Czynniki chłodnicze stosowane
w układach klimatyzacji samochodowej




czynnik chłodniczy, czynnik r134a, czynniki chłodnicze klimatyzacja

Czynnik chłodniczy to substancja termodynamiczna, która uczestniczy w procesie wymiany ciepła w urządzeniu chłodniczym lub pompie ciepła. Działa w bardzo prosty sposób: wrząc pod niskim ciśnieniem i w niskiej temperaturze pobiera ciepło, które następnie oddaje w trakcie skraplania pod wyższym ciśnieniem i w wyższej temperaturze. W układzie klimatyzacji samochodowej, czynnik chłodniczy można porównać do krążącej krwi, gdzie odpowiednio układ jest organizmem, a sprężarka sercem. Cały obieg chłodziwa składa się z czterech kluczowych procesów:

  1. Czynnik chłodniczy w postaci gazu i pod niskim ciśnieniem dociera do sprężarki gdzie w procesie sprężania zwiększa swoje ciśnienie i ulega ogrzaniu.
  2. Następnie w skraplaczu gaz oddaje ciepło do otoczenia i staje się przechłodzoną cieczą wciąż cechującą się wysokim ciśnieniem.
  3. Sprężona ciecz dociera do zaworu rozprężnego/dyszy dławiącej gdzie ulega nagłemu rozprężeniu, dzięki czemu znacznie obniża się jej temperatura. W efekcie otrzymujemy zimny gazowo-płynny czynnik.
  4. Ostatecznie zmienia on swój stan skupienia na gazowy w parowniku, odbierając ciepło z wnętrza samochodu. Następnie czynnik w postaci gazowej ponownie płynie do sprężarki gdzie cykl zaczyna się od nowa.

Płyny niskowrzące, które były i są nadal wykorzystywane przez producentów samochodów, to do niedawna czynnik R12, a od lat 90-tych ubiegłego wieku bezchlorowa substancja oznaczona jako R134a. Pierwszym tego typu czynnikiem był R12, jednakże w połowie lat dziewięćdziesiątych na mocy Protokołu Montrealskiego (1987 r.) zaprzestano produkcji tej substancji. Zmiany dotyczące czynników zaczęły się w 1993 roku, ale oczywiście nie od razu wstrzymano produkcję pojazdów wykorzystujących ten płyn roboczy. Okres przejściowy trwał około dwóch, trzech lat i w tym okresie na rynku można było zakupić samochody korzystające z obu czynników – starego R12, oraz nowego R134a. Na zmiany zdecydowano się ponieważ stary czynnik cechował się destrukcyjnym działaniem na warstwę ozonową (ODP=0,82 - ang. Ozone Depletion Potential – wskaźnik określający destrukcyjny wpływ poszczególnych substancji na warstwę ozonową). Nowowprowadzony zamiennik nie posiadał potencjału niszczenia warstwy ozonowej. Właściwości termodynamiczne miał natomiast bardzo podobne do R12.

Pod nazwą kodową R134a kryje się organiczny związek chemiczny tetrafluoroetan. Jest związkiem grupy halogenków alkilowych (tzw. freonów) - fluoropochodna etanu. Ten czterofluoroetan jako czynnik chłodniczy do układów klimatyzacji nie zawiera atomów chloru, dlatego nie ma ujemnego wpływu na warstwę ozonową. Natomiast należy do grupy gazów cieplarnianych zawierających fluor. Jest gazem o wysokim potencjale tworzenia efektu cieplarnianego. Wartość GWP (ang. Warming Potential – wskaźnik określający wpływ poszczególnych substancji na efekt cieplarniany – odniesiony do dwutlenku węgla) wynosi 1300. Przez ostatnią dekadę zawartość tetrafluoroetanu w atmosferze wyraźnie wzrosła, a w latach 2001-2004 podwoiła się. Następcą tego czynnika będzie najprawdopodobniej R744 (dwutlenek węgla), który dobrze współpracuje z olejami syntetycznymi. Istotną różnicą obu tych czynników – R134a i R744 – są wartości ciśnień roboczych po stronie tłocznej i ssącej sprężarki. Stary czynnik (R134a) pracuje przy wartościach utrzymujących się na poziomie 3 bar dla strony niskiego ciśnienia i około 14 bar na stronie wysokiego ciśnienia, przy temperaturze na wylocie ze sprężarki około 60°C. Znacznie wyższe parametry ciśnienia roboczego osiągane są dla nowego czynnika R744, które wynoszą około 35 bar i nawet do 130 bar, odpowiednio dla niskiego i wysokiego ciśnienia. Inaczej kształtuje się także poziom temperatury, na wyjściu ze sprężarki jej wartość jest prawie trzy razy wyższą – około 160°C. Producenci samochodów wciąż jeszcze testują możliwości nowego czynnika i pracują nad bezpieczeństwem całego układu, który z uwagi na wysokie wartości ciśnień stwarza dodatkowe niebezpieczeństwo dla kierowcy i pasażerów, np. podczas wypadku.

Dyrektywa Wspólnoty Europejskiej 2006/40/EG - wymaga zaniechania w nowych samochodach osobowych i lekkich pojazdach użytkowych stosowania układów klimatyzacji z czynnikiem R134a od roku 2011, z okresem przejściowym do roku 2017. Ważną kwestią pozostaje fakt, iż od roku 2009 ubytek cieczy z układów klimatyzacji zawierających czynnik R134a nie może przekroczyć wartości granicznej, wynoszącej 40 gramów, a dla układów z dwoma parownikami 60 gramów na okres jednego roku.

Właściwości czynnika R134a:

  • reaguje na temperaturę i ciśnienie;
  • występuje w dwóch stanach skupienia: jest gazem w normalnym ciśnieniu atmosferycznym i skrapla się dopiero, gdy zostanie schłodzony do temperatury poniżej -26°C;
  • miesza się z tylko z olejami syntetycznymi z rodziny poliglikoli (PAG), nie zaś z olejami mineralnymi;
  • nie uszkadza metalu, może jednak rozpuszczać niektóre tworzywa sztuczne, więc do układów nim napełnianych należy stosować wyłącznie odpowiednie uszczelnienia;
  • bezwonny, w małym stężeniu nie jest trujący lecz jest palny;
  • bardzo łatwo absorbuje wilgoć;
  • w stanie gazowym jest cięższy od powietrza

Ważne! Środka R134a nie można w żadnym wypadku wypuszczać bezpośrednio do otoczenia. W przypadku naprawy i obsługi układów klimatyzacji napełnionych tym czynnikiem należy stosować tylko dopuszczone do tego celu narzędzia i urządzenia.

Właściwości czynnika R744:

  • obieg czynnika R744 działa zasadniczo tak samo, jak układy działające na czynniku R134a. Występują jednak pewne istotne różnice: inne ciśnienie robocze w stosunku do R134a (35 barów – 130 barów);
  • wielkość instalacji wypełnionych czynnikiem R744 jest bardzo zbliżona do wielkości starych instalacji działających w oparciu o czynnik R134a;
  • niska temperatura krytyczna wynosząca jedynie 31°C – w rezultacie czynnik R744 w gorące dni nie może zostać skroplony za pomocą powietrza zewnętrznego. Skutkiem tego jest konieczność zastąpienia aktualnego skraplacza chłodnicą gazu;
  • instalacja klimatyzacyjna oparta na R744 zużywa mniej paliwa niż instalacja napełniona czynnikiem syntetycznym R134a;
  • w eksploatacji R744 stwierdzono mniejszą emisję CO2 do atmosfery, a zatem mniejszą szkodliwość użytkowania klimatyzacji samochodowej dla środowiska;
  • w razie wycieku ulotnienie się R744 do atmosfery nie niesie dodatkowych skutków ubocznych, tak jak ma to miejsce w przypadku czynnika R134a;
  • nie jest konieczna utylizacja R744 podczas recyklingu pojazdów;
  • do wykonywania prac serwisowych i obsługi nowych układów potrzebne będzie nowe urządzenie serwisowe

Przejście z eksploatacji czynnika chłodniczego R134a na czynnika R744 wiąże się z poważnymi, wręcz rewolucyjnymi zmianami. Poprzednio, kiedy wycofywany był z użytku czynnik R12, konieczna była jedynie wymiana uszczelnień w układzie na takie, które nie ulegają rozpuszczeniu w kontakcie z nowym chłodziwem. Stosowanie dwutlenku węgla będzie wymagało zmian w budowie samego układu klimatyzacji w samochodzie, chociażby zainstalowania dodatkowej chłodnicy gazu. Prace nad nowymi rozwiązaniami wciąż są jeszcze na etapie testów, dlatego też z pewnością okres przejściowy, wyznaczony do roku 2017 zostanie wykorzystany przez producentów do końca. Pamiętajmy także, że zmiana czynnika wiąże się ściśle z koniecznością wymiany wszelkich maszyn i urządzeń serwisowych przeznaczonych do obsługi klimatyzacji. Rozporządzenie Unii Europejskiej mające na celu głównie troskę o środowisko naturalne, wciąż pozostawia wiele kwestii czysto praktycznych bez odpowiedzi. Co z samochodami z rocznika 2010, w których już za 7 lat nie będzie można według przepisów prawa używać klimatyzacji? Czy przebudowa układu w ogóle będzie wykonalna, a jeżeli nawet to jak bardzo kosztowna?

Opracował:
mgr Adam Mańkowski