Введение
Тысячелетиями человечество удовлетворяло потребности в холоде за счет естественного охлаждения, используя для этих целей лед и снег. Лед был главным источником холода многие годы. И только в 80-х годах 19 века сформировались основы современных методов получения искусственного (машинного производства) холода. Дальше холодильное дело развивалось стремительно. Меньше чем за сто лет создано столько разновидностей холодильных установок, что для описания их не хватит целого тома. Только основных физических явлений, используемых в технике для осуществления искусственного охлаждения существует более десяти.
Наиболее распространенными из охлаждающих эффектов являются:
· фазовые превращения;
· расширение сжатого газа с получением внешней работы;
· дросселирование; вихревой эффект (труба Ранка);
· термоэлектрическое охлаждение (эффект Пельтье) и т.д.
В настоящее время холод стал непременным элементом современного быта, область его использования широка. Трудно представить жизнь крупных городов, развитие пищевой промышленности (молочной, мясной, рыбной и т.д.) и торговли без холодильных машин различной мощности. С помощью холода осуществляется кондиционирование воздуха в производственных и бытовых помещениях. Даже развитие спорта потребовало применения холода для создания искусственных катков. В XXI веке роль искусственного холода в жизни человека (в промышленном и сельскохозяйственном производстве, медицине, в быту и т.п.) продолжает возрастать с каждым годом. Так, в 1990 году в мире было произведено 80 млн. стационарных холодильных установок и 20 млн. транспортных холодильных установок, а уже в 2002 году, соответственно,100млн.и35млн.штук.
РАЗВИТИЕ МИРОВОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
1. Производство новых синтетических хладагентов (группы HFC) для ПКХМ.
Данное направление лобируется правительствами таких стран как США, Япония, а также транснациональными корпорациями "Дюпон", "Данфосс" и др. Начиная с 1988 г. периодическая печать буквально переполнена публикациями, посвященными новым хладагентам, холодильным маслам, рассмотрению энергетической эффективности различных классов холодильного оборудования, использующего альтернативные рабочие тела. Однако в настоящее время интерес к поиску новых озонобезопасных веществ, которые можно было бы использовать в холодильной технике, заметно ослабевает. С одной стороны, уже имеющаяся номенклатура альтернативных веществ позволяет заменить R12, R22 и т.д. в холодильном оборудовании путем использования, как чистых хладагентов, так и многокомпонентных композиций. В связи с этим, стали весьма актуальны вопросы технологического характера, а именно, внедрение альтернативных хладагентов, анализ термодинамической эффективности новых рабочих тел в различных типах холодильного оборудования, изучение процессов тепломассообмена в конденсаторе и испарителе холодильных машин.
С другой стороны, синтез новых веществ, разработка технологий их получения и создания соответствующего оборудования - длительный дорогостоящий процесс. Производители хладагентов не скрывают, что новые, предлагаемые сегодня на рынок, хладагенты играют роль переходных, им на смену придут другие, возможно чуть лучше, но никто не гарантирует, что и они надолго задержатся в холодильной промышленности. При этом практически для каждого нового хладагента придется менять холодильное масло и значительную часть оборудования. Исследования последних лет показали, что предлагаемые зарубежными фирмами озоно не разрушающие хладагенты группы HFC (R134а, R125, R152а и т.д.), кроме высокого потенциала глобального потепления имеют еще ряд существенных недостатков. Так хладагент R134а проверялся на токсичность более 7 лет. Однако есть подозрения, что при эксплуатации холодильных установок могут возникнуть условия, при которых из микропримесей этого хладагента будут образоваться сильнейшие яды на основе фторсодержащих соединений. Будучи сами озонобезопасными, хладагенты этой группы упущенные в атмосферу при эксплуатации холодильных машин, под воздействием солнечных лучей разрушаются по углеродным связям и, соединяясь с атмосферным хлором, образуют запрещенные к производству озоноразрушающие вещества (например, R115). Более того, как показывает опыт, затраты на замену существующих рабочих веществ хладагентами группы HFC составляют от 40 до 70% первоначальной стоимости холодильной машины, при этом снижается ее эффективность, переход же на выпуск новых холодильных установок с "озононеразрушающими" рабочими веществами увеличивает их стоимость на 20-25%, что на 30-40% повышает розничную цену холодильного оборудования.
2. Применение природных хладагентов.
Это направление особенно интенсивно развивается в Западной Европе (например, Германии) и связано с более широким использованием в холодильной промышленности дешевых природных веществ, таких как пропан, аммиак, двуокись углерода и т.д. Указанные вещества являются экологически чистыми продуктами, имеются достаточные производственные мощности для их промышленного получения. Проводимые в настоящее время исследования ведутся в направлении конструктивных и схемных изменений в холодильном оборудовании.
Однако, эти рабочие вещества требуют специальных мер предосторожности при использовании их в холодильной технике. Так, при использовании аммиака и углеводородов, ввиду их ядовитости и воспламеняемости, необходимо применять специальные инженерно-технические решения для того, чтобы был обеспечен надлежащий уровень герметичности системы в отношении утечек из нее хладагента. Как правило, холодильное оборудование на природных хладагентах имеют более высокую стоимость, чем оборудование, работающее на фреонах. Дополнительные затраты возникают из-за более сложной механической конструкции, которая необходима для того, чтобы удовлетворить требования безопасной эксплуатации в случае использования аммиака или горючих хладагентов или справиться с очень высоким давлением и низкой критической температурой в случае применения диоксида углерода.
3. Совершенствование экологически чистой холодильной техники, основанной на низкоэффективных принципах получения холода.
К данной категории холодильного оборудования относятся воздушные, пароэжекторные, сорбционные холодильные машины, устройства, использующие эффект Пельтье, Ранка и т.д. Цель работ данного направления - повысить эффективность.
Переход к энергетически неэффективным холодильным машинам, приводит к сохранению озонового слоя, но за счет увеличения глобального потепления Земли, вызванного увеличением количества парниковых газов при производстве электроэнергии для данного оборудования.
Нецелесообразность значительных капитальных вложений на совершенствование низкоэффективных холодильных машин (воздушных, термоэлектрических и т.д.) обуславливается тем, что в даже в идеальном случае значение их эксергетический к.п.д. не превысит 20-25%, что связано с особенностями термодинамических циклов этих машин. Так, воздушные холодильные машины (обратный замкнутый цикл Брайтона) по потребляемой энергии становятся конкурентноспособными с ПКХМ лишь при температурах ниже 200 К (-70 °С).
Применение данных типов холодильных машин, вероятнее всего, в дальнейшем будет определятся специфическими условиями функционирования объектов для которых эти машины предназначены.
4. Разработка новых принципов получения холода.
Ряд специалистов считает, что вслед за революцией в энергетике последует революция в принципах получения холода. В качестве новых принципов указываются, например, так называемые "звуковые компрессоры" и "холодильные чипы". В первом случае для создания холода используется звук, а основные исследования в этой области проводятся в компании "Marco Sorix Co" (США). Технология с применением "холодильных чипов" относится к термоионному охлаждению. Разработкой данной технологии занимается английская компания "Бореалис Техникал". Согласно теоретическим оценкам создателей, энергетическая эффективность этого типа охладителей ожидается в 2 раза выше, чем у компрессорных систем.
Однако, в настоящее время существуют только отдельные опытные образцы холодильного оборудования, работающего на этих принципах, а цена их значительно превышает стоимость парокомпрессионного оборудования. В виду этого говорить о широком коммерческом использовании новых принципов получения холода очевидно преждевременно.
Состояние отечественной холодильной промышленности.
Технологический кризис мировой холодильная промышленность, обусловленный Монреальским и Киотским протоколами, в России усугубляется социальными и экономическими факторами, связанными с переходом к рыночным отношениям.
Нынешнее состояние данной отрасли отечественной экономики можно охарактеризовать следующими чертами:
· в виду этого, за последние десятилетие в России сложилась очень сложная ситуация, когда необходимо срочно менять значительную часть холодильного оборудования, но в то же время в России явно отсутствует отечественные технологии производства современной холодильной техники, новых экологически чистых хладагентов и "холодильных" масел к ним. Все это позволяет расширять зарубежным фирмам экспансию на отечественном рынке холодильного оборудования;