[ Zamknij ]

Nowe zasady dotyczące cookies
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów na stronie Polityka Prywatności.


rejestracja

Chłodnictwo & Klimatyzacja: Alternatywne syntetyczne czynniki chłodnicze

Opublikowano: 23.06.2016

image

Jesteśmy świadkami kolejnej „zmiany warty” w dziedzinie czynników chłodniczych i wprowadzania płynów z grupy HFO. Operacja ta jest następstwem wprowadzenia w życie unijnych aktów prawnych, które wymuszają wycofanie substancji HFC już w niedalekiej przyszłości.
 
Chodzi tu zarówno o wyrażone wprost zakazy stosowania tych płynów po określonej dacie – jak to jest w przypadku samochodowej Dyrektywy „MAC” [6] i Rozporządzenia o F-gazach [5] – ale także o mechanizmy zniechęcające do korzystania z tych czynników, jak dodatkowe obowiązki czy limity importu ustanowione przez Rozporządzenie [5]. Wszystkie te zapisy odnoszą się do potencjału tworzenia efektu cieplarnianego GWP. Im wskaźnik GWP danego płynu jest wyższy, tym obostrzenia go dotyczące są dotkliwsze i szybciej wchodzą w życie. Problem ten dotyczy w zasadzie wszystkich powszechnie dziś wykorzystywanych czynników z grupy HFC. Koniecznością więc stał się zwrot ku płynom roboczym o niskim potencjale tworzenia efektu cieplarnianego.
Naturalne są obawy, że operacja ta spowoduje podobne zamieszanie, jak wdrażanie czynników HFC dwie dekady temu. Czy tak będzie i tym razem, to w dużej mierze zależy od liczebności alternatywnych mieszanin sporządzonych na bazie substancji HFO. Mogą one zadomowić się w chłodnictwie łatwiej i szybciej niż poprzednia generacja. Sprzyja temu fakt, że tym razem brak jest konieczności zasadniczej zmiany rodzaju oleju oraz używanych materiałów i narzędzi serwisowych. Niewiadomą zaś pozostaje dynamika cen alternatywnych płynów i kosztów związanych z przechodzeniem na nowe czynniki HFO.
Największą popularność zyskały związki HFO pochodne propylenu (propenu) oznaczone jako R 1234. Odróżniają się one jednym podwójnym wiązaniem węglowym (liczba „1”) w łańcuchu trzech atomów węgla (liczba „2”), a różne rozmieszczenie dwóch atomów wodoru (liczba „3”) i czterech atomów fluoru (liczba „4”) opisuje się indeksami literowymi, otrzymując symbole konkretnych izomerów: R 1234yf, R 1234ze(E), R 1234ze(Z).
Czynnik chłodniczy R 1234yf – czyli 2,3,3,3-czterofluoropropen o wzorze chemicznym CF3CF=CH2 – opracowano przede wszystkim z myślą o zastąpieniu płynu R 134a w układach klimatyzacji samochodowej, chociaż testowano go także w urządzeniach stacjonarnych.
Z kolei czynnik R 1234ze(E) – czyli trans-1,3,3,3-czterofluoropropen o wzorze chemicznym CF3CH=CHF – proponuje się jako alternatywny płyn roboczy w średniotemperaturowych urządzeniach chłodniczych, w rodzaju agregatów do chłodzenia cieczy, pomp ciepła, czy różnorodnych chłodziarek – pracujących standardowo przede wszystkim z czynnikiem R 134a, ale także z innymi substancjami, jak np. propanem. Podobny izomer (cis-1,3,3,3-czterofluoropropen) o oznaczeniu R 1234ze(Z) raczej nie przyjmie się w technice chłodniczej, z uwagi na wysoką normalną temperaturę wrzenia (9,8°C) oraz jednostkową wydajność chłodniczą objętościową o około 50% niższą niż R-1234ze(E) [10]. Dlatego oznaczenie tego ostatniego płynu zazwyczaj skraca się do postaci R 1234ze, pozostawiając w domyśle, że chodzi o bardziej przydatny w chłodnictwie izomer (E).
Pośród wykorzystywanych obecnie przez technikę chłodniczą płynów z grupy HFC również znajduje się jeden czynnik o relatywnie niskim wskaźniku GWP, a jest nim R 32 (GWP=675). Jednak z uwagi na wysokie ciśnienia robocze, zakres jego stosowania jest dosyć wąski i w zasadzie ogranicza się do pracy w roli zamiennika mieszaniny R 410A, której zresztą jest składnikiem. W porównaniu do niej czynnik R 32 oferuje potencjalnie lepszą wydajność i efektywność pracy, kosztem wyższego ciśnienia skraplania i wyższej temperatury tłoczenia (rys. 1). Jeszcze niższym potencjałem tworzenia efektu cieplarnianego charakteryzuje się związek R 152a (GWP=140), ale z uwagi na palność nie zdecydowano się na jego powszechne wykorzystanie w chłodnictwie.
Na rys. 2 porównano parametry nasycenia rozpatrywanych substancji. Można zauważyć, że czynnik R 1234yf posiada bardzo zbliżone ciśnienie zasycenia do R 134a, a i R 1234ze niewiele pod tym względem odbiega od poprzednika. Bardzo dobrą zgodność parametrów nasycenia da się też zaobserwować dla płynów R 32 i R 410A. Z kolei rys. 3 przedstawia porównanie zarysu krzywych nasycenia. Temperatura punktu krytycznego czynników R 1234 leży wystarczająco wysoko, aby zapewnić pracę układów chłodniczych w podkrytycznym zakresie parametrów. Ciepło parowania natomiast jest nieco niższe niż dla R 134a, co może się przełożyć na wymagane większe masowe natężenie przepływu.
Podobnie jak w przypadku czynników HFC, jednorodne płyny z grupy HFO nie zaspokajają wszystkich potrzeb techniki chłodniczej, stąd opracowuje się mieszaniny złożone z tych substancji oraz związków HFC (tab. 1). I tak przykładowo czynnik R 448A proponuje się jako zamiennik płynów R 404A, R 507, czy R 22 w średnio i niskotemperaturowych układach handlowych i przemysłowych. Podobny zakres zastosowania przewiduje się dla mieszanin R 449A i R 452A. Z kolei płyny R 513 i R 450A miałyby zastąpić czynnik R 134a [8,10]. Najważniejsze własności fizyczne niektórych z rozpatrywanych alternatywnych czynników chłodniczych zestawiono w tabeli 2. Mieszaniny HFO/HFC posiadają znacząco wyższy wskaźnik GWP niż jednorodne substancje HFO, chociaż i tak wartości te są oczywiście niższe niż dla czynników HFC. Niektóre z nich wykazują także wyraźny poślizg temperaturowy. Natomiast zaletą omawianych mieszanin w porównaniu z czynnikami R 32 i R 1234 jest brak palności....

Przeczytaj pełną treść artykułu TUTAJ


Bibliografia:
  1. Baert E.: prEN 378: 2013 Status, Overview of the changes and next steps. Międzynarodowy Kongres PROCLIMATE 2015 – Trendy i technologie jutra.
  2. Higashi Y.: Thermophysical properties of HFO-1234yf and HFO-1234ze(E). International Symposium on Next-generation Air Conditioning and Refrigeration Technology, Japan 2010.
  3. Köpke D.: The Manufacturers’ Perspective - Key Legislation With An Impact On The HVACR Industry - Challenges And Opportunities For Industry. Emerson Climate Technologies GmbH. Międzynarodowy Kongres PROCLIMATE 2015 – Trendy i technologie jutra.
  4. Wang X., Amrane K., Johnson P.: Low Global Warming Potential (GWP) Alternative Refrigerants Evaluation Program (Low-GWP AREP). Purdue University. Purdue e-Pubs: http://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2221&context=iracc
  5. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 517/2014 z dnia 16 kwietnia 2014 r. w sprawie fluorowanych gazów cieplarnianych i uchylenia rozporządzenia (WE) nr 842/2006.
  6. Dyrektywa 2006/40/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 17 maja 2006 r. dotycząca emisji z systemów klimatyzacji w pojazdach silnikowych oraz zmieniająca dyrektywę Rady 70/156/EWG.
  7. Bitzer: Czynniki chłodnicze – Raport. Wydanie 17.
  8. Materiały firmy Chemours.
  9. Materiały firmy Danfoss.
  10. Materiały firmy Honeywell.
  11. Komunikat Komisji Petycji Parlamentu europejskiego dla Posłów z dnia 28.11.2014: http://www.europarl.europa.eu/meetdocs/2014_2019/documents/peti/cm/1042/1042159/1042159pl.pdf
  12. http://www.arkema.com/en/media/news/news-details/Arkema-is-announcing-the-construction-of-production-capacities-for-new-refrigerant-fluorinated-gas-1234yf/?back=true
  13. http://www.coolingpost.com/world-news/daimler-u-turn-on-1234yf/
 
 
Tab. 1. Wybrane czynniki chłodnicze będące mieszaninami związków typu HFO i HFC [8,10]
Czynnik Nazwa firmowa Skład T0N [°C] Poślizg [K] GWP
R 448A Solstice N40 R32+R125+R1234yf+R134a+R1234ze (26%+26%+21%+7%+20%) -45 6,1 1386
R 449A Opteon XP40 R32+R125+R1234yf+R134a (24,3%+24,7%+25,3%+25,7%) -46 5 1397
R 450A Solstice N13 R134a+R1234ze (42%+58%) -24 0,4 547
R 513A Opteon XP10 R134a+R1234yf (44%+56%) -29 0 631
 
 
Tab. 2. Wybrane własności fizyczne niektórych alternatywnych czynników chłodniczych [10]
  R1234yf R1234ze R450A R448A
Masa molowa [g/mol] 114 114 108,6 86,3
Normalna temperatura wrzenia [°C] -29,45 -18,95 -23,1 -45,9
Gęstość pary przy 101,3 kPa [kg/m3] 5,98 5,71 5,443 4,701
Gęstość cieczy [kg/m3] 1092 1293 1257,7 1192,5
Ciepło właściwe cieczy w 25°C [kJ/kgK] 1,392 1,383 1,404 1,553
Ciepło właściwe pary w 25°C [kJ/kgK] 1,053 0,9822 1 1,165
Ciepło parowania przy 101,3 kPa [kJ/kg] 180,1 195,4 203,64 241,1
Ciśnienie pary w 25°C [kPa] 683 498,6 584,4 1107,1
Przewodność cieplna cieczy w 25°C [W/mK] 0,064 0,0781 76,4 80,6
Przewodność cieplna pary w 25°C [W/mK] 0,014 0,0136 13,9 14,6
Lepkość cieczy w 25°C [μPas] 155,4 199,4 194,2 138,1
Lepkość pary w 25°C [μPas] 12,3 12,2 12,2 12,5
GWP 4 <1 547 1386
Grupa bezpieczeństwa A2L A2L A1 A1
 

Rys. 1. Porównanie wybranych własności czynników R 410A i R 32 [7]
 

Rys. 2. Porównanie temperatury i ciśnienia nasycenia dla wybranych czynników chłodniczych [2]
 

Rys. 3. Krzywe nasycenia dla wybranych czynników chłodniczych [2]


Rys. 4. Możliwości zastąpienia czynników HFC substancjami o niższym wskaźniku GWP [9]



dr inż. Waldemar Targański
Politechnika Gdańska
 



KONTAKT wyślij zapytanie ofertowe

Chłodnictwo & Klimatyzacja

E-mail: chlodnictwo@chlodnictwoiklimatyzacja.pl

Tel: +48 22 53 53 229
Fax: +4822 53 53 043
Adres:
Rosoła 10A
02-786 Warszawa

Air Products: Czynniki chłodnicze - Chłód w cenie

Katalog firm

  • Chemours

    The Chemours Company (NYSE: CC) poprzez dziedzinę nauki, jaką jest chemia, st…
    Chemours
  • Centralny Ośrodek Chłodnictwa COCH

    Badania naukowe i atestacyjne urządzeń chłodniczych, samochodów chłodn…
    Centralny Ośrodek Chłodnictwa COCH
  • Popularna

    PHU Popularna - Fachowe doradztwo techniczne PHU Popularna specjalizuje si…
    Popularna