Содержание
Фреон в контуре чиллера кипит не при 100 °C, как вода в чайнике, а при минус тридцати, минус сорока градусах и ниже. Это не курьез, а основа работы всей холодильной и климатической техники: именно кипение хладагента при низкой температуре позволяет отбирать тепло у воды, воздуха или технологического процесса. Разберем, что такое температура кипения фреона, как она связана с давлением и почему инженеру или снабженцу стоит держать под рукой таблицу кипения фреона при выборе оборудования.
Что такое температура кипения фреона
Температурой кипения фреона называют температуру, при которой хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное при заданном давлении. У воды при нормальном атмосферном давлении эта точка одна и хорошо знакома каждому: 100 °C. У фреонов иначе: точка кипения фреона может лежать в диапазоне от плюс двадцати до минус восьмидесяти градусов, в зависимости от конкретного вещества и давления в системе.
Именно эта особенность делает фреоны рабочим телом холодильных машин. Хладагент закачивают в контур так, чтобы в одной его части, испарителе, он кипел при низкой температуре и забирал тепло у охлаждаемой среды, а в другой, конденсаторе, конденсировался при более высокой температуре, отдавая это тепло наружу. Без разницы температур кипения и конденсации холодильный цикл просто не существовал бы.
Зависимость температуры кипения фреонов от давления
Ключевое свойство любого хладагента: точка кипения не постоянна, она напрямую связана с давлением. Чем выше давление в контуре, тем выше температура, при которой фреон закипает, и наоборот: при снижении давления температура кипения падает. На этой зависимости построена работа компрессора и терморегулирующего вентиля.
Компрессор сжимает пар хладагента, повышая давление и вместе с ним температуру конденсации, чтобы она оказалась выше температуры окружающего воздуха или воды и тепло могло уйти наружу. После конденсатора жидкий фреон проходит через дроссель или терморегулирующий вентиль, давление резко падает, и вместе с ним падает температура кипения, часто до минус десяти или минус двадцати градусов. При такой низкой точке кипения фреон легко забирает тепло даже у относительно холодной воды в испарителе чиллера.
Схема ниже показывает эти четыре узла в связке: где давление и температура растут, где падают, и куда уходит и откуда приходит тепло.
Для наглядности приведем таблицу давления фреона на примере распространенного хладагента R410A. Значения абсолютного давления рассчитаны по стандартным уравнениям состояния и могут немного отличаться от паспортных данных конкретной модели оборудования.
|
Температура кипения, °C |
Давление, бар (абс.) |
|
-40 |
1,75 |
|
-20 |
4,01 |
|
-10 |
5,75 |
|
0 |
8,01 |
|
10 |
10,9 |
|
20 |
14,5 |
|
30 |
18,9 |
|
40 |
24,3 |
|
50 |
30,7 |
Из таблицы видно: чтобы R410A закипел при минус двадцати градусах, в системе достаточно поддерживать давление около 4 бар, а для конденсации при плюс сорока потребуется уже свыше 24 бар. Логика та же для любого хладагента, отличаются только конкретные цифры.
На практике инженеры закладывают в работу испарителя небольшой перегрев, то есть нагревают пар на несколько градусов выше точки кипения после полного испарения жидкости. Это нужно, чтобы в компрессор гарантированно попадал сухой пар, а не капли фреона, которые способны повредить клапаны и поршневую группу. Точно так же перед терморегулирующим вентилем закладывают переохлаждение жидкости, чтобы она не вскипела раньше времени в трубопроводе.
Таблица кипения фреона: температуры при атмосферном давлении
Для сравнения хладагентов между собой в отрасли принято указывать температуру кипения фреона при нормальном атмосферном давлении, 101,3 кПа. Эта справочная величина показывает, насколько «холодным» является тот или иной газ в базовых условиях, и помогает подобрать хладагент под конкретный температурный диапазон применения.
Ниже таблица кипения фреона для марок, которые чаще всего встречаются в чиллерах, промышленных холодильных машинах и системах кондиционирования.
|
Хладагент |
Температура кипения при 1 атм, °C |
|
R717 (аммиак) |
-33,3 |
|
R22 |
-40,8 |
|
R134a |
-26,3 |
|
R404A |
-46,6 |
|
R407C |
-43,8 |
|
R410A |
-51,6 |
|
R507A |
-47,1 |
|
R32 |
-51,7 |
|
R290 (пропан) |
-42,1 |
|
R600a (изобутан) |
-11,7 |
|
R744 (CO2) |
-78,5 (сублимация) |
Стоит уточнить два момента. R407C относится к зеотропным смесям, поэтому у него нет одной строгой точки кипения, а есть температурный глайд в несколько градусов между началом и концом кипения. А диоксид углерода R744 при атмосферном давлении вообще не кипит, а сублимирует, переходя из твердого состояния сразу в газообразное, поскольку его тройная точка лежит выше атмосферного давления.
Подробная таблица давления фреона: температура кипения на разных уровнях давления
Таблица кипения фреона при одном лишь атмосферном давлении дает только точку отсчета. На практике хладагент в контуре чиллера работает в широком диапазоне давлений, и инженеру важно видеть, какой температуре кипения соответствует конкретное давление в конкретной точке системы. Ниже подробная таблица давления фреона для десяти хладагентов, с шагом 5 °C, в диапазоне температур от -50 до +50 °C. Давление указано в барах, абсолютное значение, рассчитано по стандартным уравнениям состояния (база данных NIST REFPROP).
Таблица 1. Чистые хладагенты и аммиак
|
Т кипения, °C |
R22 |
R134a |
R32 |
R717 (аммиак) |
R290 (пропан) |
|
-50 |
0,65 |
0,29 |
1,10 |
0,41 |
0,71 |
|
-45 |
0,83 |
0,39 |
1,41 |
0,54 |
0,89 |
|
-40 |
1,05 |
0,51 |
1,77 |
0,72 |
1,11 |
|
-35 |
1,32 |
0,66 |
2,21 |
0,93 |
1,37 |
|
-30 |
1,64 |
0,84 |
2,73 |
1,19 |
1,68 |
|
-25 |
2,01 |
1,06 |
3,35 |
1,51 |
2,03 |
|
-20 |
2,45 |
1,33 |
4,06 |
1,90 |
2,45 |
|
-15 |
2,96 |
1,64 |
4,88 |
2,36 |
2,92 |
|
-10 |
3,55 |
2,01 |
5,83 |
2,91 |
3,45 |
|
-5 |
4,22 |
2,43 |
6,91 |
3,55 |
4,06 |
|
0 |
4,98 |
2,93 |
8,13 |
4,29 |
4,74 |
|
5 |
5,84 |
3,50 |
9,51 |
5,16 |
5,51 |
|
10 |
6,81 |
4,15 |
11,1 |
6,15 |
6,37 |
|
15 |
7,89 |
4,88 |
12,8 |
7,28 |
7,32 |
|
20 |
9,10 |
5,72 |
14,7 |
8,57 |
8,36 |
|
25 |
10,4 |
6,65 |
16,9 |
10,0 |
9,52 |
|
30 |
11,9 |
7,70 |
19,3 |
11,7 |
10,8 |
|
35 |
13,5 |
8,87 |
21,9 |
13,5 |
12,2 |
|
40 |
15,3 |
10,2 |
24,8 |
15,5 |
13,7 |
|
45 |
17,3 |
11,6 |
27,9 |
17,8 |
15,3 |
|
50 |
19,4 |
13,2 |
31,4 |
20,3 |
17,1 |
Таблица 2. Смеси и хладагенты с высоким давлением
|
Т кипения, °C |
R404A |
R407C |
R410A |
R507A |
R744 (CO2) |
R600a (изобутан) |
|
-50 |
0,84 |
0,74 |
1,09 |
0,86 |
6,82 |
0,17 |
|
-45 |
1,07 |
0,95 |
1,39 |
1,10 |
8,32 |
0,22 |
|
-40 |
1,35 |
1,20 |
1,75 |
1,39 |
10,0 |
0,29 |
|
-35 |
1,69 |
1,51 |
2,19 |
1,73 |
12,0 |
0,37 |
|
-30 |
2,08 |
1,87 |
2,70 |
2,13 |
14,3 |
0,47 |
|
-25 |
2,54 |
2,30 |
3,31 |
2,60 |
16,8 |
0,58 |
|
-20 |
3,07 |
2,80 |
4,01 |
3,15 |
19,7 |
0,72 |
|
-15 |
3,69 |
3,38 |
4,82 |
3,77 |
22,9 |
0,89 |
|
-10 |
4,39 |
4,05 |
5,75 |
4,50 |
26,5 |
1,08 |
|
-5 |
5,19 |
4,81 |
6,81 |
5,32 |
30,5 |
1,31 |
|
0 |
6,10 |
5,68 |
8,01 |
6,24 |
34,9 |
1,57 |
|
5 |
7,12 |
6,66 |
9,36 |
7,29 |
39,7 |
1,87 |
|
10 |
8,27 |
7,76 |
10,9 |
8,46 |
45,0 |
2,21 |
|
15 |
9,55 |
9,00 |
12,6 |
9,77 |
50,9 |
2,59 |
|
20 |
11,0 |
10,4 |
14,5 |
11,2 |
57,3 |
3,02 |
|
25 |
12,5 |
11,9 |
16,6 |
12,8 |
64,3 |
3,51 |
|
30 |
14,3 |
13,6 |
18,9 |
14,6 |
72,1 |
4,05 |
|
35 |
16,2 |
15,4 |
21,4 |
16,6 |
н/д |
4,65 |
|
40 |
18,3 |
17,5 |
24,3 |
18,7 |
н/д |
5,31 |
|
45 |
20,6 |
19,7 |
27,3 |
21,0 |
н/д |
6,04 |
|
50 |
23,1 |
22,2 |
30,7 |
23,6 |
н/д |
6,85 |
Отметка «н/д» у R744 означает, что при этой температуре диоксид углерода находится выше своей критической точки (+31 °C) и жидкой фазы, а значит и кипения в привычном смысле, уже не существует. Для R404A, R407C и R507A таблица показывает точку начала кипения, у смесей с заметным глайдом (в первую очередь R407C) фактическая температура на выходе из испарителя может отличаться на несколько градусов.
График ниже собирает эти данные в одну картину: чем выше поднимается кривая хладагента, тем выше должно быть давление, чтобы удержать точку кипения на нужном уровне. Пунктирная линия отмечает атмосферное давление, то есть ту самую температуру кипения фреона из первой таблицы.
Почему это важно при выборе оборудования
Знание температуры кипения фреонов помогает решить несколько практических задач.
Во-первых, подбор хладагента под температурный режим. Для низкотемпературных морозильных камер нужен фреон с точкой кипения значительно ниже минус сорока градусов, тогда как для комфортного кондиционирования воздуха подойдет хладагент с более высокой температурой кипения.
Во-вторых, оценка энергоэффективности. Чем меньше разница между температурой кипения в испарителе и температурой конденсации, тем меньше работы совершает компрессор и тем ниже энергопотребление установки.
И наконец, экологические ограничения. Часть хладагентов с высоким потенциалом глобального потепления постепенно выводится из обращения, поэтому при выборе оборудования на годы вперед стоит учитывать не только температуру кипения, но и перспективы использования конкретного фреона в ближайшем будущем.
Правильный подбор хладагента и холодильного контура требует учитывать десятки параметров: от температуры кипения фреона и давления в системе до условий эксплуатации и требований производства. Одной таблицы кипения фреона для этого обычно недостаточно, нужен расчет под конкретную задачу.
Специалисты «Термоком ВК» проконсультируют по параметрам чиллеров, градирен и другого крупного промышленного холодильного оборудования и помогут подобрать решение под ваши задачи. Обращайтесь, чтобы получить точный расчет и рекомендации, а не общие цифры из справочников.
Температура кипения фреона: частые вопросы
Собрали вопросы, которые чаще всего ищут в интернете о температуре кипения фреона и о том, как она связана с давлением и выбором холодильного оборудования.
Это температура, при которой хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное при конкретном давлении. В отличие от воды, у которой при атмосферном давлении эта точка всегда 100 °C, у фреонов она гораздо ниже, обычно от 0 °C до -80 °C в зависимости от марки, и именно поэтому фреон способен кипеть и отбирать тепло даже у относительно холодной воды или воздуха внутри чиллера.
Точка кипения любого хладагента не постоянна: чем выше давление, тем выше температура кипения, и наоборот. На этом построен весь холодильный цикл. Компрессор поднимает давление пара, чтобы он конденсировался при температуре выше окружающей среды и отдавал тепло наружу, а терморегулирующий вентиль резко снижает давление жидкости перед испарителем, чтобы фреон закипел при низкой температуре и забрал тепло у охлаждаемой воды или воздуха.
При нормальном атмосферном давлении у R22 она составляет около -40,8 °C, у R134a около -26,3 °C, у R410A около -51,6 °C, у аммиака R717 около -33,3 °C, а у диоксида углерода R744 около -78,5 °C. Разница в десятки градусов между марками как раз и позволяет подбирать хладагент под конкретную задачу: от кондиционирования воздуха до глубокой заморозки.
Таблица связывает температуру кипения хладагента с давлением, при котором эта температура достигается. Найдите нужную температуру в столбце и увидите, какое давление ей соответствует, или наоборот, по показаниям манометра определите фактическую температуру кипения в испарителе или конденсации в конденсаторе. На это ориентируются при заправке контура и при диагностике: если давление заметно отличается от табличного значения для данной температуры, в системе может быть недозаправка, воздух или другая неисправность.
Учитывают три вещи: нужный температурный режим, чем ниже требуется точка кипения, тем ниже она должна быть у хладагента; энергоэффективность, чем меньше разница между температурой кипения и конденсации, тем меньше нагрузка на компрессор и ниже энергопотребление; и экологические ограничения, поскольку часть хладагентов с высоким потенциалом глобального потепления постепенно выводится из обращения.
Специалисты «Термоком ВК» подберут чиллер, градирню или другое промышленное холодильное оборудование под ваш температурный режим и задачи. Обращайтесь за консультацией и расчётом.
