Reklama
 
 
 
Chłodnictwo komercyjne - Testy nowych zamienników R404A o niskim potencjale GWP
Ocena użytkowników: / 5
SłabyŚwietny 
Data dodania: 14.02.2014

2014-01-29-2R404A stał się światowym standardem branżowym czynnika chłodniczego HFC dla komercyjnych urządzeń chłodniczych zarówno w małych, jak i dużych systemach. Jednak ze względu na wysoką wartość potencjału tworzenia efektu cieplarnianego R404A (AR4 dla 100 lat GWP = 3922) rośnie zainteresowanie poszukiwaniem zamienników o niskim współczynniku GWP, odpowiadających wydajności czynnika R404A.

 

Nowy czynnik chłodniczy o niskim GWP HFO-1234yf (GWP100 = 4) został uznany za odpowiedni składnik w mieszaninach, które można dobierać tak, aby uzyskać wydajność zbliżoną do czynnika R404A przy jednoczesnym obniżeniu wartości współczynnika GWP. Pod uwagę wzięto dwie koncepcje. Pierwsza z nich to opracowanie zamiennika R404A o możliwie najniższym potencjale GWP (GWP ~ 1400), z jednoczesnym zachowaniem niepalności. Jest to wymagane w dużych instalacjach w supermarketach oraz do modernizacji istniejących systemów R404A w zastosowaniach, które zostały zaprojektowane do pracy z niepalnymi czynnikami chłodniczymi.

Druga koncepcja zakłada osiągnięcie jak najniższego GWP (np. ~250), ale przy współistnieniu niewielkiego stopnia palności, który będzie zgodny z grupą bezpieczeństwa A2L według klasyfikacji ASHRAE. Mogłoby to być odpowiednie rozwiązanie dla nowych systemów, w których niewielki stopień palności może być dopuszczalny w przypadku mniejszych ładunków czynnika chłodniczego, pod warunkiem spełnienia obowiązujących przepisów i norm przemysłowych. Te dwie koncepcje zostały sprawdzone w oparciu o analizę cyklu termodynamicznego i badania doświadczalne z wykorzystaniem zwartej szafy chłodniczej na czynnik R404A oraz klimatyzatora typu split. W badaniach dokonano pomiaru szeregu parametrów w odniesieniu do krzywej podstawowej dla R404A, jak zużycie energii, ciśnienie i temperatura oraz natężenie przepływu masy.

Opracowane przez firmę DuPont dwa potencjalne czynniki chłodnicze o wydajności podobnej do czynnika R404A. Pierwszy, DR7, posiada GWP o wartości około 250, czyli o 94% niższy niż w przypadku R404A. Czynnik ten jest łagodnie łatwopalny (wg normy ASTM E681-04 2004) i w związku z tym może mieć pewne ograniczenia w przypadku zastosowania w systemach o więk- szym ładunku czynnika chłodniczego. Opteon® XP40 charakteryzuje się tak dobranym składem, aby był niepalny (wg ASTM E681-04 2004 i ASHRAE Std 34-2010 2010), o GWP około 1400, czyli o 65% niższym niż dla R404A. Wskaźnik GWP dla tego czynnika jest niższy również od wskaźników dla innych zamienników R404A, takich jak R-407A (niższy o 36%) i R407F (niższy o 23%). Wydajność obu czynników chłodniczych oceniano w przeszklonej szafie chłodniczej, a ostatnio Opteon® XP40 został przetestowany w klimatyzatorze typu split; Oba urządzenia pierwotnie zaprojektowano dla czynnika chłodniczego R404A.

 

2014-01-28-1

 

Właściwości termodynamiczne i wydajność

Porównanie właściwości termofizycznych DR7 i Opteon® XP40 w odniesieniu do R404A przedstawiono poniżej, w Tabeli 1. Temperatury wrzenia są bardzo podobne, zaś temperatury przemiany DR7 i Opteon® XP40 są wyższe niż dla R404A. Prężność par oraz gęstości cieczy są również podobne. Gęstości par DR7 i Opteon® XP40 są nieco niższe niż R404A, co zmniejszy wartość masowego natężenia przepływu.

W celu dokonania oceny termodynamicznej wydajności chłodzenia przeprowadzono modelowanie cyklu dla DR7 i Opteon® XP40 względem R404A. Warunki te zostały tak dobrane, aby były porównywalne z warunkami układu szafy chłodniczej badanej w temperaturze otoczenia 32°C:

  • temp. parownika = -26°C,
  • temp. skraplacza = 43°C,
  • wielkość dochładzania = 14 K,
  • temperatura ssania = -4°C,
  • wydajność izoentropowa sprężarki = 75%.

Wyniki badań przedstawiono w tabeli 2.

 

2014-01-29-1

 

Zarówno Opteon® XP40, jak i DR7 wykazują ciśnienia oraz stopnie sprężania porównywalne z R404A. Oba produkty mają większe poślizgi temperaturowe niż czynnik R404A, ale poślizgi te są porównywalne z właściwościami innych dostępnych czynników chłodniczych stosowanych w chłodnictwie komercyjnym. Dla przykładu, stosowany z powodzeniem od wielu lat R-407C, w takich warunkach charakteryzuje się poślizgiem temperatury 4,8 K. Temperatury końca tłoczenia sprężarki są również nieco wyższe niż dla R404A, jednak wydajność chłodnicza i sprawność energetyczna są bardzo zbliżone do R404A.

 

Testowanie układu szafy chłodniczej (reach-in freezer)

(...)

 

2014-01-29-3

Rys. 2. Schemat przedstawiający oprzyrządowanie szafy chłodniczej

 

 

Badanie z zastosowaniem lady chłodniczej z zewnętrznym modułem skraplacza

(...)

 

2014-01-31-1

 

Wnioski

Opracowane dwa nowe czynniki chłodnicze o niskim wskaźniku GWP są potencjalną alternatywą dla R404A w chłodnictwie komercyjnym. Pierwszy, DR7, ma GWP około 250, czyli o 94% niższy niż w przypadku R404A. Czynnik ten jest łagodnie łatwopalny (2L) i w związku z tym może mieć pewne ograniczenia przy zastosowaniu w systemach o większym ładunku czynnika chłodniczego, takich jak regały w supermarketach. Może być jednak odpowiedni dla układów pojedynczych skraplaczy oraz wolnostojących chłodziarek i zamrażarek. Opteon® XP40 charakteryzuje się tak dobranym składem, aby był niepalny, o GWP około 1400, czyli o 65% niższym niż dla R404A. Czynnik ten jest odpowiedni dla dużych systemów regałowych i innych układów chłodniczych, gdzie stosowanie łatwopalnych czynników chłodniczych nie jest zalecane lub jest ograniczone. Jest to również czynnik chłodniczy, który można potencjalnie zastosować do modernizacji systemów.

Wydajność obu czynników chłodniczych oceniano w szafie chłodniczej, a dodatkowo Opteon® XP40 – w układzie skraplacza z ladą chłodniczą, pierwotnie zaprojektowanych dla czynnika chłodniczego R404A. Zmiany systemu polegały jedynie na dokonaniu regulacji zaworów TXV w celu porównania przy równoważnym cieple przegrzania parownika. Ogólnie rzecz biorąc, zużycie energii dla obu czynników chłodniczych jest co najmniej równoważne z parametrami R404A, natomiast pozostałe parametry wydajności są zbliżone. W układzie szafy chłodniczej, w wyższej temperaturze otoczenia Opteon® XP40 i DR7 wykazywały odpowiednio o 4% i 8% mniejsze zużycie energii. Wyniki testów skraplacza po napełnieniu czynnikiem Opteon® XP40 wykazały o 3% mniejsze zużycie energii dla niskiej temperatury oraz poprawę nawet o 8÷12% względem R404A w warunkach średniej temperatury.

Zastosowanie tych czynników chłodniczych o niskim GWP może skutecznie zmniejszyć wpływ systemów chłodniczych na środowisko, gdyż stanowią one alternatywę dla czynnika R404A, a ich wprowadzenie wymaga jedynie minimalnych zmian w systemach chłodniczych.

 

LITERATURA
[1] IPCC. 2007. Intergovernmental Panel on Climate Change Fourth Assessment Report – Climate Change 2007: Synthesis Report. [B.P. JALLOW, L. KAJFEZ-BOGATAJ, R. BOJARU, D. HAWKINS, S. DIAZ, H. LEE, A. ALLALI, I. ELGIZOULI, D. WRATT, O. HOHMEYER, D. GRIGGS i N. LEARY (red.)]. <.">http://www.ipcc.ch/ipccreports/ar4-syr.htm>.
[2] NIELSON O.J., JAVADI M.S., SULBAEK ANDERSEN M.P., HURLEY M.D., WALLINGTON T.J. i SINGH R.. 2007. Atmospheric Chemistry of CF3CF=CH2: Kinetics and mechanisms of gas-phase reactions with Cl atoms, OH radicals and O3. Chemical Physics Letters, 439 (2007): 18-22.
[3] SAE. 2009. SAE International Releases Test Results of the Low GWP Refrigerant for Automotive Air Conditioning. http://www.sae.org/servlets/pressRoom?OBJECT_TYPE=PressReleases&PAGE=showRelease&RELEASE_ID=1109, 10 listopada 2009.

 

Barbara MINOR
DuPont Fluoroproducts USA
Joachim GERSTEL
DuPont Fluoroproducts Niemcy

 

Więcej na ten temat przeczytają Państwo w Chłodnictwie i Klimatyzacji nr 01-02/2014

 

 

PODOBNE ARTYKUŁY:

Reklama

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Pompy ciepła 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

  • Pompy ciepła 2012

  • Pompy ciepła 2013

  • Termografia w podczerwieni 2009

Reklama

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.