Šaldytuvų šaldymo agentų tipų skirtumų supratimas

Šiuolaikinė šaldymo įranga yra būtina maisto konservavimui, tačiau tokių šaldymo agentų kaip R134a, R290, R404a, R600a ir R507 panaudojimas labai skiriasi. R290 dažniausiai naudojamas šaldytuose gėrimų šaldymo įrenginiuose, o R143a – mažuose alaus šaldymo įrenginiuose. R600a paprastai naudojamas specializuotoje šaldymo įrangoje.

Šaldymo agentai yra šaldymo sistemų gyvybės šaltinis, leidžiantis šaldytuvams sugerti šilumą ir palaikyti vėsią vidinę temperatūrą. Tačiau ne visi šaltnešiai yra vienodi – jų cheminė sudėtis, poveikis aplinkai, saugos profiliai ir eksploatacinės savybės labai skiriasi. Vartotojams, technikams ir pramonės specialistams Europoje ir Šiaurės Amerikoje labai svarbu suprasti šiuos skirtumus, ypač dabar, kai vykdomi griežti reguliavimo veiksmai, kuriais siekiama sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą ir apsaugoti ozono sluoksnį.

Pagrindiniai šaltnešių vertinimo kriterijai

Prieš pradedant nagrinėti atskirus tipus, svarbu apibrėžti svarbiausius šaldytuvų taikymo rodiklius. Šie kriterijai yra visuotinai pripažinti ŠVOK/R (šildymo, vėdinimo, oro kondicionavimo, šaldymo) pramonėje ir formuoja reguliavimo sprendimus visame pasaulyje:

• ODP (ozono sluoksnio ardymo potencialas): Matas, rodantis, kiek medžiaga pažeidžia ozono sluoksnį. Etalonas yra R11 (dabar uždraustas šaltnešis), kurio ODP yra 1. 0 įvertinimas reiškia, kad šaltnešis neturi ozono sluoksnį ardančio poveikio.
• GWP (visuotinio atšilimo potencialas): medžiagos indėlio į klimato kaitą per 100 metų matas, palyginti su anglies dioksidu (CO₂, GWP = 1). Mažesnėms GWP vertėms teikiama pirmenybė pagal tokius reglamentus kaip ES F-dujų reglamentas ir JAV EPA SNAP (reikšmingų naujų alternatyvų politika).
• ASHRAE saugos klasifikacija: standartas (ASHRAE 34-2022), pagal kurį šaltnešiai klasifikuojami pagal degumą (1 klasė: nedegus; 2L klasė: mažai degus; 2 klasė: degus; 3 klasė: labai degus) ir toksiškumą (A klasė: mažai toksiškas; B klasė: didelis toksiškumas). Dauguma šaldytuvų šaltnešių patenka į A klasę.
• Termodinaminis našumas: apima aušinimo efektyvumą (COP arba našumo koeficientą, kur didesnis = efektyvesnis), darbinį slėgį (turi atitikti šaldytuvo kompresoriaus konstrukciją) ir temperatūros diapazoną (tinka vidutinės temperatūros šaldytuvams arba žemos temperatūros šaldikliams).
• Suderinamumas: Veikia su šaldytuvo kompresoriaus tepalais (pvz., mineraline alyva, POE alyva) ir medžiagomis (pvz., sandarikliais, žarnomis), kad būtų išvengta sistemos pažeidimų.

Individuali šaltnešio analizė

Kiekvienas šaltnešis turi unikalių privalumų ir apribojimų, todėl jis tinka konkretiems naudojimo atvejams – nuo ​​buitinių šaldytuvų iki komercinių šaldiklių. Žemiau pateikiamas išsamus kiekvieno tipo aprašymas.

1. R134a (tetrafluoretanas)

Cheminis tipas: grynas hidrofluorangliavandenilis (HFC)

Pagrindinės specifikacijos:

• ODP: 0 (nekenksmingas ozono sluoksniui)
• GWP: 1 430 (pagal IPCC šeštąją vertinimo ataskaitą, 100 metų perspektyva)
• ASHRAE saugos klasė: A1 (nedegi, mažai toksiška)
• Darbinis slėgis: vidutinis (palyginti su kitais šaltnešiais)
• Suderinamumas: Veikia su POE (poliolio esterio) arba PAG (polialkilenglikolio) tepalais.

Našumas ir pritaikymas:

R134a atsirado 10-ajame dešimtmetyje kaip R12 (CFC su dideliu OAP, dabar uždrausto pagal Monrealio protokolą) pakaitalas. Dėl nedegios prigimties ir lengvo integravimo į esamas sistemas jis tapo pagrindiniu buitiniuose šaldytuvuose, mažuose gėrimų aušintuvuose ir nešiojamuosiuose šaldytuvuose naudojamu produktu. Jo aušinimo efektyvumas (COP) yra vidutinis – pakankamas standartinei šaldytuvo temperatūrai (2–8 °C šviežių produktų skyriui, -18 °C šaldikliams), bet mažesnis nei natūralių šaltnešių, tokių kaip R600a.

Reglamentavimo ir aplinkosaugos statusas:

Nors R134a yra saugus ozono sluoksniui, dėl didelio jo GWP Europoje ir Šiaurės Amerikoje taikomi apribojimai. Pagal ES F-dujų reglamentą (EB Nr. 517/2014), R134a naudojimas naujuose šaldymo įrenginiuose buvo palaipsniui mažinamas nuo 2020 m., o planuojama jį dar labiau mažinti. Jis vis dar įprastas senesniuose šaldytuvuose, tačiau naujuose modeliuose jį keičia mažo GWP alternatyvos.

Iššūkiai: didelis visuotinio atšilimo potencialas riboja ilgalaikį gyvybingumą; mažesnis efektyvumas nei natūralių šaltnešių.

2. R600a (izobutanas)

Cheminis tipas: grynas angliavandenilis (HC, „natūralus šaltnešis“, gaunamas iš naftos/dujų)

Pagrindinės specifikacijos:

• ODP: 0 (nekenksmingas ozono sluoksniui)
• GWP: 3 (nežymus poveikis klimatui – vienas mažiausių galimų verčių)
• ASHRAE saugos klasė: A3 (labai degi, mažai toksiška)
• Darbinis slėgis: žemas (reikalingi kompresoriai, skirti žemo slėgio sistemoms)
• Suderinamumas: Veikia su mineraline alyva arba alkilbenzeno (AB) tepalais (ne POE/PAG).

Našumas ir pritaikymas:

R600a dabar yra dominuojantis šaltnešis šiuolaikiniuose buitiniuose šaldytuvuose Europoje ir Šiaurės Amerikoje. Didelis aušinimo efektyvumas (COP 5–10 % didesnis nei R134a) sumažina energijos suvartojimą ir atitinka ES energijos ženklinimo bei JAV ENERGY STAR® standartus. Mažas GWP taip pat leidžia visiškai atitikti griežtus išmetamųjų teršalų reglamentus.

Saugos ir įrengimo aspektai:

Degumas yra pagrindinis R600a iššūkis. Siekdami sumažinti riziką, gamintojai riboja jo kiekį šaldytuvuose (paprastai ≤150 gramų) ir naudoja sprogimui atsparius komponentus (pvz., sandarius kompresorius, kibirkščių neturinčias elektrines dalis). Technikai turi būti specialiai apmokyti, kaip tvarkyti nuotėkius, nes koncentruoti R600a garai yra degūs.

Iššūkiai: Dėl didelio degumo reikalingas saugus projektavimas ir naudojimas; nesuderinama su POE/PAG alyvomis.

3. R290 (propanas)

Cheminis tipas: grynas angliavandenilis (HC, natūralus šaltnešis)

Pagrindinės specifikacijos:

• ODP: 0 (nekenksmingas ozono sluoksniui)
• GWP: 3 (tas pats kaip R600a, itin mažas poveikis klimatui)
• ASHRAE saugos klasė: A3 (labai degi, mažai toksiška – šiek tiek degesnė nei R600a, su mažesne užsidegimo energija)
• Darbinis slėgis: vidutinis-žemas (aukštesnis nei R600a, žemesnis nei R134a)
• Suderinamumas: Veikia su mineraline alyva arba AB tipo tepalais.

Našumas ir pritaikymas:

R290 pasižymi išskirtiniu aušinimo efektyvumu – jo COP yra 10–15 % didesnis nei R134a, todėl jis idealiai tinka energiją taupančiam šaldymui. Jis naudojamas mažuose ir vidutinio dydžio buitiniuose šaldytuvuose, mini šaldytuvuose ir kai kuriuose komerciniuose vitrininiuose šaldikliuose (kur užpildo kiekis yra ribotas). Tokiuose regionuose kaip ES jis vis dažniau naudojamas kaip tiesioginis R134a pakaitalas naujuose modeliuose.

Saugos ir reguliavimo statusas:

Kaip ir R600a, R290 degumas reikalauja griežtų saugos priemonių: kiekio apribojimų (≤150 gramų buitiniams šaldytuvams), nuotėkių aptikimo sistemų ir nedegių medžiagų šaldytuvo viduje. Jis visiškai atitinka ES F-dujų reglamento ir JAV EPA SNAP reikalavimus, o dėl mažo GWP nėra jokių laipsniško mažinimo planų.

Iššūkiai: Didesnis degumas nei R600a; gamybos metu reikalingi griežtesni saugos bandymai.

4. R404a (R125, R134a ir R143a mišinys)

Cheminis tipas: beveik azeotropinis HFC mišinys (keli HFC mišiniai, siekiant imituoti vieno šaltnešio savybes)

Pagrindinės specifikacijos:

• ODP: 0 (nekenksmingas ozono sluoksniui)
• GWP: 3 922 (itin didelis – vienas iš labiausiai klimatą veikiančių šaltnešių)
• ASHRAE saugos klasė: A1 (nedegi, mažai toksiška)
• Darbinis slėgis: aukštas (optimizuotas žemos temperatūros sistemoms)
• Suderinamumas: Veikia su POE tepalais.

Našumas ir pritaikymas:

R404a kažkada buvo auksinis standartas komercinėms šaldymo sistemoms, įskaitant šaldiklius, prekybos centrų vitrinas ir pramoninius šaldytuvus, kurie veikia nuo -20 °C iki -40 °C temperatūroje. Dėl didelio aušinimo pajėgumo ir stabilumo žemoje temperatūroje jis idealiai tinka šioms reikmėms.

Reglamentavimo ir aplinkosaugos statusas:

Dėl itin didelio R404a visuotinio atšilimo potencialo (GWP) Europoje ir Šiaurės Amerikoje jo naudojimas beveik visiškai nutrauktas. Pagal ES F-dujų reglamentą, jo naudojimas naujoje įrangoje buvo uždraustas 2020 m., o jo importas / eksportas yra griežtai ribojamas. JAV Aplinkos apsaugos agentūra (EPA) įtraukė R404a į „didelio GWP medžiagos“ sąrašą ir reikalauja, kad naujose sistemose jį būtų galima pakeisti mažo GWP alternatyvomis (pvz., R452A, R513A). Jis vis dar naudojamas senesniuose komerciniuose šaldytuvuose, tačiau palaipsniui nutraukiamas atliekant modernizavimą.

Iššūkiai: pernelyg didelis visuotinio atšilimo potencialas; prastas energijos vartojimo efektyvumas, palyginti su šiuolaikinėmis alternatyvomis; reikšmingai prisideda prie klimato kaitos.

5. R507 (R125 ir R143a mišinys)

Cheminis tipas: Azeotropinis HFC mišinys (mišiniai, kurie verda / kondensuojasi vienoje temperatūroje, kaip grynas šaltnešis)

Pagrindinės specifikacijos:

• ODP: 0 (nekenksmingas ozono sluoksniui)
• GWP: 3 985 (beveik identiškas R404a, itin aukštas)
• ASHRAE saugos klasė: A1 (nedegi, mažai toksiška)
• Darbinis slėgis: aukštas (šiek tiek didesnis nei R404a)
• Suderinamumas: Veikia su POE tepalais.

Našumas ir pritaikymas:

R507 yra artimas R404a pusbrolis, skirtas žemos temperatūros komerciniam šaldymui (pvz., giliųjų šaldiklių, šaldytų maisto produktų vitrinų), kur reikalingas pastovus aušinimas nuo -30 °C iki -50 °C temperatūroje. Dėl azeotropinės prigimties jis nesiskiria į komponentus nuotėkio metu, todėl supaprastėja priežiūra – tai pranašumas, palyginti su beveik azeotropiniais mišiniais, tokiais kaip R404a.

Reglamentavimo ir aplinkosaugos statusas:

Kaip ir R404a, R507 didelis GWP lėmė griežtus reglamentus. ES F-dujų reglamentas 2020 m. uždraudė jį naudoti naujoje įrangoje, o JAV Aplinkos apsaugos agentūra pagal SNAP jį priskyrė prie „susirūpinimą keliančių medžiagų“. Komercinėse reikmėms jį keičia mažo GWP alternatyvos, tokios kaip R448A (GWP = 1 387) ir R449A (GWP = 1 397).

Iššūkiai: itin didelis visuotinio atšilimo potencialas; nėra ilgalaikio perspektyvumo pagal pasaulines išmetamųjų teršalų taisykles; apsiriboja senesnėmis sistemomis.

Skirtingų šaldymo agentų kainų tendencijos skiriasi. Štai tendencijų diagrama (2025 m. birželio mėn. duomenys):

Šaldymo agentų lyginamoji apžvalga

Žemiau esančioje lentelėje apibendrinti pagrindiniai penkių šaldymo agentų skirtumai, pabrėžiant jų tinkamumą konkretiems naudojimo atvejams:

Reguliavimo tendencijos ir pramonės pokyčiai

Pasaulinę šaltnešių rinką skatina du svarbiausi tikslai: panaikinti ozono sluoksnį ardančias medžiagas (tai pasiekta daugumai šaltnešių) ir sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą (šiuo metu daugiausia dėmesio skiriama šiam tikslui). Europoje ir Šiaurės Amerikoje reglamentai spartina perėjimą prie mažo visuotinio atšilimo potencialo variantų:

• ES F-dujų reglamentas: Įpareigoja iki 2030 m. 79 % sumažinti HFC suvartojimą (palyginti su 2015 m. lygiu) ir uždraudžia didelio GWP (GWP > 2500) šaldymo agentus naujoje šaldymo įrangoje.
• JAV EPA SNAP: mažo GWP šaltnešius (pvz., R600a, R290, R452A) nurodo kaip „priimtinus“ daugumai pritaikymų ir draudžia naudoti didelio GWP variantus (pvz., R404a, R507) naujose sistemose.

Vartotojams tai reiškia:

• Naujuose buitiniuose šaldytuvuose beveik išimtinai bus naudojamas R600a arba R290 (dėl mažo GWP ir didelio efektyvumo).
• Didelėms sistemoms komercinės šaldymo sistemose bus naudojami mažo visuotinio atšilimo potencialo mišiniai (pvz., R448A, R454C) arba natūralūs šaltnešiai, tokie kaip CO₂ (R744).
• Senesnius šaldytuvus, kuriuose naudojamos R134a, R404a arba R507 šaldymo medžiagos, reikės tinkamai utilizuoti arba modernizuoti, kad atitiktų reglamentus.

Tinkamo šaldytuvo šaltnešio pasirinkimas priklauso nuo keturių veiksnių subalansavimo: poveikio aplinkai (ODP/GWP), saugos (degumo/toksiškumo), eksploatacinių savybių (efektyvumo/slėgio) ir atitikties reglamentams. Daugumai šiuolaikinių įrenginių:

• R600a ir R290 yra geriausi buitinių šaldytuvų pasirinkimai, pasižymintys itin mažu GWP ir dideliu efektyvumu (su saugos priemonėmis, skirtomis degumui mažinti).
• R404a ir R507 naujose sistemose nebenaudojami ir apsiriboja senesne komercine įranga iki jos modernizavimo ar pakeitimo.
• R134a yra pereinamojo laikotarpio alternatyva, kuri palaipsniui bus nutraukta, pirmenybę teikiant natūraliems šaltnešiams.

Griežtėjant reglamentams ir tobulėjant technologijoms, pramonė ir toliau teiks pirmenybę natūraliems šaltnešiams ir mažo visuotinio atšilimo potencialo mišiniams, užtikrindama, kad šaldymo sistemos būtų veiksmingos ir tvarios ilguoju laikotarpiu. Technikams ir vartotojams svarbu žinoti šiuos skirtumus, kad jie galėtų priimti atsakingus ir reikalavimus atitinkančius sprendimus.

Šaltiniai: ASHRAE vadovas – šaldymas (2021 m.), IPCC šeštoji vertinimo ataskaita (2022 m.), ES F-dujų reglamentas (EB Nr. 517/2014), JAV EPA SNAP programa (2023 m.).