Lodówki i zamrażarki, jako urządzenia do przechowywania w niskiej temperaturze do użytku domowego i komercyjnego, podlegają ciągłym zmianom w doborze czynników chłodniczych, koncentrując się na „elastycznej wydajności chłodzenia” i „wymogach prawnych dotyczących ochrony środowiska”. Główne typy i cechy na różnych etapach są ściśle dostosowane do potrzeb danego urządzenia.
Wczesny nurt główny: stosowanie czynników chłodniczych CFC o „wysokiej wydajności, ale dużej szkodliwości”
Od lat 50. do 90. XX wieku R12 (dichlorodifluorometan) był zdecydowanie najpopularniejszym czynnikiem chłodniczym. Pod względem adaptacji do urządzeń, właściwości termodynamiczne R12 idealnie odpowiadały potrzebom przechowywania w niskich temperaturach – przy standardowej temperaturze parowania -29,8°C z łatwością spełniał wymagania temperaturowe komór chłodniczych do przechowywania świeżości (0-8°C) i mroźni (poniżej -18°C). Ponadto charakteryzował się wyjątkowo wysoką stabilnością chemiczną i doskonałą kompatybilnością z rurami miedzianymi, stalowymi korpusami i mineralnymi olejami smarowymi wewnątrz lodówek, rzadko powodując korozję lub zatykanie rur, co zapewniało żywotność urządzeń przekraczającą 10 lat.
R12 ma wartość ODP równą 1,0 (wartość odniesienia dla potencjału niszczenia warstwy ozonowej) i wartość GWP wynoszącą około 8500, co czyni go silnym gazem cieplarnianym. Wraz z wejściem w życie Protokołu Montrealskiego, globalne stosowanie R12 w nowo produkowanych zamrażarkach zostało stopniowo zakazane od 1996 roku. Obecnie tylko niektóre stare urządzenia nadal zawierają pozostałości tego czynnika chłodniczego i stoją przed dylematem braku alternatywnych źródeł podczas konserwacji.
Etap przejściowy: Ograniczenia „częściowej wymiany” na czynniki chłodnicze HCFC
Aby zniwelować skutki wycofywania R12, R22 (difluoromonochlorometan) był kiedyś krótko stosowany w niektórych komercyjnych zamrażarkach (takich jak małe zamrażarki w sklepach spożywczych). Jego zaletą jest to, że jego parametry termodynamiczne są zbliżone do R12, bez konieczności wprowadzania znaczących modyfikacji w sprężarce i konstrukcji rurociągu zamrażarki, a jego wartość ODP została obniżona do 0,05, co znacznie osłabia jego zdolność do niszczenia warstwy ozonowej.
Jednak wady R22 są również oczywiste: z jednej strony jego wartość GWP wynosi około 1810, co nadal plasuje go w czołówce gazów cieplarnianych, co nie jest zgodne z długoterminowym trendem ochrony środowiska; z drugiej strony, efektywność chłodzenia (COP) R22 jest niższa niż R12, co prowadzi do wzrostu zużycia energii o około 10–15% w przypadku stosowania w domowych lodówkach, a zatem nie stał się on jeszcze powszechnym rozwiązaniem w domowych lodówkach. Wraz z przyspieszonym globalnym wycofywaniem czynników chłodniczych HCFC w 2020 roku, R22 praktycznie wycofał się z zastosowania w lodówkach i zamrażarkach.
I. Obecnie stosowane główne czynniki chłodnicze: Dostosowanie HFC i typów o niskim GWP do konkretnych scenariuszy
Obecnie wybór czynników chłodniczych do lodówek na rynku odzwierciedla cechy „zróżnicowania między zastosowaniem domowym i komercyjnym oraz równowagi między ochroną środowiska a kosztami”, dzieląc się głównie na dwa główne typy, dostosowane do potrzeb funkcjonalnych różnych urządzeń:
1. Małe zamrażarki: „Stabilna dominacja” czynników chłodniczych
R134a (tetrafluoroetan) jest najpopularniejszym czynnikiem chłodniczym w obecnych lodówkach (zwłaszcza modelach o pojemności poniżej 200 l), stanowiąc ponad 70% jego udziału. Jego kluczowe zalety adaptacyjne przejawiają się w trzech aspektach: po pierwsze, spełnia normy ochrony środowiska, z wartością ODP równą 0, całkowicie eliminując ryzyko uszkodzenia warstwy ozonowej i spełniając podstawowe wymogi globalnych przepisów środowiskowych; po drugie, jego parametry termodynamiczne są odpowiednie, ze standardową temperaturą parowania -26,1°C, która wraz z wysokowydajną sprężarką lodówki pozwala stabilnie osiągnąć temperaturę w komorze mroźniczej od -18°C do -25°C, a jego wydajność chłodnicza (COP) jest o 8%-12% wyższa niż w przypadku R22, co może zmniejszyć zużycie energii przez urządzenia; po trzecie, jest to urządzenie bezpieczne i niezawodne, ponieważ obsługuje czynniki chłodnicze klasy A1 (nietoksyczne i niepalne). Nawet jeśli dojdzie do niewielkiego wycieku, nie spowoduje to zagrożenia dla bezpieczeństwa otoczenia. Urządzenie jest kompatybilne z plastikowymi częściami i olejem smarującym sprężarkę wewnątrz lodówki, a jego awaryjność jest niska.
Ponadto niektóre lodówki domowe średniej i wysokiej klasy wykorzystują R600a (izobutan, węglowodór) – naturalny czynnik chłodniczy o współczynniku ODP równym 0 i współczynniku GWP wynoszącym zaledwie 3, który charakteryzuje się znacznie lepszą efektywnością ekologiczną niż R134a, a jego wydajność chłodnicza jest o 5–10% wyższa niż R134a, co może dodatkowo zmniejszyć zużycie energii. Jednak R600a należy do czynników chłodniczych klasy A3 (wysoce łatwopalnych) i gdy jego stężenie objętościowe w powietrzu osiągnie 1,8–8,4%, eksploduje w kontakcie z otwartym ogniem. W związku z tym jego zastosowanie ogranicza się wyłącznie do domowych lodówek (ilość wsadu jest ściśle ograniczona do 50–150 g, znacznie mniej niż w przypadku sprzętu komercyjnego), a lodówka musi być wyposażona w urządzenia wykrywające wycieki (takie jak czujniki ciśnienia) i sprężarki przeciwwybuchowe. Jest on o 15–20% droższy niż modele z czynnikiem R134a, przez co nie zyskał jeszcze pełnej popularności.
2. Zamrażarki komercyjne / duże lodówki: „Stopniowe wprowadzanie” czynników chłodniczych o niskim współczynniku GWP
Zamrażarki komercyjne (takie jak zamrażarki wyspowe w supermarketach) mają wyższe wymagania dotyczące „ochrony środowiska” i „efektywności chłodniczej” czynników chłodniczych ze względu na dużą pojemność (zwykle ponad 500 l) i wysokie obciążenie chłodnicze. Obecnie najpopularniejsze modele dzielą się na dwie kategorie:
(1) Mieszaniny HFC: „Adaptacja do wysokich obciążeń” R404A
R404A (mieszanina pentafluoroetanu, difluorometanu i tetrafluoroetanu) to główny czynnik chłodniczy w komercyjnych zamrażarkach niskotemperaturowych (takich jak zamrażarki szybkomrożące do -40°C), stanowiący około 60%. Jego zaletą jest znakomita wydajność chłodnicza w niskich temperaturach – przy temperaturze parowania -40°C wydajność chłodnicza jest o 25-30% wyższa niż w przypadku R134a, co pozwala na szybkie zaspokojenie potrzeb zamrażarek w zakresie przechowywania w niskich temperaturach. Należy on do czynników chłodniczych klasy A1 (nietoksycznych i niepalnych), z wsadem do kilku kilogramów (znacznie przekraczającym wsad lodówek domowych), bez obaw o ryzyko łatwopalności, dostosowując się do pracy pod dużym obciążeniem w dużych zamrażarkach.
Jednak wady R404A pod względem ochrony środowiska stopniowo stają się coraz bardziej widoczne. Jego wartość GWP sięga nawet 3922, co oznacza, że należy do gazów cieplarnianych o wysokiej emisji. Obecnie Unia Europejska i inne regiony wprowadziły przepisy ograniczające jego stosowanie (np. zakazujące stosowania czynników chłodniczych o GWP > 2500 w nowo produkowanych zamrażarkach komercyjnych po 2022 roku). Dlatego R404A jest stopniowo zastępowany czynnikami chłodniczymi o niskim GWP.
(2) Typy o niskim GWP: „Alternatywy środowiskowe” dla R290 i CO₂
W obliczu zaostrzonych przepisów dotyczących ochrony środowiska, R290 (propan) i CO₂ (R744) stały się nowymi opcjami dla komercyjnych zamrażarek, dostosowując się do różnych potrzeb w różnych scenariuszach:
R290 (propan): Stosowany głównie w małych zamrażarkach komercyjnych (takich jak poziome zamrażarki w sklepach spożywczych). Jego wartość ODP wynosi 0, a wartość GWP około 3, co zapewnia wyjątkowo wysoką ochronę środowiska; a jego wydajność chłodnicza jest o 10–15% wyższa niż R404A, co może zmniejszyć zużycie energii w zamrażarkach komercyjnych (sprzęt komercyjny pracuje ponad 20 godzin dziennie, a koszty zużycia energii stanowią znaczną część). Jednak R290 należy do czynników chłodniczych klasy A3 (wysoce łatwopalnych), a ilość wsadu musi być ściśle kontrolowana w granicach 200 g (dlatego jest ograniczony tylko do małych zamrażarek). Ponadto zamrażarka musi być wyposażona w sprężarki przeciwwybuchowe, rurociągi zabezpieczające przed wyciekami (takie jak rury ze stopu miedzi i niklu) oraz rozwiązania wentylacyjne i rozpraszające ciepło. Obecnie jego udział w europejskich zamrażarkach w sklepach spożywczych przekroczył 30%.
CO₂ (R744): Stosowany głównie w komercyjnych zamrażarkach o ultraniskiej temperaturze (takich jak zamrażarki do próbek biologicznych o temperaturze -60°C). Jego standardowa temperatura parowania wynosi -78,5°C, co pozwala na przechowywanie w ultraniskiej temperaturze bez skomplikowanego kaskadowego systemu chłodzenia. Ma wartość ODP równą 0 i wartość GWP równą 1, z niezastąpioną ochroną środowiska, jest nietoksyczny i niepalny, zapewniając lepsze bezpieczeństwo niż R290. Jednak CO₂ ma niską temperaturę krytyczną (31,1°C). Gdy temperatura otoczenia przekracza 25°C, wymagana jest technologia „cyklu transkrytycznego”, w wyniku której ciśnienie sprężarki zamrażarki osiąga nawet 10-12 MPa, co wymaga stosowania rurociągów ze stali nierdzewnej o wysokiej wytrzymałości i sprężarek odpornych na wysokie ciśnienie, a koszt jest o 30%-40% wyższy niż w przypadku zamrażarek z R404A. Dlatego też obecnie stosuje się je głównie w sytuacjach, w których występują wyjątkowo wysokie wymagania dotyczące ochrony środowiska i niskich temperatur (np. w zamrażarkach wykorzystywanych w badaniach medycznych i naukowych).
II. Przyszłe trendy w zakresie czynników chłodniczych: Niski współczynnik GWP i wysokie bezpieczeństwo stają się głównymi kierunkami
W połączeniu z ogólnoświatowymi przepisami dotyczącymi ochrony środowiska (takimi jak rozporządzenie UE w sprawie gazów fluorowanych, chiński plan wdrożenia Protokołu montrealskiego) oraz unowocześnianiem technologii urządzeń, czynniki chłodnicze do lodówek i zamrażarek będą w przyszłości wykazywać trzy główne trendy:
Lodówki domowe:R600a stopniowo zastępuje R134a – wraz z rozwojem technologii zabezpieczających przed wyciekami i wybuchem (takich jak nowe paski uszczelniające, automatyczne urządzenia odcinające wycieki), koszt R600a będzie stopniowo spadał (przewiduje się, że w ciągu najbliższych 5 lat spadnie o 30%), a jego zalety w postaci wysokiej ochrony środowiska i wysokiej wydajności chłodniczej będą coraz bardziej widoczne. Przewiduje się, że do 2030 roku udział R600a w domowych lodówkach przekroczy 50%, zastępując R134a jako główny środek.
Zamrażarki komercyjne:„Dwutorowy rozwój” mieszanin CO₂ i HFO – w przypadku komercyjnych zamrażarek o bardzo niskiej temperaturze (poniżej -40°C) techniczna dojrzałość CO₂ będzie się nadal poprawiać (np. w przypadku wysokowydajnych sprężarek o cyklu transkrytycznym), a koszt będzie stopniowo spadał, przy czym oczekuje się, że do 2028 r. jego udział przekroczy 40%; w przypadku komercyjnych zamrażarek o średniej temperaturze (od -25°C do -18°C) głównym nurtem stanie się R454C (mieszanka HFO i HFC, GWP ≈ 466), o wydajności chłodniczej zbliżonej do R404A i należący do czynników chłodniczych klasy A2L (niska toksyczność i niska palność), bez ścisłych ograniczeń dotyczących ilości ładunku, równoważąc ochronę środowiska i praktyczność.
Podwyższone standardy bezpieczeństwa:Od „pasywnej ochrony” do „aktywnego monitorowania” – niezależnie od sprzętu gospodarstwa domowego lub komercyjnego, przyszłe systemy chłodnicze będą generalnie wyposażone w funkcje „inteligentnego monitorowania wycieków + automatycznej obsługi awaryjnej” (takie jak laserowe czujniki wycieków w lodówkach domowych, alarmy stężenia i urządzenia łączące wentylację w zamrażarkach komercyjnych), zwłaszcza w przypadku łatwopalnych czynników chłodniczych, takich jak R600a i R290, aby wyeliminować potencjalne zagrożenia bezpieczeństwa za pomocą środków technicznych i promować wszechstronną popularyzację czynników chłodniczych o niskim współczynniku GWP.
III. Priorytet dopasowania scenariusza bazowego
Biorąc pod uwagę potrzeby różnych użytkowników, przy wyborze czynników chłodniczych do lodówek można kierować się następującymi zasadami:
Użytkownicy domowi: Priorytet mają modele z czynnikiem chłodniczym R600a (równoważące ochronę środowiska i oszczędność energii) – jeśli budżet na to pozwala (o 200-500 juanów więcej niż w przypadku modeli z czynnikiem R134a), priorytetem powinny być lodówki oznaczone „czynnikiem chłodniczym R600a”. Ich zużycie energii jest o 8-12% niższe niż w przypadku modeli z czynnikiem R134a i są bardziej przyjazne dla środowiska; po zakupie należy zwrócić uwagę, aby tylna część lodówki (gdzie znajduje się sprężarka) nie znajdowała się w pobliżu otwartego ognia, a także regularnie sprawdzać szczelność uszczelek drzwi, aby zmniejszyć ryzyko wycieku.
Użytkownicy komercyjni:Dokonaj wyboru biorąc pod uwagę potrzeby temperaturowe (równoważąc koszty i ochronę środowiska) – zamrażarki średniotemperaturowe (takie jak zamrażarki w sklepach spożywczych) mogą wybierać modele R290, które charakteryzują się niższymi kosztami zużycia energii w długim okresie; w przypadku zamrażarek o bardzo niskiej temperaturze (takich jak urządzenia do szybkiego zamrażania), jeśli budżet jest wystarczający, preferowane są modele CO₂, które są zgodne z przepisami dotyczącymi ochrony środowiska i zapobiegają ryzyku wycofania z produkcji w przyszłości; jeśli problemem jest krótkoterminowa wrażliwość na koszty, modele R454C można wybrać jako rozwiązanie przejściowe, równoważące wydajność i ochronę środowiska.
Konserwacja i wymiana: Należy ściśle przestrzegać oryginalnego typu czynnika chłodniczego – podczas konserwacji starych lodówek i zamrażarek nie należy arbitralnie wymieniać typu czynnika chłodniczego (np. R134a na R600a), ponieważ różne czynniki chłodnicze mają różne wymagania dotyczące oleju smarującego sprężarkę i ciśnienia w rurociągach. Mieszane zastosowanie może spowodować uszkodzenie sprężarki lub awarię układu chłodzenia. Należy skontaktować się ze specjalistą w celu uzupełnienia czynnika chłodniczego zgodnie z typem podanym na tabliczce znamionowej urządzenia.
Czas publikacji: 29-08-2025 Wyświetlenia: