A2L или R-290: североамериканский взгляд на выбор хладагента

Взгляд на выбор хладагента с позиции североамериканского рынка: какие компромиссы между A2L и R-290 учитывают специалисты в Канаде и США. Для читателей из России важно учитывать, что упомянутые в статье нормы, стандарты и допустимые заправки относятся прежде всего к североамериканской практике и могут отличаться от требований, действующих в РФ.

На фоне постепенного сокращения использования хладагентов с высоким потенциалом глобального потепления (ПГП) основными альтернативами для коммерческого холода становятся горючие хладагенты с низким ПГП. Хладагенты классов A2L и A3, включая R-290, разрешены к применению в определённых типах оборудования при соблюдении нормативных требований и стандартов безопасности. Они подходят для различных решений — от автономных витрин до крупных централизованных систем.

Однако горючие хладагенты существенно различаются. При выборе необходимо учитывать класс безопасности, допустимую заправку, ПГП, рабочие характеристики и особенности конкретного применения.

Классы безопасности

Стандарт ASHRAE 34 классифицирует хладагенты по степени горючести: чем выше номер класса, тем выше интенсивность горения.

• Класс 1 — хладагенты, не распространяющие пламя.

• Класс 2 — горючие хладагенты.

• Класс 2L — подкласс хладагентов с пониженной горючестью и низкой скоростью распространения пламени.

• Класс 3 — хладагенты с повышенной горючестью.

Хладагенты A2L относятся к категории пониженной горючести, тогда как R-290 (пропан) классифицируется как A3. Нижний концентрационный предел распространения пламени у A2L примерно в 8–10 раз выше, чем у R-290. Поэтому при сопоставимых концентрациях воспламенение A2L менее вероятно.

Класс безопасности определяет допустимую массу заправки, влияет на конструкцию системы и задаёт требования к безопасной эксплуатации оборудования.

Хладагенты A2L

A2L сравнительно недавно начали широко применять в коммерческом холодильном оборудовании. К этой группе относятся гидрофторолефины (ГФО), гидрофторуглероды (ГФУ) и их смеси. Они различаются рабочими характеристиками, степенью горючести и значением ПГП.

Более высокие допустимые заправки по сравнению с R-290 позволяют использовать A2L в широком диапазоне решений: автономных витринах и шкафах, выносных компрессорно-конденсаторных агрегатах для холодильных камер, мини-централях распределённых систем и крупных централизованных установках.

Распространение A2L продолжается, несмотря на перенос отдельных регуляторных сроков. Такие хладагенты хорошо масштабируются, но оборудование должно соответствовать профильным стандартам безопасности и применения. Как минимум необходимы совместимые компоненты; в крупных системах также могут потребоваться датчики утечки, вентиляция и автоматические запорные клапаны. По общей архитектуре системы на A2L наиболее близки к традиционным установкам на ГФУ.

R-290 (пропан)

R-290 — основной хладагент класса A3 в коммерческом холодильном оборудовании. Обычно его применяют в автономных витринах и шкафах, охладителях напитков, льдогенераторах и морозильниках для мороженого. В Северной Америке установлено уже более 5 млн таких агрегатов.

Из-за класса A3 допустимая заправка долгое время была ограничена 150 г. После пересмотра стандартов безопасности и правил обращения с хладагентами предел для автономных систем увеличили — в зависимости от конструкции оборудования:

• до 300 г — в закрытых установках с дверцами или выдвижными ящиками;

• до 500 г — в открытых установках.

Автономное оборудование заправляют и герметизируют на заводе, поэтому для монтажа обычно достаточно подключить его к электросети.

R-290 также применяют в непрямых системах с большей заправкой и в выносных агрегатах, где он охлаждает вторичный теплоноситель, например воду или рассол, и не циркулирует по торговому залу. Такие решения распространены главным образом в Европе; в США для них, вероятно, потребуется согласование с местным надзорным органом.

Рабочие характеристики и области применения

R-290 широко используется в автономном оборудовании, но область его применения сравнительно узка. A2L подходят для значительно большего числа систем, хотя их внедрение в коммерческом холоде началось позже.

Свойства и значения ПГП у смесей A2L различаются. Например, Copeland выбрала для разных применений R-454A с ПГП 239, R-454C с ПГП 148 и R-455A с ПГП 146.

• R-454A имеет температурное скольжение, близкое к R-448A, и обеспечивает на 8–10% более высокую холодопроизводительность по сравнению с R-404A. Он подходит для выносных компрессорно-конденсаторных агрегатов и применений, где допускаются хладагенты с ПГП ниже 300. Переход требует сравнительно небольших изменений конструкции.

• R-454C имеет ПГП ниже 150 и примерно на 8% уступает R-404A по холодопроизводительности. Температурное скольжение сопоставимо с R-448A; из рассматриваемых вариантов эта смесь требует наименьшей переработки системы.

• R-455A обеспечивает более высокую производительность, однако температурное скольжение около 22 °F (примерно 12 °C) может потребовать дополнительной переработки, включая замену теплообменников.

Благодаря классу пониженной горючести A2L допускают более крупные заправки и, следовательно, более широкий диапазон мощностей.

R-290 — природный углеводородный хладагент с ПГП 3. Он соответствует самым строгим критериям по воздействию на климат и обеспечивает высокую термодинамическую и энергетическую эффективность в относительно простых автономных установках.

В то же время класс A3 ограничивает заправку и мощность одного контура. Для достижения большей холодопроизводительности может потребоваться несколько независимых контуров.

A2L обеспечивают масштабируемость и широкий выбор применений; R-290 сочетает сверхнизкий ПГП с высокой эффективностью, но требует ограничивать заправку каждого контура.

Безопасность и техническое обслуживание

При соблюдении стандартов, ограничений заправки и предусмотренных конструкцией мер оборудование должно удерживать концентрацию хладагента ниже порога воспламенения. Безопасность зависит не только от самого хладагента, но и от комплексного проектирования, монтажа и обслуживания системы.

Коммерческое оборудование на A2L должно соответствовать стандарту безопасности продукции UL 60335-2-89 и требованиям применения ASHRAE 15. UL 60335-2-89 распространяется на компрессоры, компрессорно-конденсаторные агрегаты, электронные устройства, частотно-регулируемые приводы и другие компоненты.

Для управления риском образования горючей концентрации применяют следующие решения:

• разделение системы на изолированные контуры для ограничения возможного выброса;

• датчики утечки и автоматические запорные клапаны;

• механическую вентиляцию;

• управление воздушными потоками и правильное размещение оборудования.

При адаптации спиральных и полугерметичных компрессоров, а также компрессорно-конденсаторных агрегатов к A2L компания Copeland внесла ряд изменений:

• модернизировала компоненты с учётом повышенной смешиваемости ГФО с маслом;

• обновила маркировку, указывающую на горючесть A2L;

• усилила электрические корпуса;

• применила искробезопасные клеммы;

• внедрила совместимые частотно-регулируемые приводы EVM/EVH;

• использовала взрывозащищённые электрические оболочки.

Датчики Copeland MRLDS-450 обнаруживают утечки A2L и интегрируются с системой диспетчерского управления E3. Такая конфигурация непрерывно контролирует несколько зон и при необходимости автоматически запускает защитные меры.

• подаёт сигнал тревоги при достижении 25% нижнего концентрационного предела распространения пламени;

• запускает автоматическую откачку хладагента и закрывает электронные запорные клапаны;

• включает вентиляцию, чтобы концентрация оставалась ниже порога воспламенения.

Требования к сервисным специалистам

Монтажом и обслуживанием оборудования на A2L должны заниматься обученные и квалифицированные специалисты. Базовые правила работы с негорючими ГФУ класса A1 в целом сохраняются, но дополнительно требуются инструменты и процедуры, рассчитанные на горючие хладагенты.

1. Используйте только детали и компоненты, сертифицированные для A2L.

2. Применяйте электронные инструменты, измерительные приборы и испытательное оборудование, допущенные к работе с горючими хладагентами.

3. Работайте в хорошо проветриваемом помещении и контролируйте возможные утечки.

4. Не выполняйте пайку на системе, в которой находится хладагент.

Чтобы упростить обслуживание в переходный период, Copeland разработала совместимые с A2L спиральные компрессоры, которые также можно применять со многими традиционными ГФУ. Это сокращает номенклатуру запасных компрессоров, необходимую сервисным организациям и дистрибьюторам.

Заправлять систему хладагентом A2L можно только в том случае, если все её компоненты предназначены, сертифицированы и промаркированы для работы с ним.Важное требование безопасности

Особенности оборудования на R-290

Автономные установки на R-290 заправляются и герметизируются на заводе, а масса хладагента в них невелика. Поэтому им, как правило, требуются минимальные дополнительные меры по снижению риска. Формат «подключи и работай» также уменьшает объём сервисных работ на объекте. Это одна из причин популярности R-290 в автономном холодильном оборудовании.

По мере увеличения заправки, мощности и масштаба применения возрастают требования к проектным мерам безопасности, а также к квалификации монтажного и сервисного персонала.

Что выбрать

Универсального победителя нет. Для компактного автономного оборудования приоритетом часто становится R-290: он эффективен, имеет сверхнизкий ПГП и хорошо подходит для заводских герметичных систем. Для более крупных, распределённых и централизованных установок A2L обычно дают больше свободы по заправке, мощности и архитектуре.

По мере перехода предприятий розничной торговли и производителей оборудования на хладагенты с низким ПГП обе группы будут играть важную роль. На практике оптимальным может быть комбинированный подход: разные хладагенты для разных типов оборудования, форматов магазинов и холодильных нагрузок.