Google

Czynniki robocze stosowane w pompach ciepła

Czynnik roboczy to nośnik energii w pompie ciepła. Krążąc w zamkniętym obiegu pompy ulega przemianom termodynamicznym, podczas których może przenosić, odbierać i oddawać energię. Czynnikami są związki chemiczne występujące w przyrodzie w postaci gazu lub otrzymywane syntetycznie. Biorąc pod uwagę ich skład chemiczny, mogą być jednorodnymi czynnikami chłodniczymi lub mieszaninami chłodniczymi. Oznaczany jest literą R (ang. refrigerant).


Istnieje wiele wymagań stawianych potencjalnym czynnikom roboczym, są to głównie:

  • jak najmniejsza temperatura wrzenia;
  • umiarkowana objętość właściwa pary (umiarkowana dlatego, że im parametr ten większy, tym mniejsza wydajność sprężarki, jednak pobierana jest mniejsza ilość energii napędowej);
  • mała właściwa pojemność cieplna płynu (im mniejsza, tym mniejsze straty wynikające z konieczności chłodzenia pary i dławienia cieczy);
  • nisko położny punkt krzepnięcia;
  • wysoko położony punkt krytyczny;
  • zerowy potencjał niszczenia warstwy ozonowej (ODP);
  • zerowy potencjał efektu cieplarnianego (GWP);
  • niska cena.

Bardzo trudno stworzyć czynnik, który spełniałby wszystkie wymagania, dlatego dobór odpowiedniej substancji poprzedzony musi być analizą typu urządzenia, jego przeznaczenia oraz zakresu pracy. Nie bez znaczenia jest oczywiście także aspekt ekonomiczny.


Z powodu pożądanych właściwości termodynamicznych bardzo dobrymi czynnikami roboczymi okazały się związki fluorowcopochodne węglowodorów alifatycznych nazywane freonami. Otrzymuje je się poprzez wprowadzenie do cząsteczki organicznego związku chemicznego w miejsce atomów wodoru, atomów fluorowców. Są one bezbarwne, bezzapachowe, niepalne i nietoksyczne. Spośród tych czynników wyróżnić można 3 najważniejsze grupy:

  • CFC – chlorofluorowęglowodory: np. R 11, R 12 – wycofane;
  • HCFC – wodorochlorofluorowęglowodory np. R 22 – zamiennik R 12, w trakcie wycofywania;
  • HFC – hydrofluorowęglowodory – np. R 123, R 134a.


Wymagania dotyczące braku, lub minimalnego wpływu na środowisko uzupełniają warunki stawiane czynnikom od czasu, gdy odkryto destrukcyjny wpływ na atmosferę pierwotnie stosowanych substancji. Najpowszechniejszym czynnikiem był do pewnego czasu freon R 12 (CF2Cl3,), jednak został wycofany z użycia, wraz z innymi substancjami pochodnymi. Dalsze badania i analizy oddziaływania na środowisko innych produkowanych i stosowanych substancji owocują do dziś wprowadzanymi zakazami czy ograniczeniami użytkowania ze względu na ich szkodliwość. Dla potrzeb ochrony atmosfery amerykańska instytucja EPA (Environmental Protection Agency) utworzyła listę substancji ODS (w Polsce zwanych SZWO – substancje zubożające warstwę ozonową), których produkcja oraz ich wykorzystywanie są ściśle kontrolowane przez państwo. W Polsce sposób postępowania z nimi jest uregulowany Ustawą z dnia 20 kwietnia 2004 r. o substancjach zubożających warstwę ozonową. Obecnie produkcja i używanie czynników grupy CFC jest całkowicie zabronione, natomiast wykorzystywanie czynników grupy HCFC objęte jest programem zakładającym ich ograniczenie, a docelowo wycofanie z obrotu.


Aby wyjść naprzeciw obowiązującym normom i wymaganiom stale pracuje się nad tworzeniem alternatywnych, coraz doskonalszych czynników. Obecnie najpowszechniej stosowane w nowych urządzeniach, w tym szczególnie pompach ciepła są czynniki będące mieszaninami kilku substancji o podobnych lub takich samych właściwościach fizykochemicznych. Spośród tego wyróżnić można:

  • roztwory azeotropowe – mieszanina dwóch lub więcej jednorodnych czynników chłodniczych, mających zbliżoną do siebie temperaturę parowania i skraplania, w związku z czym powstała mieszanina podczas realizacji przemian fazowych obiegu termodynamicznego zachowuje się jak jednorodny czynnik chłodniczy i nie wykazuje poślizgu temperaturowego;
  • roztwory zeotropowe – mieszanina dwóch lub więcej jednorodnych czynników chłodniczych, mających różne temperatury parowania i skraplania, w związku z czym podczas przemian fazowych obiegu chłodniczego temperatura parowania i skraplania powstałej mieszaniny może być wyższa lub niższa niż temperatura każdego z jej składników i mamy wtedy do czynienia z poślizgiem temperaturowym.

Jako zatwierdzone czynniki chłodnicze stosuje się także powszechnie znane i dostępne substancje chemiczne.
Propan R 290 ma korzystne właściwości termodynamiczne, jednak wadą jest jego łatwopalność i wybuchowość przy odpowiednim stężeniu powietrza.
Izobutan R 600a stosowany najczęściej w mieszaninie z propanem. Jest nietoksyczny, jednak ograniczeniem w stosowaniu jest łatwopalność.
Amoniak R 717 jest często stosowaną w przemyśle substancją, jednak jest toksyczny i wybuchowy w połączeniu z powietrzem. Ograniczenie w stosowaniu w pompach ciepła stanowi wysokie ciśnienie osiągane przy wysokich temperaturach.
Woda R 718 jest najpowszechniej dostępnym czynnikiem, ma dobre właściwości cieplne, jednak osiąga zbyt dużą objętość właściwą w niskich temperaturach, co wyklucza jej zastosowanie w urządzeniach ze sprężarkami tłokowymi.
Dwutlenek węgla R 744 to czynnik o dobrych parametrach termodynamicznych, który znalazł zastosowane w technice chłodniczej już bardzo dawno, jednak ze względu na osiągane bardzo wysokie ciśnienie robocze, szybko z niego zrezygnowano. Obecnie zainteresowanie nim wzrasta ze względu na jego nieszkodliwość dla środowiska. Jest nietoksyczny i niepalny.


Poniżej krótki opis czynników roboczych najczęściej stosowanych w pompach ciepła dostępnych na rynku:

  • Czynnik R 134a – najpopularniejszy obecnie zamiennik freonu R 12, posiadający bardzo zbliżone do niego właściwości, a niektóre nawet lepsze, jak przewodność cieplna  czy lepkość dynamiczna. Jest nietoksyczny i niepalny, nieszkodliwy dla warstwy ozonowej.
  • Czynnik R 404A – roztwór zeotropowy czynników: R 125, R 143a, R 134a, o podobnej do freonu R 22 objętościowej wydajności cieplnej. Może być długoterminowym substytutem. Jest niepalny i niewybuchowy, nieszkodliwy dla warstwy ozonowej.
  • Czynnik R 407C – roztwór zeotropowy czynników: R 32, R 125, R 134a, o podobnych do freonu R 22 właściwościach. Charakteryzuje się dużym poślizgiem temperatury.
  • Czynnik R 410A – roztwór czynników: R 32, R 125, stosowany jako długoterminowy substytut czynnika R 22. Posiada mały poślizg temperaturowy, bardzo wysoką objętościową wydajność, a wysokie współczynniki wnikania ciepła podczas zmiany stanu skupienia mają korzystny wpływ na wielkość zastosowanych wymienników ciepła. Jest niepalny i nieszkodliwy.

 

Za pozycjonowanie tego serwisu odpowiada Sunrise System.

Copyright © 2007 - Biomasa | Realizacja: SoftTree.pl | Programowanie: Maszyna.pl