Запрет фреонов

Самые различные виды холодильного оборудования давно стали чем-то настолько привычным для нас, что мы не представляем свою жизнь без них. Домашний холодильник, кондиционеры, промышленные холодильные установки, камеры шоковой заморозки, холодильные витрины и т.д. Прогресс не стоит на месте и на перечисление всего известного холодильного оборудования понадобится немало времени. Мы все знаем, что есть один компонент, благодаря которому все эти системы могут вырабатывать холод для нас.

Холодильные агенты (хладагенты) - вещества, используемые в холодильных установках, способствующие охлаждению среды. Процесс охлаждения происходит за счет смены агрегатного состояния. Во время этого процесса хладагент забирает тепло у охлаждаемого объекта, расходуя его на процесс фазового перехода хладагента из жидкого в газообразное состояние. Если совсем просто на примере домашнего холодильника, то хладагент забирает тепло из воздуха камеры холодильника, благодаря чему воздух и охлаждается.

Формально, можно сказать, что любое вещество является хладагентом. Например, вода, которая при атмосферном давлении кипит при температуре +100°С и забирает тепло у источника тепла или, другими словами, охлаждает его.

Наиболее распространёнными хладагентами являются фреоны, углекислота, и аммиак. Фреоны - название группы фторсодержащих производных насыщенных углеводородов. Они находят широкое применение в маленьких и средних по мощности холодильных установках. Большинство из них производится химической промышленностью, на данный момент известно более 40 различных однокомпонентных фреонов и сотни смесевых фреонов.

Виды фреонов

Историческая справка

Конец 19 и начало 20 века - время рассвета холодильной промышленности.

Используемые в те времена вещества были не просто опасны, но и губительны для человеческой жизни.


Разрушение озонового слоя

В 80-х годах случился переломный момент для фреонов и всей холодильной промышленности. Ученые стали активно изучать причины разрушения озонового слоя и пришли к выводу, что фреоны наносят ощутимый ущерб.

Озоновая дыра планеты Земля

Большинство стран мира объединились, чтобы решить сложившуюся проблему. Было принято несколько протоколов и проведено множество встреч по обсуждению выходов из этой ситуации.

Проблема экологии смогла перевернуть холодильную промышленность и объединить невероятное количество стран мира 197 из 202. Самая первая конференция была в 1985 году в Вене, но первые юридические обязательные цели был изложены в Монреальском протоколе 1987 года (Канада, Монреаль).

Представители стран, подписавших Монреальский договор

Фреоны были очень используемы по всему миру, особенно, класс хлорфторуглеродов (CFC, наиболее популярный фреон R-12), которые собирались запретить Монреальским протоколом. Сложилась очень тяжелая ситуация, как прийти к задуманному с минимальными потерями, особенно всех интересовала экономическая сторона этого вопроса.

График выбросов, разрушающих озоновый слой

Каждая страна стала разрабатывать свои планы действий - лицензирование экспорта и импорта озоноразрушающих веществ.


Проблема изменения климата

Не менее важным стал Киотский протокол 1997 года, он направлен на сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу.

Заседание слушаний по Киотскому протоколу

Регулирование потребления/производства этих газов планировалось вести по рассчитанным квотам для каждой страны. В случае имеющихся свободных квот их можно было продать другой стране. Россия имела одну из самых крупных долей выбросов парниковых газов. Несмотря на то, что это плохой показатель для экологии, именно этот фактор и верно выбранная тактика, способствовали тому, что Россия останется основным действующим лицом на климатических переговорах.

График совокупных парниковых выбросов России

В дальнейшем к протоколу были приведены поправки, дополняющие его содержание: Лондонская, Копенгагенская, Монреальская, Пекинская и Кигалийская.

Стоит обратить внимание на Кигалийскую поправку, принятую совсем недавно в 2019 году.

Кигалийская конференция

Она направлена на приостановление глобального потепления, с помощью постепенного сокращения производства и потребления класса HFC (гидрофторуглероды). Этот класс стал в свое время успешной заменой озоноразрушающим веществам, но решив одну проблему столкнулись с другой. Газы из этого класса имеют высокие показатели потенциала глобального потепления, тем самым оказывая большое влияние на увеличение температуры окружающей среды.


Характеристики холодильных агентов

Рассмотрим характеристики самых популярных фреонов. Более ранние и пришедшие на их замену более безопасные.

Вещество Класс Начало
применения
Формула Группа
безопасности
Группа жидкости в сотв. PED МаслоТочка кипения,
при атмосф. давлении
ODPGWP-AR4
(ПГП)
R717

Аммиак (Ammonia)

Natural
refrigerant

1874 год

NH3

B2L

1

PAG

-33,32

0

0

R744

Углекислота (Carbon dioxide)

Natural
refrigerant

1881 год

CO2

A1

2

MO/AB/PAO

-62,89

0

10

R290

Пропан (Propanum)

HC

1994 год

CH3CH2CH3

A3

1

MO/AB

-42,11

0

3

Наиболее популярный фреон в 1950-1980 гг, (в 1987 г. ограничен к применению Монреальским протоколом из-за большого ODP)

R12

CFC

1932 год

CCl2F2

A1

2

MO/AB

-29,75

1

10 900

На замену R12 пришёл более новый фреон R-134a:

R134a

HFC

начало 1990-х годов

CH2FCF3

A1

2

POE

-26,07

0

1 430

На замену R134a (весьма большой ПГП), появилась более безопасная альтернатива:

R1234ze

HFO

CF3CF=CHF

A2L

2

POE

-18,97

0

7

R1234yf

HFO

2014 год

CF3CF=CH2

A2L

1

POE

-29,49

0

4

Наиболее популярный фреон во второй половине XX века, запрещен Монреальским протоколом из-за большого ODP (Лондонская поправка июнь 1990г):

R22

HCFC

1935 год

CHClF2

A1

2

MO/AB

-40,81

0,055

1 810

На смену R22 в конце XX века нашли применение фреоны, которые не имеют воздействие на озоновый слой (ODP=0). Они широко распространены и применяются по сей день:

R407C

HFC

конец 1980-х годов

R-32/125/134a
(23/25/52)

A1

2

POE

-43,63

0

1 774

R410A

HFC

начало 1990-х годов

R-32/125
(50/50)

A1

2

POE

-51,44

0

2 088

R404A

HFC

1993 год

R-125/143a/134a
(44/52/4)

A1

2

POE

-46,22

0

3 922

R507

HFC

1990-е года

R-125/143a
(50/50)

A1

2

POE

-46,74

0

3 985

На замену R404a, R507a (появилась более безопасная альтернатива):

R448A

HFC/HFO

начало 2010-х годов

R-32/125/134a/1234ze
(26/26/21/7/20)

A1

2

POE

-46,12

0

1 387

R449A

HFC/HFO

начало 2010-х годов

R-32/125/1234yf/134a
(24,3/24,7/25,3/25,7)

A1

2

POE

-45,72

0

1 397

Новые альтернативы R1234ze и R1234yf используются для кондиционирования. Они являются экологически безопасными (наносят минимальный ущерб окружающей среде), но горючие и легко воспламеняемы в некоторых условиях.

В холодильной промышленности (холодильные камеры в широком диапазоне) достойной альтернативы популярным хладагентам R404А R507 до сих пор нет. Фреоны R448А и R449А можно считать промежуточными - они являются негорючими, но имеют большой потенциал глобального потепления (GWP).

Типы фреонов


Подведем небольшой итог. Недостаток безопасных для экологии хладагентов и вводимые ограничения приводят к неизбежному росту цен.

В начале 2021 года наиболее популярные фреоны (R134a, R404А, R507, R410А) стоили ориентировочно 3500 – 4500 рублей за баллон (~11-14 кг). В то время, как в Европе цена на эти фреоны составляет 500 – 1000 евро (~45 500-91 000 рублей), а их потребление строго регулируется местным законодательством.

Рост европейских цен на фреоны с высоким GWP не останавливается и уже сейчас в Швейцарии цена на фреон R404А для конечных потребителей составляет 300евро за 1кг.

В конце марта 2021 г. цена на популярные фреоны в России резко возросла в моменте до 12 000 рублей за баллон, но в дальнейшем скорректировалась до уровней 8 000-9 0000 рублей.

Причиной резкого роста цен послужил установленный с 18 апреля 2021 г. разрешительный порядок ввоза хладагентов группы ГФУ на территорию Евразийского Экономического Союза. После установления разрешительного порядка организация импортер может ввезти фреон только при наличии лицензии Минпромторга, которая оформляется на основании разрешительного документа (заключения) выдаваемого Росприроднадзором.

При этом внутренние цены в России все равно остаются принципиально ниже Европейских. В 2021 г. квоты на количество ввозимых ГФУ (HFC) не установлены по причине профицитного объема потребления ГФУ и отсутствия распределения квот. Однако в будущем планируется введение квот исходя из пересчета массы ГФУ на потенциал глобального потепления (перевод в тонны CO2) согласно приложения Е Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу. Таким образом, в долгосрочной перспективе следует ожидать рост цен до уровня Европейских.

Аналогичный вектор на хладагенты с низким ПГП (GWP) демонстрируют вступившие в силу с 1 июля 2021 г. СП 60.13330.2020 “Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха”, которые теперь содержат следующие требования: В системах холодоснабжения следует использовать холодильные машины и установки, работающие на экологически безопасных хладагентах с нулевой озоноразрушающей способностью и потенциалом глобального потепления не выше 2 500 (ГОСТ EN 378-1–2014, приложения В, Е). Таким образом, если “кондиционерные” R134a и R410a еще удовлетворяют данному требованию, то повсеместные “холодильные” R507a и R404a уже не удовлетворяют, обладая коэффициентом ПГП 3780 и 3850.

Ситуация осложнена тем, что на данный момент в мире нет хладагентов, которые не оказывали бы влияние на глобальное потепление и при этом были бы негорючими и не взрывоопасными. В ближайшее время очень маловероятно их появление.

Есть три основных хладагента, которые не имеют перспектив на экологический запрет, но имеют свои недостатки. Остановимся на каждом более подробно.

  • CO2 (R-744, углекислый газ или углекислота или двуокись углерода)

    Хорошие показатели для экологии и не токсичный, но имеет высокие давления в системе и не имеет выдающих показателей энергоэффективности.

    В режиме низких и сверхнизких температур при прочих равных показатели энергоэффективности CO2 соизмеримы с показателями наиболее популярных фреонов, но для режима средних температур и кондиционирования проигрыш CO2 достаточно существенный. Углекислота может быть использована в нижнем каскаде субкритического цикла (в верхнем обычно фреон/аммиак), и как самостоятельный хладагент в транскритическом цикле.

    Некоторые особенности теплофизических свойств углекислоты (высокие температуры нагнетания и низкая критическая точка +30,98°С) позволяют конфигурировать более сложные холодильные системы с параллельным сжатием в верхней ступени, десуперхитерами, инжекторами и другими модернизациями, которые в конечном итоге позволяют получить суммарный эффект в энергоэффективности лучше чем в традиционных фреоновых системах. Но если сравнивать бустерный (двухступенчатый) цикл сжатия для фреоновой системы и для CO2 без дополнительных модернизаций, то энергоэффективность будет соизмерима, вопреки устоявшемуся мнению, что системы на CO2 более энергоэффективны чем фреоновые из-за физических свойств самой углекислоты.

    В Европе CO2 является хладагентом первого выбора для систем малой и средней производительности. В последние годы активно внедряется в России, в том числе силами компании Рефинжиниринг.

    Смотреть выполненный проект роботизированного фризера Bimbo на CO2

    В процессе реализации проект МПК Обнинский на CO2

  • NH3 (R-717, аммиак)

    Лучший по энергоэффективности и экологичности, токсичный и взрывоопасный при определенных концентрациях.

    “Классический” хладагент для больших промышленных систем и крупных предприятий. Для аммиачных систем действуют ФНП “Правила безопасности аммиачных холодильных установок”, требуются расширенные допуски на проектирование и выполнение работ на особо опасных обьектах, экспертиза промышленной безопасности, постановка на учет в Ростехнадзоре. Тем не менее, остается хладагентом первого выбора для систем большой производительности.

    На предприятиях России с аммиачными системами востребованы решения по замене изношенного оборудования, с одновременным многократным снижением емкости заправки аммиака. Один из подходов - после реконструкции производственные помещения переводятся на хладоноситель, а аммиак остается в коротком контуре, не выходящем за пределы помещения АХУ.

    Смотреть выполненный проект для ГК Черкизово на NH3

  • C3H8 (R-290, пропан)

    Средний по энергоэффективности, экологичный, но высоко горючий и взрывоопасный (группа А3).

    В России пропан распространен мало (единичные проекты небольшой производительности). В Европе довольно популярен ввиду экологичности (за последние несколько лет наблюдается большой рост по пропановым холодильным машинам, последние три года объём рынка в Европе удваивается каждый год).

    Используется в основном в коротких контурах в чиллерах небольшой и средней производительности (до 500кВт). Ввиду своих горючих и взрывоопасных свойств требует обязательной оценки рисков на предмет образования взрывоопасной среды и возможных требований к взрывозащищенному исполнению оборудования.

    Есть две особенности применения в системах холодоснабжения:

    1. Очень большая растворимость в холодильном масле.
    2. В жидком состоянии имеет очень маленькую плотность (при температуре +35°С 292,8кг/м³).