chất làm lạnh

Chất làm lạnh được chia thành các nhóm theo thành phần hóa học của chúng. Sau khi phát hiện ra rằng một số hợp chất hóa học này có thể gây hại cho môi trường, chúng đang được thay thế bằng các chất thay thế thân thiện với môi trường hơn. Quá trình này không hề dễ dàng và mặc dù có những lựa chọn thay thế cho chất làm lạnh cũ, nhưng những chất làm lạnh mới thường không hoàn hảo. Trong phần sau, các nhóm chất làm lạnh khác nhau sẽ được thảo luận, một số ví dụ được đưa ra và lĩnh vực ứng dụng của chúng được mô tả.

CFC=CloroFluoroCarbon

Clorofluorocarbons là chất làm lạnh có chứa clo. Chúng đã bị cấm từ đầu những năm 90 vì tác động tiêu cực đến môi trường. Ví dụ về CFC là R11, R12 và R115. Việc chuyển đổi các thiết bị, hệ thống sử dụng CFC vẫn chưa hoàn thành. Ngược lại, thị trường bất hợp pháp cho loại chất làm lạnh này phát triển mạnh trên toàn thế giới và ước tính chưa đến 50% hệ thống CFC trên toàn thế giới được nâng cấp.

HCFC=HydroChloroFluoroCarbon

Việc loại bỏ CFC một cách chậm rãi cho thấy đây là một quá trình tốn kém. Tuy nhiên, và quan trọng hơn, nó cũng cho thấy những vấn đề và sự thiếu quyết đoán xung quanh sự sẵn có của HCFC, vốn được chính thức chỉ định là chất thay thế tạm thời (cho đến năm 2030) cho CFC. Những hành động vội vàng của Liên minh Châu Âu mà đỉnh điểm là lệnh cấm HCFC ngay lập tức đối với điện lạnh và sớm (muộn nhất là năm 2004) đối với điều hòa không khí, đã làm đảo lộn các chương trình và kế hoạch của ngành. HCFC chứa ít clo hơn CFC, nghĩa là ODP thấp hơn. Ví dụ về hydrochlorofluorocarbons bao gồm R22, R123 và R124.

HFC=HydroFluoroCarbon

Hydrofluorocarbons là chất làm lạnh không chứa clo và không gây hại cho tầng ozone (ODP=0). Tuy nhiên, tác động của chúng đến hiện tượng nóng lên toàn cầu là rất lớn so với các chất làm lạnh truyền thống. Một số nhận xét về chất làm lạnh HFC được đưa ra dưới đây.

• R32 và R125 hiếm khi được sử dụng làm chất làm lạnh đơn lẻ mà chỉ được sử dụng trong các hỗn hợp có đặc tính nhiệt động đặc biệt thuận lợi.
• R245c và R245fa hầu như chỉ được sử dụng ở Hoa Kỳ và theo cách khá thử nghiệm.
• R404A đã được phát triển để thay thế cho R502 dùng cho tủ lạnh và tủ đông.
• R134a là HFC đầu tiên được giới thiệu trong lĩnh vực điện lạnh và điều hòa không khí với thành công lớn vì nó hầu như không yêu cầu thay đổi gì về thiết bị được thiết kế cho R22. Tuy nhiên, nó mang lại hiệu quả rất hạn chế, thấp hơn khoảng 40% so với R22. Do đó, nhà sản xuất có hai lựa chọn: hoặc chấp nhận giảm đáng kể công suất nhiệt trong một hệ thống nhất định hoặc tăng kích thước (và chi phí) của nó để đạt được công suất tương tự. Vì lý do này, R134a được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống lớn (trên 250 kW) có khả năng chi trả chi phí cao hơn.
• R407C, giống như R134a, tương tự về mặt nhiệt động học với R22 và hoạt động như một chất làm lạnh "thả vào". Tuy nhiên, không giống như R134a, là một hợp chất nguyên chất, R407C có độ trượt 7 K, khiến nó hầu như không thể sử dụng được trong các thiết bị dân dụng (hộ gia đình) nhỏ. Có hai lý do để biện minh cho hạn chế đó: thiết bị dân dụng dễ bị tổn thất do tai nạn đột ngột hơn các thiết bị khác và nó thường được bảo trì tại chỗ. Trong trường hợp rò rỉ đột ngột, việc trượt 7K có thể dẫn đến thay đổi tỷ lệ của hỗn hợp, vì tổn thất tương đối của các thành phần dễ bay hơi nhất của nó sẽ cao một cách không cân đối. Nếu sử dụng chất làm lạnh tiêu chuẩn, không có gì đảm bảo rằng hỗn hợp chất làm lạnh mới có cùng tỷ lệ như trước khi rò rỉ. Do khả năng trượt cao nên chất làm lạnh này chỉ được sử dụng trong các hệ thống có công suất trung bình (50-250 kW), thường được bảo trì bởi nhân viên có tay nghề cao.
• R410A có đặc tính nhiệt động rất hấp dẫn, hiệu suất năng lượng cao hơn R22, không bị trượt và do đó không có vấn đề gì với hỗn hợp còn lại sau khi mất điện tích và nạp lại. Tuy nhiên, nó có áp suất vận hành gần gấp đôi so với R22 và do đó cần phải thiết kế lại toàn bộ hệ thống với máy nén lớn hơn, van tiết lưu, v.v.
• R507A được sử dụng thành công trong điện lạnh công nghiệp và thương mại.
• R508B ít được sử dụng hơn trong chu kỳ nhiệt độ thấp. R507A và R508B có các đặc tính nhiệt động thuận lợi và không có vấn đề gì về sự trượt nhiệt độ vì chúng là hỗn hợp đẳng phí.

FC=FluoroCarbons

Fluorocarbons không chứa clo và không gây hại cho tầng ozone. Tuy nhiên, chúng cực kỳ ổn định và có GWP cao. R218 là một ví dụ về fluorocarbon và FC cũng có mặt trong hỗn hợp R403 và R408.

HC=Hydrocacbon

Hydrocarbon là một giải pháp rất hạn chế cho các vấn đề môi trường liên quan đến chất làm lạnh. Chúng vô hại đối với tầng ozone (ODP=0) và hầu như không gây hiệu ứng nhà kính trực tiếp (GWP<5), but they are highly flammable. The use of HCs as refrigerants is confined to Europe, because many other countries elsewhere have banned the use of flammable gas in the presence of the public. According to the standards ISO 55149 and EN 378.2000, this should apply also in Europe. However, the standard IEC 355.2.20 allows the use of HCs in household refrigerators with refrigerant charges up to 150 g. This standard has opened the way for some European refrigerator manufacturers to produce household refrigerators with flammable isobutene, R600a.These have been accepted enthusiastically by environmentalists, and have achieved great success in the market.

NH3=Amoniac

Amoniac, R717, là một chất làm lạnh thay thế hấp dẫn. Nó đã được sử dụng trong các hệ thống làm lạnh từ năm 1840 và trong nén hơi từ năm 1860. Về đặc tính, nó nên được coi là chất làm lạnh cao cấp. Hơn nữa, ODP và GWP của nó bằng 0. Tuy nhiên, mặc dù là khí tự cảnh báo, tức là có thể dễ dàng phát hiện rò rỉ bằng mùi, nhưng amoniac rất nguy hiểm ngay cả ở nồng độ thấp vì mùi thường gây hoảng loạn. Đây là lý do chính tại sao amoniac bị rút khỏi các ứng dụng dành cho những người không có kỹ năng sử dụng và chỉ được giữ lại cho các ứng dụng công nghiệp. Nó cũng khá phổ biến trong điện lạnh thương mại, mặc dù các quy định an toàn yêu cầu nó phải được sử dụng với vòng phân phối thứ cấp. Rõ ràng, vòng lặp thứ cấp này làm giảm hiệu quả.

CO2=Cacbon điôxít

R744, carbon dioxide, có một số đặc tính hấp dẫn: không cháy, không gây suy giảm tầng ozone, chỉ số độc tính rất thấp (độ an toàn A1), có sẵn với số lượng lớn và chi phí thấp. Tuy nhiên, nó cũng có hiệu suất thấp và áp suất vận hành cao (cao hơn R134a khoảng 10 lần). Vì hai lý do sau, cần nỗ lực cải thiện chu trình làm lạnh và công nghệ liên quan, đặc biệt là bộ trao đổi nhiệt và thiết bị giãn nở. Một ứng dụng CO2 quan trọng sắp tới có vẻ là điều hòa không khí trong ngành công nghiệp ô tô. Máy bơm nhiệt cũng có thể được hưởng lợi từ CO2 do có thể đạt được nhiệt độ cao hơn ngay cả ở nhiệt độ môi trường rất thấp.