Основные свойства хладагентов

Холодильный агент (хладагент) – это рабочее вещество, с помо­щью которого в холодильной машине совершается обратный круговой процесс, или цикл.

В парокомпрессионной холодильной машине хладагент кипит при низкой температуре в испарителе, поглощает теплоту из охлаждаемой среды (воздуха в камере или жидкого хладоносителя) и отдает ее в кон­денсаторе охлаждающей среде (воде или окружающему воздуху), пре­вращаясь из парообразного состояния в жидкое.

В качестве хладагентов используют вещества, обладающие особы­ми термодинамическими, физико-химическими и физиологическими свойствами, которые должны обеспечивать безопасную и экономичную (с малыми энергозатратами) эксплуатацию холодильной машины.

Термодинамические свойства характеризуют хладагент с точки зре­ния энергетической эффективности его использования, то есть обеспечения минимального расхода энергии на единицу холодопроизводительности.

Величиной, представляющей отношение полученной холодопроиз­водительности Q₀ к единице затраченной мощности N, является холодильный коэффициент Обычно эту величину используют в холодильной технике как характеристику энергетической эффективности холодильной машины.

Наиболее важным свойством хладагента, влияющим на холодопроизводительность и холодильный коэффициент, является скрытая теплота парообразования r, кДж/кг. Если высокое значение г сочетается с низким удельным объемом пара v, м3/кг, то при малом расходе энергии будет требоваться также меньшая объемная производительность компрессора.

Важнейшими эксплуатационными характеристиками являются давление и соответствующая им температура насыщения при кипении и конденсации хладагента.

Принятые обозначения: Р₀ и t₀ – давление и температура кипения, Р_к и t_к – давление и температура конденсации.

При эксплуатации холодильной машины желательно, чтобы Р₀ бы­ло выше атмосферного. В этом случае исключается возможность попа­дания в систему машины воздуха из окружающей среды.

От величины разности давлений (Р_к – Р₀) зависит толщина стенок сосудов (конденсаторов, ресиверов и др.), а следовательно, и металло­емкость машины.

Важно также и отношение этих величин Р_к/Р₀, которое называют иногда «степень сжатия». Более правильно его называть «степень по­вышения давления».

Желательно, чтобы эта величина была малой, так как с ее увеличе­нием растет расход энергии, падает холодопроизводительность машины и ухудшаются объемные и энергетические характеристики компрессора.

Крайне желательна низкая (адиабатная) температура конца сжатия пара в компрессоре. От ее значения зависят нагрев компрессора, надеж­ность работы нагнетательных клапанов и возможный срок работы без ремонта. Во многом ее значение определяет конструкцию компрессора: необходимость устройства охлаждающей рубашки, использование встроенного электродвигателя и др.

Температура замерзания хладагента t₃ – это тот нижний предел, ко­торый ограничивает возможность использования данного хладагента.

Критические температура t_кр и давление P_кр указывают верхний предел области, в которой хладагент может быть в жидком состоянии. Выше критических параметров хладагент находится в газообразном состоянии, когда невозможны процессы кипения и конденсации.

Теплофизические свойства хладагентов также очень важны для конструирования и правильной эксплуатации холодильных машин. Плотность хладагента r кг/м³ влияет на затраты энергии при его циркуляции в трубопроводах и на преодоление сопротивления в клапанах. Величина коэффициента теплопроводности хладагента λ, Вт/м ×К влияет на теплоотдачу хладагента при его конденсации и кипении в ап­паратах.

Динамическая вязкость μ, Па·с также влияет на затрату энергии в клапанах компрессора.

К основным физико-химическим свойствам хладагентов относят их электропроводность, растворимость в воде и масле и воздействие на конструкционные материалы. Аммиак хорошо растворяется в воде и практически нерастворим в масле. Фреоны – наоборот: хорошо раство­ряют масло, но нерастворимы в воде и не проводят электрический ток. Исключительную значимость для безопасной эксплуатации холодильных установок имеют токсичность и пожаро-взрывоопасность хладаген­тов. Эти свойства иногда называют физиологическими.

Токсичность – это относительное свойство, которое проявляется, если создается опасная степень концентрации хладагента в воздухе. Все хладагенты токсичны: при достаточно высокой концентрации в поме­щении они вытесняют воздух и вызывают удушье.

Оценивают токсичность коэффициентом токсичной опасности

(2.1)

где – плотность паров хладагента при 20⁰С, а ПДК – предельно допусти­мая концентрация хладагента в воздухе, мг/м³.

Значения ПДК и К_то для ряда наиболее часто используемых хлада­гентов приведены ниже в табл. 2.1.

Таблица 2.1 - Значения ПДК и К_то