ניתוח סוגי נוזלי קירור למקררים ומקפיאים

מקררים ומקפיאים, כציוד אחסון בטמפרטורה נמוכה לשימוש ביתי ומסחרי, חוו איטרציות מתמשכות בבחירת מקררים, המתמקדות ב"יכולת הסתגלות ליעילות קירור" ו"דרישות רגולטוריות סביבתיות". הסוגים והמאפיינים המרכזיים בשלבים שונים תואמים במידה רבה את צרכי הציוד.

מיינסטרים מוקדם: יישום של מקררי CFC בעלי "יעילות גבוהה אך נזק רב"

משנות ה-50 ועד שנות ה-90, R12 (דיכלורודיפלואורומתאן) היה נוזל הקירור המרכזי המוחלט. מבחינת יכולת הסתגלות הציוד, התכונות התרמודינמיות של R12 התאימו בצורה מושלמת לצרכים של אחסון בטמפרטורה נמוכה - עם טמפרטורת אידוי סטנדרטית של -29.8°C, הוא יכל לעמוד בקלות בדרישות הטמפרטורה של תאי שמירת טריות במקררים (0-8°C) ותאי הקפאה (מתחת ל-18°C). יתר על כן, הייתה לו יציבות כימית חזקה ביותר ותאימות מצוינת עם צינורות נחושת, מעטפות פלדה ושמני סיכה מינרליים בתוך מקררים, וגרם לעיתים רחוקות לקורוזיה או לחסימות בצנרת, ויכול היה להבטיח את חיי הציוד ליותר מ-10 שנים.

ל-R12 ערך ODP של 1.0 (מדד לפוטנציאל דילול האוזון) וערך GWP של כ-8500, מה שהופך אותו לגז חממה חזק. עם כניסתו לתוקף של פרוטוקול מונטריאול, השימוש העולמי ב-R12 במקפיאים חדשים נאסר בהדרגה מאז 1996. נכון לעכשיו, רק חלק מהציוד הישן עדיין מכיל נוזלי קירור כאלה, והוא מתמודד עם הדילמה של היעדר מקורות חלופיים במהלך התחזוקה.

שלב מעבר: מגבלות של "החלפה חלקית" עם מקררי HCFC

כדי לגשר על תקופת הוצאת R12 מהמוצר, R22 (דיפלואורומונוכלורומתאן) שימש בעבר לזמן קצר בכמה מקפיאים מסחריים (כגון מקפיאים בחנויות נוחות קטנות). יתרונו טמון בכך שביצועיו התרמודינמיים קרובים לאלה של R12, ללא צורך בשינויים משמעותיים במדחס ובתכנון הצינור של המקפיא, וערך ה-ODP שלו מופחת ל-0.05, מה שמחליש משמעותית את יכולת דילול האוזון שלו.

עם זאת, גם חסרונותיו של R22 ניכרים: מצד אחד, ערך ה-GWP שלו הוא כ-1810, ועדיין שייך לקטגוריה של גזי חממה גבוהים, שאינה תואמת את המגמה ארוכת הטווח של הגנת הסביבה; מצד שני, יעילות הקירור (COP) של R22 נמוכה מזו של R12, מה שיוביל לעלייה בצריכת החשמל של כ-10%-15% בעת שימוש במקררים ביתיים, כך שהוא לא הפך למיינסטרים של מקררים ביתיים. עם ההפסקה הגלובלית המואצת של נוזלי קירור HCFC בשנת 2020, R22 למעשה יצא משימוש בתחום המקררים והמקפיאים.

א. מקררים מרכזיים נוכחיים: התאמה ספציפית לתרחיש של HFC וסוגים בעלי ערך GWP נמוך

נכון לעכשיו, מבחר נוזלי הקירור למקררים בשוק מציג את המאפיינים של "הבחנה בין שימוש ביתי למסחרי, ואיזון בין הגנת הסביבה לעלות", המחולק בעיקר לשני סוגים עיקריים, המתאימים לצרכים הפונקציונליים של ציוד שונה:

1. מקפיאים קטנים: "דומיננטיות יציבה" של נוזלי קירור

R134a (טטראפלואורואתאן) הוא נוזל הקירור הנפוץ ביותר במקררים כיום (במיוחד דגמים בעלי קיבולת של פחות מ-200 ליטר), והוא מהווה יותר מ-70%. יתרונותיו העיקריים באתלטיקה משתקפים בשלושה היבטים: ראשית, הוא עומד בתקני הגנת הסביבה, עם ערך ODP של 0, מבטל לחלוטין את הסיכון לנזק לשכבת האוזון ועומד בדרישות הבסיסיות של תקנות סביבתיות עולמיות; שנית, הביצועים התרמודינמיים שלו מתאימים, עם טמפרטורת אידוי סטנדרטית של -26.1°C, אשר, יחד עם המדחס בעל היעילות הגבוהה של המקרר, יכולים להשיג ביציבות את טמפרטורת תא ההקפאה מ-18°C עד -25°C, ויעילות הקירור שלו (COP) גבוהה ב-8%-12% מזו של R22, מה שיכול להפחית את צריכת החשמל של הציוד; שלישית, יש לו בטיחות אמינה, השייכת לנוזלי קירור מסוג A1 (לא רעילים ולא דליקים), גם אם מתרחשת דליפה קלה, הוא לא יגרום לסכנות בטיחותיות לסביבה המשפחתית, ויש לו תאימות טובה עם חלקי הפלסטיק ושמן הסיכה של המדחס בתוך המקרר, עם שיעור כשל נמוך.

בנוסף, חלק ממקררי הבית ברמה בינונית-יקרה משתמשים ב-R600a (איזובוטאן, פחמימן) - נוזל קירור טבעי, בעל ערך ODP של 0 וערך GWP של 3 בלבד, עם ביצועים סביבתיים טובים בהרבה מ-R134a, ויעילות הקירור שלו גבוהה ב-5%-10% מזו של R134a, מה שיכול להפחית עוד יותר את צריכת האנרגיה. עם זאת, R600a שייך למקררי מחלקה A3 (דליקים ביותר), וכאשר ריכוז הנפח שלו באוויר מגיע ל-1.8%-8.4%, הוא יתפוצץ בחשיפה ללהבה גלויה. לכן, הוא מוגבל לשימוש במקררים ביתיים (כמות הטעינה מוגבלת אך ורק ל-50 גרם-150 גרם, נמוכה בהרבה מזו של ציוד מסחרי), והמקרר צריך להיות מצויד במכשירים נגד דליפות (כגון חיישני לחץ) ובמדחסים עמידים בפני פיצוץ, עם עלות גבוהה ב-15%-20% מזו של דגמי R134a, ולכן הוא לא זכה לפופולריות מלאה.

2. מקפיאים מסחריים / מקררים גדולים: "חדירה הדרגתית" של נוזלי קירור בעלי תפוקת גן (GWP) נמוכה

למקפיאים מסחריים (כגון מקפיאים באי סופרמרקט) יש דרישות גבוהות יותר ל"הגנה על הסביבה" ו"יעילות קירור" של נוזלי קירור בשל קיבולתם הגדולה (בדרך כלל יותר מ-500 ליטר) ועומס הקירור הגבוה. נכון לעכשיו, הבחירות הרווחות מחולקות לשתי קטגוריות:

(1) תערובות HFC: "הסתגלות לעומס גבוה" של R404A

R404A (תערובת של פנטפלואורואתן, דיפלואורומתאן וטטראפלואורואתן) ​​הוא נוזל הקירור המרכזי עבור מקפיאים מסחריים בטמפרטורה נמוכה (כגון מקפיאים להקפאה מהירה בטמפרטורה של -40°C), המהווה כ-60%. יתרונו הוא ביצועי הקירור שלו בתנאי טמפרטורה נמוכה יוצאי דופן - בטמפרטורת אידוי של -40°C, קיבולת הקירור גבוהה ב-25%-30% מזו של R134a, שיכול לענות במהירות על צרכי האחסון בטמפרטורה נמוכה של מקפיאים; והוא שייך לנוזלי קירור מסוג A1 (לא רעילים ולא דליקים), עם כמות טעינה של עד כמה קילוגרמים (הרבה יותר גבוהה מזו של מקררים ביתיים), מבלי לדאוג לסיכוני דליקות, ומתאים את עצמו לפעולה בעומס גבוה של מקפיאים גדולים.

עם זאת, החסרונות של R404A בתחום הגנת הסביבה הפכו בהדרגה בולטים. ערך ה-GWP שלו גבוה עד 3922, והוא שייך לקטגוריה של גזי חממה עתירי. נכון לעכשיו, האיחוד האירופי ואזורים אחרים פרסמו תקנות להגבלת השימוש בו (כגון איסור על שימוש בנוזלי קירור בעלי GWP של מעל 2500 במקפיאים מסחריים חדשים שיוצרו לאחר 2022). לכן, R404A מוחלף בהדרגה בנוזלי קירור בעלי GWP נמוך.

(2) סוגים בעלי פליטות GWP נמוכות: "חלופות סביבתיות" של R290 ו-CO₂

על רקע תקנות סביבתיות מחמירות, R290 (פרופאן) ו-CO₂ (R744) הפכו לבחירות מתפתחות עבור מקפיאים מסחריים, תוך התאמה לצרכים שונים בתרחישים שונים:

R290 (פרופאן)משמש בעיקר במקפיאים מסחריים קטנים (כגון מקפיאים אופקיים בחנויות נוחות). ערך ה-ODP שלו הוא 0, ערך ה-GWP הוא כ-3, עם הגנה סביבתית חזקה ביותר; ויעילות הקירור שלו גבוהה ב-10%-15% מזו של R404A, מה שיכול להפחית את צריכת האנרגיה התפעולית של מקפיאים מסחריים (ציוד מסחרי פועל יותר מ-20 שעות ביום, ועלויות צריכת האנרגיה מהוות חלק גדול). עם זאת, R290 שייך לסוג נוזל קירור מסוג A3 (דליק מאוד), ויש לשלוט בקפדנות בכמות המטען עד ל-200 גרם (לכן הוא מוגבל רק למקפיאים קטנים). בנוסף, המקפיא צריך לאמץ מדחסים עמידים בפני פיצוץ, צינורות נגד דליפות (כגון צינורות מסגסוגת נחושת-ניקל) ותכנוני אוורור ופיזור חום. נכון לעכשיו, חלקו במקפיאים בחנויות נוחות באירופה עלה על 30%.

CO₂ (R744)משמש בעיקר במקפיאים מסחריים בטמפרטורה נמוכה במיוחד (כגון מקפיאי דגימות ביולוגיות של -60°C). טמפרטורת האידוי הסטנדרטית שלו היא -78.5°C, מה שיכול להשיג אחסון בטמפרטורה נמוכה במיוחד ללא מערכת קירור מדורגת מורכבת; יש לו ערך ODP של 0 וערך GWP של 1, עם הגנה סביבתית שאין לה תחליף, והוא אינו רעיל ואינו דליק, עם בטיחות טובה יותר מאשר R290. עם זאת, ל-CO₂ יש טמפרטורה קריטית נמוכה (31.1°C). כאשר טמפרטורת הסביבה עולה על 25°C, נדרשת טכנולוגיית "מחזור טרנסקריטי", וכתוצאה מכך לחץ המדחס של המקפיא גבוה עד 10-12MPa, מה שמחייב שימוש בצינורות נירוסטה בעלי חוזק גבוה ומדחסים עמידים בלחץ גבוה, עם עלות גבוהה ב-30%-40% מזו של מקפיאי R404A. לכן, הוא משמש כיום בעיקר בתרחישים עם דרישות גבוהות במיוחד להגנה על הסביבה וטמפרטורות נמוכות (כגון מקפיאי מחקר רפואי ומדעי).

II. מגמות עתידיות של נוזלי קירור: אנרגיה מקוררת (GWP) נמוכה ובטיחות גבוהה הופכים לכיווני מפתח

בשילוב עם תקנות סביבתיות עולמיות (כגון תקנת גזים F-F של האיחוד האירופי, תוכנית יישום פרוטוקול מונטריאול של סין) ושדרוגי טכנולוגיית ציוד, נוזלי הקירור למקררים ומקפיאים יציגו שלוש מגמות עיקריות בעתיד:

מקררים ביתייםR600a מחליף בהדרגה את R134a – עם בשלותן של טכנולוגיות נגד דליפות ועמידות בפני פיצוץ (כגון פסי איטום חדשים, התקני ניתוק אוטומטיים של דליפות), עלות ה-R600a תרד בהדרגה (הצפוי שהעלות תרד ב-30% ב-5 השנים הקרובות), ויתרונותיו של הגנה על הסביבה ויעילות קירור גבוהה יודגשו. צפוי ששיעור ה-R600a במקררים ביתיים יעלה על 50% עד שנת 2030, ויחליף את R134a כמיינסטרים.

מקפיאים מסחריים"פיתוח דו-מסלולי" של תערובות CO₂ ו-HFO – עבור מקפיאים מסחריים בטמפרטורה נמוכה במיוחד (מתחת ל-40°C-), הבשלות הטכנית של CO₂ תמשיך להשתפר (כגון מדחסים טרנס-קריטיים בעלי יעילות גבוהה), והעלות תקטן בהדרגה, כאשר שיעור ה-CO₂ צפוי לעלות על 40% עד 2028; עבור מקפיאים מסחריים בטמפרטורה בינונית (25°C- עד 18°C-), R454C (תערובת של HFO ו-HFC, GWP≈466) יהפוך למיינסטרים, עם ביצועי קירור קרובים לאלה של R404A, ושייך לנוזלי קירור מסוג A2L (רעילות נמוכה ודליקות נמוכה), ללא הגבלות מחמירות על כמות הטעינה, תוך איזון בין הגנת הסביבה לפרקטיות.

תקני בטיחות משודרגיםמ"הגנה פסיבית" ועד ל"ניטור אקטיבי" - ללא קשר לציוד ביתי או מסחרי, מערכות קירור עתידיות יהיו מצוידות בדרך כלל בפונקציות "ניטור דליפות חכם + טיפול אוטומטי בחירום" (כגון חיישני דליפות לייזר למקררים ביתיים, אזעקות ריכוז והתקני חיבור אוורור למקפיאים מסחריים), במיוחד עבור נוזלי קירור דליקים כגון R600a ו-R290, כדי למנוע סכנות בטיחות פוטנציאליות באמצעות אמצעים טכניים ולקדם את הפופולריות המקיפה של נוזלי קירור בעלי ערך GWP נמוך.

ג. עדיפות להתאמת תרחישי ליבה

בהתאם לצרכים של משתמשים שונים, ניתן לפעול לפי העקרונות הבאים בעת בחירת נוזלי קירור למקררים:

משתמשים ביתיים: עדיפות ניתנת לדגמי R600a (איזון בין הגנה על הסביבה לחיסכון באנרגיה) – אם התקציב מאפשר (גבוה ב-200-500 יואן מדגמי R134a), יש לתת עדיפות למקררים המסומנים ב"נוזל קירור R600a". צריכת החשמל שלהם נמוכה ב-8%-12% מזו של דגמי R134a, והם ידידותיים יותר לסביבה; לאחר הרכישה, יש לשים לב להימנע מקרבת גב המקרר (שם נמצא המדחס) ללהבות גלויות, ולבדוק באופן קבוע את אטימות אטמי הדלת כדי להפחית את הסיכון לדליפה.

משתמשים מסחריים:בחרו בהתאם לצורכי הטמפרטורה (איזון בין עלות להגנה על הסביבה) – מקפיאים בטמפרטורה בינונית (כגון מקפיאים בחנויות נוחות) יכולים לבחור בדגמי R290, עם עלויות צריכת אנרגיה נמוכות יותר לטווח ארוך; עבור מקפיאים בטמפרטורה נמוכה במיוחד (כגון ציוד להקפאה מהירה), אם התקציב מספיק, עדיפים דגמי CO₂, התואמים את המגמה של תקנות סביבתיות ונמנעים מסיכון של הפסקת פליטות בעתיד; אם רגישות לעלויות לטווח קצר מהווה דאגה, ניתן לבחור בדגמי R454C כמעבר, המאזנים ביצועים והגנה על הסביבה.

תחזוקה והחלפהיש להקפיד על התאמה מדוקדקת לסוג נוזל הקירור המקורי – בעת תחזוקה של מקררים ומקפיאים ישנים, אין להחליף את סוג נוזל הקירור באופן שרירותי (כגון החלפת R134a ב-R600a), מכיוון שלנוזלי קירור שונים יש דרישות שונות לשמן סיכה של המדחס וללחץ הצינור. שימוש מעורב יגרום נזק למדחס או לכשל בקירור. יש לפנות לאנשי מקצוע כדי להוסיף נוזלי קירור בהתאם לסוג המסומן על לוחית השם של הציוד.