Powodem wprowadzenia na rynek nowych czynników chłodniczych jest walka z ogrzewaniem atmosfery (Global Warming). W celu obniżenia efektu cieplarnianego kraje świata zdecydowały w roku 1987, w czasie spotkania w Montrealu (Kanada) jak i w roku 1997 w Kyoto, na stopniowe eliminowanie z zastosowania i produkcji czynników charakteryzujących się efektem cieplarnianym. Obecne regulacje prawne wymusiły na producentach czynników chłodniczych jak i na producentach urządzeń chłodniczych opracowanie i wdrożenie do produkcji nowych substancji, których GWP (Global Warming Potential) nie jest wyższy od 150. Szczególnie Unia Europejska stara się w jak najkrótszym czasie wyeliminować F-gazy, do których zalicza się R134a stosowany na szeroką skalę w chłodnictwie domowym, handlowym, a głównie w motoryzacji (MAC systems), która jest największym odbiorcą czynników chłodniczych. Poczynając od 1 stycznia 2011 roku, czynnik chłodniczy R134a będzie wyeliminowany z samochodowych układów klimatyzacyjnych we wszystkich nowych modelach. Z dniem 1 stycznia 2017 roku, użycie R134a będzie zakazane we wszystkich nowo produkowanych samochodach.

Nowe regulacje prawne wymuszają zastosowanie czynnika chłodniczego w samochodowych układach klimatyzacyjnych (MAC) charakteryzującego się GWP>150. Poza tym, uregulowano kwestie dotyczące wycieku czynnika z układu klimatyzacyjnego, które weszły w życie w 2008 roku. Przebieg procesu eliminacji czynników chłodniczych i jego następstw przedstawia rysunek 1.

Rys. 1. Proces eliminacji głównych związków chemicznych i czynników chłodniczych wpływających na efekt cieplarniany

Przemysł samochodowy postawił bardzo specyficzne wymagania w odniesieniu do nowego czynnika chłodniczego. Mianowicie zażądał, aby nowy czynnik chłodniczy nie był mieszaniną, tylko pojedynczym czynnikiem (tak jak R134a), aby był możliwy w produkcji na całym świecie, łatwy w użyciu jak i ekonomicznie efektywny.

W związku z powyższym, przed przemysłem produkującym czynniki chłodnicze (związki chemiczne) postawiono bardzo trudne zadanie. Trzeba sobie jasno powiedzieć, że nowy czynnik chłodniczy powinien być przede wszystkim bezpieczny w użyciu, mający GWP<150, właściwości termodynamiczne lepsze od R134a (wyższa wydajność chłodnicza przy tych samych parametrach), łatwy w użyciu, łatwo osiągalny, no i najważniejsze – tani. Jeżeli chodzi o bezpieczeństwo nowego czynnika, to musi być on niepalny, nie toksyczny, a także charakteryzować się ODP = 0 (Ozone Depletion Potential).

Poza wyżej wymienionymi wymaganiami nowy czynnik chłodniczy musi spełniać określone normy: „
„

• ANSI/ASHRAE Standard 34-2007 – Designation and Safety Classification of Refrigerants;
• „„ ASTM Standard E681-04 – Standard Test Method for Concentration Limits of Flammability of Chemicals (Vapors and Gases);
• „ ASTM Standard E582-07 – Standard Test Method for Minimum Ignition Energy and Quenching Distance in Gaseous Mixture;
• „„ ISO Standard - ISO 817:2005;
• „„ ISO Standard – ISO 5149;
• „„ IEC Standard – 603352-24;
• „„ IEC Standard – 60335-2-40;
• „„ DIN Standard – 51649 – Determination of Explosion Limits of Gases and vapors.

Potencjalni kandydaci do wyeliminowania czynników chłodniczych grupy HFC Praktycznie wyżej wymienione wymagania mogą być spełnione tylko przez jeden czynnik chłodniczy – CO2, który jest w użyciu już od 1862 roku. Innym czynnikiem chłodniczym, który jest bardzo bliski tym wymaganiom, jest czynnik z grupy HC. Proces wymiany starych czynników na czynniki z grupy HC w samochodach rozpoczął się w USA w 1992 roku. Obecnie w ponad 10 milionach samochodów w USA jako czynnik jest zastosowany jeden z HC czynników (R290, R600a lub mieszanina R290/ R600a). Szacuje się, że obecnie na całym świecie jeździ ponad 20 milionów samochodów z HC jako czynnikiem chłodniczym. Jak dotąd nie zanotowano wypadków zapłonu czy wybuchu instalacji chłodniczej. Palność każdego łatwo palnego czynnika chłodniczego można zlikwidować przez dodanie odpowiednich czynników obniżających lub eliminujących palność. Może to być fluoroketon lub trójfluorojodometan.

Substancje te są używane w Amerykańskich Siłach Powietrznych. Wadą ich jest to, że ich ODP nie równy jest zeru, więc można oczekiwać sprzeciwów w ich zastosowaniu w systemach MAC.

Czynniki z grupy HC są bardzo tanie, szeroko dostępne no i najważniejsze – naturalne. Ta ostatnia ich cecha stanowi ich poważną wadę, gdyż eliminuje przemysł chemiczny z produkcji czynników chłodniczych, które przynoszą zakładom chemicznym wysokie zyski.

Odpowiedzią zakładów chemicznych było opracowanie czynnika chłodniczego pochodzenia chemicznego. Jest to 2,3,3,3-Tetrafluoroprpan lub HFO-1234yf lub R1234yf, czyli fluorowany węglowodór. Jest to jeden z najbardziej kontrowersyjnych czynników chłodniczych, jaki kiedykolwiek starano się wprowadzić na rynek.



Własności fizyko-chemiczne nowego czynnika chłodniczego R1234yf

2,3,3,3-Tetrafluoropropan lub HFO- 1234yf jest fluorowanym węglowodorem, którego wzór chemiczny ma postać CH2=CFCF3. Zakłady chemiczne DuPont and Honeywell zaproponowały ten czynnik jako czynnik zastępujący R134a w samochodowych układach chłodniczych. HFO-1234yf (Hydro-Flouro-Olefin) lub prościej R1234yf jest pierwszym chemicznym czynnikiem chłodniczym, który spełnia większość wymagań stawianych nowym czynnikom chłodniczym. Został on opracowany, aby pomóc producentom samochodów w spełnieniu nowych norm i regulacji, które wchodzą w życie z dniem 1 stycznia 2011 roku. Własności fizyko-chemiczne R1234yf przedstawia tabela, a jego budowę chemiczną rysunek 2.

Z punktu widzenia własności termodynamicznych czynnik R1234yf ma, w zależności od warunków zewnętrznych, o około 8 do 10% mniejszą wydajność chłodniczą od wydajności czynnika R134a. Jest to poważny mankament, który wpływa również na sprawność energetyczną urządzenia chłodniczego. W przypadku układów klimatyzacyjnych samochodowych nie jest on jednak tak ważny, gdyż nie wpływa bezpośrednio na zużycie energii elektrycznej, tylko na zwiększone zużycie paliwa o około 5,4%. Wzrost zużycia paliwa jest zależny od warunków atmosferycznych, rodzaju jazdy, szybkości jazdy, jak i przejechanego dystansu.

Ograniczenia związane z zastosowaniem i wdrożeniem R1234yf (...)

Pozycja przemysłu samochodowego i instytucji badawczych (...)

Ocena praktyczna przydatności R1234yf w układach klimatyzacyjnych (...)

Czego możemy oczekiwać w odniesieniu do nowych czynników chłodniczych? (...)

LITERATURA
[1] Wyniki badań Agencji BAM – http://www.umveltbundesamt. de/produkte/dokumente/test report hfo1234yf.pdf
[2] Press Release No. 6/2010, Press Relation Office: Martin Ittershagen, Umvelt Bundes Amt.
[3] T. OKAZAKI, H. MAEYAMA, M. SAITO, T. YAMAMOTO: Performance and reliability Evaluation of a Room Air Conditioner with Low GWP Refrigerant. 2010 International Symposium on Next Generation Air Conditioning and Refrigeration Technology. 17-19 February 2010. Tokyo, Japan.
[4] H. KAJIHARA, K. INOUE, K. YOSHIDA, R. NAGAOSA: Estimation of environmental concentration and deposition fluxes of R1234yf and its decomposition products emitted from air conditioning equipment to atmosphere. 2010 International Symposium on Next Generation Air Conditioning and Refrigeration Technology. 17-19 February 2010. Tokyo, Japan.
[5] UNEP. 2006 Report of the Refrigeration. Air Conditioning and Heat Pump Committee. United Nation.
[6] Honeywell: Material Safety Data Sheet for 2,3,3,3-Tetra fluoroprp-1-ene, HFO1234yf. 11/10/2008. Version 1.