Kylmäaine - Refrigerant
Kylmäaine on työnestettä käytetään jäähdytys- kierron ja ilmastoinnin järjestelmien ja lämpöpumput useimmissa tapauksissa ne läpikäyvät toistettiin faasimuutoksen alkaen neste on kaasun ja takaisin. Kylmäaineita säännellään voimakkaasti niiden myrkyllisyyden , syttyvyyden ja CFC- ja HCFC -kylmäaineiden osuuden otsonikerrosta heikentävien ja HFC -kylmäaineiden vaikutuksen vuoksi ilmastonmuutoksen vuoksi .
Historia
Ensimmäiset ilmastointilaitteet ja jääkaapit käyttivät myrkyllisiä tai helposti syttyviä kaasuja, kuten ammoniakkia , rikkidioksidia , metyylikloridia tai propaania , jotka voivat johtaa kuolemaan johtaviin onnettomuuksiin niiden vuotamisen yhteydessä.
Vuonna 1928 Thomas Midgley Jr. loi ensimmäisen palamattoman, myrkyttömän kloorifluorihiilikaasun Freonin (R-12). Nimi on tavaramerkki nimi omistama DuPont (nyt Chemours ) mistään kloorifluorihiiliponneaineet (CFC), kloorifluorihiilivety- (HCFC) tai fluorihiilivety (HFC) kylmäaine. Parempien synteesimenetelmien löytämisen jälkeen CFC: t, kuten R-11 , R-12 , R-123 ja R-502, hallitsivat markkinoita.
CFC -yhdisteiden poistaminen käytöstä vaiheittain
1980-luvun alussa tutkijat havaitsivat, että CFC-yhdisteet aiheuttavat suuria vahinkoja otsonikerrokselle, joka suojaa maata ultraviolettisäteilyltä ja otsonireikiltä napa-alueilla. Tämä johti Montrealin pöytäkirjan allekirjoittamiseen vuonna 1989, jonka tarkoituksena oli lopettaa CFC-yhdisteiden ja HCFC-yhdisteiden poistaminen käytöstä asteittain, mutta joissa ei käsitelty HFC-yhdisteiden vaikutusta ilmastonmuutokseen. HCFC-yhdisteiden, kuten R-22 ja R-123, käyttöönotto nopeutui, joten niitä käytettiin useimmissa Yhdysvaltain kodeissa ilmastointilaitteissa ja jäähdyttimissä 1980-luvulta lähtien, koska niillä on dramaattisesti pienempi otsonikerrosta heikentävä vaikutus (ODP) kuin CFC-yhdisteillä, mutta ODP ei edelleenkään ollut nolla, mikä johti niiden lopulliseen lopettamiseen.
Hydrofluorihiilivetyjä (HFC-yhdisteitä), kuten R-134a , R- 143a , R-407a , R-407c , R-404a ja R-410a (50/50 sekoitus R-125 / R-32 ) mainostettiin korvaamaan CFC-yhdisteitä ja HCFC -yhdisteitä 1990- ja 2000 -luvuilla. HFC eivät heikentävät otsonikerrosta mutta ei ole kasvihuonevaikutus (kaasut säilyvät) tuhansia kertoja suurempi kuin CO 2 kanssa ilmakehässä, joka voi ulottua vuosikymmeniä. Tämä puolestaan johti 2010 -luvulta lähtien hiilivety- ja HFO ( hydrofluoroolefin ) kylmäaineiden R-32, R-290, R-600a, R-454b, R-1234yf , R-514A, R- 744 (CO2), R-1234ze ja R-1233zd, joiden ODP on nolla ja alempi GWP. Hiilivedyt ja CO
2 kutsutaan joskus luonnollisiksi kylmäaineiksi, koska niitä löytyy luonnosta.
Ympäristöjärjestö Greenpeace myönsi rahoitusta entiselle itäsaksalaiselle jääkaappiyritykselle vaihtoehtoisen otsonin ja ilmastoturvallisen kylmäaineen tutkimiseksi vuonna 1992. Yhtiö kehitti isopentaanin ja isobutaanin hiilivetyseoksen , mutta Greenpeacen kanssa tehdyn sopimuksen ehtona ei voinut patentoida teknologia, mikä johti sen laajaan käyttöönottoon muissa yrityksissä. Yritysten johtajien politiikka ja poliittinen vaikutus vastustivat kuitenkin muutosta, ja DuPont yhdessä muiden yritysten kanssa esti kylmäaineen Yhdysvalloissa Yhdysvaltain talouskumppanuussopimuksella.
Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto rajoitti 14. marraskuuta 1994 alkaen kylmäaineiden myynnin, hallussapidon ja käytön vain luvan saaneille teknikolle puhtaan ilman lain 608 ja 609 §: n sääntöjen mukaisesti. Vuonna 1995 Saksa teki CFC -jääkaapista laittoman.
Vuonna 1996 perustettiin Eurammon , eurooppalainen voittoa tavoittelematon aloite luonnollisista kylmäaineista , ja se koostuu eurooppalaisista yrityksistä, laitoksista ja alan asiantuntijoista.
Vuonna 1997 FC ja HFC sisällytettiin ilmastonmuutosta koskevan puitesopimuksen Kioton pöytäkirjaan .
Vuonna 2000 Yhdistyneessä kuningaskunnassa tulivat voimaan otsoniasetukset, jotka kielsivät otsonia heikentävien HCFC-kylmäaineiden, kuten R22, käytön uusissa järjestelmissä. Asetuksessa kiellettiin R22: n käyttö "täyttönesteenä" ylläpitoon vuodesta 2010 alkaen neitsytnesteen ja vuodesta 2015 kierrätetyn nesteen osalta.
Kasvihuonekaasujen käsittely
Kasvava kiinnostus luonnollisiin kylmäaineisiin vaihtoehtona synteettisille kylmäaineille, kuten CFC-, HCFC- ja HFC-yhdisteille, vuonna 2004, Greenpeace työskenteli monikansallisten yritysten, kuten Coca-Colan ja Unileverin , ja myöhemmin Pepsicon ja muiden kanssa, luodakseen yritysliiton nimeltä Kylmäaineet luonnollisesti !. Neljä vuotta myöhemmin Ben & Jerry's, Unilever ja General Electric, alkoivat ryhtyä toimiin Yhdysvaltojen tuotannon ja käytön tukemiseksi. On arvioitu, että lähes 75 prosenttia jäähdytys- ja ilmastointi -alasta on mahdollista muuttaa luonnollisiksi kylmäaineiksi.
Vuonna 2006 EU antoi asetuksen fluorattuista kasvihuonekaasuista (FC ja HFC) kannustaakseen siirtymään luonnollisiin kylmäaineisiin (kuten hiilivetyihin). Se raportoitiin vuonna 2010, ja joitakin kylmäaineita käytetään virkistyslääkkeinä , mikä johtaa erittäin vaaralliseen ilmiöön, joka tunnetaan inhalaation väärinkäytönä .
Vuodesta 2011 Euroopan unioni alkoi asteittain kylmäaineita, joiden kasvihuonevaikutuksesta (GWP) on yli 150 ajoneuvojen ilmastointijärjestelmien (GWP = 100 vuotta lämpenemiseen yhden kilogramman kaasumäärän suhteessa yhden kilogramman CO 2 ), kuten kylmäaine HFC-134a (tunnetaan nimellä R-134a Pohjois-Amerikassa), jonka GWP on 1410. Samana vuonna EPA päätti suosia otsonille ja ilmastolle turvallista kylmäainetta Yhdysvalloissa.
2018 tekemän tutkimuksen voittoa tavoittelematon järjestö " arvonlasku " laittaa oikea kylmäaineen hallintaa ja hävittämistä yläreunassa luettelon ilmastovaikutuksen ratkaisuja, joissa vastaavaa vaikutusta poistamaan yli 17 vuotta Yhdysvaltain hiilidioksidipäästöjä.
Vuonna 2019 arvioitiin, että CFC-yhdisteet, HCFC-yhdisteet ja HFC-yhdisteet aiheuttivat noin 10% suorasta säteilyn pakottamisesta kaikista pitkäikäisistä ihmisen aiheuttamista kasvihuonekaasuista. ja samana vuonna UNEP julkaisi uudet vapaaehtoiset ohjeet, mutta monet maat eivät ole vielä ratifioineet Kigalin muutosta .
Vuodesta 2020 alkaen HFC: t (mukaan lukien R-404a, R-134a ja R-410a) korvataan: asuinalueiden ilmastointijärjestelmillä, joissa käytetään R-32: ta tai R-600: ta (isobutaani); auton ilmastointijärjestelmät, joissa käytetään R-1234yf: tä ; jäähdyttimet kaupalliseen jäähdytykseen; ilmastointi käyttäen R-1234ze; ja kaupallinen jäähdytys CO: lla
2 (R-744).
Haluttuja ominaisuuksia
Ihanteellinen kylmäaine olisi: syövyttävä , myrkytön , palamaton , ilman otsonikerrosta heikentävää ja ilmaston lämpenemistä aiheuttavaa . Sen tulisi mieluiten olla luonnollista, hyvin tutkittua ja vähäisiä ympäristövaikutuksia. Sillä on myös oltava: kiehumispiste, joka on jonkin verran alle tavoitelämpötilan (vaikka kiehumispistettä voidaan säätää säätämällä painetta asianmukaisesti), korkea höyrystymislämpö , kohtalainen tiheys nestemäisessä muodossa, suhteellisen suuri tiheys kaasumaisessa muodossa (jota voidaan säätää myös asettamalla paine asianmukaisesti) ja korkea kriittinen lämpötila . Erittäin korkeita paineita tulee välttää. Uudemmat kylmäaineet käsittelevät CFC -yhdisteiden otsonikerrokselle aiheuttamaa vahinkoa ja HCFC -yhdisteiden vaikutusta ilmastonmuutokseen, mutta jotkut nostavat esiin myrkyllisyyteen ja / tai syttyvyyteen liittyviä kysymyksiä.
Esimerkkejä kylmäaineista
Joitakin yleisiä kylmäaineita ovat:
| Koodi | Kemiallinen | Tila | Kommentti | |
|---|---|---|---|---|
| R-12 | Diklooridifluorimetaani | Kielletty | Tunnetaan myös nimellä freonia, laajalti käytetty kloorifluorihiilen halogeenimetaania (CFC). Tuotanto kiellettiin kehittyneissä maissa Montrealin pöytäkirjalla vuonna 1996 ja kehitysmaissa (5 artiklan maat) vuonna 2010. | |
| R-22 | Klooridifluorimetaani | Poistetaan vaiheittain | Laajalti käytetty kloorifluorihiilivety (HCFC) ja voimakas kasvihuonekaasu , jonka GWP on 1810. Maailmanlaajuinen R-22: n tuotanto vuonna 2008 oli noin 800 Gg vuodessa, kun se oli noin 450 Gg vuodessa vuonna 1998. R-438a (MO-99 ) on R-22-korvaaja. | |
| R-717 | Ammoniakki | Sillä ei ole otsonikerrosta ja maapallon lämpenemispotentiaalia ei ole. Sitä käytetään yleisesti ennen CFC-yhdisteiden popularisointia, mutta sitä harkitaan uudelleen, mutta se kärsii myrkyllisyydestä ja vaatii korroosionkestäviä komponentteja, mikä rajoittaa sen kotitalous- ja pienkäyttöä. Vedetöntä ammoniakkia käytetään laajalti teollisissa jäähdytyssovelluksissa ja jääkiekkoradoilla sen korkean energiatehokkuuden ja alhaisten kustannusten vuoksi. | ||
| R-32 | Difluorimetaani | Sillä on erinomainen lämmönsiirto- ja painehäviökyky sekä kondensoitumisessa että höyrystyksessä. Sen 100-vuotinen ilmaston lämpenemispotentiaali (GWP) on 675-kertainen hiilidioksidiin verrattuna, ja sen ilmakehän käyttöikä on lähes 5 vuotta. käytetään tällä hetkellä asuin- ja liike- elämän ilmastointilaitteissa ja lämpöpumpuissa . | ||
| R-152a | Difluorietaani | Laajasti käytetty | Yleisesti käytetty paineilmapölynimurina. | |
| R-290 | Propaani | Edullinen, laajalti saatavilla ja tehokas. Niillä on myös nolla otsonikerrosta heikentävää potentiaalia ja hyvin alhainen ilmaston lämpenemispotentiaali. Syttyvyydestä huolimatta niitä käytetään yhä enemmän kotitalouksien jääkaapissa. Vuonna 2010 noin kolmannes kaikista maailmanlaajuisesti valmistetuista kotitalouksien jääkaapista ja pakastimista käytti isobutaania tai isobutaani/propaaniseosta, ja sen odotettiin nousevan 75 prosenttiin vuoteen 2020 mennessä. | ||
| R-407c | Difluorimetaanin ja pentafluorietaanin ja 1,1,1,2-tetrafluorietaanin seos | Laajasti käytetty | R-32: n, R-125: n ja R-134a: n seos | |
| R-410a | Difluorimetaanin ja pentafluorietaanin seos | Laajasti käytetty | R-454B: n on tarkoitus käyttää uusia ilmastointilaitteita. R-32 on tällä hetkellä käytössä uusissa ilmastointilaitteissa. | | |
| R-600a | Isobutaani | Katso R-290. | ||
| R-744 | CO 2 | Käytettiin kylmäaineena ennen CFC-yhdisteiden löytämistä (tämä pätee myös propaaniin), ja nyt se on renessanssissa, koska se ei ole otsonia tuhoava, myrkytön, palamaton ja alhainen ilmaston lämpenemispotentiaali 1. Siitä voi tulla valittava työneste nykyisten HFC -yhdisteiden korvaamiseksi autoissa, supermarketeissa ja lämpöpumpuissa . Coca -Cola on ottanut käyttöön CO 2 -pohjaisia juomien jäähdyttimiä ja Yhdysvaltain armeija harkitsee CO 2 -jäähdytystä. Koska CO 2 -järjestelmiä on käytettävä jopa 130 baarin (1900 psi; 13 000 kPa) paineissa, ne tarvitsevat erittäin kestäviä komponentteja, mutta ne on jo kehitetty massatuotantoon monilla aloilla. | ||
| HFO-1234yf | 2,3,3,3-tetrafluoripropeeni | On kasvihuonevaikutuksesta (GWP) on alle 1, verrattuna 1430 varten R-134a . GM ilmoitti aloittavansa "hydrofluoroolefiinin", HFO-1234yf , käytön kaikissa merkeissään vuoteen 2013 mennessä. | ||
| R-134a | 1,1,1,2-tetrafluorietaani | Laajasti käytetty | R-513A {HFO/HFC-seos (56% R-1234yf/44% R-134a)} voi korvata R-134a väliaikaisena vaihtoehtona | |
| R-454B | Difluorimetaani ja 2,3,3,3-tetrafluoripropeeni | R-454B on HFO-sekoitus kylmäaineita Difluorimetaani ( R-32 ) ja 2,3,3,3-tetrafluoripropeeni ( R-1234yf ). |
Kylmäaineen talteenotto ja hävittäminen
Jäähdytys- ja kylmäaineita löytyy kaikkialta teollistuneesta maailmasta, kodeista, toimistoista ja tehtaista, laitteista, kuten jääkaapista, ilmastointilaitteista, keskusilmastointijärjestelmistä (HVAC), pakastimista ja ilmankuivaimista. Kun näitä laitteita huolletaan, on olemassa vaara, että kylmäainekaasua päästetään ilmakehään joko vahingossa tai tarkoituksella, minkä vuoksi on luotava teknikoulutus- ja sertifiointiohjelmia materiaalin säilyttämisen ja turvallisen käytön varmistamiseksi. Näiden kaasujen huonon käsittelyn on osoitettu heikentävän otsonikerrosta, ja sen epäillään edistävän ilmaston lämpenemistä .
Lukuun isobutaanin ja propaanin (R600a, R441a ja R290), ammoniakkia ja CO 2 § 608 Yhdysvaltain Clean Air Act on laitonta tietoisesti vapauttamaan kaikki kylmäaineet ilmakehään.
Kylmäaineen talteenotto on prosessi käytetyn kylmäainekaasun käsittelyä varten, jota on aiemmin käytetty tietyntyyppisessä jäähdytyspiirissä siten, että se täyttää uuden kylmäainekaasun vaatimukset. Vuonna Yhdysvalloissa , The Clean Air Act of 1990 edellyttää käytettyjen kylmäaine käsitellä sertifioitu purkajan, joka on lisensoitu Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto (EPA), ja materiaali on ottaa talteen ja toimitetaan purkajan EPA -sertifioidut teknikot.
Kylmäaineiden luokittelu
Kylmäaineet voidaan jakaa kolmeen luokkaan sen mukaan, miten ne absorboivat tai poistavat lämpöä jäähdytettävistä aineista:
- Luokka 1: Tähän luokkaan kuuluvat kylmäaineet, jotka jäähtyvät faasimuutoksella (tyypillisesti kiehuva) käyttämällä kylmäaineen piilevää lämpöä .
- Luokka 2: Nämä kylmäaineet jäähtyvät lämpötilan muutoksen tai " järkevän lämmön " vuoksi, lämmön määrä on ominaislämpökapasiteetti x lämpötilan muutos. Ne ovat ilmaa, kalsiumkloridiliuosta, natriumkloridiliuosta, alkoholia ja vastaavia jäätymättömiä liuoksia. Luokan 2 kylmäaineiden tarkoitus on alentaa lämpötilaa luokan 1 kylmäaineista ja siirtää tämä alempi lämpötila jäähdytettävälle alueelle.
- Luokka 3: Tämä ryhmä koostuu liuoksista, jotka sisältävät nesteytettävien aineiden tai kylmäaineiden absorboituneita höyryjä. Nämä liuokset toimivat luonteensa vuoksi niiden kyvyn kuljettaa nesteytettäviä höyryjä, jotka tuottavat jäähdytysvaikutuksen absorboimalla niiden liuoslämpö. Ne voidaan myös luokitella moniin luokkiin.
DuPont (joka omisti Freon- tavaramerkin) on kehittänyt R-#-numerointijärjestelmän , ja se tunnistaa järjestelmällisesti yhdellä halogenoidulla hiilivedyllä valmistettujen kylmäaineiden molekyylirakenteen. Koodien merkitys on seuraava:
- Tyydyttyneiden hiilivetyjen osalta 90: n vähentäminen yhdistetyistä hiili- , vety- ja fluoriatomeista antaa annetun R#: n.
- Jos bromia on läsnä, numeroa seuraa iso B ja sitten bromiatomien määrä.
- Jäljelle jääneet joukkovelkakirjat ovat klooriatomien käytössä .
- Pienen kirjaimen a, b tai c jälkiliite osoittaa yhä epäsymmetrisiä isomeerejä .
Esimerkiksi R-134a: ssa on 2 hiiliatomia, 2 vetyatomia ja 4 fluoriatomia, mikä on empiirinen kaava tetrafluorietaanista. "A" -pääte osoittaa, että isomeeri on epätasapainossa yhden atomin kanssa, jolloin saadaan 1,1,1,2-tetrafluorietaani . R-134: llä (ilman "a" -päätettä) olisi molekyylirakenne 1,1,2,2-tetrafluorietaani.
- R-400-sarja koostuu zeotrooppisista seoksista (ne, joissa ainesosien kiehumispiste vaihtelee riittävän paljon, jotta suhteellinen pitoisuus muuttuu murto-tislauksen vuoksi ), ja R-500-sarja koostuu ns. Atseotrooppisista seoksista . Oikeanpuoleisin numero on ASHRAE , teollisuusstandardijärjestö, määrännyt mielivaltaisesti .
- R-700-sarja koostuu ei-orgaanisista kylmäaineista, jotka on myös nimetty ASHRAE: lla.
Samoja numeroita käytetään yleisten kylmäaineiden R-etuliitteellä, "ponneaine" -etuliitteellä (esim. "Ponneaine 12") samalle kemikaalille, jota käytetään aerosolisuihkun ponneaineena , ja yhdisteiden kauppanimillä, kuten " Freon 12". Äskettäin on syntynyt käytäntö käyttää lyhenteitä HFC- fluorifluorihiilivetyille , CFC- kloorifluorihiilivetyille ja HCFC- halogenoituja kloorifluorihiilivetyille , koska näiden ryhmien väliset sääntelytavat ovat erilaisia.