Разработка систем кондиционирования с безвредным хладагентом CO2

Влияние синтетических веществ на атмосферу Земли создает все больше экологических проблем. Главным образом, это синтетические хладагенты, особенно когда они попадают в окружающую среду, во время технического обслуживания или в результате негерметичности системы кондиционирования. Замена искусственных хладогентов, что используются в наше время на естественный хладагент – двуокись углерода, предоставляет больше преимуществ и возможностей в сфере холодильного оборудования. Как известно, негативное влияние FKW- хладагента R134a на парниковый эффект в 1300 раз больше, чем влияние двуокиси углерода.

Сначала не было возможности использовать CO2 в качестве хладагента в холодильной технике, потому что рабочее давление таких систем должно было составлять около 250 Бар. Для этого необходимо было создать принципиально новые виды оборудования и масла. Разработка кондиционера с высоким рабочим давлением способствовала применению хладагента CO2 также и в сверхкритической зоне давления (больше 73 бар). Это, так называемый, транскритический режим работы. Он открывает новую мощность и эффективность в условиях эксплуатации холодильного оборудования при температуре окружающей среды до 50°C. Следствием транскритического режима работы является не жидкая фаза хладагента со стороны высокого давления, а лишь сверхкритический газ. Это требовало другого системного подхода. Новая конструкция основных компонентов хладагента меньше по размерам, что облегчает ее применение в транспортных средствах. С другой стороны, холодильная установка из CO2 ставит высокие требования к клапанам, компрессорам и испарителям, которые используются в данных системах. В противовес традиционным кондиционерам установка из транскритическим CO2 может иметь также опцию обогрева за счет рециркуляции (тепловая помпа). Двуокись углерода имеет наибольший потенциал мощности обогрева среди всех хладагентов, который готов к использованию в наибольшей температурной зоне испарения от +20°C до –55°C. На сегодняшний день на такое не способен ни один другой хладагент.

Готовые разработки от Konvekta

Новые разработки кондиционеров и холодильных установок, работающих на двуокиси углерода, были представлены компанией Konvekta на международных выставках в немецком Ганновере IAA 1994 и IAA 1998 в качестве первых установок в мире, а несколько лет тому назад, они прошли успешное тестирование в транспортных средствах. С лета 1996 года в городе Bad Hersfeld успешно эксплуатируются два маршрутных автобуса с кондиционером на CO2 и три в Сингапуре. Эти автобусы оборудованы мобильной измерительной техникой для того, чтобы можно было параллельно сравнить работу с установкой работающей из хладагентом R134a. Семилетний опыт эксплуатации показал хорошую адаптацию CO2 в качестве хладагента. На основе этого опыта Konvekta планирует создать серийный выпуск установок из CO2. С августа 2002 в сети супермаркетов ALDI используется первая холодильная установка с компрессионным контуром CO2. Также на выставке в Ганновере посетителям был представлен VW Caddy с вмонтированной холодильной установкой работающей на СО2 и VW Crafter с двухкамерной системой охлаждения продукции. В первом отсеке поддерживалась температура 0*С при приводе от двигателя микроавтобуса, а во втором, поддерживалась температура -20*С и в качестве привода использовался герметичный электрический компрессор с питанием от бортовой сети автомобиля.

Баланс окружающей среды

Как только в 80-х годах было установлено, что хладагент FCKW общего применения разрушает озоновый слой атмосферы, Konvekta ускорила разработки кондиционеров на более «миролюбивом» хладагенте. Результатом этих разработок, стало то, что в конце 1989 по всей Европе вышла продукция первых кондиционеров на FKW, которые не содержат хлор. До 1992 года выпуска все автокондиционеры были переведены на использование хладагента R134a. Этот хладагент и сегодня применяется во всем мире. Но очень скоро стало известно, что данный хладагент имеет чрезвычайно высокий парниковый потенциал. За основу парникового потенциала принято считать двуокись углерода с фактором 1. Хладагент R134a, который используется во всем мире, имеет фактор 1.300. Таким образом, данный хладагент является синтетически выработанным газом, для которого свойственно замедленное действие вредного влияния на окружающую среду. Известны исследования о расщеплении данного хладагента в атмосфере на трифтор-уксусную кислоту (TFE) и фтористоводородную кислоту (HF). Едкое действие TFE не расщепляется или плохо расщепляется, а HF высокотоксичный и является возбудителем раковых клеток. Именно поэтому Konvekta решила, что нужно заменить хладагент R134a, который используется в наше время и является вредным для окружающей среды. 

Специалисты отдела развития систематически исследовали 25 возможных хладагентов, для того чтобы найти такой хладагент, который будет нормально усваиваться в атмосфере. Результатом таких критериев стала двуокись углерода (CO2), природный газ, что существует в атмосфере и именно поэтому, является абсолютно безвредным. Исходя из этого, диоксид углерода является продуктом отходов при производстве технических газов, за счет чего доступный по всему миру за более низкую цену. Для применения данного хладагента нужно было сначала провести многочисленные исследования. Они показали, что CO2 имеет рабочее давление в кондиционере или холодильной установке, что есть пяти- и шестикратным по отношению к давлению в хладагенте на сегодняшний день. Это стало причиной для реконструкции и обновлению всех компонентов для применения нового хладагента.

Экологические достижения

За огромный вклад в развитие безвредных технологий, Konvekta получила в 1999 году отдельную награду технологического института г. Гессен, а в 2000 году Федеральный союз Немецкой промышленности (BDI) в рамках Европейского конкурса «За лучший вклад в развитие экологии планеты» выдал Konvekta вторую награду за создание новых экологических технологий, а в Европейской комиссии, Konvekta получила награду „The Technology Award for Sustainable Development“. Кроме этого, эта разработка привела к тому, что компания была представлена как один из мировых проектов на выставке «Expo 2000». Учитывая обязательство Европейского Союза уменьшить выбросы парниковых газов на 8%, CO2 приобретает актуальное значение в качестве хладагента. Замена R134a на CO2 может сократить выбросы парниковых газов в соответствующей отрасли промышленности, не создавая угрозы для человеческих жизней.