Külmikute külmutusagensi tüüpide erinevuste mõistmine

Kaasaegsed külmutusseadmed on toidu säilitamiseks hädavajalikud, kuid külmaained nagu R134a, R290, R404a, R600a ja R507 erinevad oma kasutusalade poolest oluliselt. R290 kasutatakse tavaliselt jahutatud jookide kappides, samas kui R143a kasutatakse sageli väikestes õllekappides. R600a on tavaliselt reserveeritud spetsiaalsetele külmutusseadmetele.

Külmutusagensid on külmutussüsteemide elujõud, võimaldades külmikutel soojust neelata ja hoida jahedat sisetemperatuuri. Kuid mitte kõik külmutusagensid ei ole võrdsed – nende keemiline koostis, keskkonnamõju, ohutusprofiilid ja toimivus on väga erinevad. Tarbijate, tehnikute ja tööstuse spetsialistide jaoks Euroopas ja Põhja-Ameerikas on nende erinevuste mõistmine kriitilise tähtsusega, eriti rangete regulatiivsete survete ajal, mille eesmärk on vähendada kasvuhoonegaaside heitkoguseid ja kaitsta osoonikihti.

Külmutusagensite põhilised hindamiskriteeriumid

Enne üksikute tüüpide juurde asumist on oluline määratleda külmikute rakenduste jaoks kõige olulisemad näitajad. Need kriteeriumid on HVAC/R (küte, ventilatsioon, kliimaseadmed, külmutus) valdkonnas üldtunnustatud ja kujundavad regulatiivseid otsuseid kogu maailmas:

• ODP (osoonikihi kahanemise potentsiaal): mõõt, mis näitab, kui palju aine osoonikihti kahjustab. Võrdlusaluseks on R11 (nüüdseks keelatud külmutusagens), mille ODP on 1. Hinnang 0 tähendab, et külmutusagensil puudub osoonikihti kahandav mõju.
• GWP (globaalse soojenemise potentsiaal): mõõt aine panuse kohta kliimamuutustesse 100 aasta jooksul võrreldes süsinikdioksiidiga (CO₂, GWP = 1). Madalamaid GWP väärtusi eelistatakse selliste määruste alusel nagu EL-i F-gaaside määrus ja USA EPA SNAP (oluliste uute alternatiivide poliitika).
• ASHRAE ohutusklassifikatsioon: standard (ASHRAE 34-2022), mis liigitab külmutusagenseid süttivuse (1. klass: mittesüttiv; 2L. klass: kergelt tuleohtlik; 2. klass: tuleohtlik; 3. klass: väga tuleohtlik) ja toksilisuse (A. klass: madala toksilisusega; B. klass: kõrge toksilisusega) järgi. Enamik külmikute külmutusagenseid kuulub A-klassi.
• Termodünaamiline jõudlus: hõlmab jahutuse efektiivsust (COP ehk jõudluskoefitsient, kus kõrgem = efektiivsem), töörõhku (peab vastama külmiku kompressori konstruktsioonile) ja temperatuurivahemikku (sobib keskmise temperatuuriga külmikutele või madala temperatuuriga sügavkülmikutele).
• Ühilduvus: Toimib külmiku kompressori määrdeainete (nt mineraalõli, POE õli) ja materjalidega (nt tihendid, voolikud), et vältida süsteemi kahjustusi.

Individuaalne külmutusagensi analüüs

Igal külmutusagensil on ainulaadsed tugevused ja piirangud, mistõttu sobib see konkreetseteks kasutusjuhtudeks – kodumajapidamises kasutatavatest külmikutest kuni ärisügavkülmikuteni. Allpool on iga tüübi üksikasjalik kirjeldus.

1. R134a (tetrafluoroetaan)

Keemiline tüüp: Puhas hüdrofluorosüsivesinik (HFC)

Peamised andmed:

• ODP: 0 (osoonile ohutu)
• Globaalse soojenemise potentsiaal: 1430 (IPCC kuuenda hindamisaruande kohaselt, 100-aastane horisont)
• ASHRAE ohutusklass: A1 (mittesüttiv, madala toksilisusega)
• Töörõhk: Keskmine (võrreldes teiste külmaainetega)
• Ühilduvus: Töötab POE (polüoolester) või PAG (polüalküleenglükool) määrdeainetega.

Jõudlus ja rakendused:

R134a ilmus 1990. aastatel R12 (kõrge osoonikihti suurendava kontsentratsiooniga CFC, mis on nüüd Montreali protokolliga keelatud) asendajana. Sellest sai kodumajapidamises kasutatavate külmikute, väikeste joogijahutite ja kaasaskantavate külmikute põhitoode tänu oma mittesüttivale olemusele ja hõlpsale integreerimisele olemasolevatesse süsteemidesse. Selle jahutustõhusus (COP) on mõõdukas – piisav külmiku standardtemperatuuride jaoks (2–8 °C värske sahtli jaoks, -18 °C sügavkülmikute jaoks), kuid madalam kui looduslikel külmaainetel, näiteks R600a.

Regulatiivne ja keskkonnaseisund:

Kuigi R134a on osoonile ohutu, on selle kõrge globaalse soojenemise potentsiaal (GWP) toonud kaasa piiranguid Euroopas ja Põhja-Ameerikas. ELi F-gaaside määruse (EÜ nr 517/2014) kohaselt on R134a kasutamine uutes külmutusseadmetes alates 2020. aastast järk-järgult vähenenud ning plaanis on edasine vähendamine. See on endiselt levinud vanemates külmikutes, kuid uutes mudelites asendatakse see madala GWP-ga alternatiividega.

Probleemid: Kõrge globaalse soojenemise potentsiaal piirab pikaajalist elujõulisust; madalam efektiivsus kui looduslikel külmaainetel.

2. R600a (isobutaan)

Keemiline tüüp: puhas süsivesinik (HC, naftast/gaasist saadud „looduslik külmutusagens”)

Peamised andmed:

• ODP: 0 (osoonile ohutu)
• Globaalse soojenemise potentsiaal: 3 (ebaoluline kliimamõju – üks madalamaid saadaolevaid)
• ASHRAE ohutusklass: A3 (väga tuleohtlik, madala toksilisusega)
• Töörõhk: Madal (nõuab madalrõhusüsteemidele mõeldud kompressoreid)
• Ühilduvus: Töötab mineraalõli või alküülbenseeni (AB) määrdeainetega (mitte POE/PAG).

Jõudlus ja rakendused:

R600a on nüüdseks Euroopas ja Põhja-Ameerikas tänapäevastes kodumajapidamises kasutatavates külmikutes domineeriv külmaaine. Selle kõrge jahutustõhusus (COP 5–10% kõrgem kui R134a-l) vähendab energiatarbimist, mis on kooskõlas ELi energiamärgise ja USA ENERGY STAR® standarditega. Madal globaalse soojenemise potentsiaal muudab selle ka täielikult vastavaks rangetele heitkoguste eeskirjadele.

Ohutus- ja paigalduskaalutlused:

R600a peamine väljakutse on süttivus. Riski maandamiseks piiravad tootjad külmikutes selle täitekogust (tavaliselt ≤150 grammi) ja kasutavad plahvatuskindlaid komponente (nt suletud kompressorid, sädemevabad elektrilised osad). Tehnikud vajavad lekete käitlemiseks eriväljaõpet, kuna kontsentreeritud R600a aur on tuleohtlik.

Probleemid: Suur süttivus nõuab ohutusele keskendunud disaini ja käitlemist; ei sobi kokku POE/PAG õlidega.

3. R290 (propaan)

Keemiline tüüp: Puhas süsivesinik (HC, looduslik külmutusagens)

Peamised andmed:

• ODP: 0 (osoonile ohutu)
• GWP: 3 (sama mis R600a, üliväike kliimamõju)
• ASHRAE ohutusklass: A3 (väga tuleohtlik, madala toksilisusega – veidi tuleohtlikum kui R600a, madalama süttimisenergiaga)
• Töörõhk: Keskmine-madal (kõrgem kui R600a, madalam kui R134a)
• Ühilduvus: Töötab mineraalõli või AB-määrdeainetega.

Jõudlus ja rakendused:

R290 pakub erakordset jahutustõhusust – selle COP on 10–15% kõrgem kui R134a-l, mistõttu sobib see ideaalselt energiatõhusaks külmutuseks. Seda kasutatakse väikestes ja keskmise suurusega kodumajapidamises kasutatavates külmikutes, minikülmikutes ja mõnedes ärikülmikute vitriinkappides (kus täitekogused on piiratud). Sellistes piirkondades nagu EL kasutatakse seda üha enam R134a otsese asendajana uutes mudelites.

Ohutus ja regulatiivne staatus:

Nagu R600a puhul, nõuab ka R290 süttivus rangeid ohutusmeetmeid: täitekoguse piirangud (≤150 grammi kodumajapidamises kasutatavate külmikute puhul), lekke tuvastamise süsteemid ja mittesüttivad materjalid külmiku sisemuses. See vastab täielikult ELi F-gaaside määrusele ja USA EPA SNAP-ile ning madala globaalse soojenemise potentsiaali tõttu ei ole järkjärgulise vähendamise plaane.

Probleemid: Suurem süttivus kui R600a-l; nõuab tootmise ajal rangemat ohutustestimist.

4. R404a (R125, R134a ja R143a segu)

Keemiline tüüp: peaaegu aseotroopne HFC-de segu (mitu HFC-d segatud ühe külmutusagensi omaduste jäljendamiseks)

Peamised andmed:

• ODP: 0 (osoonile ohutu)
• GWP: 3922 (äärmiselt kõrge – üks kliimat kõige enam mõjutavaid külmaaineid)
• ASHRAE ohutusklass: A1 (mittesüttiv, madala toksilisusega)
• Töörõhk: Kõrge (optimeeritud madala temperatuuriga süsteemidele)
• Ühilduvus: Töötab POE määrdeainetega.

Jõudlus ja rakendused:

R404a oli kunagi kaubandusliku külmutusseadmete, sealhulgas sügavkülmikute, supermarketite vitriinide ja tööstuslike külmikute, mis töötavad temperatuuril -20 °C kuni -40 °C, kuldstandard. Selle kõrge jahutusvõime ja stabiilsus madalatel temperatuuridel tegid selle ideaalseks nende rakenduste jaoks.

Regulatiivne ja keskkonnaseisund:

R404a ülikõrge globaalse soojenemise potentsiaal on viinud selle peaaegu täieliku kaotamiseni Euroopas ja Põhja-Ameerikas. ELi F-gaaside määruse kohaselt keelati selle kasutamine uutes seadmetes 2020. aastal ning selle import/eksport on rangelt piiratud. USAs on EPA liigitanud R404a „kõrge globaalse soojenemise potentsiaaliga ainena“ ja nõuab uutes süsteemides selle asendamist madala globaalse soojenemise potentsiaaliga alternatiividega (nt R452A, R513A). See on endiselt vanemates ärikülmikute seadmetes, kuid see kaotatakse järk-järgult kasutusest moderniseerimise kaudu.

Probleemid: Liiga kõrge globaalse soojenemise potentsiaal; halb energiatõhusus võrreldes tänapäevaste alternatiividega; aitab oluliselt kaasa kliimamuutustele.

5. R507 (R125 ja R143a segu)

Keemiline tüüp: aseotroopne HFC-segu (segud, mis keevad/kondenseeruvad ühel temperatuuril, nagu puhas külmutusagens)

Peamised andmed:

• ODP: 0 (osoonile ohutu)
• GWP: 3985 (peaaegu identne R404a-ga, ülikõrge)
• ASHRAE ohutusklass: A1 (mittesüttiv, madala toksilisusega)
• Töörõhk: Kõrge (veidi kõrgem kui R404a)
• Ühilduvus: Töötab POE määrdeainetega.

Jõudlus ja rakendused:

R507 on R404a lähedane sugulane, mis on loodud madalatemperatuurseks kaubanduslikuks külmutuseks (nt sügavkülmikud, külmutatud toidu vitriinid), kus on vaja ühtlast jahutust temperatuuril -30 °C kuni -50 °C. Selle aseotroopne olemus tähendab, et see ei lagune lekete ajal komponentideks, mis lihtsustab hooldust – see on eelis peaaegu aseotroopsete segude, näiteks R404a, ees.

Regulatiivne ja keskkonnaseisund:

Nagu R404a, on ka R507 kõrge globaalse soojenemise potentsiaal toonud kaasa ranged eeskirjad. ELi F-gaaside määrus keelas selle kasutamise uutes seadmetes 2020. aastal ning USA keskkonnakaitseagentuur on selle SNAP-i kohaselt määranud „probleemseks aineks“. Kaubanduslikes rakendustes asendatakse see madala globaalse soojenemise potentsiaaliga alternatiividega, näiteks R448A (GWP = 1387) ja R449A (GWP = 1397).

Probleemid: Äärmiselt kõrge globaalse soojenemise potentsiaal; pikaajaline elujõulisus globaalsete heitkoguste eeskirjade kohaselt puudub; piirdub vananenud süsteemidega.

Erinevate külmutusagensite hinnasuundumused on erinevad. See on trendidiagramm 2025. aasta juuni seisuga:

Külmutusagensite võrdlev ülevaade

Allolev tabel võtab kokku viie külmutusagensi peamised erinevused, tuues esile nende sobivuse konkreetseteks kasutusjuhtudeks:

Regulatiivsed trendid ja valdkonna muutused

Ülemaailmset külmaainete turgu juhivad kaks üldist eesmärki: osoonikihti kahandavate ainete kõrvaldamine (mis on saavutatud enamiku külmaainete puhul) ja kasvuhoonegaaside heitkoguste vähendamine (praegune fookus). Euroopas ja Põhja-Ameerikas kiirendavad regulatsioonid üleminekut madala globaalse soojenemise potentsiaaliga valikutele:

• ELi F-gaaside määrus: Kohustab HFC-de tarbimise vähendamist 79% võrra aastaks 2030 (võrreldes 2015. aasta tasemega) ja keelab uutes külmutusseadmetes kõrge globaalse soojenemise potentsiaaliga külmutusagensite (GWP > 2500) kasutamise.
• USA EPA SNAP: Loetleb madala globaalse soojenemise potentsiaaliga külmaained (nt R600a, R290, R452A) enamiku rakenduste jaoks „vastuvõetavateks“ ja keelab uutes süsteemides kõrge globaalse soojenemise potentsiaaliga valikud (nt R404a, R507).

Tarbijate jaoks tähendab see järgmist:

• Uued kodumajapidamises kasutatavad külmikud kasutavad peaaegu eranditult R600a või R290 külmutusagensi (tänu nende madalale globaalse soojenemise potentsiaalile ja kõrgele efektiivsusele).
• Suurtes süsteemides hakatakse kaubanduslikus külmutusseadmetes kasutama madala globaalse soojenemise potentsiaaliga segusid (nt R448A, R454C) või looduslikke külmaaineid, näiteks CO₂ (R744).
• Vanemad külmikud, mis kasutavad R134a, R404a või R507 külmaainet, vajavad eeskirjadele vastavat utiliseerimist või moderniseerimist.

Külmikule õige külmaaine valimine sõltub nelja teguri tasakaalustamisest: keskkonnamõju (ODP/GWP), ohutus (süttivus/toksilisus), jõudlus (tõhusus/rõhk) ja vastavus regulatsioonidele. Enamiku tänapäevaste rakenduste puhul:

• R600a ja R290 on parimad valikud kodumajapidamises kasutatavate külmikute jaoks, pakkudes ülimadalat globaalse soojenemise potentsiaal (GWP) ja suurt tõhusust (koos ohutusmeetmetega süttivuse vähendamiseks).
• R404a ja R507 on uute süsteemide puhul aegunud ning piirduvad vanemate äriseadmetega kuni moderniseerimise või asendamiseni.
• R134a on üleminekuvõimalus, millest järk-järgult loobutakse looduslike külmaainete kasuks.

Regulatsioonide karmistudes ja tehnoloogia arenedes jätkab tööstusharu looduslike külmaainete ja madala globaalse soojenemise potentsiaaliga segude eelistamist, tagades külmutussüsteemide tõhususe ja pikaajalise jätkusuutlikkuse. Nii tehnikute kui ka tarbijate jaoks on nende erinevustega kursis olemine vastutustundlike ja nõuetele vastavate otsuste tegemise võti.

Allikad: ASHRAE käsiraamat – külmutusseadmed (2021), IPCC kuues hindamisaruanne (2022), ELi F-gaaside määrus (EÜ nr 517/2014), USA Keskkonnakaitseagentuuri SNAP-programm (2023).