Dlaczego amoniak stosowany jest w chłodnictwie przemysłowym?

Mnogość korzyści płynąca z zastosowania amoniaku w chłodnictwie przemysłowym

Amoniaku do chłodzenia po raz pierwszy użył Carl Von Linde w 1876 r., wykorzystując go w parowym układzie sprężarkowym. Do lat 20. XX wieku powszechnie stosowano także inne czynniki chłodnicze, takie jak CO₂ i SO₂.

Gdy w latach 20. XX wieku w USA wynaleziono CFC (chlorofluorowęglowodory), zyskały one przewagę w stosunku do wszystkich innych czynników chłodniczych stosowanych w tamtych czasach, uważano je bowiem za nieszkodliwe i niezwykle stabilne środki chemiczne. W tamtych czasach przewidzenie konsekwencji masowych emisji czynnika chłodniczego dla środowiska zewnętrznego było niemożliwe. „CFC” promowano jako bezpieczne czynniki chłodnicze, co spowodowało, że wzrósł na nie popyt i odniosły sukces. Były postrzegane jako dar z niebios, osiągnięcie przemysłu chemicznego.

Sukces CFC sprawił, że stosowanie amoniaku znalazło się pod dużą presją, jednak czynnik ten zdołał zachować swoją pozycję, szczególnie w dużych instalacjach przemysłowych i w dziedzinie konserwacji żywności.

W latach 80. ujawniono szkodliwe oddziaływanie czynników chłodniczych CFC i ogólnie przyjęto, że przyczyniają się one do zubożenia warstwy ozonowej i globalnego ocieplenia, co doprowadziło do podpisania Protokołu Montrealskiego (1989), w którym prawie wszystkie kraje zgodziły się na stopniowe wycofywanie CFC w ramach ustalonego harmonogramu.

Ze względu na poważny zakres szkód dla atmosfery i wynikające z niego zagrożenia wywołane emisją CFC/HCFC, jak również z powodu skutków globalnego ocieplenia, dokonano zmian treści Protokołu Montrealskiego (1990), które wprowadzono w 1992 r. (Kopenhaga) i w 1998 r. (Kioto, Japonia) i które polegały na przyspieszeniu realizacji programu wycofywania tych substancji z użycia. Program wycofywania obejmuje również czynniki HCFC – w tym przedsięwzięciu prym wiedzie Europa.

W wielu europejskich krajach zaprzestano stosowania czynników HCFC, zamiast tego biorąc pod uwagę wykorzystanie nowych czynników chłodniczych, ale również tych sprawdzonych i cieszących się zaufaniem, takich jak amoniak i dwutlenek węgla.

Amoniak ma wiele zalet, czego dowodzą dziesięciolecia jego stosowania w systemach chłodzenia.

1. Efektywność energetyczna

Amoniak jest jednym z najbardziej efektywnych czynników chłodniczych, może być stosowany w wysokich i niskich temperaturach. Ponieważ coraz większa uwaga skupia się na zużyciu energii, amoniak stanowi bezpieczny i przyszłościowy wybór zgodny z ideą zrównoważonego rozwoju. Wydajność układu amoniakalnego z parownikiem zalanym byłaby o 15–20% wyższa od jego odpowiednika z suchym parownikiem na R404A. Ostatnie postępy w zakresie połączenia NH₃ i CO₂ przyczyniły się do dalszego zwiększenia efektywności. Kaskadowy układ NH₃/CO₂ wykazuje niezwykłą efektywność w niskich i bardzo niskich zakresach temperatury (poniżej -40°C), a efektywność układu pośredniego NH₃/CO₂ jest o około 20% wyższa niż dla solanek tradycyjnych.

2. Środowisko

Amoniak jest najbardziej przyjaznym dla środowiska czynnikiem chłodniczym. Należy do grupy tzw. „naturalnych” czynników chłodniczych, a jego współczynniki GWP (Global Warming Potential) i ODP (Ozone Depletion Potential) są równe zeru.

3. Bezpieczeństwo,

Amoniak jest toksycznym, a w określonych stężeniach łatwopalnym czynnikiem chłodniczym. Dlatego też należy obchodzić się z nim ostrożnie, a wszystkie systemy, w których wykorzystywany jest amoniak muszą być zaprojektowane z myślą o bezpieczeństwie. Jednocześnie, w przeciwieństwie do większości pozostałych czynników chłodniczych, ma charakterystyczny zapach, może więc zostać wykryty przez ludzi nawet w bardzo niskich stężeniach. To dobry sygnał ostrzegawczy nawet w przypadku niewielkich wycieków amoniaku. Jeśli konieczne jest ograniczenie ilości amoniaku, dobrym i skutecznym rozwiązaniem może być połączenie amoniaku i CO₂ (w dolnym stopniu kaskady lub w obiegu pośrednim).

4. Mniejsze wymiary rur

Amoniak, zarówno w postaci pary, jak i cieczy, wymaga mniejszych średnic rur niż większość syntetycznych czynników chłodniczych.

5. Lepsza wymiana ciepła

Ze względu na lepsze właściwości w zakresie wymiany ciepła niż większość syntetycznych czynników chłodniczych, amoniak pozwala na stosowanie wymienników o mniejszej powierzchni wymiany ciepła. Dzięki temu maleją koszty budowy zakładów przemysłowych. Ponieważ jednak właściwości te wpływają korzystnie również na efektywność termodynamiczną układu, zmniejszeniu ulegają także koszty jego eksploatacji.

6. Cena czynnika chłodniczego

W wielu krajach koszt amoniaku (kg) jest znacznie niższy niż koszt HFC. Zaletę tę potęguje fakt, że amoniak ma niższą gęstość w fazie ciekłej. Ponadto każda potencjalna utrata czynnika chłodniczego również będzie mniejsza, ponieważ wszelkie wycieki amoniaku będą wykrywane bardzo szybko ze względu na nieprzyjemny zapach.

Amoniak nie jest uniwersalnym czynnikiem chłodniczym i nadaje się głównie do instalacji przemysłowych i dużych układów handlowych. Należy brać pod uwagę toksyczność, łatwopalność i kompatybilność materiałową amoniaku. Jednocześnie na świecie istnieje ogromna liczba systemów amoniakalnych, w których z powodzeniem sprostano tym wyzwaniom.