Циклопентан в холодильниках¶

Циклопентан — органическое соединение из группы циклоалканов с формулой C₅H₁₀, используемое в холодильной технике в качестве пеныобразователя для теплоизоляции корпуса. В бытовых холодильниках циклопентан заменил фреоны группы HCFC и CFC, вытесненные в соответствии с Монреальским протоколом 1987 года из-за разрушения озонового слоя. Сегодня циклопентан является основным вспенивателем полиуретановой изоляции в подавляющем большинстве холодильников, выпускаемых в России и в мире.

¶Физико-химические свойства

Циклопентан — бесцветная легколетучая жидкость с характерным запахом, температура кипения около 49 °C, плотность примерно 0,75 г/см³. Относится к классу легковоспламеняющихся веществ (группа горючести Г3), его пары образуют взрывоопасные смеси с воздухом. Именно поэтому на заводах по производству холодильников работа с циклопентаном ведётся в соответствии с требованиями пожарной безопасности, а готовые изделия не представляют опасности: вещество заключено в пористую структуру полиуретана и не выделяется при нормальной эксплуатации.

¶Роль в теплоизоляции холодильников

Между наружным и внутренним корпусом холодильника находится слой полиуретановой пены, который обеспечивает тепловой барьер и удерживает холод внутри камеры. Пена образуется при вспенивании полиолов изоцианатом; в качестве вспенивающего агента (пенообразователя) применяется циклопентан. Он испаряется в процессе полимеризации и остаётся в замкнутых ячейках пены, обеспечивая низкую теплопроводность — коэффициент около 0,020–0,022 Вт/(м·К), что сопоставимо с показателями фреонов-заменителей.

Пена с циклопентаном обладает рядом преимуществ:

• низкая теплопроводность, близкая к лучшим фреоновым системам;
• отсутствие озоноразрушающего потенциала (ОЗП = 0) и низкий потенциал глобального потепления (ПГП = 11);
• относительно невысокая стоимость сырья;
• технологичность при заливке на автоматических линиях.

¶Переход от фреонов

До конца 1980-х годов в качестве пенообразователей использовались фреоны CFC-11 и CFC-12, разрушающие озоновый слой. После подписания Монреальского протокола производители перешли на гидрохлорфторуглероды (HCFC-141b), а затем — на гидрофторуглероды (HFC-245fa, HFC-365mfc) и углеводородные пенообразователи, среди которых циклопентан занял ведущее место. Кийотский протокол 1997 года, ограничивший выбросы парниковых газов, дополнительно ускорил переход: потенциал глобального потепления циклопентана в 330–360 раз ниже, чем у HFC-245fa.

Российские холодильные заводы — «Атлант» (Минск, продукция распространяется в РФ), «Бирюса» (Иркутск), «Стинол» (Липецк, производство остановлено в 2019 году) — оснащали линии заливки полиуретана под циклопентанную технологию в 2000-е годы. К началу 2020-х практически все холодильники, продающиеся на российском рынке, изготавливаются с изоляцией на циклопентане.

¶Безопасность

Циклопентан относится к третьему классу опасности по ГОСТ, является горючим и при определённых концентрациях взрывоопасен. Однако в готовом холодильнике вещество находится в замкнутых порах полиуретана и не выделяется наружу при нормальной эксплуатации. Разгерметизация изоляции возможна только при механическом повреждении корпуса — например, при вскрытии стенки для ремонта. В этом случае рекомендуется проветривание помещения; открытого огня и искр вблизи повреждённого корпуса допускать нельзя.

Производство холодильников с циклопентаном требует от заводов соответствующего оборудования: компоненты хранятся отдельно, линии оснащены системами вентиляции и газового контроля, а персонал проходит обучение по работе с горючими жидкостями.

¶Экологические характеристики

Циклопентан не разрушает озоновый слой и имеет ограниченный срок жизни в атмосфере (около 11 дней), поэтому его вклад в парниковый эффект пренебрежимо мал, несмотря на ПГП = 11. По совокупности экологических и экономических показателей циклопентан считается одним из наиболее приемлемых пенообразователей для холодильной и теплоизоляционной промышленности. Альтернативные варианты — HFO-пенообразователи и CO₂ — остаются дороже и применяются преимущественно в промышленном холодильном оборудовании.

Источники:

• Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой (1987)
• ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности
• Техническая документация производителей полиуретановых систем (BASF Elastopor, Huntsman, Dow)
• Публикации журнала «Холодильная техника и технология»