История появления хладагентов: от опытов Фарадея и первых холодильных систем до современных фреонов

В современном мире работают миллионы, если не миллиарды холодильников, кондиционеров и других охлаждающих систем, и каждая из них заправлена хладагентом. Это слово на слуху, как и тот факт, что данные вещества являются виновниками разрушения озона и глобального потепления. Но далеко не все осведомлены об их особенностях, например, о том, чем различаются между собой хладагенты, каковы их технологические характеристики и влияние на окружающую среду. Давайте разбираться.

Начало эры кондиционирования

Впервые это слово было употреблено в применении к математически рассчитанной естественной вентиляции. Ее запатентовал в 1915 году предприимчивый француз Жан Шабаннес, по большому счету, не имевший отношения к самому изобретению – пятью годами раньше такие системы стали внедряться в английских больницах. Свежий воздух нагнетался в вентиляционные шахты вентиляторами – электрическими потомками паровых механических опахал, которые впервые были применены во время заседаний английского парламента еще в 1735 году.

Но все же вентиляция была бессильно опустить температуру в закрытом пространстве ниже той, что была снаружи. Если на улице стояла жара, вентиляторы гнали внутрь горячий воздух, разве что с более высоким содержанием кислорода.

Однако еще раньше химия постигла тайну охлаждения. Великий Фарадей изучал состояния веществ, переводя жидкости в газ и обратно. Когда, в 1823, руки у него дошли до аммиака, он обнаружил, что в ходе испарения, тот поглощает тепло. Температура окружающего воздуха значительно снижалась. До времени, когда будет изобретен самый современный хладагент R410 оставалось более 200 лет, но первый из фреонов был найден!

В 1861 году практикующий врач Джон Горри создал на основе аммиака первый охладитель воздуха и получил патент. Он лечил тропические болезни во Флориде и хотел, чтобы пациенты не страдали от жары. Именно Горри изобрел принцип, по которому работают современные кондиционеры и холодильники: хладагент в замкнутом контуре (в условиях вакуума), компрессор, змеевик, выброс холодного воздуха в одну сторону, горячего – в противоположную. Капли влаги, образующиеся в результате конденсации паров, удаляются при помощи помпы.

На Всемирной выставке в Лондоне в 1862 году некий Фердинанд Карре представил коммерческую аммиачную машину, которая производила лед со скоростью 200 кг/ч. Сам Джон Горри своему изобретению значения не придал – он продал патент и до конца жизни продолжал работать врачом.

А производство холодильных систем пошло своим чередом – потенциал был высок. Пищевые производства обзаводились морозильными камерами, посетители кинотеатров и универмагов наслаждались прохладой в жаркие дни. Были сделаны даже первые шаги в области бытового кондиционирования – появились прообразы наружных сплит-систем. Всеобщую радость омрачало только одно – аммиак был ядовит и имел обыкновение взрываться, если достигалось критическое давление в контуре. Пришедшие ему на смену хлористый метил и диоксид серы были еще хуже. Поэтому использовали их с максимальной осторожностью и искали альтернативу.

Прорыв: еще не хладагент R410A, но уже фреон

Альтернатива была найдена в 1928 году компанией «Дженерал Моторс». Химик Томас Мидглей синтезировал безопасный для здоровья человека и не взрывоопасный газ, ставший новым хладагентом. Впоследствии он получил название фреон. Это название постепенно стало общим для всех хладагентов, независимо от химического состава и температуры кипения, что по сей день вызывает некоторую путаницу. Компания «Kinetic Chemical Company», выпускавшая в свое время дифтордихлорметан (фреон 12) ввела в маркировку букву R (Refrigerant – хладагент). Теперь ею обозначаются все подобные газы.

Холодильники и кондиционеры стали безопасными, что вызвало бум их производства и, соответственно, продаж. К 60-70 годам прошлого века в цивилизованном мире холодильники в домах стали нормой, а к началу нашего – и кондиционеры тоже, даже в умеренных широтах.

Портрет современного хладагента

С химической точки зрения все фреоны являются галогеналканами, содержащими в составе углеводород и галогены. Большинство из них еще содержат атомы хлора, фтора, иногда брома. В настоящее время выпускается около сорока различных фреонов. Вот наиболее известные (в скобках указана температура кипения, которая во многом определяет холодопроизводительность и определяет норму давления в контуре):

• R11 – трихлорфторметан (-23,8 °C).
• R12 – дифтордихлорметан (-29,8 °C).
• R13 – трифторхлорметан (-81,5 °C).
• R14 – тетрафторметан (-128 °C).
• R134A – тетрафторэтан (-26,3 °C).
• R22 – хлордифторметан (-40,8 °C).
• R600А – изобутан (-11,73 °C).
• R407C, R410A - хлорофторокарбонат (–51,4 °C)

Хладагенты R410A и R407C – газы нового поколения, признанные наиболее безопасными. Их потенциал глобального потепления (GWP) – показатель, разработанный Монреальским протоколом для определения вредности для климата того или иного химического соединения, – равен нулю.

Хладагент R410a – продукт для долгосрочного ретрофита

На сегодняшний день большинство кондиционеров в мире работает с использованием хладагента R22. Также он используется в холодильниках, в том числе промышленных, и тепловых насосах. Долгое время R22 считался универсальным фреоном с высокой эффективностью относительно цены, безопасности для здоровья человека, оптимальными показателями кипения и давления. Благодаря высокой текучести с его помощью легко проверить, насколько качественно произведено вакуумирование контура. Однако, Монреальским протоколом ограничено его производство и применение, поскольку он признан губительным для озонового слоя планеты.

По нормам и правилам всех стран его следует утилизировать, но на практике это правило неукоснительно соблюдают только крупные ремонтные фирмы, опасаясь серьезного штрафа. Частный пользователь «не заморачиваясь», просто выпускает оставшийся в системе фреон в атмосферу и заправляет свой кондиционер новым.

Идущий на смену R22 хладагент R410A, сохраняя практически все преимущества (кроме более высокого уровня давления), больше соответствует современным требованиям глобальной безопасности, что в условиях роста населения и потребления крайне актуально. Согласно Монреальскому протоколу, мир находится в состоянии плавного перехода от озоноразрушающих к озоносохраняющим хладагентам.

R32 – фреон нового поколения, который задает вектор развития климатической отрасли

Рынок климатической и холодильной техники переживает этап технологической трансформации – ключевым маркером этих перемен становится растущий спрос на фреон R32. Он последовательно вытесняет привычный R410A, который еще недавно считался эталоном среди хладагентов.

Долгое время R410A оставался фаворитом отрасли: его технические параметры выгодно выделялись на фоне аналогов, обеспечивая стабильную и эффективную работу оборудования. Однако требования к энергоэффективности и экологичности постоянно растут, и именно здесь R32 демонстрирует более полное соответствие современным стандартам.

Процесс перехода на новый хладагент не будет мгновенным – рынку нужно время, чтобы адаптироваться к изменениям. Тем не менее вектор развития уже четко обозначен: ведущие производители все чаще закладывают совместимость с R32 еще на этапе проектирования климатического и холодильного оборудования. Это подтверждает: R32 – не временный тренд, а перспективное направление, отвечающее актуальным запросам отрасли.