KOMPARATÍVNA ŠTÚDIA ALTERNATÍVNYCH CHLADÍV ZA R134a a R404A

KOMPARATÍVNA ŠTÚDIA ALTERNATÍVNYCH CHLADÍV ZA R134a a R404A

Jose Luis Uribe-Echebarria, Javier Martinez De Ilarduya, Leire Lonbide Intxausti, Frinsa S.L. Máj 2017

ÚVOD

Cieľom tejto štúdie je poskytnúť nástroj pre montážnych technikov aj technikov údržby, ako aj pre návrhárov a distribútorov plynných chladív, ako si podľa svojich potrieb vybrať najvhodnejšie chladivo v dôsledku veľkého množstva nových plynov, ktoré sa objavili na trhu. Je potrebné poznamenať, že táto práca vznikla v rámci programu TKgune baskickej vlády.

TKguneje sieť inovácií, prenosu technológií a konkurencieschopného rozvoja podnikania, ktorá slúži na implementáciu a zdokonaľovanie technológií, vytváranie špeciálnej ponuky vrátane pokročilých foriem školenia a technických služieb s pridanou hodnotou v oblasti výskumu a vývoja, pre rozvoj inovatívnej dynamiky a neustáleho zlepšovania kľúčových procesov a produktov malých a stredne veľkých podnikov s cieľom pomôcť im s prístupom na nový perspektívny trh a k vysokým pridaným hodnotám.

V rámci programu TKgune sú zapojené odborné školiace centrá v spolupráci s baskickou vládou. TKgune sa delí na 5 strategických oblastí, ktoré zahŕňajú nasledujúce technologické odvetvia: automatizácia. energetika, automobilový priemysel, výroba a kreatívny priemysel.

Vďaka sieti centier a fakulte odborného školenia v rámci oblasti ENERGETIKY, v ktorej sa nachádza Integrované centrum odborného školenia konštrukcie a energetickej účinnosti Vittorie-Gasteiz, Eraiken CIFP Construción LHII., ponúkame možnosť zúčastniť sa na implementácii a/alebo zdokonaľovaní nových výrobných postupov. Spoločnosť preto odborne vychováva našich odborníkov a skôr ako sa výrobný proces implementuje, slúži naša sieť centier ako skúšobné zariadenie.

Centrum ERAIKEN realizuje z iniciatívy spoločnosti FRINSA SL tento projekt, ktorý pozostáva z analýzy, ako by nové chladivá vrátane nových organických chladív mohli nahradiť chladivá, ktoré sa v súčasnosti používajú pri bežnom klimatizovaní, konzervovaní a mrazení.

Ako už vieme, nebudeme hovoriť o ideálnom chladive, ktoré je vhodné pre všetky typy zariadení. Preto je nevyhnutné naštudovať si každý prípad, podmienky použitia s ohľadom na získanie čo najväčšej energetickej účinnosti, dodržiavanie nariadení týkajúcich sa životného prostredia, ekonomickú realizovateľnosť a bez toho, aby to ovplyvnilo výkon zariadenia.

Tento scenár núti projektantov a montážnych technikov, a v neposlednom rade aj tradičných opravárov, zvážiť novú generáciu chladív, ktoré ešte neboli dostatočne testované.

Kvôli tomuto scenáru sa realizovala štúdia, ktorá objasňuje vlastnosti a dôsledky používania nových chladív ako v nových zariadeniach, tak aj v zariadeniach, ktoré sú už v prevádzke.

Štúdia spočíva v overovaní správania sa a vlastností, ktoré stanovili výrobcovia nových chladív s ohľadom na to, že chladivá s GWP nad 2500 sa už postupne vyraďujú.

Za týmto účelom sa zriadili dve chladiace miestnosti s identickými konštrukciami a identickými podmienkami prostredia a overovali sa vlastnosti náhrad chladív R134a a R404A a charakteristika.

CHARAKTERISTIKA ZARIADENIA

Obrázok 1: Schéma chladiacej miestnosti

Obrázok 2: Umiestnenie chladiacej miestnosti

Obrázok 3: Umiestnenie chladiaceho boxu

Obrázok 4: Chladiace jednotky

Plynné chladivá kontrolované v rámci tohto projektu sa testovali pri strednej teplote (-5/0 °C) a nízkej teplote (-25/-20 °C), ako to znázorňuje nasledujúca tabuľka:

Tabuľka 1: Testované chladivá

Nasledujúca tabuľka obsahuje údaje pre chladivá použité v štúdii.

V priloženej tabuľke s údajmi sú uvedené hodnoty množstiev chladiva, GWP, cien, daní pre každé chladivo, ..., ktoré umožnia vybrať si v každej situácii vhodné chladivo.

Tabuľka 2: Charakteristika chladív. GWP: AR3 IPCC VERZIA III

POZNÁMKA: všetky údaje o cenách a dani sa odvolávajú na španielsky trh.

Obrázok 7: Denná spotreba energie (kWh/deň)

2. METODOLÓGIA

Metodológia testovania spočívala v overení priebehu zmien teploty v miestnosti pri identických prevádzkových podmienkach (rovnaké tepelné zaťaženie pre rôzne chladivá).

Merané údaje

§ teplota nasávania

§ výtlačná teplota

§ teplota kondenzačná

§ teplota okolia

§ teplota v chladiacej miestnosti

§ výstupný tlak

§ nasávací tlak

§ príkon kompresora

§ spotreba energie

§ testovanie únikov a teplotného sklzu

§ odmerané hmotnostné množstvo chladiva

Meracie prístroje

· teplotné, tlakové sondy

· zapisovač údajov: CLIMACHECK

· počítadlo energie: CIRCUTOR Mod. AR 6

· zapisovač údajov: AKM (Danfoss)

Závery

Výsledkom tejto štúdie je podrobný opis fungovania rôznych chladív určovaním ich výhod a nevýhod.

· vykurovací súčiniteľ COP

· chladiaci výkon

· výlačná teplota z kompresora

· testovanie teplotného sklzu

· nastavenia expanzných ventilov v porovnaní s R-404A a R134A

· skutočné množstvo chladiva (kg)

· spotreba elektrickej energie (kWh)

· TEWI

3. Dodržiavaný postup na zámeny chladív a hodnotenie vplyvu úniku

Tabuľka 3: Priebeh postupu zámeny chladív a testovanie zmien na chladiacom výkone, COP, … po 20 %nom úniku

4. VÝSLEDKY

Údaje a výsledky chladív testovaných v prvej miestnosti so strednou teplotou porovnávaných s chladivom R134a

V nasledujúcej tabuľke s údajmi možno okrem iného vidieť hodnoty, ktoré zodpovedajú schopnostiam chladenia, COP, pri použití každého chladiva, a ktoré pomáhajú s výberom najideálnejšej možnosti pri každom zariadení.

Na druhej strane sa v časti testu, kde sa skúmajú rôzne možné zmeny vlastností zmesí chladív, pri vykonávaní následných únikov nezaznamenali v ich správaní významné zmeny.

Nasledujúci diagram znázorňuje vlastnosti rôznych plynov overovaných v 1. miestnosti. Tu sa testovali fluórované chladivá R 134 a a jeho náhrady.

Obrázok 3: Vlastnosti chladív porovnávaných s R134a, 1. miestnosť (bližšie v tabuľke)

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené výsledky s chladivami prvej skupiny v porovnaní s referenčným chladivom pre túto skupinu, teda R134 A.

Tabuľka 4: Parametre chladív porovnávaných s R134a, 1. Miestnosť

Nasledujúce grafy znázorňujú správanie sa teplôt v 1. miestnosti počas prevádzkového cyklu ON/OFF s testovanými chladivami

Pri Drop-ine, ktorý sa použil pri tomto teste, sme skúmali poradie chladív, ktoré ľahšie prekročia tepelné zaťaženie ohrievača (1 000 W) a dodanie ďalšieho zaťaženia (prenos pre chladiace panely, odmrazovanie, ventilátory výparníka ...) od najvyššieho po najnižšie.

Pri R1234ze sa kvôli nedostatočnému fungovaniu expanzného ventilu zvolila iná tryska a navyše sa zmenilo prehriatie.

Obrázok 9: Správanie sa teplôt v 1. miestnosti s rôznymi chladivami

Nasledujúce grafy predstavujú výsledky získané pre plyny testované v prvej miestnosti. Pri testovaní týchto plynov boli stanovené tieto podmienky:

Obrázok 4: Vlastnosti chladív pri strednej teplote, 1. miestnosť

2. ÚDAJE A VÝSLEDKY CHLADÍV TESTOVANÝCH V DRUHEJ MIESTNOSTI PRI STREDNEJ TEPLOTE porovnávaných s R404A

Nasledujúci diagram znázorňuje vlastnosti rôznych chladív testovaných v druhej miestnosti. Tu sa testovalo R 404A a jeho alternatívne plyny.

Obrázok 11: Termodynamické vlastnosti chladív porovnávaných s R404A, 2. miestnosť

Charakteristika zodpovedajúca druhej skupine chladív je znázornená v porovnaní s referenčným chladivom, a tým je v nasledujúcej tabuľke R404 A:

Obrázok 12: Správanie sa teploty v 2. miestnosti s chladivami porovnávanými s R404A

Predchádzajúci graf ukazuje správanie sa teploty v druhej miestnosti v prevádzkovom cykle (tepelné zaťaženie ZAP-VYP) chladív testovaných v druhej miestnosti.

Pri R442A a R422D sa kvôli nedostatočnému výkonu expanzného ventilu zvolila iná tryska a navyše sa zmenilo prehriatie.

Nasledujúce grafy zobrazujú výsledky charakteristiky plynných chladív v miestnosti 2. Pri testovaní týchto plynov boli stanovené tieto podmienky:

Obrázok 16: Parametre chladív pri nízkej teplote

6. ZHRNUTIE

Pri vykonávaní štúdie sme zaznamenali nasledovné:

Grafy cyklov sa vytvárali všeobecne pre všetky chladivá v každej skupine, líšia sa len programovaním špecifických parametrov pre každý z nich, pričom sa nemenili ani trysky EV ani hodnoty prehriatia. V prípadoch, v ktorých sa robili úpravy, je to uvedené v nadpise grafu. Tieto grafy cyklov v každom prípade zobrazujú schopnosť zariadenia s alternatívnym chladivom prekonať tepelnú záťaž.
Priložené tabuľky, ktoré zobrazujú hodnoty každého testovaného chladiva, poskytujú užitočné informácie pre predbežný a približný odhad výkonu zariadenia. Konkrétne pre prietok chladiva, chladiaci výkon a/alebo trysky ventila.
Ako ďalšiu pomôcku pre montážneho technika pri výbere medzi chladivami, je spolu s chladiacim výkonom priložená tabuľka s cenami a daňami (platné pre Španielsko) pre každé z nich, čo predstavuje ďalšie kritérium výberu z ekonomického a ekologického hľadiska.
Po sebe nasledujúce úniky a znovu naplnenia chladivom neviedli k podstatným zmenám v prevádzke pri vykonávaní rôznych testov.
Ohľadom nastavenia expanzného systému sa v rámci niektorých testov skúmali parametre aj iných chladív (R22, R407A) za účelom zistenia, či by nedošlo k stabilnejším zlepšeniam alebo prevádzke, no v žiadnom z týchto prípadov sa nezaznamenalo zlepšenie.
Stredná teplota:vo všeobecnosti neboli potrebné žiadne nastavenia expanzného systému, keďže bola nakonfigurovaná elektronická regulácia každého typu chladiva.
Nízka teplota: v tomto prípade bolo pri všetkých alternatívnych chladivách potrebné vykonať špecifické zmeny v expanznom systéme buď zmenou veľkosti alebo nastavením hodnôt prehriatia v súvislosti s pôvodným nastavením referenčného chladiva R404A. Na vykonanie retrofitu musia byť upravené aspoň jednotlivé prvky (expanzný ventil,...) a v najhoršom prípade by sa museli v zariadení vymeniť niektoré komponenty. Pri nízkej teplote, ktorá nedosahovala určené podmienky, nedosiahli teplotu -25 °C všetky chladivá.
Podobne tomu bolo aj v situácii s veľmi nízkym prehriatím. S chladivom R453A bolo prehriatie veľmi nízke, dokonca hrozilo, že kvapalina sa dostane do nasávania kompresora. V takomto prípade došlo k zmene veľkosti trysky (zmenšenie) a prehriatia (zväčšenie), čo vyriešilo vyššie uvedený problém a zabezpečilo správne fungovanie. Pri R452 A bola situácia presne opačná.
Ďalší test, ktorý sa vykonal pri nízkej teplote, bola zmena hodnôt nazývaných Ctes of Antoine, ktoré sú pre každé chladivo iné a jedinečné, a ich nastavenie pomocou elektronickej regulácie expanzného ventila, vďaka čomu je možná prevádzka podľa špecifickej charakteristiky každého chladiva.

7. KROKY PRE RETROFIT

Na vykonanie správneho a vhodného retrofitu vo fungujúcom zariadení je dôležité zvážiť nasledujúce kroky:

V prípade získania ďalších informácií a/alebo nejakých pochybností či otázok pošlite e-mail na nasledujúcu e-mailovú adresu:

Viac informácií nájdete v časopise Správy 3/2018