Ψυγείο & ψυκτικά υγρά. Κατηγορίες, κωδικοί R και χρώματα, επιπτώσεις

Αρχή λειτουργίας ψυγείου. Ψυκτικά ρευστά (υγρά & αέρια). Ιδιότητες, προδιαγραφές, επιλογή. Κωδικοί «R» & χρώματα κυλίνδρων αποθήκευσης. Περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Είδη ψυκτικών ρευστών. R12 Φρέον, R22, R134a, R407C, R717 αμμωνία κλπ

Αρχή λειτουργίας. Θερμότητα & κύκλος κυκλοφορίας του ψυκτικού υγρού

Το ψυγείο αντλεί τη θερμότητα από το εσωτερικό του και την εναποθέτει στο εξωτερικό περιβάλλον ως μια αντλία θερμότητας.

Αυτό επιτυγχάνεται με την κυκλοφορία ενός ρευστού εντός και εκτός του ψυγείου. Το ρευστό είναι υγρό, εισάγεται στο ψυγείο υπό πολύ χαμηλή πίεση.

Η χαμηλή πίεση μετατρέπει το υγρό σε αέριο, επιπλέον μειώνει τη θερμοκρασία του αερίου (σύμφωνα με την καταστατική εξίσωση των αερίων), ώστε να γίνει πιο κρύο από τη θερμοκρασία των προϊόντων που υπάρχουν μέσα στο ψυγείο. Το αέριο κυκλοφορεί μέσα στο ψυγείο.

Επειδή είναι ψυχρότερο η θερμότητα ρέει αυθόρμητα στο αέριο, μειώνοντας τη θερμική ενέργεια των προϊόντων. Αργότερα το αέριο εξέρχεται από το ψυγείο υπό υψηλότερη πίεση, στην ίδια πίεση που βρισκόταν αρχικά, και διοχετεύεται στη σχάρα που βρίσκεται πίσω από το ψυγείο.

Το αέριο ξαναγίνεται υγρό, αλλά αυτό το υγρό περιέχει τη θερμική ενέργεια που απορρόφησε, άρα έχει υψηλότερη θερμοκρασία από το περιβάλλον.

Η θερμότητα ρέει αυθόρμητα από το υγρό διαμέσου της σχάρας στο περιβάλλον, ώστε η θερμική ενέργεια του αερίου να μειωθεί όπως και η θερμοκρασία του. Με αυτόν τον τρόπο ολοκληρώθηκε ένας κύκλος κυκλοφορίας του υγρού.

Αυτός ο κύκλος είναι συνεχής, δηλαδή ένα μέρος του ρευστού είναι μέσα στο ψυγείο, ένα άλλο μέρος στη σχάρα, ένα άλλο μέρος εξέρχεται και ένα άλλο εισέρχεται ταυτόχρονα.

Το τελικό αποτέλεσμα αυτού του κύκλου είναι η μεταφορά της θερμότητας από το εσωτερικό του ψυγείου στο εξωτερικό περιβάλλον.

Ψυκτικά ρευστά – υγρά. Η καρδιά των σύγχρονων τεχνολογιών ψύξης

Τα ψυκτικά ρευστά είναι τα μέσα τα οποία επιτρέπουν τη λειτουργία των συστημάτων οικιακής και βιομηχανικής ψύξης καθώς και του κλιματισμού.

Σκοπός τους είναι η απορρόφηση θερμότητας από τον ψυκτικό θάλαμο και η αποβολή της θερμότητας προς τον εξωτερικό χώρο του σημείου που βρίσκονται τοποθετημένα τα ψυγεία.

Αυτό επιτυγχάνεται μέσω των φυσικών διεργασιών της εξάτμισης και της συμπύκνωσης του ψυκτικού ρευστού. Όταν τα ψυκτικά ρευστά υγροποιούνται, αποβάλλουν θερμότητα, ενώ όταν ατμοποιούνται απορροφούν θερμότητα.

Η πλειονότητα των συσκευών ψύξης λειτουργεί με την εφαρμογή του κύκλου ατμοποίησης – συμπύκνωσης. Αρχικά το ψυκτικό ρευστό συμπιέζεται και συμπυκνώνεται (απελευθερώνοντας θερμότητα) και στη συνέχεια εκτονώνεται και ατμοποιείται (απορροφώντας θερμότητα).

Με το τρόπο αυτό, μεταφέρεται θερμότητα από ένα θάλαμο χαμηλής θερμοκρασίας (για παράδειγμα το χώρο συντήρησης των τροφίμων του ψυγείου) προς τον εξωτερικό περιβάλλοντα χώρο ο οποίος βρίσκεται σε υψηλότερη θερμοκρασία.

Συνεπώς, τα ψυκτικά ρευστά, αποτελούν την καρδιά των σύγχρονων τεχνολογιών ψύξης. Η επιλογή του ψυκτικού ρευστού επηρεάζει την ασφάλεια, την αξιοπιστία και την κατανάλωση ενέργειας του ψυγείου.

Ιδιότητες των ψυκτικών ρευστών (υγρό και αέριο)

Το ψυκτικό ρευστό είναι η «εργαζόμενη ουσία» στην ψυκτική μηχανή. Η παραγωγή ψύξης βασίζεται στην ατμοποίηση του ψυκτικού υγρού, η οποία γίνεται στο στοιχείο ατμοποίησης. Ο όρος «ρευστό» περικλείει και τον όρο υγρό και τον όρο αέριο.

Είναι λοιπόν ο καταλληλότερος όρος για να περιγράψει την εργαζόμενη ουσία στις ψυκτικές μηχανές, η οποία βρίσκεται άλλοτε σε μορφή υγρού και άλλοτε σε μορφή ατμού.

Ποιες ιδιότητες πρέπει να έχει μια ουσία προκειμένου να επιλεγεί ως ψυκτικό ρευστό;

Προκειμένου μια ουσία να χρησιμοποιηθεί ως ψυκτικό ρευστό, πρέπει να έχει ορισμένες ιδιότητες. Εννοείται ότι καμιά ουσία δε συγκεντρώνει όλες τις ιδιότητες που αναφέρουμε.

Ανάλογα με την εφαρμογή, το είδος δηλαδή της ψυκτικής εγκατάστασης, κάποιες από αυτές τις ιδιότητες είναι απαραίτητες και κάποιες άλλες λιγότερο σημαντικές.

Γενικά, μπορούμε να πούμε ότι επιθυμούμε ένα ψυκτικό μέσο να έχει τις κατάλληλες φυσικές, χημικές και φυσιολογικές ιδιότητες.

Εκτός όμως από αυτές τις ιδιότητες, έχουμε και οικονομικές απαιτήσεις (π.χ. τιμή, διαθεσιμότητα στην αγορά κ.τ.λ.).

Ένα καλό ψυκτικό ρευστό, λοιπόν, πρέπει :

Επιλογή του κατάλληλου ψυκτικού ρευστού & τεχνικές προδιαγραφές

Η επιλογή του κατάλληλου ψυκτικού ρευστού στις μέρες μας, αποτελεί ένα περίπλοκο δίλημμα, καθώς το ψυκτικό ρευστό θα πρέπει να ικανοποιεί μια σειρά από συχνά αντικρουόμενες τεχνικές προδιαγραφές:

Κωδικοί «R» & χρώματα κυλίνδρων αποθήκευσης των ψυκτικών μέσων

Έχει καθιερωθεί ένα σύστημα κωδικοποίησης που δίνει ένα χαρακτηριστικό αριθμό σε κάθε ψυκτικό. Είναι εντελώς απαραίτητο να υπάρχει ένα τέτοιο σύστημα, γιατί υπάρχουν πάρα πολλά ψυκτικά ρευστά (και παράγονται συνεχώς και νέα) με διάφορες ιδιότητες.

Για να αποφεύγεται η σύγχυση, θα πρέπει τα ψυκτικά να αναγνωρίζονται με όνομα και αριθμό. Πριν από τον αριθμό υπάρχει το γράμμα R (από την αγγλική λέξη refrigerant = ψυκτικό).

Έτσι λοιπόν έχουμε το R12, το R13, το R22, το R500, το R502, το R717, το R134α κ.τ.λ.

Οι κύλινδροι αποθήκευσης των ψυκτικών ρευστών έχουν ένα χαρακτηριστικό χρώμα, για να αναγνωρίζεται το ψυκτικό μέσο που περιέχουν.

Έτσι π.χ. οι κύλινδροι του ψυκτικού R22 έχουν πράσινο χρώμα, του R134_a γαλάζιο χρώμα κ.τ.λ.

Είδη ψυκτικών ρευστών – Η τοξικότητα και αναφλεξιμότητα τους

Έχουν γίνει διάφορες κατηγοριοποιήσεις για τα ψυκτικά μέσα.

Με κριτήριο την τοξικότητα, χωρίζονται στις κατηγορίες Α και Β.

Με κριτήριο την αναφλεξιμότητα, δηλαδή την ευκολία ανάφλεξης, χωρίζονται στις κατηγορίες

Αν εξαιρέσουμε την Αμμωνία (R717), τα υπόλοιπα ψυκτικά μέσα, που χρησιμοποιούνται ευρέως, προέρχονται από υδρογονάνθρακες (ενώσεις του άνθρακα με υδρογόνο), στους οποίους κάποια άτομα υδρογόνου έχουν αντικατασταθεί με άτομα χλωρίου ή φθορίου.

Οι ενώσεις αυτές λέγονται αλλιώς αλογονομένοι υδρογονάνθρακες (αλογόνα ονομάζονται τα στοιχεία φθόριο, χλώριο, βρώμιο και ιώδιο).

Κατηγορίες ψυκτικών υγρών. Υδρογονάνθρακες & αλογονομένες ενώσεις

Τα ψυκτικά ρευστά που έχουν χρησιμοποιηθεί έως σήμερα, και χρησιμοποιούνται ακόμη, ανήκουν σε δύο μεγάλες κατηγορίες:

Στην κατηγορία των υδρογονανθράκων και των ανόργανων ενώσεων συμπεριλαμβάνονται η αμμωνία, το διοξείδιο του άνθρακα, οι απλοί υδρογονάνθρακες και το νερό.

Συχνά, τα ψυκτικά ρευστά αυτής της κατηγορίας αναφέρονται ως «φυσικά» ρευστά. Προφανώς, παρότι αυτές οι χημικές ενώσεις απαντώνται στη φύση, οι ποσότητες τους που απαιτούνται για τις ψυκτικές εφαρμογές προϋποθέτουν βιομηχανική παρασκευή.

Από την άλλη όμως, τα φυσικά ρευστά παρουσιάζουν προβλήματα αυξημένης τοξικότητας, είναι εύφλεκτα, διαβρωτικά και έχουν χαμηλότερη ψυκτική απόδοση:

Τα αλογονομένα ψυκτικά ρευστά περιέχουν ένα ή περισσότερα από τα αλογόνα (συνήθως φθόριο και χλώριο και πολύ σπανιότερα βρώμιο και ιώδιο) σε ένα μόριο με άτομα άνθρακα.

Η εμπορική παραγωγή αυτών των ενώσεων ξεκίνησε στη δεκαετία του 1930 και κατά χρονολογική σειρά, αρχίζοντας από τα παλαιότερα, περιλαμβάνουν:

Περιβαλλοντικές επιπτώσεις ψυκτικών υγρών – Πρωτόκολλο Μόντρεαλ

Όπως έχει, παρουσιαστεί, η λειτουργία των ψυγείων γίνεται μόνο με τη χρήση ψυκτικών ρευστών – υγρών, τα οποία στη γενικότερη δομή τους ανήκουν στη χημική οικογένεια των χλωροφθορανθράκων.

Οι χλωροφθοράνθρακες (CFCs) και οι υδροχλωροφθοράνθρακες (HCFCs) περιέχουν κυρίως φθόριο, χλώριο και άλλα αλογόνα. Το χλώριο ευθύνεται για την καταστροφή της στοιβάδας του όζοντος στη στρατόσφαιρα.

Το πρόβλημα δημιουργείται στην ατμόσφαιρα, όταν τα ψυκτικά ρευστά απελευθερώνονται λόγω διαρροών κατά τη συντήρηση ή την απόσυρση των οικιακών συσκευών ψύξης.

Η δράση των CFCs κατέστρεφε με γοργούς ρυθμούς το στρατοσφαιρικό όζον με τελικό αποτέλεσμα την αύξηση της καρκινογόνου υπεριώδους ακτινοβολίας η οποία έφτανε στην επιφάνεια της Γης και την επακόλουθη αυξημένη έκθεση των ανθρώπων σε αυτή.

Μεταξύ των CFCs, δεσπόζουσα θέση κατείχε το ψυκτικό R12, το οποίο έμεινε στην ιστορία με το εμπορικό όνομα Freon.

Εκτός από τη συνεισφορά τους στην καταστροφή της στοιβάδας του όζοντος, τα CFCs αναφέρονται και ως αέρια του θερμοκηπίου, ουσίες οι οποίες επιβαρύνουν την παγκόσμια υπερθέρμανση.

Σε απάντηση των περιβαλλοντικών ανησυχιών, ήδη από το 1978 το αμερικανικό κογκρέσο είχε απαγορεύσει τη χρήση των CFCs, ως προωθητικά αέρια στα δοχεία των σπρέι.

Αργότερα, υιοθετήθηκε το πρωτόκολλο του Μόντρεαλ για τον αρχικά περιορισμό και στη συνέχεια την απαγόρευση της παραγωγής και εμπορίας των χημικών ενώσεων που καταστρέφουν το όζον στη στρατόσφαιρα.

Το πρωτόκολλο του Μόντρεαλ υπεγράφη το Σεπτέμβριο του 1987 υπό την αιγίδα του ΟΗΕ. Το πρωτόκολλο τέθηκε σε ισχύ την 1η Ιανουαρίου 1989.

Ως παράπλευρη θετική επίπτωση του πρωτοκόλλου του Μόντρεαλ είναι και ο περιορισμός των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου τα οποία προέρχονται από τα ψυκτικά υγρά.

Οι κανονισμοί που απορρέουν από το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ (1987) αλλά και του Κιότο (1997) και του Παρισιού (2016) γίνονται διαρκώς αυστηρότεροι.

Την ίδια ώρα, η διεθνής αγορά ψάχνει συνεχώς να βρει ψυκτικά ρευστά φιλικότερα προς το περιβάλλον που θα επιφέρουν ακόμα μικρότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

Ψυκτικά μέσα σε τεχνολογίες κλιματισμού – ποιότητας αέρα

Θα δούμε τώρα, συνοπτικά, τις ιδιότητες ορισμένων ψυκτικών μέσων που χρησιμοποιήθηκαν και χρησιμοποιούνται στις εφαρμογές

R-12- Φρέον. Το διχλωρο-διφθορο-μεθάνιο. Κωδικό χρώμα: λευκό

Η χημική ονομασία του R12 είναι διχλωρο-διφθορο-μεθάνιο (χημικός τύπος : CCΙ₂F₂). Το κωδικό του χρώμα είναι το λευκό (αγγλικά: Dichlorodifluoromethane)

Είναι ψυκτικό μέσο CFC (χλωροφθοράνθρακας). Το R12, υπό πίεση 1atm, βράζει περίπου στους – 30° C.

Είναι ψυκτικό με σπουδαίες θερμοδυναμικές, φυσικές και χημικές ιδιότητες και για το λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκε σε όλες σχεδόν τις εφαρμογές ψύξης, όπως τα οικιακά ψυγεία, τα εμπορικά ψυγεία συντήρησης και κατάψυξης καθώς και σε πολλά συγκροτήματα εγκαταστάσεων κλιματισμού.

Το Φρέον είναι ένα όνομα εμπορικού σήματος της DuPont για κάθε χλωροφθορανθρακικό (CFC), υδρογονωμένο CFC (HCFC), ή υδροφθορανθρακικό (HFC) ψυκτικό μέσο και χρησιμοποιούταν ως ψυκτικό υγρό και προωθητικό αέριο σε εμφυαλωμένα αερολύματα (αεροζόλ).

Η κυκλοφορία του διακόπηκε το 1994 για οικολογικούς λόγους, μιας και θεωρείται καταστρεπτικό για την στοιβάδα του όζοντος που προφυλάσσει την Γη από την επικίνδυνη υπεριώδη ακτινοβολία.

R-22. Το μονοχλωρο-διφθορο-μεθάνιο. Κωδικό χρώμα: πράσινο

Η χημική ονομασία του R22 είναι μονοχλωρο-διφθορο-μεθάνιο (CHCIF₂). Το κωδικό του χρώμα είναι το πράσινο. Το R22, υπό πίεση 1atm, βράζει περίπου στους – 41° C.

Έχει λανθάνουσα θερμότητα ατμοποίησης περίπου 1,5  φορά μεγαλύτερη από αυτή του R12. Δεν αναφλέγεται, δεν εκρήγνυται, δεν είναι διαβρωτικό και δεν είναι τοξικό. Πρόκειται δηλαδή για ένα ασφαλές ψυκτικό.

Επίσης, η συνεισφορά του R22 στη δημιουργία της τρύπας του όζοντος είναι περίπου 20 φορές μικρότερη από αυτή του R12.

Επειδή όμως υπάρχει επιτακτική ανάγκη προστασίας του στρώματος του όζοντος στην ατμόσφαιρα, έχει δρομολογηθεί διαδικασία σταδιακής αντικατάστασης και του R22

Το R22 διαλύεται εύκολα στο νερό, γι’ αυτό οι εγκαταστάσεις με R22 πρέπει να έχουν ισχυρά φίλτρα υγρασίας.

Το μεγάλο πλεονέκτημα του R22 έναντι του R12 είναι ότι απαιτεί μικρότερη εκτόπιση συμπιεστή. Για δεδομένη εκτόπιση συμπιεστή, το ψυκτι­κό αποτέλεσμα που πετυχαίνεται με το R22 είναι κατά 60% μεγαλύτερο απ’ αυτό που πετυχαίνεται με το R12.

Αυτό σημαίνει ότι για δεδομένη ι­σχύ, ο συμπιεστής του R22 είναι μικρότερος από τον αντίστοιχο του R12. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο το R22 χρησιμοποιήθηκε πολύ στις μικρές κλιματιστικές συσκευές παραθύρου, όπου η οικονομία χώρου είναι σημαντικός παράγοντας.

R-134a. Το ψυκτικό μέσο τετραφθορο-αιθάνιο. Κωδικό χρώμα: θαλασσί

Η χημική ονομασία του R134a είναι τετραφθορο-αιθάνιο (CF₃CH₂F). Το κωδικό του χρώμα είναι το θαλασσί. Το R134a είναι νέο ψυκτικό, το οποίο υποκαθιστά το R12.

Βράζει, υπό πίεση1atm. στους -26° C, έχει λανθάνουσα θερμότητα ατμοποίησης λίγο μεγαλύτερη από του R12 και ειδικό όγκο περίπου τον ίδιο με το R12.

Γενικά, έχει ιδιότητες παραπλήσιες με αυτές του R12 και γι’ αυτό το λόγο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε όλες τις εγκαταστάσεις που χρησιμοποιείται το R12, με την προϋπόθεση να ακολουθηθούν προσεκτικά τα βήματα αντικατάστασης που ορίζει ο κατασκευαστής.

Το R134a έχει μηδενική επίδραση στην καταστροφή του στρώματος του όζοντος και ελάχιστη συμβολή στη δημιουργία του φαινομένου του θερμοκηπίου. Αυτά είναι τα μεγάλα του πλεονεκτήματα σε σχέση με το R12.

Το R134a δεν ανιχνεύεται με τη λυχνία Halide. Το απαιτούμενο βάρος του R134a για πλήρη φόρτιση μονάδας με R12 είναι κατά 10 έως 15% λιγότερο από το βάρος του R12.

Στις εγκαταστάσεις με R134a χρησιμοποιείται πάντοτε εστερικό ψυκτέλαιο, σε αντίθεση με τις εγκαταστάσεις R12, όπου χρησιμοποιείται ο­ρυκτέλαιο.

R-407C. Ψυκτικό μέσο από μείγμα ψυκτικών μέσων. Κωδικό χρώμα: καφέ

Το R407Cείναι ένα από τα νέα εναλλακτικά ψυκτικά μέσα που αναπτύχθηκαν για την αντικατάσταση του R22.

Σύμφωνα με τον Ευρωπαϊκό κανονισμό L244/2037/2000, ο οποίος εφαρμόζεται και στην πατρίδα μας, προβλέπεται σταδιακή κατάργηση του R22.

Το R407C σχεδιάστηκε ειδικά για να έχει παρόμοιες επιδόσεις, καθώς και κοντινές τιμές πιέσεων και θερμοκρασιών αλλαγών φάσης, με το R22.

Έτσι, το R407C έχει τη δυνατότητα να αντικαθιστά το R22 τόσο σε νέες όσο και σε παλιές εγκαταστάσεις. Το R407C μπορεί να αντικαθιστά το R22 σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις, αρκεί να ακολουθούνται προσεκτικά οι οδηγίες αντικατάστασης του κατασκευαστή.

Μεγάλη προσοχή πρέπει να δίνεται στο γεγονός ότι το R407C απαιτεί τη χρήση καλής ποιότητας εστερικού λαδιού λίπανσης.

Το R407C είναι μείγμα ψυκτικών μέσων. Το κωδικό του χρώμα είναι το καφέ. Δεν είναι τοξικό ούτε εύφλεκτο.

Τα τρία ψυκτικά από τα οποία αποτελείται το R407C είναι υδρογονο-φθοράνθακες (HFC), οι οποίοι δε συμβάλλουν στη δημιουργία της τρύπας του όζοντος.

R-717. Το ψυκτικό μέσο Αμμωνία. Κωδικό χρώμα: ασημί

Το κωδικό χρώμα του R717 είναι το ασημί. Η αμμωνία (χημικός τύπος ΝΗ₃) βράζει, υπό πίεση 1atm στους -28 °C.

Η λανθάνουσα θερμότητα ατμοποίησης της αμμωνίας είναι από τις πιο υψηλές μεταξύ των ψυκτικών ρευστών.

Αυτό σημαίνει ότι, για δεδομένη ισχύ της εγκατάστασης, απαιτείται μικρότερος μηχανικός εξοπλισμός από αντίστοιχες εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν άλλα ψυκτικά υγρά.

Η αμμωνία, όταν υπάρχει υγρασία, γίνεται διαβρωτική με το χαλκό. Αντίθετα, δεν είναι διαβρωτική με το σίδηρο και το χάλυβα.

Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο δεν πρέπει να χρησιμοποιείται χαλκός στις εγκαταστάσεις αμμωνίας.

Η αμμωνία είναι τοξική. Για την επισκευή, σε περίπτωση διαρροών, θα πρέπει ο τεχνικός να φορά ειδική μάσκα ή να προηγηθεί καλός εξαερισμός του χώρου.

Οι διαρροές αμμωνίας ανιχνεύονται με τη χρήση φλόγας θείου. Η φλόγα θείου, όταν υπάρχουν ατμοί αμμωνίας, δημιουργεί λευκούς ατμούς. Επίσης ανιχνεύεται με ειδικό δοκιμαστικό χάρτη.

Η αμμωνία είναι από τα πρώτα ψυκτικά ρευστά που χρησιμοποιήθηκαν. Μετά την ανάπτυξη των αλογονομένων υδρογονανθράκων αντικαταστάθηκε στις εγκαταστάσεις μικρού και μεσαίου μεγέθους.

Σήμερα χρησιμοποιείται στις εγκαταστάσεις παγοποιείων καθώς και στις μεγάλες εγκαταστάσεις συντήρησης ή κατάψυξης.

Υπάρχει πάντως ενδιαφέρον στην εποχή μας, όπου παρουσιάζεται επιτακτική ανάγκη για απομάκρυνση των αλογονομένων υδρογονανθράκων, για χρήση της αμμωνίας και σε εγκαταστάσεις μικρότερου μεγέθους.