Сравнительный анализ эффективности работы автомобиля-рефрижератора на хладагентах R134а и R404а

В данной статье рассматриваются два холодильных агента, используемые для транспортного холодильного оборудования. Проводится сравнительный термодинамический анализ между ними. Также объясняется, почему нельзя использовать один и тот же компрессор для хладагента R134a и R404a.

Ключевые слова: авторефрижератор, хладагент, термодинамическая эффективность, сравнительный анализ, фторсодержащие хладагенты

Автомобильный рефрижератор предназначен для поддержания оптимальных условий при перевозе пищевых продуктов, и обеспечении высокой скорости доставки продукции к потребителю. Это становится удобно как с экономической стороны, так и с технологической, появляется возможность реализовать продукты сезонного производства в течение года, снижаются товарные потери. Для этого необходимо провести термодинамический анализ наиболее эффективного использования хладагентов в холодильной системе автомобиля –рефрижератора.

На рисунке 1 представлена схема фургона.

Рис. 1. Схема фургона

В работе поставлена задача рассчитать основныетермодинамические параметры хладагентов R134а и R404а (удельная холодопроизводительность, холодильный коэффициент, удельный объём газа на входе в компрессор и т. д.) провести их сравнение [1]. Наиболее важным в данном анализе является холодильный коэффициент, который позволяет определить энергетическую эффективность работы холодильной установки автомобильного рефрижератора.

Используя методику расчета, представленную в работе [2] определили тепловые поступления за счет инфильтрации наружного воздуха в камеру фургона, тепловые нагрузки на камеру рефрижератора обусловленной тепловым потоком через стены, потолок и пол; тепловой нагрузки, обусловленной присутствием персонала. Суммарные теплопритоки в камеру фургона определены и взяты из работы [2].

В качестве рабочего вещества в холодильно-отопительной установке автомобильного рефрижератора рассматриваются два фторсодержащих хладагента: R134a (тетрафторэтан CH₂FCF₃) и R404а (пентафторэтан CHF₂CF₃). Все эти хладагенты безопасны для озонового слоя земли и имеют коэффициент ODP=0. С точки зрения образования парникового эффекта преимущество имеет холодильный агент R404а (GWP=0,001). Анализ физических свойств пентафторэтан подтвердил эффективность, проявляясь в снижении энергопотребления и уменьшения шума работы холодильно-отопительной установки автомобильного рефрижератора.

Таблица 1

Показатели энтальпии иудельного объема хладагентов

В системах холодильного оборудования в транспортном оборудовании используются два хладагента. R134а — хладагент низкого давления. Рабочее давление около 16 атмосфер. Он применяется так же в автомобильных и автобусных кондиционерах. Является однокомпонентным газом и допускает любые дозаправки во время ремонтов и перезаправки. Авторефрижераторы, работающие на R134а, в отличии от работающих на R404а быстрее сбивают температуру внутри фургона, а именно на 30 %, в диапазоне от +30 до 0 градусов.

Хладагент R404а является смесью высокого давления. Рабочее давление около 27 атм. Он применяется во всех авторефрижераторах, работающих на тепло и для перевозки замороженных продуктов. Является трёх компонентным газом и в случае утечки более 30 % от объёма заправки требуется полная заправка во время ремонта, что удорожает его обслуживание.

Так как рабочее давление у хладагента R404а почти в 2 раза больше, чем у R134а, поэтому компрессора предназначенные для работы на этих хладагентах будут разные как по исполнению, так и по цене. Компрессора для R404а имеют специальную маркировку типа HD или XD, и от обычных компрессоров отличаются наличием специального тефлонового покрытия на поршнях и специальных неопреновых уплотнителях между корпусными деталями компрессора.

Если компрессор «рождённый» для R134а применять в системах с R404а, то это равносильно если в двигатель работающий на бензине А76, залить бензин А95. Двигатель перегреется и заклинит.

Для сходных данных произведен расчет основных компонентов и сведен в табл. 2.

Таблица 2

Доказано, что эти хладагенты безопасны для озонового слоя планеты. Фторуглеродные хладагенты в случае утечки в жидком состоянии быстро испаряются, но необходимо помнить, что они замораживают все с чем соприкасаются в этот момент. Так же хладагенты при контакте с открытым пламенем или электрически разрядом образуют токсичные газы раздражающего действия. Воздействие с ним может доже стать причиной летального исхода.

На рисунке 2 и 3 наглядно изображен сравнительный анализ показателей термодинамической эффективности.

Рис. 2.Сравнительный анализ

Рис. 3. Сравнительный анализ показателей

Результаты сравнительных показателей изображены на рис. 2 и 3. Анализ полученных результатов показывает, что более высокая удельная холодопроизводительность, удельная массовая холодопроизводительность, работа компрессора и удельный объём газа на входе в компрессор у холодильного агента R134а, а холодильный коэффициент и массовый расход газа выше у хладагента R404а. Из этого следует, что наиболее эффективен в данном сравнении, а именно термодинамическом анализе эффективности автомобильной холодильной установки является холодильный агент R404а.

Так как компрессора, работающие на R134а используют в автомобильных кондиционерах, то их выпускают в сотни раз больше, чем компрессора, работающие на R404а для авторефрижераторов. Из этого следует, что цена компрессора для R134а ниже. Из-за погони за дешевизной авторефрижератора некоторые используют компрессора предназначенные для R134а в авторефрижераторах заправленных хладагентом R404а. Так как компрессор низкого давления устанавливают в систему высокого давления, он быстро перегревается и выходит из строя.

1. Сумзин Л. В., Максимов А. В. Анализ потерь эксергии в цикле компрессионного бытового холодильника // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2012. Т. 8. № 1. С. 37–39.
2. Галка Г. А., Копылова О. А., Прохорова А. И. Расчет основных эксплуатационных параметров холодильной установки авторефрижератора / Галка Г. А. Копылова О. А. Прохорова А. И. // Молодой ученый. — 2016. — № 20(124). — С. 134–139.