Фреоновый кризис дал мощный толчок в развитии исследований в области холодильной техники и новых принципов получения холода. В то же время в мировой холодильной промышленности нет единого понимания и подхода к решению возникших экологических проблем.

В инновационном плане в холодильном деле в настоящее время существует несколько групп, которые представляют собой, как правило, объединение крупных транснациональных корпораций или государств, отстаивающих свои корпоративные интересы в холодильном бизнесе.

Чтобы понять о каких суммах идет речь, необходимо отметить, что по некоторым оценкам только стоимость холодильного оборудования, чье функционирование связано с использованием запрещенных фреонов, составляет в мире около 200 млрд. долл. США, а установок счет идет на несколько сотен миллионов штук.

В связи с этим, можно выделить несколько направлений в развитии мировой холодильной промышленности.

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 холодильного 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 озононеразрушающие 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 фторосодержащих 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.

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.

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 холодильного 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.

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.

Производство холодильных машин Стирлинга умеренного холода.

Идея использования цикла Стирлинга, для создания холодильных машин умеренного холода не нова. В 1834 году Дж. Гершелем были изготовлены опытные образцы холодильных машин Стирлинга, которые впоследствии получили широкое распространение. Такие машины успешно эксплуатировались в пищевой промышленности, ими также были оснащены многие промысловые суда Англии, в целях замораживания рыбы. С 1876 года холодильные машины Стирлинга использовались в Шотландии на фабриках по производству парафиновых мастик. Однако из-за своего тогдашнего несовершенства, к началу XX столетия они были полностью вытеснены компрессионными холодильными машинами. В настоящее время возрождение интереса к использованию машин Стирлинга на уровне умеренного холода связано, в основном, с бурным ростом научно-технических знаний и значительными успехами, достигнутыми в последнее время, в области создания двигателей и криогенных машин Стирлинга. Все это привело к интенсификации научных исследований по созданию альтернативного холодильного оборудования умеренного холода на основе цикла Стирлинга.

За рубежом, перспективность использования машин Стирлинга в области умеренного холода, становится очевидным. В настоящее время в мире проблемами создания новых образцов машин Стирлинга и их производства занимается не менее 140 крупных компаний и научно-исследовательских организаций, многие из которых достигли значительных успехов, и вышли на серийное производство. Так, уже в ближайшее время в ряде европейских стран и Южной Кореи планируется начать массовый выпуск бытовых холодильников на основе холодильных машин Стирлинга с линейным приводом. Полученные результаты исследований показывают, что достигнутый уровень в проектировании машин Стирлинга позволяет создавать холодильные машины Стирлинга умеренного холода (производительностью до 100 кВт) с эффективностью в 1,5 раза выше, чем у лучших образцов парокомпрессионных холодильных машин, при этом массогабаритные характеристики сокращаются до 20-30%. Кроме ведущих стран в области проектирования и создания машин Стирлинга, каковыми являются США, Великобритания, Япония, ФРГ, Швеция и Нидерланды, в последнее время начались интенсивные исследования в данной области техники в Китае, ЮАР, Австралии, Израиле, Канаде, Индии и ряде других стран.