Оценка горючих хладагентов с низким ПГП

Одним из наиболее обсуждаемых вопросов в климатической индустрии остается распространение хладагентов с низким потенциалом глобального потепления (ПГП). Следует понимать, что низкое значение ПГП само по себе еще не означает, что хладагент безвреден для окружающей среды. Если в результате использования хладагента с низким ПГП система становится неэффективной, то есть увеличивается количество потребляемой энергии (в виде электричества или тепла от сжигания ископаемого топлива), то природа может пострадать сильнее, чем при использовании более эффективного вещества с высоким ПГП. Кроме того, следует учитывать и такие свойства хладагентов, как токсичность, горючесть и взрывоопасность.

Наиболее приемлемым подходом был бы выбор хладагента на основании такой характеристики, как LCCP (Life Cycle Climate Performance — климатическое воздействие на протяжении жизненного цикла), которая учитывает воздействие на климат, производимое хладагентом на каждом этапе жизненного цикла, начиная от производства и заканчивая утилизацией.

Регламент по фторсодержащим газам и новые хладагенты

В апреле 2014 года в Европейском союзе был принят новый Регламент по фторсодержащим газам, который предписывает к 2030 году снизить потребление гидрофторуглеродов (ГФУ) до 21% от уровня 2012 года (то есть сократить на 79%). Нормативы, запрещающие использование ГФУ с высоким ПГП, приняты и за пределами ЕС, в частности — в США и Японии.

Это означает, что климатической индустрии нужно срочно переходить к использованию хладагентов с низким ПГП и нулевым озоноразрушающим потенциалом (ОРП). Основными кандидатами, удовлетворяющими этим требованиям, признаны гидрофторолефины (ГФО) R1234yf и R1234ze (E), а также ГФУ R32.

Бытовые кондиционеры воздуха на R32 дебютировали на рынке Японии в 2012 году. В 2013 году пять ведущих японских производителей климатического оборудования выпустили линейки бытовых систем кондиционирования на R32. В 2014 году Daikin представила первый кондиционер коммерческого назначения, использующий новый хладагент. R32 имеет ПГП, равный 675, что в три раза меньше, чем ПГП R410A, наиболее часто используемого в современных бытовых кондиционерах.

В апреле 2014 года компания Asahi Glass Company (AGC) сообщила о разработке хладагента с ПГП менее 350 в ходе совместного проекта, субсидируемого Организацией по развитию новой энергетики и промышленных технологий (NEDO). Основным компонентом смесевого хладагента, получившего название «Amolea», стал ГФО-1123. По заявлениям AGC, Amolea прошел испытания на горючесть и токсичность. Компания планирует приступить к массовому производству нового хладагента в 2016 году после завершения рабочих испытаний, в ходе которых Amolea будет заправляться в действующие кондиционеры различных производителей. AGC также продолжает поиски оптимального состава добавок к ГФО-1123 для достижения максимальной термодинамической эффективности.

Смеси на основе гидрофторолефинов

По заявлениям производителей, смеси гидрофторолефинов R1234yf и R1234ze (E) имеют ПГП меньше 1. Это объясняется тем, что смеси очень быстро разлагаются, попав в атмосферу. Недостатком этих хладагентов является их воспламеняемость. В частности, именно риск возгорания стал причиной возражения европейских общественных организаций против использования ГФО в автомобильных кондиционерах.

Директива ЕС об автомобильных кондиционерах (MAC) предписывает использование в новых автомобилях хладагентов с ПГП ниже 150. Тем не менее, ряд автопроизводителей продолжают заправлять кондиционеры сходящих с конвейера машин хладагентом R-134a, ПГП которого составляет 1300~1430, ссылаясь на риск образования ядовитого газа при возгорании, выявленный в ходе их собственных испытаний. Речь идет о фторводороде (HF), который выделяется и при горении R134a, однако по оценкам автопроизводителей, при горении ГФО образуется больше ядовитого газа.

Тем не менее испытания, проведенные SAE International, показали, что R1234yf безопасен для человека.

Американское общество инженеров по отоплению, холоду и воздушному кондиционированию (ASHRAE) выделило слабовоспламеняемые хладагенты, такие как R1234yf, R1234ze (E) и R32, в отдельный класс по степени опасности — A2L. В рамках проекта технологической разработки систем кондиционирования без использования фтора, реализуемого NEDO, Японское общество инженеров по холоду и воздушному кондиционированию (JSRAE) сформировало Комиссию по оценке риска использования слабовоспламеняемых хладагентов. Работа комиссии сопровождается активным обсуждением свойств веществ класса A2L, их поведения в случае утечки, вероятности воспламенения и взрыва, а также прочих рисков.

Компании Honeywell и DuPont также объявили о разработке хладагентов с низким ПГП, представляющих собой смеси на основе ГФО, однако пока нельзя говорить о каком-то едином веществе, одинаково хорошо подходящем для всех областей применения. Для использования в кондиционерах, центробежных чиллерах и системах низкотемпературного охлаждения наилучшим образом подходят разные хладагенты с низким ПГП.

Выпущенная Honeywell смесь Solstice L-41 с ПГП равным 461 предназначена для замены R410A в системах кондиционирования. L-41 представляет собой смесь R32, R1234ze (E) и бутана в пропорции соответственно 68% на 29% на 3%. Коэффициент производительности (COP) L-41 на 2% больше, чем у R410A, однако для достижения той же мощности, компрессоры систем на L-41 должны иметь больший размер, чем компрессоры, использующие R410A.

Показатель климатического воздействия на протяжении жизненного цикла (LCCP) у L-41 в среднем на 2–3% меньше, чем у R410A. При этом, по оценке Honeywell, в таких странах, как Франция и Германия, где при выработке электроэнергии в атмосферу выбрасывается меньшее количество диоксида углерода, LCCP L-41 меньше, чем у R410A, на 20–30%.

Компания DuPont, в свою очередь, разработала хладагент HFO-1336mzz с ПГП менее 10, который может использоваться в качестве замены ГХФУ R123, применяющегося в центробежных чиллерах.

Также в качестве замены R123 и R245fa может использоваться хладагент Solstice 1233zd — негорючее вещество с ПГП равным 1.

Оценка рисков

В Японии риски использования слабовоспламеняемых хладагентов изучаются уже несколько лет. Закон о безопасности газов, находящихся под давлением, жестко регламентирует обращение с горючими газами. При этом в японском законе нет понятия «слабовоспламеняемый», соответственно, в нем нет особых оговорок относительно веществ, относящихся по стандартам ASHRAE к классу опасности A2L. Соответственно закон требует скорейшего пересмотра.

Слабовоспламеняемые вещества, такие как R32, сегодня все шире применяются в Японии как хладагенты для систем кондиционирования. Для оценки риска созданы рабочие группы под эгидой JSRAE и Японской ассоциации индустрии холода и кондиционирования (JRAIA).

Правила использования материалов сайта