· Web viewDenna artikel är den första i en serie artiklar som sammanfattar vissa slutsatser som erhållits under projektets tid och rapporterats i avhandlingen. Den här artikeln

Nya köldmedier för kyl- och värmepumpsystem: nya alternativ till R404A

Jag har nyligen försvarat min doktorsavhandling med titeln "Nya köldmedier för kyl- och värmepumpsystem". Avhandlingen är ett resultat av den flera år långa studien som tillsattes för att undersöka nya köldmedier som kan användas för att uppfylla kraven i F-gasförordningen och målen i Parisavtalet. Denna artikel är den första i en serie artiklar som sammanfattar vissa slutsatser som erhållits under projektets tid och rapporterats i avhandlingen. Den här artikeln fokuserar främst på nya köldmedier som föreslås som alternativ till R404A.

F-gasförordningen

Jag antar att F-gasförordningen och dess krav är väl bekant för läsaren av Kyla & Värme och inte kräver ytterligare introduktion. Förordningen har redan resulterat i en minskning av mängden HFC som placeras på EU:s marknad [1] (men olagligt importerade HFC:er är vanligt förekommande [2]), i en dramatisk prisökning för vissa konventionella HFC [3] och i utvecklingen av nya köldmedier tillsammans med ett ökat intresse för vissa redan kända köldmedier (t.ex. R32, CO2, HC och ammoniak).

Om bara några månader, från och med den 1 januari 2020, kommer de sedan länge kända förbuden i F-gasförordningen att begränsa användningen av köldmedier med GWP på ≥2500 för service och underhåll av kylsystem med en fyllningsstorlek på 40 ton CO2-ekvivalenter eller mer, så länge det inte är regenererat eller återvunnet köldmedium (där särskilda regler gäller). Nya kylsystem som använder sådana köldmedier får inte installeras om de inte är avsedda för militärt syfte eller för att kyla produkter till temperaturer under -50 °C. Eftersom detta varit känt sedan länge (fr.o.m. 2014) har svensk kylindustri haft tillräckligt med tid för att förbereda sig på de kommande kraven och det finns också hjälpmedel tillgängliga online [4].

För den som tycker att de kommande förbuden är för hårda kan det vara värt att påminnas om att i det ursprungliga förslaget till F-gasförordningen planerades för liknande förbud fast vid en mycket tidigare tidpunkt. Bland annat planerades ett ” påfyllningsstopp” för F-gaser med GWP på ≥2150 redan från år 2015. Ett annat förslag var att redan från 2020 begränsa placeringen av nya stationära kylanläggningar som innehåller någon F-gas [5]. I jämförelse med de ursprungliga förslagen framstår den slutliga versionen av F-gasförordningen som mycket mindre restriktiv och industrin fick därmed tillräckligt med tid för att förbereda sig för den minskade användningen av traditionella HFC.

Nya köldmedier med reducerat GWP

Typiska lägre-GWP-enkomponentköldmedier med termodynamiska egenskaper som möjliggör en effektiv användning i traditionella ångkompressionssystem är listade i tabell 1 tillsammans med deras respektive kokpunkt vid normalt tryck och ASHRAE:s säkerhetsklass. Flera typiska HFC-köldmedier har lagts till som referens. Listan över köldmedier i denna kategori består av brännbara medier (inklusive HFC, HFO och HC) samt CO2. Med undantag av R1132a, ett nytt köldmedium som är lämpligt för användning i specifika applikationer vilka kräver mycket låga förångningstemperaturer, är alla dessa köldmedier kända sedan flera år och förutsättningarna för deras användning är väl studerade. Dessa medier är mestadels lämpliga för användning i system som är specifikt utformade för en viss användning; som ersättare till R134a, R404A, R507A eller R410A är deras användning begränsad till vissa applikationer på grund av termofysiska egenskaper och säkerhetsegenskaper. Många nya blandköldmedier har därför tillkommit under de senaste åren.

Tabell 1. Kokpunkt och säkerhetsklass för vanliga HFC:er och vissa lägre-GWP-medier [6]

Köldmedium Kokpunkt (vid normalt tryck), °C

ANSI/ASHRAE säkerhetsklass

R600a -11.7 A3R1234ze(E) -19.0 A2LR152a -24 A2R134a -26 A1R1234yf -29.5 A2LR717 -33.3 B2LR290 -42.1 A3R404A -46.6* A1R1270 -47.7 A3R410A -51.6* A1R32 -52 A2LR744 -78.4 A1R1132a -86.7 A2* startkokpunkt/bubbelpunkt

Köldmedieblandningar utvecklas för att erhålla specifika egenskaper hos köldmedierna. Att minska GWP-värdena men samtidigt bibehålla låg eller ingen brännbarhet är en typisk trend i den utvecklingen. Andra efterfrågade egenskaper inkluderar ökad volymetrisk köldalstring och förbättrad energieffektivitet.

Antalet nya blandningar (de som har fått ASHRAE-nummer under de senaste åren) illustreras i Figur 1. Där framgår också deras respektive GWP-värde samt kokpunkt i jämförelse med traditionella köldmedier. Det framgår att alla de nya köldmedieblandningarna kan delas in grupper, vilka representerar icke-brännbara och brännbara alternativ till R134a, R404A/R507A och R410A.

Figur 1. Nya köldmedier som kartlagts baserat på deras kokpunkt och GWP.

R404A: Icke brännbara alternativ

Elva icke-brandfarliga alternativ till R404A har utvecklats med GWP under 2500. Alla är blandningar och har olika sammansättningar och därför också olika egenskaper. Komponenterna i blandningarna har till exempel olika kokpunkter, vilket resulterar i en betydande temperaturglide för alla alternativ (från 3,3 K till 9,6 K vid normala förhållanden). Jämför man dem med R404A i den teoretiska ångkompressionscykelanalysen förväntas alla resultera i en ökad energieffektivitet

(uttryckt som köldfaktor) medan den volymetriska köldalstringen kommer att variera mellan alternativen, såsom indikeras i Figur 2. En ytterligare observation är ökningen i modellerad hetgastemperatur, som är lägst för R452A (3,8 K ökning) och högst för R407H (35,9 K ökning).

Figur 2. Modellerad köldfaktor (COP) och volymetrisk köldalstring (Qvol) för de nya icke-brännbara R404A-alternativen, relativt R404A

I den teoretiska jämförelsen som presenteras i Figur 2 antas jämförbara medeltemperaturer för köldmedierna i förångare (-35 °C) och kondensor (35 °C), en konstant volymetrisk (100%) och isentropisk (70%) verkningsgrad och 5 K överhettning och underkylning. I verklig systemdrift, när ett alternativ används som ersättning för R404A i ett befintligt kylsystem och utan systemmodifieringar (ett s.k."drop-in"-utbyte), kan driftsparametrarna skilja sig åt beroende på vilket köldmedium som valts och således även resultera i ytterligare prestandaskillnader när man jämför dem med R404A. I en fältstudie som genomfördes 2016 utvärderades R449A som alternativ till R404A i system för livsmedelskyla, och där belyses bland annat detta [7].

Till exempel, när man jämför prestanda för ett indirekt kylsystem med R404A (används för att tillhandahålla kylning vid medeltemperaturnivå) noterades en minskning av köldfaktorn (med 3,6% i genomsnitt) och köldalstring (med 12,8% i genomsnitt) efter byte till R449A [8]. Förändringarna är resultatet av flera faktorer, mest p.g.a. ändrade mekanismer i värmeväxlarna med det nya köldmediet. Detta resulterade i lägre medeltemperaturer i förångarna med R449A än med R404A för att leverera samma köldbärartemperatur. Detta beror delvis på lägre värmeöverföring vilket är typiskt för köldmedier med högre temperaturglid [9] [10] (t.ex. visades 23-43% reduktion av de lokala värmeöverföringskoefficienterna vid kokning för R449A i ett rör med microfins, i jämförelse med R404A [10]).

R404A: Brännbara alternativ

Sex brännbara alternativ till R404A har tagits fram. De flesta har ett GWP inom spannet 139-148, detta för att möta kommande förbud som begränsar användningen av köldmedier med GWP ≥150 i specifika typer av kommersiella systems. En blandning med ett något högre GWP har också tagits fram, med GWP 239 (R454A).

Även här varierar kokpunkten för de olika komponenterna vilket ger upphov till en temperaturglide för alla alternativen (från 6,8 K till 12,5 K vid normala förhållanden).

Jämfört med R404A, och baserat på den teoretiska ångkompressionscykelanalysen (med samma förhållanden som används i jämförelsen med de icke-brandfarliga alternativen) förväntas alla resultera i en ökad energieffektivitet samtidigt som den volymetriska köldalstringen minskar för köldmedierna med GWP understigande 150, Figur 3. En ökning av hetgastemperaturerna kan också förväntas (från 12-17 K).

Figur 2. Modellerad köldfaktor (COP) och volymetrisk köldalstring (Qvol) för de nya brännbara R404A-alternativen, relativt R404A

Sammanfattning

Användningen av R404A påverkas starkt av F-gasförordningen och dess förbud mot köldmedier med GWP ≥2500. Många alternativ har därför utvecklats under de senaste åren med fokus på att begränsa GWP-värdet och därmed matcha kraven i förordningen. Egenskaperna för dessa R404A-alternativ skiljer sig dock åt så valet bör göras mot bakgrund av önskade egenskaper och givna parametrar.

För ”drop-in” i befintliga system har inga helt designkompatibla alternativ identifierats och lämpligheten för ett specifikt alternativ bör således verifieras för varje system. De mest påtagliga skillnaderna mellan alternativen och R404A är en ökning av hetgastemperatur, en ökad temperaturglide och en ändring av den volymetriska köldalstringen. Den ökade köldfaktorn, som ses i en teoretisk modellering, kan förväntas minska om systemet inte är optimerat för användning med det nya köldmediet.

I de följande artiklarna kommer jag att sammanfatta information om de nya alternativen till R134a och R410A, samt diskutera vad som kan förväntas i framtiden. För mer djupgående information om R404A-alternativ och andra nya köldmedier kan jag hänvisa till min doktorsavhandling [11] som enkelt kan laddas ned från bit.ly/new_refrigerants.

Källor

[1] European Environment Agency, ”Fluorinated greenhouse gases. EEA Report No 21/2018,” Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2018.

[2] Environmental investigation agency, ”Doors wide open. Europe’s flourishing illegal trade in hydrofluorocarbons (HFCs),” London, UK, 2019.

[3] EPEE, ”EPEE F-gas industry roundtable,” 2018.[4] Allt om F-gas, ”Hjälpmedel,” 2019. [Online]. Available: alltomfgas.se/lankar-o-

material/hjalpmedel.

[5] European Parliament, ”Draft Report on the proposal for a regulation of the European Parliament and of the Council on fluorinated greenhouse gases,” 2013.

[6] ASHRAE, ANSI/ASHRAE Standard 34-2016. Design and safety classification of refrigerants, Atlanta, GA: American National Standards Institute, 2016.

[7] J. Rogstam, S. Bolteau, P. Makhnatch och R. Khodabandeh, ”Utvärdering av en potentiell R404A-ersättare. Fältprov med R449A,” Stockholm, 2016.

[8] P. Makhnatch, A. Mota-Babiloni, J. Rogstam och R. Khodabandeh, ”Retrofit of lower GWP alternative R449A into an existing R404A indirect supermarket system,” International journal of refrigeration, vol. 76, pp. 184-192, 2017.

[9] M. Azzolin, A. Berto, S. Bortolin, L. Moro och D. D. Col, ”Condensation of ternary low GWP zeotropic mixtures inside channels.,” International Journal of Refrigeration, vol. 103, pp. 77-90, 2019.

[10]

M. A. Kedzierski och D. Kang, ”Horizontal convective boiling of R448A, R449A, and R452B within a micro-fin tube,” Science and technology for the built environment, vol. 22, nr 8, pp. 1090-1103, 2016.

[11]

P. Makhnatch, ”New refrigerants for vapour compression refrigeration and heat pump systems: evaluation in a context of the requirements set by the F-gas Regulation and the Paris Agreement goals.,” Stockholm, 2019.

Vad ingår i F-gasförordningens kvot?2019-05-28Vid det här laget känner nog alla till att F-gasförordningen styr försäljningen av F-gaser inom EU genom att begränsa den totala mängd, räknat i CO2-ekvivalenter, som får säljas under ett visst år. Detta omnämns som kvot. Men är det verkligen sant? Inte riktigt, nedan förklarar vi varför.

“F-gastrappan”Med ”F-gastrappan” menar vi den gradvisa minskningen av kvantiteten fluorkolväten (HFC:er) som producenter och importörer har rätt att sätta på marknaden (Placing On the Market, POM) inom den Europeiska unionen, figur 1. Det här är således inte ett krav på att minska försäljningen av HFC:er (mätt i koldioxidekvivalenter, CO2-ekvivalenter) eller på att minska utbud och efterfrågan. POM-kvoten är också ett väldefinierat begrepp enligt F-gasförordningen.

Figur 1. POM av HFC:er (miljoner ton CO2-ekvivalenter) [12]

Sätta på marknaden (POM)Enligt F-gasförordningen innebär ”att sätta på marknaden” (POM) fluorerade gaser (F-gaser) som ”mot betalning eller gratis, tillhandahålls eller görs tillgängliga för en annan part i unionen för första gången, eller används för egen räkning om det gäller en producent”. POM omfattar även frisläppande i tullhänseende för fri omsättning i unionen [13]. F-gasförordningen sätter också en kvot, begränsning, för mängden HFC:er (observera att kvoten inte omfattar alla f-gaser) som får POM under ett visst år.Först och främst utgör POM-kvoten summan av flera komponenter, nämligen HFC-gaser som produceras i EU såväl som bulkimport (dvs. import av HFC som transporteras i gasbehållare eller gasflaskor) och, från och med 2017, import av HFC-gaser i utrustning för kylning, luftkonditionering och värmepumpsutrustning (tillsammans benämnt

RACHP-utrustning). Observera att HFC:er som finns i andra importerade produkter och utrustning inte räknas in i kvoten i POM. Om HFC exporteras ut ur EU i bulk, antingen från egen produktion eller export av tidigare importerade HFC gaser, subtraheras mängden från tillåten POM-kvot. Vissa specifika krav gäller för import och export av utrustning som innehåller fluorerade växthusgaser, vilket utreds i detalj i det nyligen uppdaterade förklaringsdokumentet som utarbetats av den Europeiska kommissionen [14]. Till exempel så redovisas inte mindre importer (<100 ton koldioxidekvivalenter per år och importör) inom POM-kvotsystemet.Flera andra kategorier av F-gaser som levererats inom EU redovisas heller inte inom POM-kvotsystemet. Figur 2 sammanfattar komponenter som ingår (+) eller undantas från det (-). HFC som levereras direkt av en producent eller en importör för användning i militär utrustning, levererad direkt till ett företag som tillverkar dosaerosoler för leverans av farmaceutiska substanser eller för vissa användningar inom halvledartillverkningsindustrin ingår t ex inte i POM-kvotsystemet. På samma sätt redovisas inte HFC:er för användning som råmaterial, eftersom det anses att de är helt konverterade från sin ursprungliga sammansättning och därför inte släpps ut i atmosfären. Inte heller destruering av EU-produktion, som förstörs innan den släpps ut på marknaden, och bulkimport för destruktion ingår i POM-kvotsystemet. Destruktion av använda gaser, som redan har varit i fri omsättning inom EU, inte subtraheras däremot inte.Fluorkolväten som återanvänds eller regenereras kan användas utan att den tilldelade POM-kvoten påverkas. Detta beror på att de inte omfattas av POM-definitionen då de inte sätts på EU-marknaden för första gången. Här betyder återanvändning ”förnyad användning av en återvunnen fluorerad växthusgas efter en grundläggande reningsprocess” medan regenerering betyder ”beredning av en återvunnen fluorerad växthusgas för att uppnå en standard motsvarande ett nyproducerat ämne, med beaktande av dess avsedda användningsområde” [13].

Figur 2. Sammanfattning av HFC:er som ingår i POM-kvoten (+) eller undantas från det (-).

Återanvändning och regenereringEnligt den senaste europeiska statistiken levererades 68% av F-gaserna för användning i “RACHP-utrusning och andra värmeöverföringsvätskor” [12]. Dessa gaser används i nyproducerad utrustning, men även vid service av befintlig utrustning och system. Med tanke på den stora mängden RACHP-system som redan är i drift finns det mycket köldmedium som kan återvinnas från dessa vid slutet av deras livslängd eller i samband med konvertering. Detta köldmedium kan sedan återanvändas efter en grundläggande reningsprocess eller en regenerering, vilket avsevärt minskar efterfrågan på nyproducerade hög-GWP-köldmedier inom POM-kvoten. På detta sätt, genom att täcka en betydande del av en efterfrågan på HFC:er med återvunnet eller regenererat köldmedium, kan en smidig övergång till låg GWP-köldmedier underlättas.Följ gärna våra publikationer och få vårt digitala nyhetsbrev. Anmäl dig genom att följa länken www.energy.kth.se/ett_news.

http://www.energy.kth.se/ett_news

Källor




material/hjalpmedel.[5] European Parliament, ”Draft Report on the proposal for a regulation of the

European Parliament and of the Council on fluorinated greenhouse gases,” 2013.[6] ASHRAE, ANSI/ASHRAE Standard 34-2016. Design and safety classification of

refrigerants, Atlanta, GA: American National Standards Institute, 2016.[7] J. Rogstam, S. Bolteau, P. Makhnatch och R. Khodabandeh, ”Utvärdering av en

potentiell R404A-ersättare. Fältprov med R449A,” Stockholm, 2016.[8] P. Makhnatch, A. Mota-Babiloni, J. Rogstam och R. Khodabandeh, ”Retrofit of lower

GWP alternative R449A into an existing R404A indirect supermarket system,” International journal of refrigeration, vol. 76, pp. 184-192, 2017.


[10] M. A. Kedzierski och D. Kang, ”Horizontal convective boiling of R448A, R449A, and R452B within a micro-fin tube,” Science and technology for the built environment, vol. 22, nr 8, pp. 1090-1103, 2016.

[11] P. Makhnatch, ”New refrigerants for vapour compression refrigeration and heat pump systems: evaluation in a context of the requirements set by the F-gas Regulation and the Paris Agreement goals.,” Stockholm, 2019.

[12] European Environment Agency, ”Fluorinated greenhouse gases 2018. Data reported by companies on the production, import, export and destruction of fluorinated greenhouse gases in the European Union, 2007-2017,” Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2018.

[13] European Commission, ”Regulation (EU) No 517/2014 on fluorinated greenhouse gases,” Official Journal of the European Union, 2014.

[14] European Commission, ”Information for importers of equipment containing fluorinated greenhouse gases on their obligations under the EU F-gas Regulation,” 2019.

[15] P. Makhnatch, R. Khodabandeh och B. Palm, ”Forskning med fokus på säker användning av brännbara köldmedier,” Kyla+Värme, vol. 4, 2018.

[16] P. Makhnatch, B. Palm och R. Khodabandeh, ”Understanding refrigerant flammability,” Kyla+Värme, vol. 4, 2015.

[17] Svenska Kyltekniska Föreningen, ”Årsmöte 2019 och efterföljande medlemsmöte under temat "Brännbara köldmedier",” mars 2019. [Online]. Available: bit.ly/KYS-BK.

[18] Svenska Kyl & Värmepumpföreningen, ”SKVP Frukostwebbinarium,” 2019. [Online]. Available: https://skvp.se/aktuellt-o-opinion/aktiviteter/skvp-frukostwebbinarium.

[19] European Parliament, ”Regulation (EC) No 1272/2008 on classification, labelling and packaging of substances and mixtures,” 2008.

[20] L. Rolfsman, ”Brännbara köldmedier,” Svenska Kyltekniska Föreningen medlemsmöte, Stockholm, 2019.

[21] M. Blomkvist, ”Brandfarliga Köldmedium,” Svenska Kyltekniska Föreningen, Stockholm, 2019.

[22] Sveriges Riksdag, ”Lag (2010:1011) om brandfarliga och explosiva varor,” 2010.[23] J. Lande, ”Brandfarliga köldmedier,” Svenska Kyl & Värmepumpföreningens,

Stockholm, 2019.[24] M. Pavel, B. Palm och R. Khodabandeh, ”Standarder och deras roll i kylindustrin,”

Kyla & Värmepumpar, vol. 07, 2017.[25] N. Merrett, ”Expansion of hydrocarbon use dealt blow by IEC vote,” RAC Magazine,

18 April 2019. [Online]. Available: bit.ly/IEC_vote.[26] S. Devotta, S. Gopichand och V. Pendyala, ”Assessment of HFCs, fluorinated ethers

and amine as alternatives to CFC12,” International journal of refrigeration, pp. 84-90, 1993.

[27] G. Myhre, D. Shindell och F.-M. Bréon, ”Anthropogenic and natural radiative forcing. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.,” Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA., 2013.

[28] European Environment Agency, ”Data reported by companies on the production, import, export and destruction of fluorinated greenhouse gases in the European Union, 2007-2017,” 2018.

[29] UNEP Technology and Economic Assessment Panel, ”Update XXVI/9 Task Force Report. Additional information on alternatives to ozone-depleting substances.,” 2015.

[30] ASHRAE, ”ANSI/ASHRAE Standard 34-2016 Designation and Safety Classification of Refrigerants,” 2016.

[31] E. Lemmon, M. Huber och M. McLinden, ”NIST standard reference database 23: reference fluid thermodynamic and transport properties (REFPROP).,” Phys. Chem. Prop, 2013.

Materialkompatibilitet och nya köldmedier2019-02Konventionella hög-GWP-köldmedier byts ut och nya köldmedier och köldmedieblandningar introduceras ständigt. Vissa av dessa nya köldmedier föreslås dessutom ersätta köldmedier i redan befintliga system. Frågan är då huruvida dessa nya köldmedier är kompatibla med material som används för komponenter i ett kylsystem. Ett antal studier har utvärderat nya köldmedier som alternativ till traditionella och konventionella köldmedier. I sådana studier utvärderas köldmedierna mot ett antal kriterier, såsom deras miljöpåverkan och variation i termofysikaliska egenskaper. Andra viktiga kriterier är kemisk stabilitet och kompatibilitet med material som är i kontakt med köldmedierna i ett system. I den här artikeln tar vi en titt på metoder som används för att utvärdera materialkompatibilitet samt belyser några nyligen genomförda studier som utvärderar just kompatibilitet av olika material med några nya köldmedier.

Metoder som används för att utvärdera materialkompatibilitetDen standardiserade metoden för provning av olika material som används inom kylsystem beskrivs i ASHRAE/ANSI 97 Standard “Sealed glass tube method to test the chemical stability of materials for use within refrigerant systems” [1]. Standarden, som utvecklades med stöd och godkännande av American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers (ASHRAE), ses som ett accelererat screeningverktyg som kan ge värdefull insikt om systemmaterialets kemiska stabilitet.I verkliga kylsystem utsätts olika material för köldmedier under långa tidsperioder och under varierande temperaturer och tryck. Standarden föreslår ett tillvägagångssätt för att påskynda samverkan mellan material, köldmedier och oljor genom att åldra köldmedier och material i förseglade rör under fastställda temperaturer och över viss tidsperiod. Rören, som generellt är gjorda av ett borosilikatglas, förses med olika material och köldmedium och förseglas för att sedan testas.Medan temperaturen och tiden bestäms av experimentet används ofta ett typiskt temperaturintervall på 100-200 ° C. Ett exempel på typiskt använd tidsperiod, som används för smörjstabilitetstest, är 14 dagar, även om perioder upp till ett år eller längre har rapporterats.Det sista steget i testproceduren är att analysera resultatet av åldrandet. Analysen innehåller ofta en visuell inspektion där rörets innehåll inspekteras och analyseras

visuellt. Andra antagna analysmetoder som ofta utförs innefattar bland andra gaskromatografi och masspektroskopi.Eftersom metoden med förseglade glasrör undersöker kompatibiliteten hos material och köldmedier som åldras under statiska förhållanden saknas det inslag av yttre påkänningar som mekanisk vibration, köldmedierörelse, som sannolikt återfinns i ett verkligt system under drift. För en mer realistisk utvärdering kan materialets kompatibilitet utvärderas på en komponent- eller på en systemnivå.

Kompatibilitet med nya köldmedierNågra oberoende studier som utvärderar materialkompatibilitet med nya köldmedier har rapporterats. Studierna är inriktade på en materialkompatibilitetsutvärdering av R1234yf och R1234ze(E), som förutom att användas i ren form, är en typisk komponent i många nya köldmedieblandningar. En undersökning av köldmedium R1233zd(E), som används i centrifugalkylare och lågtemperaturs Organiska Rankine Cykel-system har också rapporterats.En omfattande studie har gjorts av Air-Conditioning, Heating and Refrigeration Institute (AHRI) i ett forskningsprojekt som genomfördes i två faser. Den första fasen av projektet har varit inriktad på termisk och kemisk stabilitet hos låg-GWP-köldmedier med smörjmedel [2]. Köldmedierna R1234ze(E), R1234yf och 50/50 R32/R1234yf har analyserats i kombination med två olika oljor, polyolester (POE) och polyvinyleter (PVE), samt en uppsättning av föroreningar (luft, vatten, luft och vatten). Resultaten har jämförts mot kontrollprover och även med referensköldmedierna R134a och R410A. Köldmedienedbrytningen indikerades genom detektion av fluoridjoner efter åldring av köldmedierna. Det visades att små men detekterbara koncentrationer av fluoridjoner kunde observeras i prover med R1234yf (inklusive R32/R1234yf-blandning) och R1234ze(E), medan inga fluoridjoner detekterades i prover med R134a och R410A. R1234ze(E) visade sig generellt mer stabilt än R1234yf och R1234yf/R32-blandningen under förutsättningarna för studien.Närvaron av luft och vatten har visat sig ha en negativ effekt på stabiliteten hos HFO-köldmedier, särskilt för R1234yf och R1234yf/R32 blandningen. Detta skiljer sig från fallet med R134a och R410A där ingen nedbrytning upptäcktes ens i närvaro av luft och vatten. Figur 1 visar en jämförelse av köldmedier åldrade med oljan PVE 32-A vid låg fuktighet med och utan luft, och det finns även resultat från andra tester i rapporten [2]. Studien är alltså en bekräftelse på att de testade HFO köldmedierna kan brytas ner i närvaro av luft och/eller vatten. Detta antyder att ytterligare tester krävs för att förstå potentiella risker med användning av HFO-köldmedier. .

Figur 1. Jämförelse fluoridjonskoncentrationen i köldmedier åldrade med PVE 32-A-olja vid låg fuktighet (24 ppm vatten) [2]. Fluoridjonskoncentrationen är ett mått på sönderdelningen av köldmediet. Projektet har fortsatt med en andra fas som har undersökt materialkompatibiliteten hos låg-GWP-köldmedier tillsammans med material som används vid konstruktion av typiska kylsystem [3]. Materialkompatibilitetsstudien har genomförts med R1234yf, R1234ze(E) samt deras trekomponentblandning med R32. En uppsättning av material som användes i analysen bestod av olika typer av elastomerer, polymerer och andra material och listade i projektrapporten. Medan bekymmer har rapporterats avseende materialkompatibiliteten hos de analyserade köldmedierna med specifika elastomerer, packningar och polymerer, antydde resultaten att många vanligt använda tätnings- och strukturpolymermaterial är troligt lämpliga för användning med R1234yf och R1234ze(E) även om interaktioner mellan esterbaserade material och R1234ze(E) kräver ytterligare tester. För kritiska tätningsmaterial rekommenderades det emellertid att utföra direkta jämförelser mellan köldmedier, eftersom det ansågs att olika bedömningskriterier kan tillämpas av andra aktörer än de som presenteras i studien. För mer specifika resultat från analysen hänvisar vi till projektrapporten [3] eller dess sammanfattning publicerad i konferenshandlingen [4].

Figur 2. Förslutet glasrörstest exempel. Vänster - före exponering. Höger - efter exponering.Den senaste undersökningen avseende materialkompatibilitet finns sammanfattad i den nyare publikationen som redovisar materialkompatibilitet mellan polymerer och R1234yf, R1234ze(E) och R1233zd(E) samt R134a och R245fa, som används som referens. Dessutom analyseras R1234yf- och R1234ze(E)-blandningar med R134a (R450A respektive R513A) [5]. I publikationen diskuterar författarna olika mekanismer för fluid-polymer-interaktion som kan uppstå i ett kylsystem. Förutom en uppsättning kemiska processer diskuterades också effekter från fysiska mekanismer.Studien ger sålunda värdefull information för förståelse av de processer som påverkar köldmediernas kompatibilitet med olika material. Till exempel sägs polariteten hos köldmediemolekylen har ha en stor betydelse. Således är det elektriska dipolmomentet hos R1234yf nästan två gånger större än hos R1234ze(E). Detta trots samma atomer i

båda köldmedierna. Skillnaden är ett resultat av deras olika strukturer. R1234yf har en koldubbelbindning med alla fluoratomer belägna på ena sidan, jämfört med R1234ze(E) för vilket fluoratomer finns på båda sidor av koldubbelbindningen, Figur 2. Därför kan en skillnad i materialkompatibilitet mellan de båda köldmedierna förväntas.

R1234yf R1234ze(E)

Figure 2. Structural formula of R1234yf and R1234ze(E)

Tabell 1 presenterar resultaten av materialkompatibilitetsstudien för två kompositioner av fluorgummi (FKM, t.ex. viton), två kompositioner av eten-propylendiengummi (EPDM), kloroprengummi (CR, t.ex neopren), nitrilbutadiengummi (NBR), polytetrafluoreten (PTFE, t.ex. teflon) och polypropen (PP). Inverkan av olika fluid-polymerers interaktionsmekanismer undersöks också.När det gäller R1234yf, R1234ze(E), R450A och R513A har inga signifikanta skillnader i deras materialkompatibilitetsegenskaper jämfört med R134a identifierats. R1233zd(E) visar emellertid signifikant olika materialkompatibilitetsegenskaper jämfört med R245fa (se tabell 1), trots att det ibland föreslås som dess drop-in-alternativ [6].

Tabell 1. Kompatibilitet hos undersökta polymerer och köldmedier [5]

SammanfattningKompatibiliteten av material med köldmedier är en viktig egenskap som gör att ett kylsystem kan fungera under lång tid. Ett misslyckande i att uppfylla kraven på

materialkompatibilitet kan leda till sönderfall av t.ex. packningar, vilket i sin tur kan leda till exempelvis köldmedieläckage och elektriska kortslutningar och därmed utgör en säkerhetsrisk. Den kemiska sammansättningen av nya köldmedier skiljer sig från varandra och från konventionella HFC-köldmedier. Därför kan skillnader i materialkompatibilitetsegenskaper förväntas. Ofta kan bara en liten skillnad observeras och det hindrar inte att nya köldmedier används istället för de konventionella. I vissa fall är den observerade skillnaden i kompatibilitet signifikant. Det är därför nödvändigt att bekräfta materialkompatibiliteten hos nya köldmedier innan de används i gamla kylsystem.Följ gärna våra publikationer och få vårt digitala nyhetsbrev. Anmäl dig genom att följa länken www.energy.kth.se/ett_news .

Källor:[1] American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., ANSI/ASHRAE standard 97-2007. Sealed glass tube method to test the chemical stability of materials for use within refrigerant systems. Atlanta, GA, 2007.[2] N. Dung, R. W. Clark, and D. R. Hurst, “AHRTI Report No. 09004-01,” 2012.[3] J. A. Majurin, E. Sorenson, S. J. Staats, W. Gilles, and S. A. Kujak, “AHRI Report #08007.” 2014.[4] J. Majurin, S. J. Staats, E. Sorenson, and W. Gilles, “Material compatibility of HVAC&R system materials with low global warming potential refrigerants,” Sci. Technol. Built Environ., vol. 21, no. 5, pp. 491–501, Jul. 2015.[5] S. Eyerer, P. Eyerer, M. Eicheldinger, B. Tübke, C. Wieland, and H. Spliethoff, “Theoretical analysis and experimental investigation of material compatibility between refrigerants and polymers,” Energy, vol. 163, pp. 782–799, Nov. 2018.[6] J. Yang, Z. Sun, B. Yu, and J. Chen, “Experimental comparison and optimization guidance of R1233zd(E) as a drop-in replacement to R245fa for organic Rankine cycle application,” Appl. Therm. Eng., vol. 141, pp. 10–19, Aug. 2018.


Brännbara köldmedier2019-03

De som följer utvecklingen inom kylvärlden är förmodligen medvetna om att de flesta framtida köldmedier är brännbara, och att dessa gradvis kommer att dominera marknaden. Vad innebär en sådan övergång och hur vi ska förbereda oss för den?

Brännbara köldmedier har varit i fokus för vår diskussion här i tidningen. Vi har till exempel diskuterat pågående forskning med fokus på säker användning av brännbara köldmedier för ett år sedan [15], och täckt olika aspekter av brännbarhet i en annan artikel, för några år sedan [16]. Frågan om brännbarhet av köldmedier är viktig och ofta återkommande i våra artiklar.Denna artikel är baserad på de presentationer som nyligen hölls av Lennart Rolfsman (Rolfsman Consulting AB, Rise) och Mats Blomkvist (Incert) under ett medlemsmöte på temat "Brännbara köldmedier" samt av Johan Landé (Kylma) som har deltagit i Svenska Kyl & Värmepumpföreningens (SKVP) frukostwebbinarium under temat "Brännbara köldmedier - Vad innebär de för branschen?". Samtliga presentationer är tillgängliga för alla och publiceras på Svenska Kyltekniska Föreningens hemsida [17] respektive på SKVPs hemsida [18]. Den senare är även tillgänglig som en videoinspelning på Youtube.

Vi har inte för avsikt eller möjlighet att här upprepa allt vad som presenterades under de båda tillfällena, så vi lyfter fram utvalda ämnen men rekommenderar alla att ta del av de ovan nämnda presentationer.

Vad är ett brännbart köldmedium?Olika regler gäller för användning av olika brännbara köldmedier, så det är viktigt att veta hur köldmedier klassificeras med avseende på deras brännbarhetsegenskaper. Enligt standarder för köldmedieklassificering är de indelade i fyra klasser baserat på deras brännbarhetsegenskaper: 1 (ej brännbart, t.ex. R134a, CO2), 2L ("lätt" brännbart, t.ex. R32, R1234ze(E), ammoniak), 2 (brännbart, t.ex. R152a) och 3 ("mycket" brännbart, t.ex. propan, isobutan).Den så kallade "CLP-förordningen" [19] delar emellertid upp brännbara gaser (inklusive köldmedier) i två kategorier (1 och 2, kodade som H220 och H221) baserat på deras brännbarhetsgränser. Olika regler bygger på olika standarder och det kan exempelvis hända att R1234ze(E) är klassificerat som brännbart enligt ASHRAE 34-standarden (A2L-kategori) och som en icke-brännbar gas enligt "CLP-förordningen".

Riskbedömning vid användning av brännbart köldmedium ”Ett brännbart köldmedium är en risk, därför skall en riskbedömning alltid göras”, påpekade Lennart Rolfsman i sin presentation. Därför bör utgångspunkten vara: Kan ett läckage ge en gaskoncentration som kan antändas? Finns det någon tändkälla? Om ja ,vad kan göras för att minska/eliminera den möjligheten? Sådan riskbedömning skall täcka hela livstiden: igångkörning, drift, underhåll och avveckling [20].

Detta ämne togs även upp av Mats Blomkvist, som var överens med Lennart Rolfsman om behov av riskanalys. Han redogjorde bland annat för de krav som säger att riskbedömningen ska dokumenteras och utföras av någon som har lämplig utbildning och kunskap [21]. Kraven ställs av Arbetsmiljöverket och det påpekas också att det är anläggningsägaren som ansvarar för att riskbedömning görs.

Relevanta föreskrifterRegler för brännbara köldmedier är många och etablerade på nationell, regional och internationell nivå. Frågan om regler och kontroll av användningen av brännbara köldmedier behandlades i alla de tre refererade presentationerna. Mats Blomqvist nämnde att, enlig Lagen (2010:1011) om brandfarliga och explosiva varor [22], krävs tillstånd för de som yrkesmässigt eller i större mängd hanterar brandfarliga varor. Han påpekade även att det finns undantag från tillståndsplikt för hanteringen av brännbara köldmedier i ett eller flera sammankopplade enhetsaggregat, om köldmediets totala vikt är mindre än 30 kg.

Johan Landé nämnde några av de vanligaste föreskrifterna som hör till 2010:1011, bland dessa: [23]:SFS 2010:1075 – Förordning om brandfarliga och explosiva varorMSBFS 2013:3 – Tillstånd till hantering av brandfarliga gaser och vätskorSÄIFS 1998:7 – Brandfarlig gas i lösa behållareSÄIFS 2000:4 – Cisterner och rörledningar för brandfarlig gasSÄIFS 2000:2 – Hantering av brandfarliga vätskorMSBFS 2014:5 – Cisterner och rörledningar för brandfarliga vätskorSÄIFS 1996:2 – Hantering av brandfarliga gaser och vätskor på försäljningsställenSRVFS 2004:7 – Om explosionsfarlig miljö – brandfarliga gaser och vätskor

Standarder och deras roll i kylindustrin har tidigare diskuterats av oss [24]. Exempel på relevanta standarder för kylutrustning i EU är EN 378: 2016 (Kyl- och värmeutrustning – Säkerhetskrav och miljökrav) och en serie IEC EN 60335 standarder (IEC EN 60335-2-24, 60335-2-40, 60335-2-89) som ställer krav på elektriska hushållsapparater och liknande bruksföremål. Till exempel är den nuvarande reviderade IEC EN 60335-2-89 av stor betydelse för kommersiell kyla. Detta beror på dess reviderade versionen förväntades öka den tillåtna fyllnadsmängd för propan (och andra Clas 3 köldmedier) i kommersiell kyla till 500 g (från dagens 150 g) vilket möjliggör utveckling av ett bredare spektrum av kommersiella kylsystem. Emellertid har detta förslag inte stödets i den senaste röstningen [25], och därför kommer ingen sådan ökning att tillåtas enligt standarden inom en nära framtid. Även om denna revision sannolikt kommer att överklagas, är resultatet av framtida röst fortfarande osäkert och gränsen på 150 g finns fortfarande för den utrustning som omfattas av IEC EN 60335-2-89.

Möjligheter och utmaningar med brännbara köldmedierJohan Landé sammanfattade de möjligheter och utmaningar finns med användningen av brännbara köldmedier. Köldmedier med goda termodynamiska egenskaper och låga GWP finns i en lista över de brännbara köldmedier. Vissa av dem (t.ex. kolväten) har lågt och förutsägbart pris, vilket är fördelaktigt i jämförelse med HFC:er. Med tanke på att lättnader av begränsningar för fyllnadsmängd verkar sannolika kommer användningen av brännbara köldmedier växa.

Samtidigt försvårar ett otydligt regelverk och otydlig lagstiftning implementeringen av brännbara köldmedier. Det finns också en rädsla inom branschen för att hantera brännbara medier, men det beror främst på att personalen är ovan med sådana köldmedier. Brist på arbetskraft, kompetens och utbildningsställen noterades också av Johan, så även i de andra nämnda presentationer. Slutligen finns också en utmaning i att brännbara köldmedier inte kan implementeras direkt i den befintliga HFC-utrustningen utan grundlig kontroll av att regelverket för brännbara medier uppfylls, vilket därigenom ytterligare fördröjer övergången.

Ytterligare anmärkningarDet fanns många ytterligare ämnen som behandlades under presentationerna. Lennart har till exempel noterat de uppnådda resultaten i det nuvarande arbetet inom det europeiska kommissionsmandatet M/555 angående användningen av brännbara köldmedier i kyl-, luftkonditionering och värmepumputrustning. Mats nämnde bland annat flera kontroller som är nödvändiga att efterleva vid användning av brännbara köldmedier. Johan diskuterade också kraven i EN378 när det gäller användningen av brännbara köldmedier. Alla presentationer är mycket relevanta för dem som planerar att arbeta med brännbara köldmedier, dvs. för de flesta företrädare för kylindustrin.

Följ gärna våra publikationer och få vårt digitala nyhetsbrev. Anmäl dig genom att följa länken www.energy.kth.se/ett_news. Källor






















[21] M. Blomkvist, ”Brandfarliga Köldmedium,” Svenska Kyltekniska Föreningen, Stockholm, 2019.

[22] Sveriges Riksdag, ”Lag (2010:1011) om brandfarliga och explosiva varor,” 2010.[23] J. Lande, ”Brandfarliga köldmedier,” Svenska Kyl & Värmepumpföreningens,










Icke-brännbara alternativ till R134a2019-01

R134a är ett av de hög-GWP köldmedium som är på väg att ersättas. Även om det finns flera tänkbara alternativ är många låg-GWP-köldmedier något brännbara. I den här artikeln tittar vi på icke-brännbara köldmedier med lägre GWP vilka kan fungera som alternativ till R134a.

R134a som en rådande HFC

R134a är ett köldmedium som har använts som en icke ozonnedbrytande ersättare till R12 (ett syntetiskt CFC-köldmedium vilket introducerats 1931 och som använts i bl a små hushållskylskåp och i luftkonditioneringsanläggningar under många år). När utfasningen av R12 skedde var R134a inte det enda alternativet som övervägdes. I en utvärdering av alternativ till R12 visade sig exempelvis R152a ha högre COP- och kylkapacitet [26]. I den artikeln, som har publicerats i International Journal of Refrigeration år 1993, anger författarna också att: "enligt många jämförande analyser, inklusive den av de nuvarande författarna, anses HFC134a vara det bästa tänkbara substitutet för CFC12, men problemet med att ett alternativ tycks inte ha lösts helt mot bakgrund av den eventuella internationella konventionen om ämnen som bidrar till den globala uppvärmningen". Nu, 25 år efter publiceringen av den nämnda artikeln, finns ett globalt internationellt avtal för att minska användningen av R134a och andra fluorerade gaser (Kigalitillägget till Montreal-protokollet). Detta eftersom R134a, av alla hydrofluorkolvätena (HFC:er), blev en av de största bidragarna till den globala uppvärmningen [27].

R134a är fortfarande ett populärt köldmedium i olika tillämpningar. Enligt den nyligen offentliggjorda statistiken var HFC (85%) en stor del av EU:s totala tillförsel av fluorerade gaser år 2017, varav R134a är det dominerande köldmedium (40,8 tusen ton levererat), se figur 1 [28]. På global nivå domineras produktionen av HFC-ämnen av R134a (223 tusen ton), varav 123 tusen ton produceras i utvecklingsländer [29].

a) Andelen av olika gasgrupper i F-gas- tillförseln

b) Andelen av olika köldmedier i HFC-gas- tillförseln

Figur 1. EU:s totala utbud av fluorerade gaser (ton) [28].

Översikt över icke-brännbara R134a alternativ

Bland de olika gångbara kandidaterna för att ersätta R134a är naturliga köldmedier antingen brännbara (t.ex. isobutan) eller medför höga tryck (CO2). Av de rena syntetiska köldmedierna används R1234yf, R1234ze(E) och R152a som alternativ till R134a. Deras tillämplighet är dock begränsad på grund av deras brännbarhetsegenskaper.

Dessutom ses HFC/HFO-blandningar som tekniskt möjliga substitut. De föreslagna blandningarna innehåller brännbart HFO (R1234yf eller R1234ze) och R134a i proportioner som tillåter blandningen att definieras som ASHRAE-brännbarhetsklass 1 (ett), dvs utan flamspridning när det testas vid 60 °C och 101,3 kPa [30]. Även små mängder R32 används i blandningar. Det har också förekommit blandningar som innehåller R152a (R512A och R516A) men de är klassificerade som brännbara och kommer inte att inkluderas här.

R450A, R456A, R513A och R513B är icke brännbara alternativ till R134a som nyligen har kommersialiserats som köldmedier för att ersätta R134a. R450A är en blandning av R134a med R1234ze(E), medan de andra alternativen är blandningar av R134a och R1234yf, i olika kompositioner. Dessutom innehåller R456A en liten del av R32 som märkbart påverkar dess temperaturglide. Sålunda är temperaturgliden för R456A vid 1 atm 4,8 K, jämfört med 0,6 K för R450A och avsaknad av glide för R513A/B.

Med hänvisning till sammansättningen av analyserade köldmedier, tabell 1, kan man notera att de flesta alternativen har mycket olika sammansättning, med undantag för R513A/B. Med hänsyn till sammansättningstoleranser enligt standarden [30] är sammansättningarna av R513A och R513B mycket lika.

Alla diskuterade köldmedieblandningar har lägre GWP än R134a. GWP-värdena för köldmedier anges i tabell 1 som GWP AR4-värden (motsvarar värdena som används i F-gasförordningen) och GWP AR5-värden (som är nyare värden [27]). Bland alternativen ger R513B den största minskningen i GWP-värde jämfört med R134a (58%.) Ytterligare GWP-minskning är alltså för närvarande bara möjligt vid användning av de brännbara R134a alternativen.

Tabell 1. Data- och säkerhetsklassificeringar för köldmediumblandningarKöldmedium

Sammansättning, vikt%

Sammansättningstoleranser, vikt%

Kokpunkt vid 1 atm, °C

GWP AR4

GWP AR5

R134a Ren -26.3 1430

1300

R450A R134a/1234ze(E) (42.0/58.0)

±2.0/±2.0 -23.4 till -22.8

605 547

R456A R32/134a/1234ze(E)(6.0/45.0/49.0)

±1.0/±1.0/±1.0 -30.4 till -24.6

687 626

R513A R1234yf/134a (56.0/44.0)

±1.0/±1.0 -29.2 631 572

R513B R1234yf/134a (58.5/41.5)

±0.5/±0.5 -29.2 596 540

Alternativens teoretiska prestandaTeoretiska ångkompressionscykelsimuleringar har utförts för alla köldmedierna i Tabell 1 med användning av data för köldmediets egenskaper från REFPROP 9.1 [31]. Resultaten som presenteras i tabell 2 har beräknas enligt följande antaganden: köldmedier jämförs för -5 °C medelförångningstemperatur och 30 °C medelkondenseringstemperatur; 70% kompressorverkningsgrad vid kompression; inga volymetriska kompressionsförluster; 7 °C underkylning och 10.5 °C överhettning.

Tabell 2. Teoretisk jämförelse av R134a med dess icke-brännbara alternativ.R134a R450A R456A R513A R513B

Hetgastemperatur, °C 55.4 51.9 56.1 49.9 49.7Volymetrisk köldalstring, kJ m-3 1977 1720 2128 1967 1967Köldfaktor, - 4,80 4,81 4,79 4,78 4,78 Beräkningsresultaten, som visas i tabell 2, visar att R450A teoretiskt kan vara lite energieffektivare än R134a, medan resten har obetydligt lägre energieffektivitet. Volymetriskt köldalstringsvärde ger indikationer på den förväntade kylkapacitetsändringen vid användning av alternativa köldmedier. Sålunda reduceras kylkapaciteten hos ett system som använder R450A, jämfört med samma system med R134a, medan för R513A/B kan endast en mindre minskning förväntas. En märkbar 7,1% kapacitetsförbättring kan förväntas vid R456A. Slutligen innebär de undersökta alternativen inga begränsningar i samband med variation hetgastemperatur.

Sammanfattning

R134a är en av de stora bidragsgivarna till den globala uppvärmningen sett till alla HFC-köldmedier och den används fortfarande i hög utsträckning. För att uppfylla kraven för HFC-avveckling i F-gasförordningen är det nödvändigt att minska dess användning. Medan de låga GWP-alternativen redan implementeras i tillämpningar där användning av brännbara köldmedier accepteras, finns det en efterfrågan på icke brännbara alternativ till R134a med reducerade GWP-värden. Sådana alternativ representeras av en uppsättning av köldmedieblandningar med varierande egenskaper.

Av de föreslagna alternativen motsvarar R513A och R513B närmare R134a med hänsyn till deras förväntade prestanda och egenskaper. R450A kan ge en liten teoretisk förbättring av COP, medan R456A tillåter större köldalstring per volymsenhet och därmed ökas den förväntade kylkapaciteten vid byte från R134a till R450A i ett givet system.

I en av de följande artiklarna ska vi återkomma till detta ämne och ge en mer djupgående analys av några icke-brännbara köldmedieblandningar, liksom de

experimentella resultaten av deras implementeringar som ”drop-in” ersättning till R134a i ett litet kylsystem.

Följ gärna våra publikationer och få vårt digitala nyhetsbrev. Anmäl dig genom att följa länken bit.ly/kth_ett.

Referenser





















[21] M. Blomkvist, ”Brandfarliga Köldmedium,” Svenska Kyltekniska Föreningen,

Stockholm, 2019.[22] Sveriges Riksdag, ”Lag (2010:1011) om brandfarliga och explosiva varor,” 2010.[23] J. Lande, ”Brandfarliga köldmedier,” Svenska Kyl & Värmepumpföreningens,










Utvecklingen på köldmediefronten under året som gåttPublicerad 2019-01-03När vi kommit till den sista publikationen för året brukar vi traditionellt blicka tillbaka på det som hänt under året, med fokus på övergången till nya miljövänliga köldmedier. Här följer en sammanfattning av det vi tycker var viktigt under 2018.Köldmedier, tillgänglighet och priserStändigt stigande priser för konventionella köldmedier med hög GWP var en av de stora diskussionspunkterna under 2017. Under 2018 var dessutom tillgången på köldmedier ett bekymmer. Bilden bekräftas i en nyligen genomförd studie där majoriteten av de europeiska representanterna för kylindustrin uppger att man har upplevt en minskning

av tillgången på konventionella HFC-köldmedier, 50% av de tillfrågade upplevde detta som ett problem gällande R134a och 60% och mer gällande R507A, R410A och R404A [1].Enligt annan data har priserna på hög-GWP-köldmedier fortsatt att öka under detta år, med undantag för R404A, för vilket priset nådde sin kulmen under första kvartalet i år. När det gäller R410A, R407A och R134a har prisökningen fortsatt under de två första kvartalen 2018, men med en långsammare takt. Detta är den senaste tillgängliga statistiken vi har, men enligt Per Bertland, VD för Beijer Ref (Europas ledande kylgrossist), förväntas priserna vara stabila under de kommande månaderna [2].Om man tittar på priser omräknat i euro per ton CO2-ekvivalenter, kan en större klyfta mellan R404A och R134a/R410A observeras, vilket tyder på att prisökningarna av R134a/R410A har varit större än för R404A. Detta beror sannolikt på de begränsningar som fastställs i EU:s F-gasförordning, som förbjuder användningen av nytillverkat R404A i merparten av den installerade utrustningen från och med 2020. Därför kommer också efterfrågan på detta köldmedium att minskas eftersom lagring av detta köldmedium blir onödigt.

Figur 1. Utvecklingen av inköpspriser för de vanligaste HFC-köldmedierna på OEM-nivå [3]Det finns också en statistik gällande prisinformation för utvalda köldmedier med GWP på 675 och lägre. Uppgifterna är baserade på uppgifter från några få företag. Av de redovisade köldmedierna varierar priset för R32, R450A och R513A mest. Man kan se att priset för R32 minskar, medan priserna för R450A och R513A klart ökar. Detta beror troligen på prisutvecklingen på R134a, vilket utgör nästan hälften av R513A och R450A.

Figur 2. Trend för inköpspriser på service-nivå för olika alternativa köldmedier [3]Nya köldmedierTakten med vilken nya köldmedier introduceras av kemiföretagen har saktat ned under året och i stället var företagen mestadels inriktade på kommersialisering av redan utvecklade köldmedier. Detta är resultatet av det tidigare genomförda arbetet med identifiering av nya låg-GWP-köldmedier där ett begränsat antal ämnen identifierats som tänkbara köldmediealternativ eller, ofta, som en komponent i en köldmedieblandning.Ett antal av de nyligen kommersialiserade (eller snart kommersialiserade) rena köldmedierna och köldmedieblandningarna listas i Tabell 1 och presenteras i Figur 3. Listan kan förlängas ytterligare med ett fåtal icke brännbara lågtrycksköldmedier som främst används i vätskekylare med stora turbokompressorer och högtemperaturvärmepumpar (R1336mzz(Z), R1233zd(E) och R1224yd(Z)), samt med de utvecklade blandningarna innehållande R1132.Som man kan se, anses endast ett fåtal syntetiska köldmedier (R1234yf, R1234ze(E), R152aoch R32) kunna användas som alternativ till befintliga HFC-köldmedier med höga GWP. Samtidigt så kan de inte betraktas som drop-in ersättare eftersom de är brännbara och har andra egenskaper som förändrar förutsättningarna.I listan över föreslagna köldmedier, har ett köldmedium fått en ökad uppmärksamhet under 2018, nämligen köldmedium R466A. R466A är en icke brännbar (A1) blandning av R32, R125 och R13I1 (CF3I − trifluoroiodomethane) med ett GWP på under 733 och som ses som en ersättning för R410A, för vilken inget annat icke brännbart låg GWP köldmedium har föreslagits. Även om R466A verkar lovande som R410A- alternativ, har det inte studerats tillräckligt ännu och det finns fortfarande osäkerhet om dess långsiktiga kemiska stabilitet och materialkompatibilitet under förhållandena i kylcykeln [4].

Figur 3. De vanligaste köldmedierna som används i olika applikationer (GWP kontra densitet (tryck) i de viktigaste köldmediegrupperna) [5]Tabell 1. Möjliga alternativ till konventionella hög-GWP köldmedier

ASHRAE beteckning

Sammansättning GWP AR4 (AR5)

Säkerhetsgrupp

Koktemperatur [°C]

Temperaturglide @ 1 bar [K]

R134a : GWP 1430 (1300)R450A R1234ze(E)/134a 604

(547)A1 -24 1

R456A R32/1234ze(E)/134a 687 (627)

A1 -30 5

R513A R1234yf/134a 631 (573)

A1 -30 0

R513B R1234yf/134a 596 (540)

A1 -29 0

R515A R1234ze(E)/227ea 293 (299)

A1 -19 0

R444A R32/152a/1234ze(E) 92 (89) A2L -34 10R516A R1234yf/152a/134a 142

(131)A2L -29 0

R152a - 124 (138)

A2 -24 0

R1234yf - 4 (<1) A2L -30 0R1234ze(E) - 7 (<1) A2L -19 0R404A/R507A : GWP 3922 (3943)/ 3985 (3985)R22/R407C: GWP 1810 (1760)/ 1774 (1624)R448A R32/125/1234yf/1234ze(E)/

134a1387 (1273)

A1 -46 6

R449A R32/125/1234yf/134a 1397 A1 -46 6

(1282)R449B R32/125/1234yf/134a 1412

(1296)A1 -46 6

R460B R32/125/1234ze(E)/134a 1352 (1242)

A1 -45 8

R452A R32/125/1234yf 2140 (1945)

A1 -47 4

R452C R32/125/1234yf 2220 (2019)

A1 -48 3

R460A R32/125/1234ze(E)/134a 2103 (1911)

A1 -45 7

R449C R32/125/1234yf/134a 1251 (1146)

A1 -44 6

R444B R-32/152a/1234ze(E) 303 (302)

A2L -45 10

R454A R32/1234yf 239 (238)

A2L -48 6

- R32/1234yf/152a 251 (251)

A2L -47 6

R454C R32/1234yf 148 (146)

A2L -46 8

R455A R32/1234yf/CO2 148 (146)

A2L -52 13

R457A R32/1234yf/152a 139 (139)

A2L -43 7

R459B R32/1234yf/1234ze(E) 144 (143)

A2L -44 8

R465A R32/1234yf/290 145 (143)

A2 -52 12

R410A : GWP 2088 (1924)R32 - 675

(677)A2L -52 0

R452B R32/125/1234yf 698 (676)

A2L -51 1

R454B R32/1234yf 466 (467)

A2L -51 1

R459A R32/1234yf/1234ze(E) 460 (461)

A2L -50 2

R463A R32/125/1234yf/134a/CO2 1494 (1377)

A1 -59 12

R466A R32/125/13I1 733 (696)

A1 -52 1

Naturligtvis kan naturligt förekommande ämnen, till exempel kolväten, CO2 och ammoniak, användas som köldmedier i många traditionella tillämpningar, där hög-GWP-HFC:er används nuförtiden. Vår diskussion om dessa köldmedier har sammanfattats i en tidigare Kyla & Värme-artikel under detta år [6].Medan konventionella hög-GWP-köldmedier var icke brännbara köldmedier utan eller med försumbar temperaturglide, har framtida köldmedier flera egenskaper som bör beaktas vid hantering av dem. Att arbeta med sådana köldmedier, liksom för att ordentligt kunna konvertera befintliga system med nya köldmedier, krävs en välutbildad personal , vilket är en bristvara idag. Enligt den senaste statistiken från Industrifakta AB, som nyligen presenterades av Per Jonasson [7], är det enligt 92% av de tillfrågade företagen "mycket svårt" att rekrytera nya tekniker, jämfört med 35% år 2012, Figur 4.

Figur 4. Halvårsundersökning där svenska kyl-, luftkonditionerings- och värmepumpsentreprenörer tillfrågas om hur svårt de har att rekrytera rätt kompetens till sina företag. Figuren visar situationen för servicetekniker. Källa: Industrifakta AB och Svenska Kyl & Värmepumpföreningen.BrännbarhetSom framgår av tabell 1 är många av de föreslagna alternativen med låg GWP något brännbara, med undantag för CO2 och vissa rena köldmedier som lämpar sig för applikationer med låga ångtryck (t ex hög temperatur värmepumpar). Eftersom det finns vissa risker förknippade med användningen av brännbara köldmedier har ett antal forskningsaktiviteter pågått under 2018 för att hantera dessa risker.Ett exempel är Life front-projektet, ett EU-finansierat projekt som syftar till att undanröja hinder förknippade med standarder för brännbara köldmedier i kyl-, luftkonditionerings- och värmepumpstillämpningar [8]. Life front-projektet syftar till att öka "tillgången på lämpliga alternativ" i dessa applikationer, genom att förbättra systemets utformning för att hantera risker och uppmuntra användningen av klimatvänliga alternativ till fluorerade gaser.Ett delresultat från projektet publicerades i den senaste rapporten "inverkan av standarder för kolväten som köldmedier i Europa" vilken undersöker den nuvarande användningen av kolväten och utvärderar effekterna av standarder för det framtida antagandet av utrustning som använder dessa köldmedier [9]. Rapporten ger en översyn av befintliga säkerhetsstandarder, presenterar resultaten från en undersökning av intressenter som för närvarande arbetar med kolväten, samt undersöker riskreducerande åtgärder som kan göra det möjligt att öka fyllnadsmängden för kolväten.Medan rapporten handlar om brännbarhet hos alla brännbara köldmedier, ligger ett visst fokus på kolväten. Samtidigt har vi ett antal köldmedier som för närvarande används, och som anses kunna fortsätta användas i framtiden, vilka är brännbara syntetiska köldmedier med brännbarhetsklass 2 och 2L.En viktig risk vid användning av brännbara syntetiska köldmedier är sannolikheten för bildandet av fluorvätesyra (HF). HF kan bildas när köldmedier som innehåller fluor utsätts för öppen flamma eller extremt varma ytor. Detta gäller för alla F-gaser, oavsett

om de är klassade som brännbara (ASHRAE-klass 2L, 2 eller 3) eller inte (ASHRAE-klass 1). Skillnaden är att brännbara köldmedier kan antändas och brinna på egen hand när det finns en antändningskälla och sålunda är sannolikheten för att HF-gaser genereras mycket större för dessa än för icke brännbara medier. Till följd av detta kan en enskild person eller en servicetekniker utsättas för farlig HF även efter att en eventuell brand är helt släckt [10].Kolväten, även om de är mer brännbara, bildar ingen HF vid förbränning. På grund av deras höga brännbarhet är dock den tillåtna fyllnadsmängden begränsad genom ett antal standarder. Exempelvis använder EN 378, ISO 5149 och EN 60335-2-40 en formel (1) för att fastställa den gräns för fyllnadsmängd som tillämpas på brännbara köldmedier för luftkonditioneringsapparater, värmepumpar och avfuktare under "komfortförhållanden”.

Där:mmax - Tillåten maximal fyllnadsmängd i kg;LFL - Lägre brännbar gräns i kg m-3

h0 - höjd faktor (0.6, 1.0, 1.8 eller 2.0, beroende på monteringsplatsen för utrustningen)A – rumsyta i m2

I rapporten som nämns ovan [9] hävdas att formeln (1) bygger på ett antal orealistiska antaganden och att metoden för fastställande av högsta tillåtna fyllnadsmängd för brännbart köldmedium därför måste omvärderas. En ökning av fyllnadsmängden är möjlig vid framtida revideringar av standarder och kan till exempel ingå i produktstandarden IEC 60335-2-89 i dess 2019-utgåva, där begränsningen av fyllnadsmängden för kolväten i kommersiell kylutrustning planeras höjas till cirka 500 g (från dagens 150g) och ännu större för brännbara köldmedier med lägre LFL.EnergieffektivitetGenom att använda energi mer effektivt kan invånarna i Europa sänka sina energiräkningar, minska sitt beroende av olje och gasimport samt bidra till att skydda miljön [11]. Vid utbyte av konventionella hög-GWP-köldmedier kan energieffektiviteten i en ny eller eftermonterad utrustning förbättras, förbli på samma nivå eller ibland försämras. Detta beror på kombinationen av flera faktorer, inklusive skillnaden i de termodynamiska- och transportegenskaperna mellan köldmedier eller förändrade cykler i ny utrustning. Till exempel kan en tillverkare, för att minska fyllnadsmängden av ett brännbart köldmedium, välja mindre värmeväxlare vilket kan orsaka högre temperaturskillnader och därmed försämra COP.Användningen av köldmedier med låga GWP-värden kommer i slutändan att minska utsläppen av växthusgaser från kylsystem. Större delen av växthusgasutsläppen från kylsystem är emellertid indirekta utsläpp, det vill säga de som härrör från elenergin som konsumeras av ett kylsystem. Även om detta är känt sedan länge så har under 2018 det indirekta bidraget från kyl- och värmepumpsystem till global uppvärmning åter blivit ett allmänt diskuterat ämne. Med tanke på den pågående globala uppvärmningen och den ökade medvetenheten om klimatförändringen är det troligt att indirekta utsläpp från kylsystem kommer att adresseras genom att förbättra systemens energieffektivitet. Vid val av köldmedium är dock energieffektiviteten en mycket viktig faktor.Olaglig handel med köldmedierTill följd av de ökade köldmediepriserna och bristande tillgänglighet har den illegala handeln med hög-GWP-köldmedier blivit en allvarlig fråga under 2018. Medvetenheten om den olagliga handeln kom ursprungligen för några år sedan när det sades att omkring 10 miljoner ton koldioxidekvivalenter (MT CO2e) importerades illegalt till EU 2015 [12]. Om det stämmer motsvarar det 5% av F-gaskvoten 2015, vilken totalt var 183,1 MT CO2e.Mycket har hänt sedan 2015 och, inte minst, vad beträffar köldmediepriserna. Detta har i sin tur lett till att den illegala handeln och stöld av konventionella köldmedier (R404A, R410A, R507A och R134a) växt och utvecklats till en angelägen fråga för branschen. Fler än 80% av medlemsorganisationerna inom AREA, den europeiska paraplyorganisationen för entreprenörer inom kyl- och värmepumpsbranschen har

uppgett att man är medveten om att det förekommer olaglig handel med R404A, R410A och R134a [13].Även om den olagliga handeln påverkar genomförandet av F-gasförordningen och hindrar att miljömål uppnås, finns det också en risk för att olagligt importerat köldmedium kan påverka utrustningens tillförlitlighet och, viktigast, installatörers och användares hälsa och säkerhet, förutom att det bidrar till fortsatta utsläpp av F-gaser.SammanfattningUnder 2018 har vi märkt att sökandet efter nya köldmedier som kan användas som alternativ till R404A och R134a har mattats av. I stället ges fokus åt att förbättra säker användning av redan identifierade köldmedier, minska illegal import, förbättra energieffektiviteten i systemen och ge utbildning till personer som kommer att behöva arbeta med övergången till nya miljövänliga köldmedier. Även om övergången till nya köldmedier just har börjat vet vi nu mer om vad som gäller i framtiden. Vi hörs år 2019.Följ gärna våra publikationer och prenumerera på vårt digitala nyhetsbrev. Anmäl dig genom att följa länken www.energy.kth.se/ett_news.Källor[1] AREA, "Installers increasingly aware of illegal trade of refrigerants," AREA. The Voice of

European Refrigeration, Air Conditioning and Heat Pump Contractors., Oct 2018. [Online]. Available: http://area-eur.be/news/installers-increasingly-aware-illegal-trade-refrigerants. [Accessed Nov 2018].

[2] Cooling post, "Refrigerant prices expected to stabilise," Okt 2018. [Online]. Available: www.coolingpost.com/world-news/refrigerant-prices-expected-to-stabilise/.

[3] Öko Recherche, "Excerpt for participants: Monitoring of refrigerant prices against the background of Regulation (EU) No 517/2014," 2018.

[4] Bitzer, "Refrigerant report 20," 2018.[5] Danfoss, "Köldmedier med lågt GWP-värde," 2018.[6] P. Makhnatch, R. Khodabandeh and B. Palm, "Naturliga köldmedier diskuterades under

Gustav Lorentzen-konferensen," Kyla&Värme, vol. 05, 2018.[7] P. Jonasson, "The new F-gas regulation challenges RACHP business on multiple

fronts," Official journal of Centro Studi Galileo (CSG) and European Energy Centre (EEC), pp. 58-60, 2018.

[8] Life Front, "About Us," Life Front, 2017. [Online]. Available: lifefront.eu/about-us/. [Accessed Nov 2018].

[9] Life front, "Impact of standards on hydrocarbon refrigerants in Europe. Market research report," 2018.

[10]

B. P. Sunderland, "Seven burning questions about mildly-flammable refrigerants," Heat pumping technologies magazine, vol. 36, 2018 2018.

[11]

European comission, "Energy Efficiency," 2018. [Online]. Available: https://ec.europa.eu/energy/en/topics/energy-efficiency.

[12]

Cooling post, "10m tonnes of illegal F-gas enters Europe," 01 May 2016. [Online]. Available: www.coolingpost.com/world-news/over-10m-tonnes-of-illegal-f-gas-enters-europe/. [Accessed 2018].

[13]

AREA, "Survey on availability & supply of refrigerants," 2018.

Documents

· Web viewDenna artikel är den första i en serie artiklar som sammanfattar vissa slutsatser som erhållits under projektets tid och rapporterats i avhandlingen. Den här artikeln