Фреон R134a: свойства, характеристики, применение и обслуживание

R134a — однокомпонентный хладагент из группы гидрофторуглеродов. Его химическое наименование — 1,1,1,2-тетрафторэтан. Этот хладагент разрабатывался как замена R12 и получил широкое применение в автомобильных кондиционерах, бытовых холодильниках, коммерческом холоде, системах кондиционирования воздуха и части чиллеров.

В отличие от смесевых хладагентов, у R134a при одном и том же давлении температура насыщенной жидкости и температура насыщенного пара совпадают. Поэтому для него не возникает разницы температур насыщения, характерной для смесей.

R134a по-прежнему широко используется в действующих системах среднетемпературного холода и кондиционирования, хотя в части новых применений его постепенно вытесняют хладагенты с меньшим потенциалом глобального потепления.

Ключевые параметры R134a:
— тип хладагента — однокомпонентный;
— группа — гидрофторуглероды;
— химическая формула — CH₂FCF₃, или C₂H₂F₄;
— температура кипения при атмосферном давлении — около -26,1 °C;
— критическая температура — около 101,1 °C;
— критическое давление — около 4,06 МПа;
— молекулярная масса — около 102,03 г/моль;
— класс безопасности — A1;
— озоноразрушающий потенциал (ODP) — 0;
— потенциал глобального потепления (GWP) — 1430;
— масло для стационарных систем — полиэфирное масло (POE);
— характерные области применения — автомобильные кондиционеры, бытовые холодильники, коммерческий холод, кондиционирование воздуха и чиллеры.

R134a — это не смесь, а один химический компонент. По составу это 1,1,1,2-тетрафторэтан с массовой долей 100%. Именно поэтому при работе с ним не нужно учитывать изменение состава смеси в контуре.

В технических данных его обозначают как R-134a, HFC-134a или 1,1,1,2-tetrafluoroethane. По химической формуле хладагент записывают как CH₂FCF₃.

Основные параметры R134a:
— молекулярная масса — 102,03 г/моль;
— температура кипения при атмосферном давлении — около -26,06…-26,1 °C;
— температура плавления — около -103 °C;
— критическая температура — около 101,08…101,1 °C;
— критическое давление — около 4060 кПа, или 40,6 бар абс.;
— критическая плотность — около 515–538 кг/м³;
— разница между температурой насыщенной жидкости и температурой насыщенного пара при одинаковом давлении — 0 K;
— класс безопасности — A1.

R134a относится к негорючим хладагентам с низкой токсичностью. Благодаря сочетанию умеренных рабочих давлений и нулевого озоноразрушающего потенциала он стал одним из основных заменителей R12 в холодильной и климатической технике.

Озоноразрушающий потенциал (ODP) у R134a равен 0. Это означает, что хладагент не разрушает озоновый слой.

Потенциал глобального потепления (GWP) у R134a составляет 1430. Для действующих систем это не делает хладагент непригодным, но именно этот показатель стал причиной, по которой для части новых систем и нового автотранспорта стали активнее использовать R1234yf, R513A и R1234ze.

Для R134a используют таблицу давления и температуры. Поскольку это однокомпонентный хладагент, для него не требуется отдельный учет температуры насыщенной жидкости и температуры насыщенного пара, как для смесей.

Ориентировочные значения давления насыщения R134a:
— при 0 °C — около 293 кПа;
— при 10 °C — около 415 кПа;
— при 20 °C — около 572 кПа;
— при 25 °C — около 665 кПа;
— при 30 °C — около 770 кПа;
— при 40 °C — около 1017 кПа.

Эти значения используют для оценки режима испарителя, конденсатора и расширительного устройства. На практике по R134a контролируют давление всасывания, давление нагнетания, перегрев на выходе из испарителя, переохлаждение на выходе из конденсатора и температуру нагнетания компрессора.

Для R134a важны не только давление и температура, но и теплофизические свойства, которые учитывают при подборе компрессора, теплообменников и расширительного устройства.

Справочные значения для R134a:
— плотность жидкости в области нормальной температуры кипения — около 1207 кг/м³;
— плотность пара при температуре кипения — около 5,26 кг/м³;
— теплота парообразования при температуре кипения — около 216,98 кДж/кг;
— удельная теплоемкость жидкости при 25 °C — около 1,425 кДж/(кг·K);
— удельная теплоемкость пара при 25 °C и 1,013 бар — около 0,851 кДж/(кг·K);
— теплопроводность жидкости — около 0,081 Вт/(м·K);
— теплопроводность пара — около 0,0138 Вт/(м·K).

Для эксплуатации эти параметры важны тем, что они влияют на теплообмен, массовый расход хладагента, холодопроизводительность и фактическую нагрузку на компрессор.

R134a применяют в среднетемпературных холодильных системах и в климатическом оборудовании. Основные области применения:
— автомобильные кондиционеры;
— бытовые холодильники;
— коммерческие холодильные шкафы и витрины;
— камеры хранения положительных температур;
— системы кондиционирования воздуха;
— коммерческие и промышленные чиллеры;
— транспортное охлаждение положительных температур.

В отличие от R404A, который чаще связывают с низкотемпературным и среднетемпературным холодом, R134a сильнее связан с кондиционированием, холодильниками, автомобильными кондиционерами и среднетемпературными холодильными системами.

К основным преимуществам R134a относятся:
— нулевой озоноразрушающий потенциал;
— негорючесть;
— низкая токсичность;
— отсутствие разницы температур насыщения, характерной для смесей;
— многолетняя практика эксплуатации и обслуживания;
— применение в широком диапазоне среднетемпературных холодильных и климатических систем.

Главное ограничение R134a — потенциал глобального потепления 1430. Кроме того, этот хладагент не смешивается с минеральными и алкилбензольными маслами, которые использовались в старых системах на R12, поэтому при замене R12 на R134a требуется переход на другое масло и контроль чистоты контура.

Еще одна практическая особенность R134a — при температурах кипения ниже примерно -15 °C его применение уже менее выгодно, поэтому его основная зона — положительные и умеренно низкие температуры, а не глубокое низкотемпературное охлаждение.

R134a и R1234yf чаще всего сравнивают в контексте автомобильных кондиционеров. R134a — гидрофторуглерод с классом безопасности A1 и GWP 1430, а R1234yf — гидрофторолефин с классом безопасности A2L и GWP 4. При этом R1234yf разрабатывался как хладагент с существенно меньшим климатическим воздействием для мобильного кондиционирования.

Основные отличия:
— R134a — однокомпонентный хладагент 1,1,1,2-тетрафторэтан;
— R1234yf — однокомпонентный хладагент 2,3,3,3-тетрафторпропен;
— у R134a класс безопасности A1, у R1234yf — A2L;
— GWP у R1234yf значительно ниже;
— температура кипения и критические параметры у этих хладагентов различаются;
— замену R134a на R1234yf нельзя рассматривать как обычную перезаправку без оценки оборудования и требований по безопасности.

Для действующей системы это означает, что R1234yf и R134a нельзя считать автоматически взаимозаменяемыми. Нужны проверка совместимости узлов, масла, сервисного оборудования и правил безопасности для хладагента класса A2L.

Для стационарных холодильных систем и части чиллеров с R134a применяют полиэфирное масло (POE). В автомобильных кондиционерах на R134a широко используют полиалкиленгликолевое масло (PAG), если это предусмотрено производителем оборудования. Минеральные и алкилбензольные масла для R134a не подходят.

Если в контуре остается неподходящее масло, ухудшается возврат масла в компрессор, снижается смазывающая способность и возрастает риск перегрева и механического износа. При ремонте и при замене хладагента в системе обязательно проверяют тип масла, его состояние и совместимость с конкретным компрессором.

R134a можно заправлять как жидкой, так и паровой фазой. При жидкостной заправке хладагент подают в жидкостную линию или ресивер. Если жидкость подают во всасывающую линию при работающем компрессоре, подачу дозируют медленно, чтобы в компрессор не поступал жидкий хладагент.

На практике после устранения утечки хладагента, ремонта или замены узлов контур заправляют по массе, а затем проверяют режим по давлению, температуре, перегреву и переохлаждению. Для R134a это так же важно, как и для других хладагентов.

Баллоны с R134a хранят в прохладном и хорошо вентилируемом месте, вдали от источников тепла. Пары R134a тяжелее воздуха и имеют тенденцию накапливаться у пола.

Для качества R134a важны:
— чистота не ниже 99,5% по массе;
— содержание воды не более 10 ppm;
— содержание неконденсируемых примесей не более 1,5% по объему;
— высококипящий остаток не более 0,01% по объему;
— кислотность не более 1 ppm.

Для сервисной практики это означает, что после вскрытия контура важны не только герметичность и масса заправки, но и чистота системы, состояние фильтра-осушителя и качество вакуумирования.

Для точной диагностики систем на R134a оценивают весь режим холодильного контура:
— давление всасывания;
— давление нагнетания;
— температуру нагнетания;
— перегрев на выходе из испарителя;
— переохлаждение на выходе из конденсатора;
— состояние фильтра-осушителя;
— состояние масла;
— работу терморегулирующего вентиля или электронного расширительного клапана;
— состояние испарителя и конденсатора;
— расход воздуха через конденсатор;
— расход воды через конденсатор и расход воды через испаритель, если система водоохлаждаемая.

После вскрытия контура особенно важны вакуумирование, контроль влаги, замена фильтра-осушителя и проверка герметичности. Tecumseh рекомендует не использовать смесь воздуха и R134a для опрессовки на утечки и указывает на необходимость глубокого вакуума и сухой системы.

В качестве альтернативы R134a чаще всего рассматривают:
— R513A;
— R1234ze;
— R1234yf в автомобильных кондиционерах.

R513A рассматривают как вариант замены R134a в части действующих коммерческих и промышленных систем, в том числе в среднетемпературных холодильных установках и чиллерах. R1234ze рассматривают как хладагент с более низким GWP, но с другими требованиями к оборудованию и с меньшей объемной холодопроизводительностью по сравнению с R134a. Для автомобильных кондиционеров в качестве низко-GWP решения основным направлением стал R1234yf.

Замену R134a на другой хладагент обычно рассматривают в трех случаях:
— оборудование рассчитано на долгую дальнейшую эксплуатацию;
— нужно снизить зависимость от хладагента с GWP 1430;
— холодильный контур все равно требует серьезного вмешательства.

Такую замену нельзя рассматривать как простую перезаправку. Перед принятием решения оценивают компрессор, тип масла, расширительное устройство, теплообменники, фактические давления и температуры, а также совместимость нового хладагента с конкретной схемой оборудования. Для R513A в части систем переход возможен с меньшим объемом изменений, чем для R1234ze или R1234yf, но и в этом случае диагностика обязательна.

Если система ранее работала на R12, при переходе на R134a или на другой современный хладагент обычно требуется удаление остатков минерального масла, переход на другое масло, замена фильтра-осушителя, проверка расширительного устройства и тщательное вакуумирование.