דרישות סביבתיות עבור מדחסים

עם התפתחות התעשייה, זיהום כדור הארץ הופך ליותר ויותר חמור, והגנת הסביבה הפכה לנושא חשוב של דאגה עולמית. מניעת הרס שכבת האוזון האטמוספרית ושינויי אקלים עולמיים משכה תשומת לב רחבה ממדינות ברחבי העולם, והגיעה לקונצנזוס בין ממשלות בינלאומיות, תוך חתימת הסכמים רלוונטיים.
מַדחֵס
מַדחֵס
בתחום הקירור והמיזוג, הרס שכבת האוזון האטמוספרי על ידי CFCS ו-HCFCS, כמו גם התחממות כדור הארץ הנגרמת מצריכת אנרגיה, הם נושאים שיש להעריך מאוד בתכנון המדחסים.
כידוע, בחירת חומרי הקירור היא אחד מהגורמים הרבים המשפיעים על עיצוב המדחס שיש להעריך מאוד.
על מנת לפתח מדחסים חדשים באמצעות חומרי קירור חלופיים, המעצבים נתקלו לראשונה בשתי בעיות:
ראשית, המדחס חייב להגדיר מחדש את נפח העבודה שלו כדי לעמוד בדרישות הלחץ של קצבי זרימה שונים;
שנית, יש להתייחס להתאמה בין חומרים שונים במגע עם נוזל הקירור שבמדחס, כמו גומי סינטטי ושמן סיכה.
בהיסטוריה העבר, יותר מחמישים חומרים שימשו כחומרי קירור. לאחר מלחמת העולם השנייה, בנוסף לשימוש באמוניה בטווח של יכולת קירור גדולה, כמעט כל שדות הקירור והמיזוג נשלטו על ידי הלואלקן CFCS ו-HCFCS. החלפת ה-CFCS שצוינה בפרוטוקול מונטריאול ב-1974 מומשה במדינות מתועשות, בעוד שתוכנית ההחלפה של HCFCS תושלם ב-2020; עבור מדינות מתפתחות, הוא יופסק ב-2010 וב-2040, בהתאמה. עם זאת, בחלק מהמדינות המפותחות, הם מוכנים להשיג זאת לפני המועד. איור 6 מציג את שדות היישום והתחליפים הפוטנציאליים של CFC-11, CFC-12, HCFC-22 ו-R502, שהיו בעבר בשימוש נפוץ באירופה (מתחת לקו החץ האופקי).
CFC-11
CFC-11 הוא חומר קירור בלחץ נמוך המשמש בעיקר בצ'ילרים צנטריפוגליים, ותחליף המעבר שלו הוא HCFC-123. בנוסף, HFC-245ca או HFC-245fa הם גם חומרי קירור בלחץ נמוך, אבל יש להם דליקות. לכן, יש לחקור את שיטות הפחתת הבעירה והרעילות שלהם, והשימוש בהם אינו יעיל כמו CFC-11 ו-HCFC-123. לכן, ארגונים רבים עברו להשתמש ב-HFC-134a בצ'ילרים צנטריפוגליים.
CFC-12
בשל מגוון היישומים הרחב ובעיות הדליפה שלו במיזוג אוויר לרכב, CFC-12 הוא האובייקט הראשון שיש לשקול כתחליף. HFC-134a יכול לשמש כתחליף במקררים ביתיים ובמזגני רכב. ל-HFC-134a קיבולת קירור ויעילות דומות ל-CFC-12 בטווח הטמפרטורות הבינוניות עד הגבוהות. עם זאת, בתנאי הפעלה מתחת ל--23 מעלות, הוא מאבד את האטרקטיביות שלו בשל יכולת הקירור והיעילות הנמוכים שלו בהשוואה ל-CFC-12. למרות של-HFC-134a יש ערך ODP אפס לפוטנציאל דלדול האוזון, ערך ה-GWP שלו להתחממות כדור הארץ הוא גבוה כמו 1300 (על בסיס ערך GWP של CO2), מה שבטווח הארוך ישפיע גם על התפתחותו להשתמש.
HCFC-22
HCFC{{0}} נמצא בשימוש נרחב בקירור מסחרי, מיזוג אוויר מסחרי ומגורים ומשאבות חום, עם ערך ODP נמוך בהרבה מזה של CFC-11 ו-CFC-12 , רק 0.055. אבל ערך ה-GWP שלו די גבוה, בערך 1700. בדיוק מהסיבות האלה כמה מדינות באירופה, כמו גרמניה, מתבטלות במהירות. יש כבר כמה חומרי קירור מעורבים כתחליפים ל-HCFC-22. איגוד הקירור האמריקאי המליץ ​​על ארבעה סוגים בתוכנית הערכת החלפת הקירור (AREP): HFC-134a, R407C, R410A ו-R410B. עם זאת, בהשוואה לשלושה האחרים, ל-HFC-134a קיבולת ולחץ קירור נמוכים יותר, והשימוש בו כחומר קירור דורש תכנון מחדש משמעותי של המערכת. לכן, נראה שהאפשרות להשתמש בו כתחליף ל-HFCF-22 היא מינימלית, אך האפשרות להשתמש בו בצ'ילרים גדולים יותר עדיין קיימת. סביר להניח שחומר קירור לא אזאוטרופי R407C יהווה תחליף "נכנס" למכונות קיימות, מכיוון שהוא הקרוב ביותר ל-HCFC-22. לאחר ההחלפה, נדרשים שינויים מינימליים בציוד המערכת, וחומרי סיכה חומציים משמשים להחלפת שמן מינרלי. יש לשים לב גם להסתגלות להחלקת הטמפרטורה הגדולה של נוזל הקירור (עד 5-7 מעלות). קירור אזאוטרופי ליד R410A ו-R410B הם שתי תערובות של אותו HFCS, כשההבדל היחיד הוא יחס הערבוב. R410A מתאים למזגנים קטנים מסוג מפוצל, אך לחץ האידוי שלו הוא בערך פי 1.5 מזה של HCFC-22. לכן, המערכת המשתמשת בנוזל עבודה זה צריכה להיות מתוכננת מחדש לחלוטין, ולכן היא משמשת רק במערכות קירור ומיזוג חדשות. העיצוב האופטימלי של מערכת זו יכול להגדיל את היעילות שלה ב-5 אחוזים.
R502
R502 נמצא בשימוש נרחב במערכות קירור בטמפרטורה נמוכה. AREP ממליצה על שתי חלופות אפשריות: R404A ו-R507. ל-R404A קיבולת קירור ויעילות דומים ל-R502, אך הוא דורש יותר בדיקות של רכיבי המערכת, במיוחד מדחסים, כאשר הוא מאומץ. יש רכיב ברכיב המעורב של R507 שממלא תפקיד מעכב בעירה, בעל ביצועים דומים ל-R502, אך בדיקות רעילות עדיין נמשכות בארצות הברית; אבל באירופה, זה יושם על ציוד קירור בסופרמרקט.