Izpratne par atšķirībām starp ledusskapju aukstumaģentu veidiem

Mūsdienīgas saldēšanas iekārtas ir būtiskas pārtikas uzglabāšanai, tomēr tādi aukstumaģenti kā R134a, R290, R404a, R600a un R507 ievērojami atšķiras pēc pielietojuma. R290 parasti izmanto dzērienu atdzesēšanas vitrīnās, savukārt R143a bieži izmanto mazos alus vitrīnās. R600a parasti ir paredzēts specializētām saldēšanas iekārtām.

Aukstumaģenti ir saldēšanas sistēmu dzīvības spēks, kas ļauj ledusskapjiem absorbēt siltumu un uzturēt vēsu iekšējo temperatūru. Tomēr ne visi aukstumaģenti ir vienādi — to ķīmiskais sastāvs, ietekme uz vidi, drošības profili un veiktspēja ievērojami atšķiras. Patērētājiem, tehniķiem un nozares profesionāļiem Eiropā un Ziemeļamerikā ir ļoti svarīgi izprast šīs atšķirības, īpaši stingru normatīvo aktu laikā, kuru mērķis ir samazināt siltumnīcefekta gāzu emisijas un aizsargāt ozona slāni.

Aukstumaģentu pamatnovērtēšanas kritēriji

Pirms iedziļināties atsevišķos veidos, ir svarīgi definēt rādītājus, kas ir vissvarīgākie ledusskapju lietojumos. Šie kritēriji ir vispārēji atzīti HVAC/R (apkures, ventilācijas, gaisa kondicionēšanas, saldēšanas) nozarē un ietekmē normatīvos lēmumus visā pasaulē:

• ODP (ozona noārdīšanas potenciāls): mērs, kas parāda, cik lielā mērā viela bojā ozona slāni. Etalons ir R11 (tagad aizliegts aukstumaģents), kura ODP ir 1. Vērtība 0 nozīmē, ka aukstumaģentam nav ozona slāni noārdošas ietekmes.
• GWP (globālās sasilšanas potenciāls): vielas ietekmes uz klimata pārmaiņām mērījums 100 gadu laikā, salīdzinot ar oglekļa dioksīdu (CO₂, GWP = 1). Zemākas GWP vērtības tiek prioritizētas saskaņā ar tādiem noteikumiem kā ES F-gāzu regula un ASV Vides aizsardzības aģentūras SNAP (nozīmīgu jaunu alternatīvu politika).
• ASHRAE drošības klasifikācija: standarts (ASHRAE 34-2022), kas klasificē aukstumaģentus pēc uzliesmojamības (1. klase: nedegošs; 2L. klase: viegli uzliesmojošs; 2. klase: uzliesmojošs; 3. klase: viegli uzliesmojošs) un toksicitātes (A klase: zema toksicitāte; B klase: augsta toksicitāte). Lielākā daļa ledusskapju aukstumaģentu ietilpst A klasē.
• Termodinamiskā veiktspēja: Ietver dzesēšanas efektivitāti (COP jeb veiktspējas koeficientu, kur augstāks = efektīvāks), darba spiedienu (jāatbilst ledusskapja kompresora konstrukcijai) un temperatūras diapazonu (piemērots vidējas temperatūras ledusskapjiem vai zemas temperatūras saldētavām).
• Saderība: Darbojas ar ledusskapja kompresora smērvielām (piemēram, minerāleļļu, POE eļļu) un materiāliem (piemēram, blīvēm, šļūtenēm), lai novērstu sistēmas bojājumus.

Individuāla aukstumaģenta analīze

Katram aukstumaģentam ir unikālas stiprās puses un ierobežojumi, kas padara to piemērotu konkrētiem lietošanas gadījumiem — sākot no mājsaimniecības ledusskapjiem līdz komerciālām saldētavām. Zemāk ir sniegts detalizēts katra veida sadalījums.

1. R134a (tetrafluoretāns)

Ķīmiskais tips: Tīrs fluorogļūdeņradis (HFC)

Galvenās specifikācijas:

• ODP: 0 (drošs ozona slānim)
• GWP: 1430 (saskaņā ar IPCC sesto novērtējuma ziņojumu, 100 gadu horizonts)
• ASHRAE drošības klase: A1 (nedegoša, zema toksicitāte)
• Darba spiediens: vidējs (salīdzinājumā ar citiem aukstumaģentiem)
• Savietojamība: Darbojas ar POE (poliola esteris) vai PAG (polialkilēnglikola) smērvielām.

Veiktspēja un pielietojums:

R134a parādījās 20. gs. deviņdesmitajos gados kā R12 (CFC ar augstu ODP, kas tagad ir aizliegts saskaņā ar Monreālas protokolu) aizstājējs. Tas kļuva par neatņemamu sastāvdaļu mājsaimniecības ledusskapjos, mazos dzērienu dzesētājos un pārnēsājamos ledusskapjos, pateicoties tā neuzliesmojošajai dabai un vieglajai integrācijai esošajās sistēmās. Tā dzesēšanas efektivitāte (COP) ir vidēja — pietiekama standarta ledusskapja temperatūrai (2–8 °C svaigo produktu nodalījumam, -18 °C saldētavām), bet zemāka nekā dabiskajiem aukstumaģentiem, piemēram, R600a.

Normatīvais un vides statuss:

Lai gan R134a ir drošs ozona slānim, tā augstais GWP ir novedis pie ierobežojumiem Eiropā un Ziemeļamerikā. Saskaņā ar ES F-gāzu regulu (EK Nr. 517/2014) R134a izmantošana jaunās saldēšanas iekārtās ir pakāpeniski samazināta kopš 2020. gada, un ir plānota turpmāka samazināšana. Tas joprojām ir izplatīts vecākos ledusskapjos, bet jaunajos modeļos to aizstāj ar alternatīvām ar zemu GWP.

Problēmas: Augsts globālās sasilšanas potenciāls ierobežo ilgtermiņa dzīvotspēju; zemāka efektivitāte nekā dabiskajiem aukstumaģentiem.

2. R600a (izobutāns)

Ķīmiskais tips: Tīrs ogļūdeņradis (HC, “dabīgs aukstumaģents”, kas iegūts no naftas/gāzes)

Galvenās specifikācijas:

• ODP: 0 (drošs ozona slānim)
• GWP: 3 (niecīga ietekme uz klimatu — viena no zemākajām pieejamajām vērtībām)
• ASHRAE drošības klase: A3 (viegli uzliesmojošs, zema toksicitāte)
• Darba spiediens: Zems (nepieciešami kompresori, kas paredzēti zemspiediena sistēmām)
• Savietojamība: Darbojas ar minerāleļļas vai alkilbenzola (AB) smērvielām (nevis POE/PAG).

Veiktspēja un pielietojums:

R600a tagad ir dominējošais aukstumaģents mūsdienu mājsaimniecības ledusskapjos Eiropā un Ziemeļamerikā. Tā augstā dzesēšanas efektivitāte (COP par 5–10 % augstāka nekā R134a) samazina enerģijas patēriņu, atbilstot ES energoefektivitātes marķējuma un ASV ENERGY STAR® standartiem. Zemais globālās sasilšanas potenciāls (GWP) padara to pilnībā atbilstošu stingriem emisiju noteikumiem.

Drošības un uzstādīšanas apsvērumi:

R600a galvenā problēma ir uzliesmojamība. Lai mazinātu risku, ražotāji ierobežo tā pildījuma lielumu ledusskapjos (parasti ≤150 grami) un izmanto sprādziendrošas detaļas (piemēram, noslēgtus kompresorus, nedzirksteļojošas elektriskās detaļas). Tehniķiem ir nepieciešama specializēta apmācība, lai rīkotos ar noplūdēm, jo ​​koncentrēti R600a tvaiki ir uzliesmojoši.

Problēmas: Augsta uzliesmojamība prasa uz drošību orientētu konstrukciju un lietošanu; nesaderīgs ar POE/PAG eļļām.

3. R290 (propāns)

Ķīmiskais tips: Tīrs ogļūdeņradis (HC, dabīgs aukstumaģents)

Galvenās specifikācijas:

• ODP: 0 (drošs ozona slānim)
• GWP: 3 (tāds pats kā R600a, īpaši zema ietekme uz klimatu)
• ASHRAE drošības klase: A3 (viegli uzliesmojošs, zema toksicitāte — nedaudz uzliesmojošāks nekā R600a, ar zemāku aizdegšanās enerģiju)
• Darba spiediens: vidēji zems (augstāks par R600a, zemāks par R134a)
• Saderība: Darbojas ar minerāleļļu vai AB smērvielām.

Veiktspēja un pielietojums:

R290 piedāvā izcilu dzesēšanas efektivitāti — tā COP ir par 10–15 % augstāks nekā R134a, padarot to ideāli piemērotu energoefektīvai saldēšanai. To izmanto mazos un vidējos mājsaimniecības ledusskapjos, mini ledusskapjos un dažos komerciālos vitrīnu dzesētājos (kur uzpildes apjoms ir ierobežots). Tādos reģionos kā ES tas arvien vairāk tiek izmantots kā tiešs R134a aizvietotājs jaunajos modeļos.

Drošības un normatīvais statuss:

Tāpat kā R600a, arī R290 uzliesmojamība prasa stingrus drošības pasākumus: daudzuma ierobežojumus (≤150 grami mājsaimniecības ledusskapjiem), noplūdes noteikšanas sistēmas un nedegošus materiālus ledusskapja iekšpusē. Tas pilnībā atbilst ES F-gāzu regulai un ASV EPA SNAP, un tā zemā globālās sasilšanas potenciāla dēļ nav paredzēti pakāpeniskas samazināšanas plāni.

Problēmas: Augstāka uzliesmojamība nekā R600a; ražošanas laikā nepieciešama stingrāka drošības pārbaude.

4. R404a (R125, R134a un R143a maisījums)

Ķīmiskais tips: Gandrīz azeotropisks HFC maisījums (vairāku HFC maisījums, lai atdarinātu viena aukstumaģenta īpašības)

Galvenās specifikācijas:

• ODP: 0 (drošs ozona slānim)
• GWP: 3922 (ļoti augsts — viens no klimatu visvairāk ietekmējošajiem aukstumaģentiem)
• ASHRAE drošības klase: A1 (nedegoša, zema toksicitāte)
• Darba spiediens: Augsts (optimizēts zemas temperatūras sistēmām)
• Savietojamība: Darbojas ar POE smērvielām.

Veiktspēja un pielietojums:

R404a savulaik bija zelta standarts komerciālajām saldēšanas iekārtām, tostarp saldētavām, lielveikalu vitrīnām un rūpnieciskajiem ledusskapjiem, kas darbojas temperatūrā no -20 °C līdz -40 °C. Tā augstā dzesēšanas jauda un stabilitāte zemā temperatūrā padarīja to par ideāli piemērotu šādām vajadzībām.

Normatīvais un vides statuss:

R404a īpaši augstais globālās sasilšanas potenciāls (GWP) ir novedis pie tā gandrīz pilnīgas izņemšanas no aprites Eiropā un Ziemeļamerikā. Saskaņā ar ES F-gāzu regulu tā izmantošana jaunās iekārtās tika aizliegta 2020. gadā, un tā imports/eksports ir stingri ierobežots. ASV Vides aizsardzības aģentūra (EPA) ir iekļāvusi R404a kā "vielu ar augstu GWP" un pieprasa tā aizstāšanu ar alternatīvām ar zemu GWP (piemēram, R452A, R513A) jaunās sistēmās. Tas joprojām ir vecākos komerciālos ledusskapjos, bet tiek pakāpeniski izņemts no aprites, veicot modernizāciju.

Problēmas: Pārāk augsts globālās sasilšanas potenciāls; zema energoefektivitāte salīdzinājumā ar mūsdienu alternatīvām; būtiski veicina klimata pārmaiņas.

5. R507 (R125 un R143a maisījums)

Ķīmiskais tips: Azeotropisks HFC maisījums (maisījumi, kas vārās/kondensējas vienā temperatūrā, līdzīgi kā tīrs aukstumaģents)

Galvenās specifikācijas:

• ODP: 0 (drošs ozona slānim)
• GWP: 3985 (gandrīz identisks R404a, īpaši augsts)
• ASHRAE drošības klase: A1 (nedegoša, zema toksicitāte)
• Darba spiediens: augsts (nedaudz augstāks nekā R404a)
• Savietojamība: Darbojas ar POE smērvielām.

Veiktspēja un pielietojums:

R507 ir tuvs R404a radinieks, kas paredzēts zemas temperatūras komerciālai saldēšanai (piemēram, dziļajām saldētavām, saldētu pārtikas produktu vitrīnām), kur nepieciešama pastāvīga dzesēšana no -30°C līdz -50°C temperatūrā. Tā azeotropā daba nozīmē, ka noplūdes gadījumā tas nesadalās sastāvdaļās, kas vienkāršo apkopi — priekšrocība salīdzinājumā ar gandrīz azeotropiem maisījumiem, piemēram, R404a.

Normatīvais un vides statuss:

Tāpat kā R404a, arī R507 augstais GWP ir novedis pie stingriem noteikumiem. ES F-gāzu regula 2020. gadā aizliedza tā izmantošanu jaunās iekārtās, un ASV Vides aizsardzības aģentūra (EPA) to ir atzinusi par “bažas raisošu vielu” saskaņā ar SNAP. Komerciālos lietojumos to aizstāj ar alternatīvām ar zemu GWP, piemēram, R448A (GWP = 1387) un R449A (GWP = 1397).

Problēmas: ārkārtīgi augsts globālās sasilšanas potenciāls; nav ilgtermiņa dzīvotspējas saskaņā ar globālajiem emisiju noteikumiem; aprobežojas ar mantotajām sistēmām.

Dažādu aukstumaģentu cenu tendences atšķiras. Šī ir tendenču diagramma uz 2025. gada jūniju:

Aukstumaģentu salīdzinošs pārskats

Zemāk esošajā tabulā ir apkopotas galvenās atšķirības starp pieciem aukstumaģentiem, izceļot to piemērotību konkrētiem lietošanas gadījumiem:

Regulējošās tendences un nozares pārmaiņas

Globālo aukstumaģentu tirgu virza divi galvenie mērķi: ozona slāni noārdošo vielu likvidēšana (tas ir sasniegts lielākajai daļai aukstumaģentu) un siltumnīcefekta gāzu emisiju samazināšana (pašlaik galvenā prioritāte). Eiropā un Ziemeļamerikā noteikumi paātrina pāreju uz zema GWP risinājumiem:

• ES F-gāzu regula: nosaka, ka līdz 2030. gadam ir jāsamazina HFC patēriņš par 79 % (salīdzinājumā ar 2015. gada līmeni) un ka jaunās saldēšanas iekārtās ir aizliegts izmantot aukstumaģentus ar augstu globālās sasilšanas potenciālu (GWP > 2500).
• ASV EPA SNAP: Uzskaita aukstumaģentus ar zemu GWP (piemēram, R600a, R290, R452A) kā “pieņemamus” lielākajai daļai lietojumu un aizliedz augsta GWP opcijas (piemēram, R404a, R507) jaunās sistēmās.

Patērētājiem tas nozīmē:

• Jauni mājsaimniecības ledusskapji gandrīz tikai izmantos R600a vai R290 (to zemā globālās sasilšanas potenciāla un augstās efektivitātes dēļ).
• Lielās sistēmās komerciālajās saldēšanas iekārtās tiks izmantoti maisījumi ar zemu GWP (piemēram, R448A, R454C) vai dabīgi aukstumaģenti, piemēram, CO₂ (R744).
• Vecākiem ledusskapjiem, kuros tiek izmantotas R134a, R404a vai R507 gāzu sistēmas, būs nepieciešama atbilstoša utilizācija vai modernizācija, lai tie atbilstu noteikumiem.

Pareizā aukstumaģenta izvēle ledusskapim ir atkarīga no četru faktoru līdzsvarošanas: ietekmes uz vidi (ODP/GWP), drošības (uzliesmojamības/toksicitātes), veiktspējas (efektivitātes/spiediena) un atbilstības normatīvajiem aktiem. Lielākajai daļai mūsdienu lietojumu:

• R600a un R290 ir labākā izvēle mājsaimniecības ledusskapjiem, piedāvājot īpaši zemu globālās sasilšanas potenciālu (GWP) un augstu efektivitāti (ar drošības pasākumiem, lai novērstu uzliesmojamību).
• R404a un R507 jaunām sistēmām ir novecojuši un paredzēti tikai mantotajām komerciālajām iekārtām līdz to modernizācijai vai nomaiņai.
• R134a ir pārejas iespēja, kas pakāpeniski tiek pārtraukta par labu dabīgiem aukstumaģentiem.

Noteikumiem kļūstot stingrākiem un tehnoloģijām attīstoties, nozare arī turpmāk prioritizēs dabiskos aukstumaģentus un maisījumus ar zemu globālās sasilšanas potenciālu, nodrošinot, ka saldēšanas sistēmas ilgtermiņā ir gan efektīvas, gan ilgtspējīgas. Gan tehniķiem, gan patērētājiem ir svarīgi būt informētiem par šīm atšķirībām, lai pieņemtu atbildīgus un atbilstošus lēmumus.

Avoti: ASHRAE rokasgrāmata — saldēšana (2021. g.), IPCC sestais novērtējuma ziņojums (2022. g.), ES regula par fluorētām gāzēm (F-gāzēm) (EK Nr. 517/2014), ASV Vides aizsardzības aģentūras SNAP programma (2023. g.).