Requisiti ambientali per i compressori

Con lo sviluppo dell'industria, l'inquinamento della Terra sta diventando sempre più grave e la protezione dell'ambiente è diventata un'importante questione di interesse globale. Prevenire la distruzione dello strato di ozono atmosferico e il cambiamento climatico globale ha attirato l'attenzione diffusa dei paesi di tutto il mondo e ha raggiunto il consenso tra i governi internazionali, firmando accordi pertinenti.
compressore
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Nel campo della refrigerazione e del condizionamento dell'aria, la distruzione dello strato di ozono atmosferico da parte di CFCS e HCFCS, così come il riscaldamento globale causato dal consumo di energia, sono aspetti che dovrebbero essere tenuti in grande considerazione nella progettazione dei compressori.
Come è noto, la selezione dei refrigeranti è uno dei tanti fattori che influenzano la progettazione del compressore che dovrebbe essere molto apprezzata.
Per sviluppare nuovi compressori che utilizzano refrigeranti alternativi, i progettisti hanno innanzitutto riscontrato due problemi:
In primo luogo, il compressore deve ridefinire il proprio volume di lavoro per soddisfare i requisiti di pressione delle diverse portate;
In secondo luogo, deve essere affrontata la compatibilità tra i vari materiali a contatto con il refrigerante nel compressore, come la gomma sintetica e l'olio lubrificante.
Nella storia passata, più di cinquanta sostanze sono state utilizzate come refrigeranti. Dopo la seconda guerra mondiale, oltre all'uso dell'ammoniaca nella gamma di grandi capacità di raffreddamento, quasi tutti i campi della refrigerazione e del condizionamento dell'aria erano dominati da haloalkane CFCS e HCFCS. La sostituzione del CFCS prevista dal Protocollo di Montreal nel 1974 è stata realizzata nei paesi industrializzati, mentre il piano di sostituzione dell'HCFCS sarà completato nel 2020; Per i paesi in via di sviluppo, sarà interrotto rispettivamente nel 2010 e nel 2040. Tuttavia, in alcuni paesi sviluppati, sono pronti a raggiungerlo prima del previsto. La Figura 6 mostra i campi di applicazione e i potenziali sostituti di CFC-11, CFC-12, HCFC-22 e R502, precedentemente comunemente utilizzati in Europa (sotto la linea della freccia orizzontale).
CFC-11
Il CFC-11 è un refrigerante a bassa pressione utilizzato principalmente nei refrigeratori centrifughi e il suo sostituto di transizione è l'HCFC-123. Inoltre, HFC-245ca o HFC-245fa sono anche refrigeranti a bassa pressione, ma sono infiammabili. Pertanto, i loro metodi di riduzione della combustione e la tossicità devono essere studiati e il loro uso non è efficiente come CFC-11 e HCFC-123. Pertanto, molte aziende sono passate all'utilizzo di HFC-134a nei refrigeratori centrifughi.
CFC-12
A causa della sua vasta gamma di applicazioni e problemi di perdite nel condizionamento dell'aria per autoveicoli, il CFC-12 è il primo oggetto da considerare come sostituto. L'HFC-134a può essere utilizzato come sostituto nei frigoriferi domestici e nei condizionatori d'aria delle automobili. L'HFC-134a ha una capacità di raffreddamento e un'efficienza simili al CFC-12 nell'intervallo di temperature medio-alte. Tuttavia, in condizioni operative inferiori a -23 gradi , perde la sua attrattiva a causa della minore capacità di raffreddamento ed efficienza rispetto al CFC-12. Sebbene l'HFC-134a abbia un valore ODP pari a zero per il potenziale di riduzione dell'ozono, il suo valore GWP per il riscaldamento globale è pari a 1300 (basato sul valore GWP della CO2), che a lungo termine influenzerà anche il suo sviluppo e utilizzo.
HCFC-22
L'HCFC{{0}} è stato ampiamente utilizzato nella refrigerazione commerciale, nella climatizzazione commerciale e residenziale e nelle pompe di calore, con un valore ODP molto inferiore a quello di CFC-11 e CFC-12 , solo 0,055. Ma il suo valore di GWP è piuttosto alto, circa 1700. È proprio per questi motivi che alcuni paesi europei, come la Germania, stanno rapidamente scomparendo. Esistono già diversi refrigeranti misti in sostituzione degli HCFC-22. L'American Refrigeration Association ha raccomandato quattro tipi nel suo programma di valutazione della sostituzione del refrigerante (AREP): HFC-134a, R407C, R410A e R410B. Tuttavia, rispetto agli altri tre, l'HFC-134a ha una capacità e una pressione di refrigerazione inferiori e il suo utilizzo come refrigerante richiede una significativa riprogettazione del sistema. Pertanto, la possibilità di utilizzarlo come sostituto dell'HFCF-22 sembra essere minima, ma esiste ancora la possibilità di utilizzarlo in refrigeratori più grandi. È probabile che il refrigerante non azeotropico R407C sia un sostituto "drop-in" per le macchine esistenti, in quanto è il più vicino all'HCFC-22. Dopo la sostituzione, sono necessarie modifiche minime all'apparecchiatura del sistema e vengono utilizzati lubrificanti acidi per sostituire l'olio minerale. Occorre prestare attenzione anche all'adattamento all'ampio slittamento termico del refrigerante (fino a 5-7 gradi). I refrigeranti quasi azeotropici R410A e R410B sono due miscele dello stesso HFCS, con l'unica differenza nel rapporto di miscelazione. L'R410A è adatto per piccoli condizionatori d'aria di tipo split, ma la sua pressione di evaporazione è circa 1,5 volte quella dell'HCFC-22. Pertanto, il sistema che utilizza questo fluido di lavoro deve essere completamente riprogettato, quindi viene utilizzato solo nei nuovi sistemi di refrigerazione e condizionamento dell'aria. Il design ottimizzato di questo sistema può aumentare la sua efficienza del 5%.
R502
L'R502 è stato ampiamente utilizzato nei sistemi di refrigerazione a bassa temperatura. AREP consiglia due possibili alternative: R404A e R507. L'R404A ha una capacità di raffreddamento e un'efficienza simili all'R502, ma richiede più test sui componenti del sistema, in particolare sui compressori, se adottato. C'è un componente nel componente misto di R507 che svolge un ruolo ritardante di fiamma, che ha prestazioni simili a R502, ma i test di tossicità sono ancora in corso negli Stati Uniti; Ma in Europa è stato applicato alle apparecchiature di refrigerazione dei supermercati.