Для использования в теплонасосном оборудовании предлагаются альтернативные хладагенты, удовлетворяющие международным соглашениям о защите окружающей среды. Учитывая этот факт, первоначально была отобрана группа хладонов по экологическим характеристикам. Выбор хладонов осуществлен по трем показателям [1, 2]: GWP – потенциал глобального потепления относительно диоксида углерода; HGWP – потенциал глобального потепления относительно фтортрихлорметана; ODP – потенциал истощения озонового слоя относительно фтортрихлорметана.
Для анализа общего потенциала парникового эффекта, учитывающего и энергетические, и экологические факторы, используют параметр, называемый суммарным эквивалентным тепловым воздействием TEWI (Total Equivalent Warming Impact). Методика расчета TEWI была разработана Международным институтом холода. Параметр TEWI для конкретного вещества представляет собой сумму потенциала парникового эффекта в результате эмиссии этого вещества в атмосферу и потенциала, обусловленного эмиссией диоксида углерода в процессе производства электроэнергии, которая необходима для обеспечения работы теплонасосной установки:
где: GWP – потенциал глобального потепления;
М – масса эмиссии хладагента в атмосферу;
k – коэффициент, характеризующий эмиссию диоксида углерода в атмосферу Земли при выработке 1 кВтч электроэнергии;
B – количество электроэнергии, потребленной за все время эксплуатации конкретной теплонасосной установки.
При производстве электроэнергии гидростанциями, ветряными двигателями и ядерными энергетическими установками выбросов диоксида углерода в атмосферу не происходит (коэффициент k равен нулю), а при выработке электроэнергии тепловыми электростанциями в атмосферу выбрасывается диоксид углерода. При производстве электрической энергии за счет сжигания угля и нефти k составляет порядка 0,8 CO2/кВтч.
Экологические характеристики однокомпонентных хладагентов представлены на рис. 1–3.
Рассмотрение хладонов, имеющих потенциал истощения озонового слоя относительно фтортрихлорметана больше нуля, нецелесообразно. Из анализируемой группы хладонов можно отобрать три хладагента, которые приемлемы по экологическим характеристикам. Это хладоны: R32, R134a и R152a. Наиболее безопасным с экологической точки зрения является хладагент R152a. Рабочее вещество R152a является хладагентом среднего давления для среднего диапазона рабочих температур систем отопления. Теплофизические характеристики близки к характеристикам хладона R12 и R134a. Хладон R152a является хорошим заменителем хладона R12, однако в чистом виде он не используется из-за его горючести. Применяется R152a преимущественно в негорючих смесях хладагентов. Хладагент R152a токсикологически безопасен. Он находится в классификации по ASHRAE в группе А2 [3]. Хладагент R152a термически и химически стабилен. В контакте могут применяться обычные металлы, такие как сталь, медь, алюминий и латунь. От использования магния, цинка, свинца и сплавов с содержанием магния более 2 % массы следует отказаться.