Chladivá v tepelných čerpadlách

Tepelné čerpadlá sú energeticky efektívnou a ekologickou alternatívou vykurovacích a chladiacich systémov. Základom ich prevádzky je použitie chladív, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu v procese prenosu tepla. V tomto článku preskúmame, čo sú chladivá, ich vlastnosti, typy bežne používané v tepelných čerpadlách a ich vplyv na životné prostredie. Budeme diskutovať aj o probléme úniku chladiva a jeho dôsledkoch.

Čo je to vlastne chladivo?

Chladivo je špeciálna kvapalina alebo plyn používaný v tepelných čerpadlách a iných chladiacich systémoch na uľahčenie prenosu tepla. Prechádza nepretržitým cyklom vyparovania a kondenzácie, absorbuje teplo z jedného miesta a uvoľňuje ho na inom. Schopnosť chladiva meniť skupenstvo pri relatívne nízkych teplotách z neho robí ideálne médium na prenos tepla.

Viac o chladive: https://www.winsen-sensor.com/knowledge/what-is-a-refrigerant.html

Vlastnosti chladiva

Chladivá majú špecifické vlastnosti, vďaka ktorým sú vhodné pre aplikácie tepelných čerpadiel. Majú nízke body varu, čo im umožňuje odparovať sa pri nízkych teplotách a absorbovať teplo z okolitého prostredia. Majú tiež vysokú kapacitu latentného tepla, čo znamená, že môžu absorbovať a uvoľňovať značné množstvo tepla počas fázových zmien. Okrem toho musia mať chladivá dobrú tepelnú stabilitu, kompatibilitu s materiálmi systému a nízke úrovne toxicity.

Aké chladivá sa používajú v tepelných čerpadlách?

V tepelných čerpadlách sa v priebehu rokov používali rôzne chladivá, pričom pokrok bol poháňaný obavami o životné prostredie a predpismi. Bežné chladivá zahŕňajú hydrochlórofluorokarbóny (HCFC), hydrofluorouhľovodíky (HFC) a prírodné chladivá ako amoniak (NH3), oxid uhličitý (CO2) a uhľovodíky (HC). Každé chladivo má svoje výhody a nevýhody z hľadiska výkonu, účinnosti, bezpečnosti a vplyvu na životné prostredie.

kód	kategórie	Potenciál globálneho otepľovania	komentár
R-410	HFC	Veľmi Vysoko	Vyhnúť sa
R-134	HFC	Veľmi Vysoko	Vyhnúť sa
R-34	HFC	vysoký	meh
R-1234yf	HFO	Nízky	Vybrať
R-290	HC	Nízky	Vybrať
R-744	CO2	Nízky	Vybrať

Najlepšie chladivo pre systémy tepelných čerpadiel

Najlepšie chladivo pre tepelné čerpadlo musí byť nekorozívne, netoxické, nehorľavé, bez poškodzovania ozónovej vrstvy a potenciálneho globálneho otepľovania, ako aj s jednoduchou výrobou.

Určenie najlepšieho chladiva pre systém tepelného čerpadla závisí od rôznych faktorov vrátane účinnosti, vplyvu na životné prostredie, bezpečnosti a súladu s predpismi. Prírodné chladivá ako CO2 a čpavok získavajú na popularite vďaka svojmu nízkemu potenciálu globálneho otepľovania (GWP) a potenciálu poškodzovania ozónovej vrstvy (ODP). Sú považované za ekologické alternatívy syntetických chladív, ako sú HFC, ktoré majú vysoké GWP.

Ako ovplyvňujú chladivá tepelných čerpadiel životné prostredie?

Potenciál globálneho otepľovania (GWP): GWP meria potenciál chladiva prispievať ku globálnemu otepľovaniu počas určitého časového obdobia, zvyčajne 100 rokov. Chladivá s vysokým GWP, ako sú fluórované uhľovodíky (HFC), môžu výrazne prispieť k zmene klímy, ak sa uvoľnia do atmosféry. Tieto HFC majú GWP, ktoré môžu byť tisíckrát vyššie ako oxid uhličitý (CO2), ktorý je hlavným skleníkovým plynom. Dlhodobá akumulácia HFC v atmosfére môže zachytávať teplo, čo vedie ku globálnemu otepľovaniu a súvisiacim vplyvom.

Potenciál poškodzovania ozónovej vrstvy (ODP): ODP meria potenciál chladiva poškodzovať ozónovú vrstvu. Určité chladivá, ako sú chlórfluórované uhľovodíky (CFC) a hydrochlórfluórované uhľovodíky (HCFC), majú vysoký ODP a boli postupne vyradené pre ich škodlivé účinky na ozónovú vrstvu. Poškodzovanie ozónovej vrstvy môže mať vážne následky, vrátane zvýšeného vystavenia škodlivému ultrafialovému (UV) žiareniu zo slnka.

Horľavé a výbušné: Niektoré chladivá, najmä uhľovodíky (HC) ako propán (R290) a bután (R600), majú chemickú štruktúru, ktorá ich robí vysoko horľavými. Tieto chladivá pozostávajú z atómov uhlíka a vodíka, ktoré sa môžu ľahko vznietiť, keď sú vystavené zdroju vznietenia. Úniky môžu viesť k požiarom alebo výbuchom a uvoľneniu škodlivých látok do životného prostredia.

Prechod na chladivá s nízkym GWP: Priemysel prechádza na chladivá s nízkym GWP vrátane prírodných chladív, ako je oxid uhličitý (CO2), amoniak (NH3) a uhľovodíky (HC). Tieto chladivá majú výrazne nižšie GWP v porovnaní s HFC, čo z nich robí ekologickejšie alternatívy. Majú tiež minimálny alebo žiadny potenciál poškodzovania ozónovej vrstvy, čím sa znižuje ich vplyv na ozónovú vrstvu.

Je dôležité predchádzať únikom a okamžite ich opraviť, aby sa minimalizoval dopad na životné prostredie. Pravidelná údržba a správna manipulácia s chladivami sú nevyhnutné na zabezpečenie ich uzavretia v systémoch tepelných čerpadiel.

Použitie senzorov na detekciu úniku chladiva

Infračervený senzor chladiaceho plynu

pracovný princíp

Infračervené senzory zisťujú prítomnosť a zmeny koncentrácie chladiva meraním absorpčných charakteristík molekúl chladiva v infračervenom spektre.

výhody:

Vysoká citlivosť: Infračervené senzory sú vysoko citlivé na absorpčné charakteristiky chladív a dokážu detekovať nízke koncentrácie chladív.
Vysoká selektivita: Infračervené senzory môžu dosiahnuť selektívnu detekciu špecifických chladív úpravou rozsahu vlnovej dĺžky detekcie.
Dlhá životnosť: Infračervené senzory majú zvyčajne dlhú životnosť a vysokú stabilitu.

Nevýhody:

Vyššie náklady: Infračervené senzory sú relatívne drahšie v porovnaní s inými typmi senzorov.
Vplyv na životné prostredie: Infračervené senzory sú citlivé na podmienky prostredia, ako je teplota a vlhkosť, a je potrebné ich používať vo vhodných prostrediach.

Modul snímača chladiva ZRT510, snímač A2l

Cieľový plyn: R454B
Rozsah detekcie:
Čítaj viac

MH-Z1542B-R32 Modul snímača freónového chladiva

Cieľový plyn: osviežujúci
Rozsah detekcie: 0~5.00 % obj
Čítaj viac

MH-441D NDIR infračervený snímač chladiva

Cieľový plyn: osviežujúci
Rozsah detekcie: 0 ~ 5% VOL
Čítaj viac

Polovodičový snímač chladiaceho plynu:

pracovný princíp

Polovodičové senzory využívajú interakciu medzi chladivami a polovodičovými materiálmi na detekciu prítomnosti a zmien koncentrácie chladív meraním zmien odporu, kapacity alebo prúdu.

výhody:

Nízke náklady: Polovodičové senzory majú zvyčajne nižšiu cenu a sú vhodné pre aplikácie vo veľkom meradle.
Miniaturizácia: Polovodičové senzory majú malú veľkosť a dajú sa ľahko integrovať do rôznych zariadení a systémov.
Odozva v reálnom čase: Polovodičové senzory majú rýchlu odozvu, čo umožňuje monitorovanie úniku chladiva v reálnom čase.

Nevýhody:

Nízka selektivita: Polovodičové senzory sú citlivé na viacero plynov a môžu byť ovplyvnené interferenciou iných plynov.
Obmedzená citlivosť: Polovodičové senzory majú relatívne nižšiu citlivosť na chladivá a nemusia detekovať úniky s nízkou koncentráciou.