Naturalne i syntetyczne czynniki chłodnicze, właściwości fizyczne, chemiczne i termodynamiczne,
dobór czynników względem kategorii pomieszczeń i wielkości napełnienia.
R12
o
Zastosowanie: chłodziarki domowe, chłodnicze urządzenia handlowe, transport
chłodniczy, małe i średnie urządzenia przemysłowe i klimatyzacyjne i małe pompy ciepła
o
Własności fizyczne: jednorodny związek chlorowcopochodny metanu – CF
2
Cl
2
, płyn
bezbarwny, o słabym eterycznym zapachu, ograniczona rozpuszczalność wody, ciekły
czynnik rozpuszcza się wzajemnie w olejach mineralnych w dowolnym stosunku,
uzyskane w ten sposób roztwory są zawsze jednorodne i nie ulegają rozwarstwieniu 9
pogarsza to wymianę ciepła w parowaczu), obojętny wobec większości metali, wyjątek
czysty cynk, ołów, magnez oraz stopy aluminium, powyżej 220
C działa korodująco na
elementy stalowe i miedziane, dobrze rozpuszcza substancje organiczne, gumę naturalną
oraz materiały z dodatkiem tłuszczu i żywicy i wosku, powoduje rozkład szkła przy
obecności wody.
o
Własności termodynamiczne: niewybuchowy, nietoksyczny, niepalny, może być
niebezpieczny przy stężeniu w powietrzu powyżej 20%, niebezpieczne są jego produkty
spalania.
R22
o
Zastosowanie: duże, średnie i małe instalacje chłodnicze ( lądowe i okrętowe),
klimatyzatory, transport, przemysł chemiczny i farmaceutyczny, spożywczy, lodówki i
zamrażarki domowe, lady chłodnicze.
o
Własności fizyczne: jednorodny związek CHF
2
Cl, bezbarwny, o słabym eterycznym
zapachu, woda dobrze się rozpuszcza w R22, ma ograniczoną rozpuszczalność w olejach
mineralnych w określonym zakresie temperatur, w niektórych temperaturach następuje
rozwarstwienie ( jeden o bogatej zawartości oleju drugi o ubogiej), oddziaływanie na
metale jest słabe, nie reaguje z mosiądzem, miedzią, staliwem, niklem, stała i
aluminium, silnie reaguje z magnezem oraz wszystkimi tworzywami z wyjątkiem teflonu.
o
Własności termodynamiczne: wydajność chłodnicza objętościowa R22 jest ok. 40%
większa w porównaniu z R12
o
Bezpieczeństwo: pod wpływem płomienia rozkłada się na związki trujące, niepalny,
niewybuchowy, posiada działanie duszące
o
Zamiennikami dla R22 są: R152a, 717, 404a, 402a, 402b, 407c, 410a, 410b, 411a, 507,
290.
R502
o
Zastosowanie: to samo co R22, a także w obiegach kaskadowych, i tam gdzie wymagane
są małe gabaryty urządzenia.
o
Własności fizyczne: mieszanina azeotropowa czynników R22 i R115, bezbarwny i
praktycznie bezwonny, rozpuszcza się w wodzie i rozpuszczalność rośnie wraz ze
wzrostem temperatury, niewielka mieszalność z olejem mineralnym, w obecności wody
oddziaływuje na magnez oraz cynk, nie należy stosować do uszczelnień ołowiu,
oddziaływuje na prawie wszystkie tworzywa sztuczne z wyjątkiem teflonu.
o
Własności termodynamiczne: Niższa niż dla R22 temperatura sprężania
o Bezpieczeństwo: trwały, niepalny, niewybuchowy, słabo oddziaływuje na ludzki
organizm, kontakt z parującym czynnikiem prowadzi do odmrożeń i podrażnień skóry
lub oczy.
R134a
o
Zastosowanie: zamiennik R12 ( nie bezpośrednio) małe domowe i handlowe urządzenia
chłodnicze, klimatyzacyjne, klimatyzatory samochodowe.
o
Własności fizyczne: jednorodny CH
2
F-CF
3
, bezbarwny, o słabym eterycznym zapachu,
jest kilkadziesiąt razy bardziej higroskopijny niż R12, w bardzo ograniczonym zakresie
tworzy roztwory z olejami mineralnymi i alkilobenzenowymi destrukcyjny dla tworzyw
sztucznych i konstrukcyjnych, można stosować stal, miedź, aluminium.
o
Bezpieczeństwo: stabilny termicznie, w kontakcie z płomieniami rozkłada się na związki
toksyczne, niepalny, niewybuchowy, łatwo przenika przez nieszczelności, wdychanie
daje efekt narkotyczny, wypiera tlen z powietrza.
R409a
o
Zastosowanie: zamienni bezpośredni dla R12, przemysłowe urządzenia,
okrętowe, transportowe.
o
Własności fizyczne: mieszanina zeotropowa R22, R124, R142b. Lepiej się
rozpuszcza w wodzie niż R12, posiada dostateczna zdolność do tworzenia roztworów z
olejami mineralnymi i alkilobenzenowymi, unikać kontaktu z materiałami atakowanymi
przez elastomery, toleruje tworzywa typu polietylen, teflon.
o
Bezpieczeństwo: niepalny niewybuchowy, nietrujący, może powodować
uduszenie na skutek braku dostatecznej ilości tlenu.
Naturalne czynniki ziębnicze.
Amoniak R717 (NH
3
)
o Zastosowanie: stosowany w układach jedno- i dwustopniowych średnich i dużych urządzeń
przemysłowych, rozważa się możliwość stosowania amoniaku do celów klimatyzacyjnych, oraz w
urządzeniach chłodniczych o wydajności powyżej 5W.
o
Własności fizyczne: nieorganiczny związek chemiczny, gaz bez koloru, o silnie drażniącym
zapachu, trudno zapalnym, trujący, wywołującym intensywne łzawienie, ostry alkaliczny smak, w
ciśnieniu atmosferycznym intensywnie odparowuje, woda rozpuszcza się w ciekłym amoniaku bez
ograniczeń, rozpuszcza się z olejami mineralnymi w śladowych ilościach.
o
Własności chemiczne: nie działa na żelazo i jego stopy, wilgotny atakuje cynk, miedź., nie jest
agresywny w stosunku do tworzyw sztucznych.
o
Własności termodynamiczne: w porównaniu z R22 charakteryzuje się wyższymi wartościami sprężu
w całym zakresie temperatur, duża jednostkowa wydajność chłodnicza objętościowa, decyduje o
wysokiej efektywności ekonomicznej sprężarek amoniakalnych, wada jest wysoka temperatura
końca sprężania .
o
Bezpieczeństwo: w obecności powietrza w instalacji może tworzyć się mieszanina wybuchowa,
wylany na skórę wywołuje silne stany zapalne i oparzenia, może powodować odmrożenia.
Propan R290 (C
3
H
8
)
o Zastosowanie: duże instalacje chłodnicze w przemyśle, petrochemicznym oraz skraplania i
rozdzielania gazów, chłodziarki domowe, handlowe a także hermetyczne agregaty
o
Własności fizyczne: węglowodór nasycony(HC), gaz nieorganiczny, bezzapachowy bezbarwny,
niska wrażliwość na wilgoć, stosuje się oleje mineralne o podwyższonej lepkości, nieagresywny do
materiałów konstrukcyjnych , a także do tworzyw sztucznych.
o
Własności termodynamiczne: q
0
stosunkowo duże, korzystne dla budowy parowacza i przewodów
o
Bezpieczeństwo: palny, wybuchowy,
Urządzenie trwale zamknięte o napełnieniu <150kg w dowolnych pomieszczeniach bez konieczności
dodatkowego zabezpieczenia. Jeśli urządzenie w pomieszczeniu piwnicznym potrzeba wentylacji o
przekroju nie mniejszym niż 0,1m
2
. Przy napełnieniu >150kg objętość pomieszczenia musi być tak duża
żeby po awarii stężenie w powietrzu nie przekroczyło granicy wybuchowości (1,05%). Przy napełnieniu
do 1kg dopuszcza się propan przy zapewnieniu wentylacji naturalnej 0,3m
2
. Powyżej 1 kg instalacja na
wolnej przestrzeni lub wentylację sztuczna o odpowiedniej wydajności.
Dwutlenek węgla R744 (CO
2
)
o Zastosowanie: stosowany jako źródło zimna w postaci suchego lodu, jak i jako czynnik roboczy w
parowych urządzeniach chłodniczych, klimatyzacja, okręty, szpitale, teatry, przechowalnictwo w
kontrolowanej atmosferze.
o
Własności fizyczne: Bardzo duża rozpuszczalność w wodzie, bezwonny, chemicznie obojętny
względem metali, nie rozpuszcza się w olejach mineralnych.
o
Własności termodynamiczne: pod względem ciśnień roboczych jest najmniej korzystnym
czynnikiem ziębniczym, parametry pracy parowacza musza być wyższe od ciśnienia krytycznego a
zatem bardzo wysokie (pow. 6 bar).
o
Bezpieczeństwo: niepalny, niewybuchowy, najmniej wybuchowy z czynników naturalnych, nie ma
zapachu, mała rozpiętość stężeń pomiędzy warunkami śmiertelnymi a obojętnymi dla zdrowia.
Izobutan (R600a)
o Zastosowanie: najwcześniej stosowany w chłodnictwie, klimatyzatory, pompy ciepła.
o
Własności fizyczne: izomer butanu C
4
H
10
, wzór (CH
3
)
3
-CH, bezbarwny , bezwonny, tworzy
roztwory z olejami mineralnymi może współpracować z olejami polialfaoleinowymi lub
poliestrowymi, stabilny chemiczne, nie agresywny wobec tradycyjnych materiałów
konstrukcyjnych, nie agresywny wobec większości tworzyw sztucznych z wyjątkiem gumy
naturalnej i silikony.
o
Własności termodynamiczne: intensywniejsza wymiana ciepła w wymiennikach i mniejsze opory
przepływu, pomimo niższych wartości teoretycznego współczynnika wydajności chłodniczej, niższe
ciśnienia pozwalają na budowę lżejszych urządzeń.
Bezpieczeństwo: trwały chemicznie, cięższy od powietrza, palny, w urządzeniach domowych nie stanowi
zagrożenie ze względu na niewielka ilość czynnika w urządzeniu
Klasyfikacje pomieszczeń
KATEGORIA
CHARAKTERYSTYKA
OGÓLNA
PRZYKŁADY
A – Instytucyjne
Mogą
występować
ograniczenia w poruszaniu
się ludzi
Szpitale, gmachy sądowe
(areszty), więzienia
B – Użyteczności publicznej
Ludzie mogą się swobodnie
poruszać
Teatry,
lokale
taneczne,
domy towarowe, dworce,
szkoły, kościoły, czytelnie,
restauracje
C - Mieszkalne
Znajdują się pomieszczenia
sypialne
Mieszkania,
hotele,
internaty
D - Handlowe
Może
gromadzić
się
dowolna liczba ludzi a z
konieczności
tylko
niektórzy zapoznali się z
ogólnymi
warunkami
bezpieczeństwa zakładu
Biura, urzędy, małe sklepy,
restauracje,
laboratoria,
miejsca
ogólnego
wykonywania
pracy,
targowiska
z
nieograniczonym dostępem
E - Przemysłowe
Dostęp mają tylko osoby
uprawnione. Na tym terenie
odbywa
się
produkcja,
przetwarzanie
lub
składowanie materiałów lub
wyrobów
-
Grupy czynników
1. Czynniki ziębnicze niepalne, zasadniczo nie są szkodliwe dla ludzi – freony: R11, R12, R112, R113,
R115, R22, R23; – zeotropowe: R40.., R744 (CO
2
)
2. Czynniki chłodnicze toksyczne lub korozyjne, których granica wybuchowości nie jest niższa niż
3,5% udziału objętościowego w powietrzu: R717 (NH
3
), chlorek metylu, SO
2
3. Czynniki łatwopalne i wybuchowe – dolna granica wybuchowości jest niższa niż 3,5% udziału
objętościowego w powietrzu – węglowodany: R180 (etan), R290 (propan), R600 (butan), R600A
(izobutan), R1150 ( etylen), R1270 (propylen)
Systemy ziębienia.
1. Bezpośredni – parowacz lub skraplacz instalacji ziębniczej pozostaje w bezpośrednim kontakcie z
powietrzem lub z innym medium oziębianym lub ogrzewanym – układ jest najprostszy, ale
najbardziej niebezpieczny np. lodówka domowa.
2. System pośredni – parowacz lub skraplacz instalacji ziębniczej umieszcza się poza
pomieszczeniem, w którym ciepło jest przejmowane lub doprowadzane do powietrza lub medium
oziębianego lub ogrzewanego.
a) system otwarty – zimno lub ciepło jest przenoszone przez czynnik pośredniczący, który
krąży w obiegu otwartym, np. w klimatyzacji (w komorze zraszania wodą). W razie awarii
czynnik może zmieszać się z medium pośredniczącym i wraz z nim może przedostać się do
przestrzeni ziębionej
b) system otwarty z odpowietrzaniem (odgazowaniem) – system ten jest podobny do systemu
otwartego, z tym, że następuje odpowietrzanie (odgazowanie) mające na celu zabezpieczać w
razie awarii i wycieku czynnika, przed przedostawaniem się jego do naszego systemu.
Parowacz lub skraplacz umieszczony jest w otartym zbiorniku lub jest odpowiednio
odpowietrzany, aby uzyskać podobny efekt.
c) system zamknięty – w razie awarii czynnik trafia prosto do cieczy pośredniczącej. Parowacz
oziębia lub skraplacz ogrzewa ciecz pośredniczącą, która przepływa wewnątrz zamkniętego
obiegu pozostającego w bezpośrednim kontakcie z powietrzem lub z substancją oziębianą
lub podgrzewaną.
d) system zamknięty z odpowietrzaniem (odgazowaniem) – różni się od systemu zamkniętego
jedynie tym, że parowacz lub skraplacz umieszczony jest w otartym zbiorniku lub jest
odpowiednio odpowietrzany, aby uzyskać podobny efekt. Jest on najczęściej stosowany w
systemach przemysłowych.
3. System pośredni podwójny – podobny do otwartego, z tym, że ciecz przepływa przez drugi
wymiennik ciepła umieszczonego na zewnątrz pomieszczenia, które jest ziębione lub ogrzewane i
ogrzewa lub oziębia drugą ciecz pośredniczącą wchodzącą w bezpośredni kontakt z powietrzem lub
substancji ogrzewanej lub oziębianej przez rozpylanie lub zastosowanie podobnych sposobów.
Czynniki gr. 1.
1. Systemy bezpośrednie i pośrednie otwarte
a) pomieszczenia kategorii A,B,C,D – dopuszcza się stosowanie tych czynników pod
warunkiem, że napełnienie czynnika [kg] nie przekracza iloczynu: dopuszczalne stężenie
czynnika[kg/m
3
] × objętość najmniejszego zajmowanego przez ludzi pomieszczenia w
którym znajduje się instalacja [m
3
]
Czynnik
Praktyczna granica stężenia – kg/m
3
R11, R22, R23
0,3
R12
0,5
R502
0,4
R744
0,1
b) pomieszczenia kategorii E – do pomieszczeń położonych na piętrach i poniżej poziomu
terenu, które nie mają odpowiednich wyjść ewakuacyjnych, uwzględniając liczbę osób
zwykle tam przebywających należy stosować ograniczenia dotyczące pomieszczeń kategorii
A,B,C,D. W innych pomieszczeniach nie ma ograniczeń.
2. Systemy pozostałe.
a) pomieszczenia kategorii A,B,C,D – nie ma ograniczeń jeżeli całość umieszczona jest w
maszynowni, w przeciwnym wypadku ograniczenie w napełnienie czynnikiem ograniczone
jak dla systemów bezpośrednich i pośrednich otwarte dla pomieszczeń kategorii A,B,C,D.
b) pomieszczenia kategorii E – nie ma ograniczeń
Czynniki gr. 2 (NH
3
).
1. System bezpośredni, pośredni otwarty z odpowietrzaniem, pośredni otwarty, pośredni zamknięty
a) pomieszczenia kategorii A,B,C – system bezpośredni nie może być stosowany w
klimatyzacji bytowej w pomieszczeniach tej kategorii oraz w pomieszczeniach kategorii A.
Jeżeli w pomieszczeniach kategorii B,C nie jest stosowany w klimatyzacji bytowej to w
małych hermetycznych agregatach absorpcyjnych wypełnienie nie może przekraczać 2,5kg
b) pomieszczenia kategorii D – mogą być stosowane w systemach pośrednich otwartych z
odpowietrzaniem, pośrednim otwartym, pośrednim zamkniętym. Żaden z nich nie może być
stosowany w klimatyzacji. Dla innych zastosowań całkowita ilość czynnika nie powinna
przekraczać 30kg.
c) pomieszczenia kategorii E – system bezpośredni i pośredni otwarty nie może być stosowany
w klimatyzacji bytowej
2. System pośredni zamknięty z odpowietrzaniem, pośredni podwójny
a) pomieszczenia kategorii A,B,C, D – systemy te dopuszczalne są pod warunkiem, że
maksymalne napełnienie nie przekroczy wartości:
A – 250kg
B – 500kg
C – bez ograniczeń
D – nie ma ograniczeń, jeżeli wszystkie urządzenia znajdują się maszynowni spełniającej ostre
wymogi bezpieczeństwa lub na otwartej przestrzeni. Jeżeli jest w maszynowni spełniającej
łagodne wymogi bezpieczeństwa to maksymalne napełnienie nie powinno przekroczyć 250kg.
b) pomieszczenia kategorii E – instalacja przekraczająca 50kg napełnienia, jeżeli gęstość
zaludnienia pomieszczeń jest większa niż 1 osoba/m
3
, składniki strony wysokiego ciśnienia
instalacji z wyjątkiem przewodów ziębnika i składników instalacji umieszczonych na
zewnątrz budynku powinny być umieszczone w maszynowni. Ograniczenie to nie występuje,
gdy instalacja ma napełnienie mniejsze niż 50kg.
Czynniki gr. 3.
W zasadzie czynniki te nie są dozwolone w pomieszczeniach kategorii A,B,C,D w których zwykle
przebywają ludzie nie przygotowani specjalnie do obsługi instalacji ziębniczych. Czynniki te mogą być
dopuszczone do stosowania w laboratoriach kat. E w zblokowanych aparatach z całkowitym napełnieniem
nie przekraczającym 2,5kg przy uwzględnieniu wymagań bezpieczeństwa dla instalacji elektrycznych. W
pomieszczeniach przemysłowych kat. E mogą być stosowane w specjalnych przypadkach z uwzględnieniem
wymagań bezpieczeństwa dla instalacji elektrycznych.