Фреон r410a

Фреон R410A (пример чиллера: Aytek Novatech)

Ещё один хладагент, призванный заменить вредный для верхних слоёв атмосферы дифторхлорметан.

Так же, как и предыдущий, он состоит их нескольких компонентов – R32 и R125 в равных количествах.

И аналогично ему имеет набор достоинств и недостатков.

Преимущества 410А:

— более низкая температура кипения при нормальных условиях

— выше теплота парообразования

— возможность частичной дозаправки при утечке

Но наряду с положительными свойствами хладон обладает и рядом отрицательных.

Недостатки 410А:

— Большее, чем у R22 давление

— Высокая стоимость

— Необходимость заправки объёмов синтетическим маслом

Выбрав чиллер, работающий на хладагенте 410А можно получить более низкие температуры и большую холодопроизводительность при равных характеристиках компрессора.

В случае появления негерметичности в нет необходимости выпускать всю массу рабочего тела подобно 407-му и производить дорогостоящую заправку заново. Можно просто добавить потерянный объём, несмотря на двухкомпонентность.

Синтетическое масло, требуемое для работы чиллеров, обладает высокой гигроскопичностью, поэтому при заправке следует соблюдать меры предосторожности. В противном случае влага, попавшая внутрь, может замерзнуть и привести к необходимости выпуска фреоны и новой герметизации и осушения системы

Большое рабочее давление делает невозможной работы на 410 хладагенте хладоагрегатов, спроектированных для 22-го.

Дополнение о вреде R22

Хладоны 12, 22 были разработаны компанией DuPont. Это были недорогие и эффективные хладагенты, быстро завоевавшие широкое признание в «рефрижераторных» кругах.

Оборотная стороны дешевизны и популярности заключается в том, что производить подобную продукцию под другим названием («Фреон» – это торговая марка, принадлежащая Дюпон), создав конкуренцию изобретателям.

Заметив снижение продаж и падение доходов, DuPont вынуждена была принимать некоторые меры для выживания на конкурентном рынке.

Спустя время появились сведения, что хлор, содержащийся в доступных и простых в производстве холодильных агентах, способствует разрушению озонового слоя, защищающего Землю о вредоносного космического излучения. Последовали запретительные меры, а сообществу холодильщиков были предложены более дорогие и сложные составы. Но они не содержали вредного галогена.

Сложно понять, правда это или нет, но есть сведения, что информация о вреде R22 и ему подобных вместе с инициацией запрета производства и использования исходила от той же DuPont.

Технические характеристики фреона R410a

Характеристика	Значение
Молекулярная масса (г/моль)	72.58
Температура кипения при атм. давлении ( ° С )	-51.58
Массовая доля R125	0.5
Массовая доля R32	0.5
Плотность жидкости при 25 °С, (кг/м3)	1062
Плотность насыщенных паров при 25 °С, (кг/м3)	18.5
Критическая температура (°С)	72.1
Критическое давление, кПа (абс.)	5166
Критическая плотность жидкости, кг/м3	488.9
Давление пара при 25 °С, кПа (абс.)	173.5
Теплота парообразования при нормальной температуре кипения, кДж/кг	264.3
Предел воспламеняемости в воздухе (0,1 МПа), об.%	Нет
ODP (потенциал разрушения озона )
HGWP (потенциал глобального потепления)	0.45
GWP (потенциал глобального потепления за 100 лет)	1890
ПДК (предельно допустимая концентрация при вдыхании), млн-1	1000
Вес нетто в стандартном металлическом баллоне (кг)	11.3
Плотность насыщенных паров при температуре кипения, кг/м3	4
Скрытая теплота испарения при температуре кипения BTU/pound	116.7
Удельная теплоемкость жидкости при 25°С BTU/pound ° F	0.44
Удельная теплоемкость паров при 1 атм. BTU/pound °F	0.17

Монтаж оборудования на R410a

При установке оборудования на R410A необходимо придерживаться следующих основных рекомендаций (аналогичных для R407C):

• не допускать попадания загрязнений в гидравлический контур;

• при пайке трубопроводов они должны быть заполнены инертным или слабовзаимодействующим газом, например, азотом с низким содержанием влаги;

• особенно тщательно производить вакуумирование;

• дозаправку хладагента осуществлять исключительно в жидкой фазе.

Приведем несколько рекомендаций по выполнению вакуумирования, направленного на полное удаление из контура воздуха и влаги. Для того чтобы перевести воду из жидкого в газообразное состояние без нагревания, потребуется уменьшить давление в контуре. Чем ниже температура контура (наружного воздуха), тем меньше давление, при котором начнется испарение воды.

Давление испарения воды при различных температурах воздуха:

Температура, °C	Давление, Мбар
15	9
10	12
15	17
20	23
25	42

Следовательно, при вакуумировании остаточное давление в контуре должно быть таким, чтобы температура испарения для этого давления была ниже температуры наружного воздуха

Особое внимание следует уделить выбору инструмента. Вакуумный насос может быть как одно-, так и двухступенчатым, но производительность его должна быть не ниже 4–8 м3/ч для систем холодопроизводительностью до 11 кВт и 8–15 м3/ч для более мощных систем

Преимущество двухступенчатых насосов заключается в возможности достижения более низкого остаточного давления. Для предотвращения попадания минерального масла из насоса в контур холодильной установки он должен быть оснащен специальным клапаном. Манометрический коллектор должен быть предназначен для R410A, т.е. иметь шкалу давление/температура соответствующую этому хладагенту, а также увеличенные диаметры портов для подключения гибких шлангов (ввиду существенных различий термодинамических характеристик R410A и R22, R407C).

Очень важно, что измерение глубины вакуума с помощью манометра низкого давления (до 17 бар) на манометрическом коллекторе недопустимо, поскольку не обеспечивает достаточной точности. Необходим специальный манометр для измерения вакуума, только с его помощью можно правильно измерить остаточное давление и убедиться в отсутствии влаги в контуре

В целом, если вы следуете этим несложным рекомендациям и работаете профессиональным инструментом, применяя его по назначению, то установка и сервисное обслуживание оборудования на R410A не вызовут сложностей, а пользователи смогут оценить надежность и высокую энергетическую эффективность новых систем кондиционирования.

Взаимодействие R410a с другими материалами

Имеется совместимость с применяемыми обычно в холодильном машиностроении металлами, такими как сталь, медь, алюминий и латунь. Отказаться следует только от цинка, свинца, магния и сплавов алюминия с содержанием магния более 2 % массы.

Лишь незначительное набухание происходит при воздействии R410a на следующие пластмассы или эластомеры: полиамид (PA), фенольная смола, политетрафторэтилен (PTFE), полиацетал (POM), хлорпренкаучук (CR) и гидрированный акрилнитрил-бутадиенкаучук (HNBR). Так как при отдельных пласмассах и эластомерах могут иметься различные формулировки, то мы рекомендуем в каждом случае перед применением провести испытания. Здесь также необходимо учесть возможное влияние смазочного вещества. Типы фторкаучука (FKM) не рекомендуются.

Характеристики R410a на линии насыщения

Темпе-ратура, C	Насыщенная жидкость	Насыщенный пар
Давление насы-щения, 105 Па	Плотность, кг/м3	Удельная энтальпия, кДж/кг	Удельная энтропия, кДж/(кг*К)	Давление насы-щения, 105 Па	Плот-ность, кг/м3	Удельная энтальпия, кДж/кг	Удельная энтропия, кДж/(кг*К)	Удельная теплота парообра-зования, кДж/кг
-50	1,123	1339,761	131,4	0,726	1,122	4,526	401,5	1,936	270,1
-45	1,417	1325,036	137,8	0,754	1,415	5,616	404,6	1,924	266,8
-40	1,770	1309,941	144,2	0,782	1,767	6,909	407,5	1,913	263,4
-35	2,191	1294,45	150,7	0,809	2,187	8,435	410,5	1,902	259,8
-30	2,689	1278,534	157,3	0,837	2,683	10,224	413,3	1,891	256,0
-25	3,273	1262,162	164,0	0,864	3,265	12,312	416,1	1,882	252,0
-20	3,954	1245,297	170,9	0,891	3,944	14,738	418,8	1,872	247,8
-15	4,743	1227,897	177,9	0,918	4,730	17,546	421,3	1,863	243,4
-10	5,651	1209,914	185,1	0,945	5,635	20,785	423,8	1,854	238,7
-5	6,690	1191,292	192,5	0,973	6,670	24,511	426,1	1,846	233,6
7,872	1171,968	200,0	1,000	7,849	28,79	428,3	1,837	228,3
5	9,211	1151,863	207,7	1,028	9,184	33,696	430,2	1,829	222,5
10	10,719	1130,887	215,7	1,055	10,688	39,317	432,0	1,821	216,3
15	12,410	1108,928	223,9	1,084	12,375	45,759	433,6	1,812	209,6
20	14,299	1085,849	232,5	1,112	14,260	53,149	434,8	1,803	202,4
25	16,399	1061,481	241,3	1,141	16,357	61,643	435,8	1,794	194,5
30	18,725	1035,603	250,5	1,171	18,681	71,44	436,4	1,785	185,9
35	21,293	1007,926	260,2	1,202	21,247	82,798	436,6	1,774	176,4
40	24,116	978,057	270,4	1,233	24,070	96,062	436,2	1,763	165,9
45	27,211	945,435	281,2	1,266	27,165	111,722	435,2	1,750	154,0
50	30,592	909,218	292,8	1,301	30,549	130,504	433,4	1,736	140,6

Фреон R22 (запрещен к использованию)

22-й — производный метана СН4. В нём два атома водорода заменены фтором и один — хлором. Химическое наименование – дифторхлорметан. Теплофизические параметры — близкие с пропаном. Теплота испарения 1 кг 22-го хладона приблизительно вдвое ниже, чем у пропана, но и плотность пара вдвое выше. Так, что при небольшой перенастройке системы получается паритет.

Он не горюч, не ядовит, не способен поддерживать дыхание. Тяжелее воздуха, поэтому при больших объёмах утечки может заполнить помещение компрессорной и вызвать удушье из-за недостаточного количества кислорода. Опасность ликвидируется простым проветриванием.

Недостаток у нашего хладона заключается в наличии в составе Cl. Он, как оказалось, способствует разрушению озонового слоя в атмосфере Земли. В связи с вновь открывшимся обстоятельством эксплуатация хлорсодержащих хладагентов была запрещена или ограничена. Так 22-й фреон должен быть полностью исключён состава рабочих тел холодильников, чиллеров после 2020 года.

В связи с этими запретами пришлось разрабатывать новые хладагенты, не содержащие хлора и не оказывающие разрушительного воздействия на окружающую среду. Но наряду с очередными разработками необходимо было учитывать огромный парк действующего оборудования. Поэтому, ещё одним требованием, предъявляемым к новым хладонам, была возможность использования в существующих холодильных агрегатах.

Подобрать адекватную однокомпонентную замену 22 фреону не удалось. Решение возникшей задачи было найдено с применением смеси хладагентов.

История происхождения

В 1989 году был подписан Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Под него попадали такие хладагенты как R22 и R13B, как озоноразрушающие (из-за присутствия в их составе хлора). Для их замены был разработан новый фреон R-410A.

Изначально его использовали для замены устаревших хладагентов (если позволяли характеристики систем). Впоследствии было разработано оборудование, которое могло работать на хладагенте r410a, но не на r22 или r13b. Оно отличалось компактностью и низким энергопотреблением.

За счет этого новые модели стали пользоваться популярностью, хоть и были несколько дороже. Когда производители хладагентов снизили стоимость нового вида фреона, на него перешли изготовители бытовой и коммерческой холодильной и кондиционерной техники. Сейчас хладагент в некоторых сферах используется чаще аналогов, таких как r134a, r404a, r600a, r407c и r507.

После разработки хладагента, многие производители начали патентовать собственные торговые марки. Сейчас полноценными аналогами R410a являются:

• SUVA 9100;
• AZ 20;
• Forane 410a;
• Solkane 410.

Торговая марка Genetron AZ 20 — полный аналог R410a

Область применения

Согласно Significant New Alternatives Policy (SNAP) Program (Программе политики существенно новых альтернатив), хладагент 410a можно применять в:

1. Домашних и коммерческих легких холодильных установках;
2. Промышленных холодильных процессах;
3. Домашнем и коммерческом кондиционировании воздуха;
4. Промышленном кондиционировании воздуха;
5. Системах холодильных складов;
6. Системах ледяных катков;
7. Холодильных автоматах;
8. Торговых пищевых холодильных автоматах;
9. Перевозках с охлаждением.

Большая часть среднетемпературного и низкотемпературного холодильного оборудования использует фреон r410a. Его технические характеристики позволяют существенно уменьшить установки.

Фреон R410A часто используют в:

• Холодильниках;
• Кондиционерах;
• Морозильных камерах;
• Холодильных и морозильных ларях;
• Тепловых насосах.

Правила вакуумирования под заправку фреона R410a

Лучше всего использовать двухступенчатый вакуумный насос с обратным клапаном. Перед заправкой необходимо удалить остатки влаги.

Чтобы удалить капли воды со стенок системы, нужно ее испарить. Для этого необходимо понизить давление в системе ниже точки кипения. Давление, при котором вскипает вода зависит от температуры следующим образом:

Температура, °С	Давление, Па
5	900
10	1200
15	1700
20	2300
25	4200

Когда давление опустилось ниже указанного значения, продолжайте вакуумировать контур на протяжении 10-15 минут. После этого на один час нужно оставить систему под вакуумом.

Двухступенчатый вакуумный насос

Преимущества и недостатки R-410A

Хотя и говорят, что фреон R-410A приходит на смену R-22, это не следует понимать буквально: физические и теплотехнические свойства фреонов совершенно различны, поэтому систему, рассчитанную на R-22, нельзя заправлять фреоном R-410A: система должна быть изначально спроектирована под фреон R-410A. Этим он отличается от фреонов R422D и R-407C, которые специально предназначены для замены R-22 в старых системах. Давление в контуре при рабочих температурах существенно выше (так, при температуре 43°С R22 имеет давление насыщенного пара 15,8 атм, а R410A—около 26 атм.), поэтому более высокие требования предъявляются к герметичности, медные трубки конденсатора и испарителя должны быть более прочными, отсюда большая масса меди и более высокая цена. Ещё одним минусом R-410A является несовместимость с минеральным маслом. Если R22 растворяется в любом минеральном масле, то для фреона R410a нужно специальное полиэфирное масло, которое намного дороже, а кроме того, требует более аккуратной заправки (оно очень активно поглощает влагу, теряя свои свойства).
С другой стороны, R-410A обладает высокой удельной хладопроизодительностью (в полтора раза выше чем R-407C и R22, в два раза выше чем R-134A, что позволяет использовать компрессор с меньшей объёмной производительностью.

Характеристики фреона R410a на линии насыщения

Насыщенная жидкость

Температура	Давление	Плотность	Энтальпия	Энтропия
° С	насыщения, МПа	кг/м3	кДж/кг	кДж/(кг*К)
-50	1.123	1339.761	131.4	0.726
-45	1.417	1325.036	137.8	0.754
-40	1.77	1309.941	144.2	0.782
-35	2.191	1294.45	150.7	0.809
-30	2.689	1278.534	157.3	0.837
-25	3.273	1262.162	164	0.864
-20	3.954	1245.297	170.9	0.891
-15	4.743	1227.897	177.9	0.918
-10	5.651	1209.914	185.1	0.945
-5	6.69	1191.292	192.5	0.973
	7.872	1171.968	200	1
5	9.211	1151.863	207.7	1.028
10	10.719	1130.887	215.7	1.055
15	12.41	1108.928	223.9	1.084
20	14.299	1085.849	232.5	1.112
25	16.399	1061.481	241.3	1.141
30	18.725	1035.603	250.5	1.171
35	21.293	1007.926	260.2	1.202
40	24.116	978.057	270.4	1.233
45	27.211	945.435	281.2	1.266
50	30.592	909.218	292.8	1.301

Насыщенный пар

Температура	Давление	Плотность	Энтальпия	Энтропия	Теплота
° С	насыщения, МПа	кг/м3	кДж/кг	кДж/(кг*К)	парообразования, кДж/кг
-50	1.122	4.526	401.5	1.936	270.1
-45	1.415	5.616	404.6	1.924	266.8
-40	1.767	6.909	407.5	1.913	263.4
-35	2.187	8.435	410.5	1.902	259.8
-30	2.683	10.224	413.3	1.891	256
-25	3.265	12.312	416.1	1.882	252
-20	3.944	14.738	418.8	1.872	247.8
-15	4.73	17.546	421.3	1.863	243.4
-10	5.635	20.785	423.8	1.854	238.7
-5	6.67	24.511	426.1	1.846	233.6
	7.849	28.79	428.3	1.837	228.3
5	9.184	33.696	430.2	1.829	222.5
10	10.688	39.317	432	1.821	216.3
15	12.375	45.759	433.6	1.812	209.6
20	14.26	53.149	434.8	1.803	202.4
25	16.357	61.643	435.8	1.794	194.5
30	18.681	71.44	436.4	1.785	185.9
35	21.247	82.798	436.6	1.774	176.4
40	24.07	96.062	436.2	1.763	165.9
45	27.165	111.722	435.2	1.75	154
50	30.549	130.504	433.4	1.736	140.6

Температура кипения фреона 410

Температура, ° С	Давление	Температура, ° С	Давление
+50	29.5	-10	4.72
+45	26.2	-15	3.85
+40	22.9	-20	2.98
+35	19.78	-25	2.35
+30	16.65	-30	1.71
+25	15	-35	1.22
+20	13.35	-40	0.73
+15	11.56	-45	0.25
+10	9.76	-50	0.08
+5	8.37	-55	-0.22
	6.98	-60	-0.36
-5	5.85	-65	-0.51

Отличия R22 и R410a

По сравнению с фреоном r22, хладагент r410a имеет ряд преимуществ и недостатков. Они обусловлены его техническими характеристиками, физическими свойствами и сложностью производства.

Фреон r22:

• Имеет низкую стоимость;
• К 2020 году должен быть выведен из оборота странами, ратифицировавшими Монреальский протокол;
• Является однокомпонентным, в случае утечки возможна дозаправка независимо от количества потерянного хладагента;
• Не сложен в производстве, благодаря чему есть много производителей по всему миру.

Фреон r410a:

• Дороже хладагента R-22;
• Не токсичен, пожаробезопасен;
• Двухкомпонентный, в случае утечки большого количества из системы, ее нужно очистить от остатков и заправлять заново;
• Не разрушает озоновый слой;
• Имеет более высокие рабочие давления, оборудование должно быть более прочным. Оно дорогое, но надежное.

Отдельно стоит сказать про влияние на париковый эффект. Потенциал глобального потепления у хладагента r410a на 32,3% больше, чем у r22. Но если все оборудование полностью перейдет на него, то получится интересный эффект.

Так как хладопроизводительность фреона r410a лучше, его нужно меньше. Было подсчитано, что при переводе системы с 22-го хладагента на 410-ый, ее влияние на парниковый эффект уменьшалось в среднем на 11-13%. С точки зрения экологии, R22 проигрывает.

Что касается энергоэффективности, хладагент 410а лучше 22-го. Как показало исследование, опубликованное в International Journal of Engineering Research & Technology (Международный журнал инженерных исследований и технологий), разница составляет около 5-10% (см. рис).

Результаты исследования энергоэффективности хладагентов r410a, r22 и r404a

Выводы:

Сопоставив все приведённые сведение, взвесив за и против, можно дать следующие рекомендации:

— Если оборудование рассчитано на 22 фреон следует пользоваться именно им до тех пор, пока есть возможность его приобретения за разумную цену, и нет окончательного запрета на применение.

— При приобретении новых рефрижераторных агрегатов, проектировании холодильного производства или хранилища надо произвести тщательный технико-экономический расчёт. Учесть требуемые режимы и холодопроизводительность, стоимость оборудования и его эксплуатации. Также учесть близость 2020 года с полным запретом хлорсодержащих хладонов.

И только после полного анализа всех факторов делать вывод о применении оборудование, предназначенного для того или иного фреона.