táblázat a HKVSZ összeállítása alapján készült[1].
