Рабочие вещества малых холодильных машин

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

С.Д. Глухов, А.А. Жердев, А.В. Шарабурин

РАБОЧИЕ ВЕЩЕСТВА МАЛЫХ
ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2010

УДК 621.57
ББК 22.4
Г55

Г55

Рецензент Н.И. Фролов

Глухов С. Д.
Рабочие вещества малых холодильных машин : учеб. пособие / С. Д. Глухов, А. А. Жердев, А. В. Шарабурин. – М. : Изд-во
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. – 43, [1] с. : ил.

Учебное пособие посвящено современным хладагентам, отвечающим требованиям Монреальского и Киотского протоколов, и дополняет курсы лекций «Теоретические основы холодильной техники»,
«Холодильные машины» и «Тепловые насосы», читаемые на кафедре
«Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования и
жизнеобеспечения» (Э-4).
Для студентов, специализирующихся по кафедре Э-4, выполняющих курсовые и дипломные проекты.

УДК 621.57
ББК 22.4

Учебное издание

Глухов Станислав Дмитриевич
Жердев Анатолий Анатольевич
Шарабурин Алексей Владимирович

РАБОЧИЕ ВЕЩЕСТВА МАЛЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

Редактор С.Ю. Шевченко
Корректор
Г.С. Беляева
Компьютерная верстка В.И. Товстоног

Подписано в печать 29.03.2010. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 2,56. Тираж 100 экз. Изд. № 101.
Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.

c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010

ВВЕДЕНИЕ

Развитие холодильной техники в настоящее время находится
под влиянием трех определяемых экологическими проблемами взаимосвязанных факторов:
1) требований Монреальского протокола о прекращении потребления веществ, разрушающих озоновый слой Земли (в первую
очередь вещества R12) и о временном и количественном ограничении применения веществ переходной группы (в том числе вещества R22), имеющих малый потенциал разрушения озонового слоя
(ODP);
2) требований Киотского протокола к «Рамочной конвенции
ООН об изменении климата» о регулировании эмиссии парниковых газов (веществ, разрушающих озоновый слой Земли и имеющих высокий потенциал глобального потепления — GWP), к которым относятся широко применяемые хладагенты R22, R134a,
R410а, R417а, R423а и многие другие вещества, используемые в
холодильной технике;
3) ГОСТ Р МЭК 66035-2-24–2001, разрешающий использование в приборах бытовой холодильной техники углеводородов (пропан, изобутан, пропан-бутан и др.) при ограниченной массе заправки до 150 г.
Анализируя наиболее известные хладагенты — заменители вещества R12, разработанные в нашей стране и за рубежом, можно
убедиться, что у каждого из них имеются недостатки с точки зрения выполнения перечисленных выше требований.
Обзор литературных источников показал, что равноценной замены вещества R12, используемого в холодильной технике, в нашей стране пока не найдено, особенно для замены действующего
холодильного оборудования способом drop in. Применения многочисленных альтернативных хладагентов, таких как R134a, R401а,

3

R401в, R401с, R409а и др. [1], предлагаемых зарубежными компаниями, вызывает определенные трудности. Предлагаемые хладагенты запатентованы компаниями-производителями и имеют высокую стоимость. Зачастую в состав хладагентов-смесей входят
редкие и, следовательно, дорогие, компоненты, что существенно
увеличивает затраты на сервисное обслуживание холодильных систем. Для применения большинства новых хладагентов требуется
изменение условий работы системы — замена масла, замена некоторых агрегатов и аппаратов холодильной машины (ретрофит).
В России разработаны более дешевые смесевые хладагенты
(R22/R142b, Cl, C10M1 и др. [2, 3]). Преимуществами отечественных хладагентов являются их относительная дешевизна и возможность использования без изменения конструкции холодильной машины и замены масла. Однако у этих смесей имеется ряд недостатков. В состав смесевых хладагентов на основе вещества R22
нередко входят дорогостоящие компоненты. Применение таких
смесей, несмотря на относительно высокую стоимость, перспективно в холодильных машинах малой производительности, например в холодильниках, где масса заправки составляет 100. . . 150 г
(ее стоимость — около 5 % от общей стоимости холодильного аппарата). Поэтому применение смеси R22/RC318 может быть экономически оправдано для холодильных машин малой производительности. Для холодильных машин большей производительности
на Кирово-Чепецком химическом комбинате была создана смесь
«Экохол-3» (40 % R22, 12 % RC318, 48 % R142b), где для снижения концентрации дорогостоящего вещества RC318 введен третий
компонент — R142b. Но эксплуатационные и термодинамические
характеристики смеси «Экохол-3» не были исследованы. Проблемой является также пожароопасность отдельных компонентов смесевых хладагентов (R142b). Смеси, включающие этот компонент,
как правило, имеют невысокую стоимость, однако при возможной
утечке негорючего компонента концентрация горючего компонента
увеличивается и может возникнуть пожароопасная ситуация.
Решения Киотского протокола, ограничивающие применение
фреонов в холодильной технике, и новая редакция ГОСТов России,
допускающая использование углеводородов в качестве хладагентов
[4—6], открывают новые возможности для применения углеводородов в холодильных машинах малой производительности, где масса

4

заправки мала. Однако в нашей стране опыт применения углеводородов, в частности диметилового эфира (ДМЭ), в холодильной
технике ограничен, а возможность их применения в холодильных
машинах практически не исследована. Диметиловый эфир лучше,
чем рекомендованные смесевые хладоны (например, С1); работы по применению ДМЭ проводятся в МГТУ им. Н.Э. Баумана в
течение нескольких лет. Из чистых веществ возможно применение только изобутана R600a (температура нормального кипения
ts = −11,7 ◦С), поэтому его использование в морозильниках (рабочая температура t0 = −18 . . . − 25 ◦C) ограничено. В то же время ДМЭ может быть использован в качестве дизельного топлива,
поэтому его цена должна быть на порядок ниже, чем у других
хладонов.
Положения Федерального закона «Об энергосбережении» обязывают производителей холодильной техники (в том числе бытовых холодильных приборов) искать пути повышения энергетической эффективности новой техники, что, в частности, может быть
достигнуто путем применения новых хладагентов [7, 8].