Альтернативы ГХФУ и ГФУ в жарких развивающихся странах

В 2007 году на 19-м совещании Сторон Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, было принято решение об ускорении темпов отказа от производства и потребления ГХФУ в развивающихся странах (так называемых странах Статьи 5). Сегодня эти вещества применяются преимущественно в холодильном и климатическом оборудовании, а также при производстве пеноматериалов. Ожидается, что к 2030 году экономический рост утроит спрос на хладагенты и вспениватели, поэтому при выборе альтернатив следует принять во внимание вопросы защиты озонового слоя и климата.

В странах с развитой экономикой на смену озоноразрушающим веществам (ОРВ) пришли ГФУ, обладающие высоким потенциалом глобального потепления (ПГП). Сегодня применение этих веществ в развитых странах ограниченно.

За исключением сегмента автомобильных кондиционеров, в развивающихся странах ГФУ с высоким ПГП применяются пока не слишком широко, поэтому там есть возможность сразу перейти на вещества и технологии, безопасные для климата. В этом случае для замены ОРВ и удовлетворения растущего спроса на хладагенты и вспениватели будут использоваться решения, отвечающие требованиям завтрашнего дня. При этом крайне важно обеспечить эффективное использование энергии, особенно в условиях высокой температуры, которая в летнее время наблюдается во многих развивающихся странах.

Секторальный анализ подтверждает возможность применения экологичных альтернатив ГХФУ и ГФУ с высоким ПГП уже сегодня.

В 55% случаев ГХФУ можно заменить природными хладагентами и вспенивателями и в 13% — гидрофторолефинами (ГФО), представляющими собой особую разновидность ГФУ с малым ПГП, уже в краткосрочной перспективе.
В 22% случаев ГХФУ можно заменить ГФУ со средним ПГП в краткосрочной перспективе и смесями ГФУ-ГФО — в среднесрочной.
В остальных случаях альтернативы, сопоставимые по эффективности и цене, пока отсутствуют, и их появление ожидается не ранее 2025 года.

Природные хладагенты и вспениватели

В умеренном и жарком климате наивысшие показатели энергоэффективности обеспечиваются при замене R22 пропаном (R290). Схожесть термодинамических свойств этих веществ позволяет ограничиться модернизацией устройств, работавших на R22 (компрессоры).

В силу горючести количество пропана, использующегося в помещениях, не может превышать 1,5 кг, а если речь идет о кондиционерах воздуха — 1 кг. К устройствам, размещаемым на открытом воздухе или в отдельных машинных залах, такие ограничения не применяются, что позволяет использовать большое количество углеводорода в чиллерах или двухконтурных холодильных установках. Такие же требования применимы и к аммиаку, который считается самым эффективным хладагентом.

В большинстве промышленно развитых стран углеводороды уже заняли доминирующее положение на рынке оборудования с небольшим количеством хладагента: бытовых холодильников, морозильников, коммерческого автономного оборудования, мобильных и оконных кондиционеров.

Та же ситуация наблюдается и во многих развивающихся странах, где сейчас происходит переход крупнейшего сектора — бытовых сплит-систем — на R290. Основная масса этих устройств производится и применяется именно в развивающихся странах. Углеводороды наиболее эффективны в качестве хладагента в кондиционерах мощностью до 7 кВт, на долю которых приходится до 80% от общего количества оборудования и около 50% общего объема использующихся хладагентов. В силу норм безопасности в устройствах большей мощности используются менее горючие вещества.

В секторе коммерческих конденсаторных агрегатов, широко используемых в розничной торговле, наблюдается схожая ситуация. Составляющие абсолютное большинство устройства мощностью менее 5 кВт не могут содержать более 1,5 кг углеводородов. На их долю приходится более 50% используемого в сегменте объема хладагентов.

Ограничения на количество хладагента не распространяются на чиллеры на базе компрессоров объемного сжатия.

В промышленно развитых странах природные хладагенты широко применяются уже сегодня: углеводороды — в системах мощностью до 150 кВт, а аммиак — в более мощных. В Европе в промышленных холодильных системах большой производительности самым популярным хладагентом является аммиак. Развивающиеся страны могут воспользоваться этими проверенными технологиями отчасти потому, что при высокой температуре окружающего воздуха (более +40 °C) и пропан, и аммиак демонстрируют превосходные показатели.

В секторе производства пеноматериалов промышленно развитых стран углеводородные вспениватели уже стали обычной практикой и могут заменить ГХФУ в производстве пенополиуретана и экструдированного пенополистирола.

ГФО

Гидрофторолефины (ГФО), как и углеводороды, обладают малым ПГП, но при этом менее горючи. Сегодня автопроизводители всего мира внедряют ГФО R1234yf в автомобильных системах кондиционирования. Уже появились серийные модели центробежных чиллеров на R1234ze, это же вещество используется и как вспениватель в некоторых теплоизоляционных плитах из экструдированного пенополистирола. Такие ГФО, как R1234ze или R1336mzz, могут использоваться в монтажной пене, которую нельзя производить с использованием легковоспламеняющихся углеводородов.

Примерно 13% спроса на хладагенты и вспениватели к 2030 году невозможно будет удовлетворить за счет углеводородов и аммиака, поэтому для этих целей будут использоваться ГФО.

ГФУ и смеси ГФУ-ГФО

Поскольку допускаемого нормами безопасности 1 килограмма углеводородов недостаточно для работы сплит- и мульти-сплит-систем мощностью более 7 кВт, в качестве хладагента в таком оборудовании следует использовать менее горючие хладагенты.

При замене углеводородов на менее горючие ГФУ-32 или смеси ГФУ-32 и ГФО современные требования к безопасности разрешают увеличить количество хладагента в 10–12 раз. Новые смеси ГФУ и ГФО с ПГП от 200 до 400 выйдут на рынок только к 2018 г., сейчас же доступен только R32 с относительно высоким ПГП (675), который в то же время ниже аналогичного показателя смесей ГФУ, пришедших на смену R22 в развитых странах.

С точки зрения энергоэффективности при высоких температурах R32 превосходит эти смеси и так же эффективен, как пропан (при условии ряда модификаций). В краткосрочной перспективе R32 можно считать приемлемым временным решением для использования в кондиционерах производительностью более 7 кВт, эксплуатируемых в жарких странах.

Остальные случаи

В промышленно развитых странах R22 в конденсаторных агрегатах мощностью более 5 кВт и централизованных системах для супермаркетов заменили смесью R404а с ПГП, почти равным 4 000, что вдвое выше ПГП R22. Поскольку прогнозы обещают утроение спроса на хладагенты к 2030 г., массовый переход на R404а в указанных подсекторах коммерческого охлаждения нивелирует эффект сокращения воздействия на климат, тем более что при высоких температурах он крайне неэффективен. В этой связи следует не допустить перехода с R22 на R404а.

Для популярной одноступенчатой схемы холодильной системы, используемой в супермаркетах, где в средне- и низкотемпературном контурах применяется один и тот же хладагент, альтернатив с низким ПГП пока нет.

В странах Европы предпочтение отдается высокоэффективным двухконтурным каскадным системам, в которых CO₂ используется в низкотемпературном контуре, а R134a — в среднетемпературном. По сравнению с одноступенчатыми системами на R22 такой подход позволяет уменьшить ПГП практически вдвое. При появлении недорогих смесей ГФУ-ГФО или углеводородных систем охлаждения вторичным хладагентом ПГП уменьшится еще больше.

Проблему представляет и отказ от использования R22 в конденсаторных агрегатах мощностью более 5 кВт, поскольку эффективной альтернативы с низким или средним ПГП для этой технологии непосредственного охлаждения в краткосрочной перспективе нет. Углеводородные системы охлаждения вторичным хладагентом могут использоваться только при увеличении производительности. Необходимые компоненты не только дорогостоящи, но и отсутствуют на рынке в требуемом количестве. Иными словами, в развивающихся странах этот вариант нельзя предлагать в качестве рядового решения проблемы.

Альтернативы R22 или R404а для холодильного транспорта пока еще не готовы к выходу на рынок.

Как видно, в развивающихся странах ГХФУ и ГФУ с высоким ПГП в 90% случаев можно заменить веществами со средним или низким ПГП. Такой переход может быть осуществлен в кратко- или среднесрочной перспективе без снижения энергоэффективности при высоких температурах окружающего воздуха.

Здесь следует, однако, отметить, что успешное сокращение вклада в глобальное потепление во многом зависит от распространения таких углеводородных хладагентов, как R290, которое пока тормозится действующими нормами безопасности. При высоких температурах эти хладагенты так же эффективны, как R22. К тому же за многие годы использования не только в развитых, но и развивающихся странах они подтвердили свою надежность и эффективность.

Для замены ОРВ и удовлетворения растущего спроса на хладагенты и вспениватели могут и должны применяться безотлагательные меры, отвечающие требованиям завтрашнего дня.

По материалам Öko-Recherche

Правила использования статей