Infografika. Czynniki chłodnicze w pompach ciepła.

Ilustracja przestawia mapę oznaczeń. Główny wątek to czynniki chłodnicze w pompach ciepła. Pod każdym panelem znajduje się znacznik z zawartą treścią. Paneli jest 26.

1. Czynniki chłodnicze to związki chemiczne lub mieszaniny, którymi wypełniona jest instalacja. Wykorzystywane są one do przekazywania energii z dolnego do górnego źródła ciepła. Krążąc w instalacji, czynniki chłodnicze podlegają cyklowi przemian termodynamicznych. Tak powstaje obieg chłodniczy. Czynniki dzielimy na naturalne, np. węglowodory: propan, butan, izobutan, oraz syntetyczne, stworzone przez człowieka. Z punktu widzenia efektywności pracy instalacji czynniki chłodnicze powinna charakteryzować: ujemna wartość temperatury wrzenia w warunkach otoczenia, stabilność  chemiczna przy każdej temperaturze w obiegu, obojętność chemiczna w stosunku do materiałów, z których wykonana jest instalacja, niepalność, nietoksyczność, niewybuchowość duża wydajność objętościowa chemiczna i fizyczna czystość. Czynniki chłodnicze oznacza się ze względu na toksyczność i palność, używając symboli literowych i cyfrowych: Litera A– czynniki o niskiej toksyczności, Litera B– czynniki o wysokiej toksyczności, Cyfra 1 – czynniki niepalne, Cyfry 2 i 2L – czynniki palne (litera L oznacza, że dany czynnik charakteryzuje się obniżoną szybkością spalania), Cyfra 3 – czynniki wybuchowe.

2. Czynniki chłodnicze nie są obojętne dla środowiska. Do oceny ich oddziaływania służą opracowane w tym celu wskaźniki potencjał niszczenia ozonu ODP (Ozone Depletion Potential) – opisuje wpływ danego czynnika na rozkładanie ozonu,globalny potencjał ocieplenia GWP (Global Warming Potential) – opisuje wpływ danego czynnika na potęgowanie efektu cieplarnianego. Wartość tego wskaźnika odnosi się do dwutlenku węgla R744 i czasu, w jakim będzie on oddziaływał na środowisko, wynoszącego 100 lat. GWP R744 = 1GWP równe 2088 oznacza, że 1 kg czynnika uwolnionego do atmosfery będzie oddziaływał na środowisko jak 2088 kg CO2 całkowity równoważny wskaźnik ocieplenia TEWI (Total Equivalent Warming Potential) – opisuje wpływ danego czynnika oraz urządzenia, w jakim jest wykorzystywany, na proces globalnego ocieplenia atmosfery w całym okresie eksploatacji urządzenia. Uwzględnia on zarówno wpływ bezpośredni, np. uwalnianie czynnika do atmosfery, jak i pośredni, czyli ilość energii, jaką urządzenie zużyje w czasie eksploatacji.

3. HC (WĘGLOWODORY)

HC – węglowodory nasycone, np. propan HC‑290, n‑butan HC‑600. Wskaźnik ODP jest równy 0.

4. R290 (propan). Należy do grupy HC

Występuje w postaci naturalnej jako składnik gazu ziemnego. Jego wpływ na środowisko jest znikomy, a potencjalna wybuchowość nie stwarza zagrożenia przy niewielkich stężeniach. Charakteryzuje go również wysoka pojemność cieplna zarówno dla par, jak i dla cieczy. Punkt krytyczny propanu występuje w temperaturze 96,7°C i ciśnieniu 4,251 kPa, a gęstość substancji w tym punkcie wynosi 220 kg/3. Wskaźnik ODP = 0 Wskaźnik GWP = 3 Temperatura wrzenia = -42,1°C .Pojemność cieplna pary = 1,685 kJ/(kg·K) Pojemność cieplna cieczy w temperaturze 25°C = 2,719 kJ/(kg·K)

5. R600 (n‑butan). Należy do grupy HC

Wykorzystywany również jako paliwo. Zbliżony parametrami do czynników R12 i R134a.Wskaźnik ODP=0 Wskaźnik GWP=3

6. FC (PERFLUOROWĘGLOWODORY)

FC – substancje, w których wszystkie atomy wodoru zostały zastąpione atomami fluoru. Brak atomów wodoru i chloru. Wskaźnik ODP jest równy 0.

7. R219 (oktafluoropropan). Należy do grupy FC

Związek z rodziny perfluorowęglowodorów, gaz cieplarniany. Wskaźnik ODP=0Wskaźnik GWP=7000

8. RC318 (oktafluorocyklobutan). Należy do grupy FC

Związek z rodziny perfluorowęglowodorów, gaz cieplarniany. Wskaźnik ODP=0 Wskaźnik GWP=9100

9. HFC (WODOROFLUOROWĘGLOWODORY)

HFC – substancje organiczne, w cząsteczkach których część atomów wodoru została zastąpiona atomami fluoru. Od 2015 r. obowiązuje zakaz handlu nimi i dystrybucji, a instalacje z najczęściej stosowanym R22 podlegają modernizacji lub wymianie czynnika i zastąpienia go innym, o mniejszym wskaźniku ODP.

10. R134a (tetrafluoroetan). Należy do grupy HFC

Pierwszy bezchlorowy i wszechstronnie przetestowany czynnik chłodniczy bezpieczny dla warstwy ozonowej (ODP = 0). Powszechnie stosowany w urządzeniach chłodniczych i klimatyzacyjnych na całym świecie, zarówno jako czynnik  jednorodny, jak i składnik różnorodnych mieszanin. Nie jest łatwopalny ani wybuchowy. Jego temperatura wrzenia jest nieco wyższa od pozostałych stosowanych czynników chłodniczych, a wartości pojemności cieplnej są bliskie średniej dla pozostałych czynników chłodniczych. Punkt krytyczny dla tego związku występuje w temperaturze 101,1°C i ciśnieniu 4,067 kPa, a gęstość substancji w tym punkcie wynosi 508 kg/m3. Wskaźnik ODP = 0 Wskaźnik GWP = 1430 Temperatura wrzenia = -26,1°C Pojemność cieplna pary = 0,85 kJ/(kg·K) Pojemność cieplna cieczy w temperaturze 25°C = 1,44 kJ/(kg·K)

11. R410a (mieszanina difluorometanu i pentafluoroetanu). Należy do grupy HFC

Niepalny i nietoksyczny czynnik chłodniczy, stosowany w urządzeniach domowych i komercyjnych. Jest on czynnikiem chłodniczym o bardzo dobrych właściwościach, charakteryzuje go bowiem niższa niż w przypadku wielu innych czynników chłodniczych temperatura wrzenia, stosunkowo wysokie wartości pojemności cieplnej, nie niszczy warstwy ozonowej i jest bezpieczny dla otoczenia. Punkt krytyczny dla tego czynnika występuje w temperaturze 72,13°C i ciśnieniu 4,926 kPa, a gęstość substancji w tym punkcie wynosi 488,9 kg/m3.Wskaźnik ODP = 0 Wskaźnik GWP = 2340Temperatura wrzenia = -51,6°C<br>Pojemność cieplna pary = 0,83 kJ/(kg·K)<br>Pojemność cieplna cieczy w temperaturze 25°C = 1,84 kJ/(kg·K)

12. R404a. Należy do grupy HFC

Mieszanina HFC całkowicie wolna od chloru (ODP = 0), wykorzystywana jako zamiennik R502 i R22 w układach średnio- i niskotemperaturowych. Nieco niższa temperatura wrzenia, wyższa pojemność cieplna par i cieczy oraz ODP = 0 sprawiają, że jest on czynnikiem chłodniczym o lepszej charakterystyce niż R22 i R502. Punkt krytyczny dla tego czynnika chłodniczego występuje w temperaturze 72,07°C i ciśnieniu 3,731 kPa, a jego gęstość w tym punkcie wynosi 484 kg/m3.Wskaźnik ODP = 0 Wskaźnik GWP = 3922 Temperatura wrzenia = -46,6°C Pojemność cieplna pary = 0,88 kJ/(kg·K).Pojemność cieplna cieczy w temperaturze 25°C = 1,64 kJ/(kg·K)

13. R152a (difluoro‑1,1‑etan). Należy do grupy HFC

Zamiennik R22, znajduje zastosowanie jako składnik niektórych mieszanin. Posiada bardzo niski potencjał tworzenia efektu cieplarnianego. Mała zawartość fluoru sprawia jednak, że R152a jest palny, pod względem bezpieczeństwa klasyfikowany w grupie A2. Charakteryzuje się wyższą temperaturą wrzenia niż R22, ale również znacząco wyższą pojemnością cieplną zarówno cieczy jak i par, co czyni go bardzo efektywnym czynnikiem chłodniczym. Punkt krytyczny dla R152a występuje w temperaturze 1136,15°C i ciśnieniu 4,496 kPa, a gęstość substancji w tym punkcie wynosi 368 kg/m3. Wskaźnik ODP = 0 Wskaźnik GWP = 124 Temperatura wrzenia = -24,7°C Pojemność cieplna pary = 1,057 kJ/(kg·K) Pojemność cieplna cieczy w temperaturze 25°C = 1,80 kJ/(kg·K).

14. CFC (CGLOROFLUOROWĘGLOWODORY)

CFC – w pełni halogenowe związki węgla, w których wszystkie atomy wodoru w cząsteczce zostały zastąpione atomami chloru i fluoru; charakteryzuje je duża stabilność chemiczna. Jednak badania wykazały, że mają negatywny wpływ na środowisko – przyczyniają się do degradacji ozonu atmosferycznego. Na mocy Ustawy z dnia 15 maja 2015 r. o substancjach zubożających warstwę ozonową oraz o niektórych fluorowanych gazach cieplarnianych, zakazano stosowania w Polsce czynników CFC w nowych instalacjach, a także serwisowania instalacji istniejących zawierających ten czynnik. W całej UE czynniki te mają być wycofywane do 2030 roku.

15. R12. Należy do grupy CFC

Czynnik wycofany z obrotu ze względu na wysoki potencjał niszczenia ozonu, traktowany w Polsce jako odpad niebezpieczny.

16. HBFC (WODOROBROMOFLUOROWĘGLOWODOWY)

HBFC – substancje organiczne, w cząsteczkach których występują atomy bromu.

17. R22B1 (bromodifluorometan). Należy do grupy HBFC

Czynnik oznaczany również jako HBFC‑22B1, wycofany z obrotu towarowego jako substancja zubażająca warstwę ozonową.

18. HCFC (WODOROCHLOROFLUOROWĘGLOWODORY)

HCFC – organiczne związki chemiczne z grupy freonów, pochodne węglowodorów, w których niektóre atomy wodoru zostały zastąpione atomami chloru i fluoru. Rozkładają się w dolnych warstwach atmosfery. Uznaje się, że przyczyniają się do efektu cieplarnianego.

19. R507. Należy do grupy HCFC

Mieszanina dwuskładnikowa azeotropowa, całkowicie wolna od chloru, zamiennik R502 oraz R22 w układach średnio- i niskotemperaturowych. Charakteryzuje się on niższą temperaturą wrzenia i większą pojemnością cieplną od R22, co czyni go lepszym czynnikiem chłodniczym. Punkt krytyczny dla tego związku występuje w temperaturze 70,9°C i ciśnieniu 3,37 kPa, a gęstość R507 w tym punkcie wynosi 500 kg/m3. Ze względu na wysoki współczynnik GWP jej stosowanie będzie stopniowo ograniczane.Wskaźnik ODP = 0 Wskaźnik GWP = 3985 Temperatura wrzenia = -46,7°C Pojemność cieplna pary = 0,864 kJ/(kg·K)<br>Pojemność cieplna cieczy w temperaturze 25°C = 1,504 kJ/(kg·K).

20. R22 (difluorochlorometan). Należy do grupy HCFC

Czynnik fluorowcopochodny, freon. Stanowi zagrożenie dla warstwy ozonowej, dlatego jest stopniowo wycofywany z obrotu na terenie UE. Przepisy środowiskowe zakazują stosowania R22 w nowych instalacjach. Jego zamiennikiem są bezchlorowe czynniki R134a, R404A oraz R507A. R22 charakteryzuje się niską temperaturą wrzenia oraz przeciętną pojemnością cieplną zarówno w postaci gazowej, jak i ciekłej.Punkt krytyczny dla tego związku występuje w temperaturze 96,14°C i ciśnieniu 4,99 kPa, a gęstość substancji w tym punkcie wynosi 523,84 kg/m3.Wskaźnik ODP = 0,055 Wskaźnik GWP = 1810 Temperatura wrzenia = -40,7°C Pojemność cieplna pary = 0,657 kJ/(kg·K).Pojemność cieplna cieczy w temperaturze 25°C = 1,25 kJ/(kg·K).

21. Właściwości fizyczne wybranych czynników chłodniczych

Zamieszczona tabela przedstawia dane dotyczące różnych czynników oraz ich właściwości fizycznych. Jest to siedmiokolumnowa tabela, w której każda kolumna reprezentuje inny czynnik, a każdy wiersz zawiera informacje na temat różnych parametrów fizycznych.

W pierwszej kolumnie znajdują się nazwy czynników, takie jak R290, RC318, R23, R12, R12B1 i R22. Kolejne kolumny reprezentują różne właściwości tych czynników. W drugim wierszu tabela prezentuje wartości ciśnienia krytycznego dla poszczególnych czynników. Wartości te przedstawione są w jednostkach paskali (Pa) i mają następujące wartości: 4.248, 2.777, 4.832, 4.136, 4.102 i 4.990. Trzeci wiersz tabela zawiera temperaturę krytyczną dla każdego czynnika. Temperatura krytyczna jest wyrażona w stopniach Celsjusza (°C) i wynosi odpowiednio: 96.7, 115.23, 26.14, 111.97, 153.8 i 96.14. W kolejnym wierszu tabela prezentuje gęstość krytyczną dla każdego czynnika, wyrażoną w kilogramach na metr sześcienny (kg/m³). Wartości gęstości krytycznej wynoszą: 220.619, 97.526, 5.565, 45.673, 22.523 i 84. W piątym wierszu tabela zawiera wartości normalnej temperatury wrzenia dla poszczególnych czynników. Temperatura wrzenia jest wyrażona w stopniach Celsjusza (°C) i ma wartości: -42.1, -6, -82.1, -29.8, -3.7 i -40.7. W szóstym wierszu tabela prezentuje gęstość cieczy dla każdego czynnika, wyrażoną w kilogramach na metr sześcienny (kg/m³). Wartości gęstości cieczy wynoszą: 492, 1600, 1446, 1311, 1797 i 1194. W siódmym wierszu tabela zawiera gęstość pary dla poszczególnych czynników, również wyrażoną w kilogramach na metr sześcienny (kg/m³). Wartości gęstości pary wynoszą: 1.808, 8.28, 4.662, 37.3, 7.35 i 44.2. W ostatnim, tabela przedstawia wartości ciepła właściwego cieczy dla każdego czynnika, wyrażone w kilodżulach na kilogram na kelwin (kJ/kg·K). Wartości te wynoszą: 2.719, 1.12, 1.55, 0.783

22. Temperatury wrzenia

Temperatura wrzenia wybranych czynników chłodniczych to: R290: -40°C, RC318: -10°C, R23: -80°C, R12: -30°C, R12B1: -10°C, R22: -40°C. Te informacje zostały przedstawione na wykresie za pomocą liniowych kropek umieszczonych na odpowiednich wartościach temperatury wrzenia dla każdego czynnika.

23. Gęstość

Gęstość wybranych czynników chłodniczych w stanie ciekłym w temperaturze 25 stopni Celsjusza przedstawiono w kilogramach na metr sześcienny i tak R290: wynosi 400, RC318: 1600, R23: 1400, R12: 1200, R12B1: 1800, R22: 1200. Te informacje zostały przedstawione na wykresie za pomocą liniowych kropek umieszczonych na odpowiednich wartościach temperatury i gęstości dla każdego czynnika.

24. Gęstość par

Gęstość par wybranych czynników chłodniczych w temperaturze 25 stopni Celsjusza przedstawiono w kilogramach na metr sześcienny i tak R290: wynosi 2,5, RC318: 8, R23: 5, R12: 37, R12B1: 7, R22: 45. Te informacje zostały przedstawione na wykresie za pomocą liniowych kropek umieszczonych na odpowiednich wartościach temperatury i gęstości dla każdego czynnika.

25. Charakterystyka punktów krytycznych wybranych czynników chłodniczych.

Przedstawiony wykres jest ma formę siatki, gdzie oś pozioma reprezentuje temperaturę w stopniach Celsjusza, a oś pionowa przedstawia ciśnienie w kPa. Na wykresie znajdują się punkty reprezentujące różne czynniki chłodnicze, a ich położenie odpowiada wartościom temperatury i ciśnienia w ich punktach krytycznych. Punkty są oznaczone różnymi kształtami i kolorami, które mogą mieć znaczenie dla identyfikacji konkretnych czynników chłodniczych. Szare kółko oznacza wartość 526,5 .Zielone kółko oznacza wartość 523,84. Niebieskie kółko oznacza wartość 220. Żółte kółko oznacza wartość 565,45. Jasnoniebieskie kółko oznacza wartość 673,22. Pomarańczowe kółko oznacza wartość 619,97.

26. Ciepło właściwe par i cieczy wybranych czynników chłodniczych.

Na przedstawionym wykresie w postaci dwóch krzywych (niebieskiej dla cieczy i pomarańczowej dla pary) przedstawiono zależność ciepła właściwego (w kJ/kg·K) od temperatury. Krzywa niebieska zaczyna się na poziomie 2,5, spada do 1, wzrasta do 1,5, a następnie opada do 1. Przedstawia to sposób, w jaki ciepło właściwe cieczy zmienia się w zależności od temperatury. Krzywa pomarańczowa zaczyna się na poziomie 1,5, spada do 0,5, nieco wzrasta, a następnie lekko opada. Przedstawia to zależność ciepła właściwego pary od temperatury.