Розуміння відмінностей між типами холодоагентів для холодильників

Сучасне холодильне обладнання є важливим для зберігання харчових продуктів, проте такі холодоагенти, як R134a, R290, R404a, R600a та R507, суттєво відрізняються за застосуванням. R290 зазвичай використовується в холодильних шафах для напоїв, тоді як R143a – у невеликих пивних шафах. R600a зазвичай використовується для спеціалізованого морозильного обладнання.

Холодоагенти є основою холодильних систем, дозволяючи холодильникам поглинати тепло та підтримувати прохолодну внутрішню температуру. Однак не всі холодоагенти однакові — їхній хімічний склад, вплив на навколишнє середовище, профілі безпеки та характеристики суттєво відрізняються. Для споживачів, технічних спеціалістів та фахівців галузі в Європі та Північній Америці розуміння цих відмінностей є критично важливим, особливо на тлі суворих регуляторних заходів щодо скорочення викидів парникових газів та захисту озонового шару.

Основні критерії оцінки холодоагентів

Перш ніж заглиблюватися в окремі типи, важливо визначити показники, які є найважливішими для холодильних установок. Ці критерії є загальновизнаними в галузі опалення, вентиляції, кондиціонування повітря, охолодження (HVAC/R) та впливають на регуляторні рішення в усьому світі:

• ОДП (потенціал руйнування озонового шару): міра того, наскільки речовина пошкоджує озоновий шар. Ориентом є R11 (заборонений холодоагент) з ОДП 1. Рейтинг 0 означає, що холодоагент не має озоноруйнівного впливу.
• GWP (Потенціал глобального потепління): міра внеску речовини у зміну клімату протягом 100 років порівняно з вуглекислим газом (CO₂, GWP = 1). Нижчі значення GWP мають пріоритет згідно з такими нормативними актами, як Регламент ЄС щодо F-газів та Політика SNAP (Політика щодо значних нових альтернатив) Агентства з охорони навколишнього середовища США.
• Класифікація безпеки ASHRAE: Стандарт (ASHRAE 34-2022), який класифікує холодоагенти за займистістю (Клас 1: негорючі; Клас 2L: легкозаймисті; Клас 2: легкозаймисті; Клас 3: легкозаймисті) та токсичністю (Клас A: низька токсичність; Клас B: висока токсичність). Більшість холодоагентів для холодильників належать до класу A.
• Термодинамічні характеристики: Включає ефективність охолодження (COP, або коефіцієнт продуктивності, де вище = ефективніше), робочий тиск (має відповідати конструкції компресора холодильника) та діапазон температур (підходить для холодильників середньої температури або морозильних камер низької температури).
• Сумісність: Працює з мастильними матеріалами компресора холодильника (наприклад, мінеральною олією, олією POE) та матеріалами (наприклад, ущільненнями, шлангами), щоб уникнути пошкодження системи.

Аналіз індивідуального холодоагенту

Кожен холодоагент має унікальні сильні сторони та обмеження, що робить його придатним для конкретних випадків використання — від побутових холодильників до комерційних морозильних камер. Нижче наведено детальний опис кожного типу.

1. R134a (тетрафторетан)

Хімічний тип: Чистий гідрофторвуглеводень (ГФВ)

Основні характеристики:

• ODP: 0 (безпечний для озонового шару)
• ПГП: 1430 (згідно з Шостою доповіддю МГЕЗК про оцінку, 100-річний горизонт)
• Клас безпеки ASHRAE: A1 (негорючий, низька токсичність)
• Робочий тиск: Середній (порівняно з іншими холодоагентами)
• Сумісність: Працює з мастилами на основі POE (поліолового естеру) або PAG (поліалкіленгліколю).

Продуктивність та застосування:

R134a з'явився в 1990-х роках як заміна R12 (хлорфторвуглеводороду з високим ODP, який зараз заборонений Монреальським протоколом). Він став основним елементом побутових холодильників, невеликих охолоджувачів для напоїв та портативних холодильників завдяки своїй негорючій природі та легкій інтеграції в існуючі системи. Його ефективність охолодження (COP) помірна — достатня для стандартних температур холодильника (2–8°C для відділення для свіжих продуктів, -18°C для морозильних камер), але нижча, ніж у природних холодоагентів, таких як R600a.

Нормативний та екологічний статус:

Хоча R134a безпечний для озонового шару, його високий показник глобального потепління (GWP) призвів до обмежень у Європі та Північній Америці. Згідно з Регламентом ЄС щодо флюорованих газів (EC № 517/2014), використання R134a в новому холодильному обладнанні поступово скорочується з 2020 року, і планується подальше скорочення. Він залишається поширеним у старих холодильниках, але в нових моделях його замінюють альтернативи з низьким показником GWP.

Проблеми: Високий GWP обмежує довгострокову життєздатність; нижча ефективність, ніж у природних холодоагентів.

2. R600a (ізобутан)

Хімічний тип: Чистий вуглеводень (HC, «природний холодоагент», отриманий з нафти/газу)

Основні характеристики:

• ODP: 0 (безпечний для озонового шару)
• ПГП: 3 (незначний вплив на клімат — один із найнижчих доступних показників)
• Клас безпеки ASHRAE: A3 (легкозаймистий, низька токсичність)
• Робочий тиск: низький (потрібні компресори, розроблені для систем низького тиску)
• Сумісність: Працює з мастилами на основі мінеральних масел або алкілбензолу (AB) (не POE/PAG).

Продуктивність та застосування:

R600a зараз є домінуючим холодоагентом у сучасних побутових холодильниках у Європі та Північній Америці. Його висока ефективність охолодження (COP на 5–10% вищий, ніж у R134a) знижує споживання енергії, що відповідає стандартам ЄС Energy Label та США ENERGY STAR®. Низький показник глобального потепління (GWP) також робить його повністю сумісним із суворими нормами викидів.

Міркування щодо безпеки та встановлення:

Займистість є основною проблемою R600a. Щоб зменшити ризик, виробники обмежують розмір його заправки в холодильниках (зазвичай ≤150 грамів) та використовують вибухобезпечні компоненти (наприклад, герметичні компресори, електричні деталі, що не іскроутворюють). Технікам потрібна спеціальна підготовка для усунення витоків, оскільки концентрована пара R600a є легкозаймистою.

Проблеми: Висока займистість вимагає безпечного проектування та використання; несумісний з оливами POE/PAG.

3. R290 (пропан)

Хімічний тип: Чистий вуглеводень (HC, природний холодоагент)

Основні характеристики:

• ODP: 0 (безпечний для озонового шару)
• GWP: 3 (те саме, що й R600a, наднизький вплив на клімат)
• Клас безпеки ASHRAE: A3 (легкозаймистий, низька токсичність — трохи більш займистий, ніж R600a, з нижчою енергією займання)
• Робочий тиск: середньо-низький (вище, ніж R600a, нижче, ніж R134a)
• Сумісність: Працює з мінеральною оливою або мастилами AB.

Продуктивність та застосування:

R290 пропонує виняткову ефективність охолодження — його коефіцієнт охолодження (COP) на 10–15% вищий, ніж у R134a, що робить його ідеальним для енергоефективного охолодження. Він використовується в малих та середніх побутових холодильниках, міні-холодильниках та деяких комерційних холодильних вітринах (де обсяг завантаження обмежений). У таких регіонах, як ЄС, його все частіше використовують як пряму заміну R134a в нових моделях.

Статус безпеки та нормативних актів:

Як і R600a, займистість R290 вимагає суворих заходів безпеки: обмеження завантаження (≤150 грамів для побутових холодильників), системи виявлення витоків та негорючі матеріали всередині холодильника. Він повністю відповідає Регламенту ЄС щодо F-газів та Агентству з охорони навколишнього середовища США SNAP, без планів поступового скорочення його використання через низький показник глобального потепління (GWP).

Проблеми: Вища займистість, ніж у R600a; вимагає більш ретельних випробувань безпеки під час виробництва.

4. R404a (суміш R125, R134a, R143a)

Хімічний тип: майже азеотропна суміш ГФВ (кілька ГФВ, змішаних для імітації властивостей одного холодоагенту)

Основні характеристики:

• ODP: 0 (безпечний для озонового шару)
• GWP: 3922 (надзвичайно високий — один з холодоагентів, що найбільше впливають на клімат)
• Клас безпеки ASHRAE: A1 (негорючий, низька токсичність)
• Робочий тиск: Високий (оптимізований для низькотемпературних систем)
• Сумісність: Працює з мастилами POE.

Продуктивність та застосування:

R404a колись був золотим стандартом для комерційного холодильного обладнання, включаючи морозильні камери, вітрини супермаркетів та промислові холодильники, що працюють при температурі від -20°C до -40°C. Його висока холодопродуктивність та стабільність за низьких температур зробили його ідеальним для цих застосувань.

Нормативний та екологічний статус:

Надзвичайно високий показник глобального потепління (GWP) R404a призвів до майже повної відмови від нього в Європі та Північній Америці. Згідно з Регламентом ЄС щодо флюорованих газів, його використання в новому обладнанні було заборонено у 2020 році, а його імпорт/експорт суворо обмежений. У США Агентство з охорони навколишнього середовища США (EPA) включило R404a до списку «речовин з високим GWP» і вимагає заміни альтернативами з низьким GWP (наприклад, R452A, R513A) у нових системах. Він залишається у старих комерційних холодильниках, але поступово виводиться з експлуатації шляхом модернізації.

Проблеми: Надмірно високий потенціал глобального потепління (ПГП); низька енергоефективність порівняно із сучасними альтернативами; значний внесок у зміну клімату.

5. R507 (суміш R125 та R143a)

Хімічний тип: азеотропна суміш ГФВ (суміші, що киплять/конденсуються за однієї температури, як чистий холодоагент)

Основні характеристики:

• ODP: 0 (безпечний для озонового шару)
• GWP: 3,985 (майже ідентичний R404a, надвисокий)
• Клас безпеки ASHRAE: A1 (негорючий, низька токсичність)
• Робочий тиск: високий (трохи вищий, ніж у R404a)
• Сумісність: Працює з мастилами POE.

Продуктивність та застосування:

R507 є близьким родичем R404a, призначеним для низькотемпературного комерційного охолодження (наприклад, морозильних камер, вітрин заморожених продуктів), де потрібне стабільне охолодження від -30°C до -50°C. Його азеотропна природа означає, що він не розділяється на компоненти під час витоків, що спрощує обслуговування, що є перевагою порівняно з майже азеотропними сумішами, такими як R404a.

Нормативний та екологічний статус:

Як і R404a, високий показник глобального потепління (GWP) R507 призвів до суворих правил. Регламент ЄС щодо флюорованих газів заборонив його використання в новому обладнанні у 2020 році, а Агентство з охорони навколишнього середовища США визначило його як «речовину, що викликає занепокоєння» згідно з SNAP. У комерційному застосуванні його замінюють альтернативи з низьким показником GWP, такі як R448A (GWP = 1387) та R449A (GWP = 1397).

Проблеми: Надзвичайно високий ПГП; відсутність довгострокової життєздатності згідно з глобальними правилами викидів; обмеженість застарілими системами.

Цінові тенденції різних холодоагентів різняться. Ось діаграма тенденцій станом на червень 2025 року:

Порівняльний огляд холодоагентів

У таблиці нижче підсумовано ключові відмінності між п'ятьма холодоагентами, підкреслюючи їхню придатність для конкретних випадків використання:

Регуляторні тенденції та зміни в галузі

Глобальний ринок холодоагентів розвивається з урахуванням двох головних цілей: ліквідації речовин, що руйнують озоноруйнівний шар (досягнуто для більшості холодоагентів) та скорочення викидів парникових газів (поточний пріоритет). У Європі та Північній Америці нормативні акти прискорюють перехід до варіантів з низьким показником глобального потепління (ПГП):

• Регламент ЄС щодо Ф-газів: передбачає скорочення споживання ГФВ на 79% до 2030 року (порівняно з рівнями 2015 року) та забороняє використання холодоагентів з високим ПГП (ПГП > 2500) у новому холодильному обладнанні.
• Агентство з охорони навколишнього середовища США (US EPA SNAP): перераховує холодоагенти з низьким показником GWP (наприклад, R600a, R290, R452A) як «прийнятні» для більшості застосувань та забороняє використання варіантів з високим показником GWP (наприклад, R404a, R507) у нових системах.

Для споживачів це означає:

• Нові побутові холодильники майже виключно використовуватимуть R600a або R290 (через їх низький показник глобального потепління (GWP) та високу ефективність).
• Комерційне холодильне обладнання перейде на суміші з низьким показником глобального потепління (наприклад, R448A, R454C) або природні холодоагенти, такі як CO₂ (R744), для великих систем.
• Старі холодильники, що використовують R134a, R404a або R507, потребуватимуть належної утилізації або модернізації відповідно до норм.

Вибір правильного холодоагенту для холодильника залежить від балансу чотирьох факторів: впливу на навколишнє середовище (ODP/GWP), безпеки (займистості/токсичності), продуктивності (ефективності/тиску) та відповідності нормативним вимогам. Для більшості сучасних застосувань:

• R600a та R290 – найкращий вибір для побутових холодильників, пропонуючи наднизький потенціал глобального потепління (GWP) та високу ефективність (із заходами безпеки для боротьби з вогненебезпечністю).
• R404a та R507 застаріли для нових систем, обмежуючись застарілим комерційним обладнанням до модернізації або заміни.
• R134a – це перехідний варіант, який поступово замінюється натуральними холодоагентами.

Зі зростанням вимог та розвитком технологій галузь продовжуватиме надавати пріоритет натуральним холодоагентам та сумішам з низьким показником глобального потепління (GWP), забезпечуючи ефективність та стійкість холодильних систем у довгостроковій перспективі. Як для технічних спеціалістів, так і для споживачів інформування про ці відмінності є ключовим для прийняття відповідальних рішень, що відповідають вимогам.

Джерела: Довідник ASHRAE — Холодильне обладнання (2021), Шостий оціночний звіт IPCC (2022), Регламент ЄС щодо флюорованих газів (ЄС № 517/2014), Програма SNAP Агентства з охорони навколишнього середовища США (2023).