|
TORNA ALLA PAGINA INIZIALE CENTRO STUDI GALILEO |
NUOVI REFRIGERANTI A BASSO GWP ALTERNATIVI AL R404A
NELLA REFRIGERAZIONE COMMERCIALE
B. Minor -
DuPont Fluoroproducts USA
J. Gerstel -
DuPont Fluoroproducts Germany
R-404A stato lo standard industriale globale HFC per la refrigerazione commerciale, nei piccoli e grandi sistemi. A causa dellelevato potenziale di riscaldamento globale del R-404A (AR4 100 year GWP = 3922), in crescita linteresse ad identificare refrigeranti alternativi a basso GWP che possano avere le prestazioni del R-404A. Il nuovo refrigerante a basso GWP HFO-1234yf (100 year GWP = 4) stato dimostrato che pu essere utilizzato come componente in miscele formulate per avere le prestazioni del R-404A riducendo il GWP. Due diversi approcci sono allo studio. Il primo sviluppare lalternativa al R-404A a minor GWP possibile (GWP ~1400),mantenendo la noninfiammabilit. Ci preferibile per i grandi impianti dei supermercati e per i retrofit dei sistemi esistenti a R-404A in zone nelle quali devoro essere utilizzati refrigeranti non infiammabili. Il secondo approccio di indirizzarci al pi basso GWP possibile (e.g. ~250),ma con una moderata infiammabilit che corrisponda alla classificazione ASHRAE A2L.Questa soluzione potrebbe essere adatta a nuovi sistemi, nei quali un leggero grado di infiammabilit pu essere permesso, con piccole cariche di refrigeranti e sulla base di procedure e standards industriali. Questi due approcci saranno valutati mediante lanalisi del ciclo termodinamico e tramite test sperimentali in un freezer autonomo ad R-404A ed in ununit di condensazione split. Diversi parametri saranno misurati confrontandoli con dati base ad R-404A, inclusi il consumo energetico, pressioni, temperature e flusso di massa.
INTRODUZIONE
Due refrigeranti candidati sono stati sviluppati con prestazioni simili al R-404A. Il primo, DR-7 ha un GWP di circa 250, circa il 94% inferiore al R-404A. E moderatamente infiammabile (ASTM E681-04 2004) e pertanto ci possono essere alcune limitazioni alluso in sistemi con grandi cariche di gas. DR-33 formulato per essere non infiammabile (ASTM E681-04 2004 e ASHRAE Std 34-2010 2010), con un GWP di circa 1400, cio il 65% inferiore al R-404A. Il suo GWP anche inferiore a quello di altre alternative al R-404A come R-407A (36% inferiore) e R-407F (23% inferiore). Le prestazioni di entrambi i refrigeranti sono state valutate in freezer autonomi e recentemente DR-33 stato testato in ununit di condensazione split, entrambi progettati per R-404A.
PROPRIET TERMODINAMICHE E PRESTAZIONI
Un confronto delle propriet termofisiche di DR-7 e DR-33 confrontate al R-404A sono mostrate in Tabella 1 sotto. I punti di ebollizione sono molto simili e i punti critici di DR7 e DR-33 sono pi alti del R-404A. Anche le pressioni di vapore Le densit di DR-7 e R-33 sono leggermente pi basse del R-404A e ci riduce il flusso di massa. Per valutare la prestazione termodinamica di raffreddamento, il ciclo stato adattato per confrontare DR-7 e DR-33 vs. R-404A. Le condizioni sono state scelte per confrontare le condizioni di un sistema in un freezer testato ad una temperatura ambiente di 32 C: Temp. Evaporatore = -26C, Temp. Condensatore = 43 C, Sottoraffreddamento = 14K, Temp. Aspirazione = -4 C ed efficienza isoentropica compressore = 75%. I risultati sono mostrati nella Tabella 2.
DR-7 e DR-33 mostrano entrambi pressioni e rapporti di compressione simili al R-404A. Hanno entrambi pi elevati glide di temperatura del R-404A, ma i glide sono paragonabili a quelli di altri refrigeranti commerciali attualmente in uso. Per esempio, R-407C, che usato con successo da molti anni, con queste condizioni ha un glide di temperatura of 4,8K. Le temperature di scarico compressore sono anchesse pi alte del R-404A; tuttavia, la capacit di raffreddamento e lefficienza energetica sono molto vicine al R-404A.
TEST SU FREEZER (MONOBLOCCO)
Al fine di misurare le prestazioni di DR-7 e DR-33 in un sistema, stato selezionato un freezer, completamente monitorato e posto in una camera climatica a temperatura costante. Il freezer ununit da 1,5 m
3 doppia porta, progettato per R-404A, con una carica di refrigerante di 1,15 kg. Esso ha un compressore alternativo che usa olio estere di poliolo (POE) 32 centistokes. I parametri del test sono stati selezionati in conformit e pi vicini possibile alle normative AHAM Standard HRF-1-2008 Energy and Internal Volume of Refrigerating Appliances (AHAM 2008). Non stato possibile usare ANSI/ASHRAE Standard 72 poich il sistema non prevedeva lapertura e la chiusura delle porte del freezer durante il test. Il freezer controllato con due valvole di espansione termostatiche (TXVs). Il freezer vuoto (per AHAM HRF-1-2008) era posto in una camera a temperatura costante e completamente monitorato con temperature (T), pressioni (P), flusso di massa (M) e misurazioni di energia (W). Anche se lumidit non era richiesta da controllare nella camera (per Standard Section 5.3.2), i tests sono stati ripetuti tre volte in ogni condizione e per ogni refrigerante, per assicurare risultati riproducibili in modo che le variazioni di umidit non avessero impatto sui risultati. I tests sono stati condotti con tre condizioni ambientali: a 32 C richiesti dallo standard ed anche a 24C e 21C. Dapprima sono stati rilevati i dati di base con R-404A alle tre condizioni ambientali. Ad ogni condizione, il surriscaldamento in uscita dallevaporatore era controllato tramite la regolazione della TXV a 3-4K. Il surriscaldamento allevaporatore era calcolato tramite la pressione di aspirazione e la temperatura rilevata alluscita dellevaporatore. La temperatura media interna del freezer (lettura media di quattro termocoppie (poste nel compartimento del freezer) era controllata a -17 C. Il compressore era impostato per mantenere questa regolazione di temperatura. Le temperature e le pressioni sono state riportate come media solo quando il compressore era in funzione. Dopo il test, R404A stato sostituito con DR-7, e quindi DR-33. In ogni test, il sistema stato flussato per rimuovere il lubrificante e quindi una nuova carica dello stesso tipo di olio POE stata aggiunta al sistema. Nessun altra modifica stata fatta al sistema, eccettuata la regolazione del surriscaldamento dellevaporatore con la TXV per avere le stesse condizioni di surriscaldamento del R-404A. Per entrambi i refrigeranti candidati, la TXVs stata chiusa di un giro. I risultati delle prove di stato stazionario sono mostrati in Tabella 3.
I risultati sperimentali nel freezer mostrano che DR-7 e DR-33 hanno prestazioni simili a quelle del R-404A, ed entrambi mostrano che lefficienza energetica migliora alle alte temperature ambiente. DR-7 consuma l8% in meno di energia ad una Temp. ambiente di 32 C e DR-33 il 4% in meno. A basse temp. ambiente, DR-7 mostra ancora 3-5% di miglioramento di efficienza, mentre DR-33 equivalente al R-404A. Il flusso di massa era leggermente pi basso e la temperatura di scarico leggermente pi alta. Tuttavia le temperature di scarico erano ancora sufficientemente basse da non richiedere liniezione di liquido, che normalmente necessaria a temperature maggiori di 125 C. I surriscaldamenti allevaporatore ed i rapporti di compressione per entrambi i refrigeranti erano anche simili al R-404A.
TEST SU BANCO FRIGO CON UNIT DI CONDENSAZIONE ESTERNA
Per confrontare le prestazioni di un sistema a DR-33 con un sistema a R-404A, stato scelto un banco frigorifero aperto da 2,5m con condensazione esterna. In entrambi i casi il sistema stato completamente monitorato e piazzato in due camere a temperatura costante, lunit di condensazione in una camera esterna ed il banco frigo in una camera interna. Il banco aperto stato completamente riempito, per simulare la presenza di cibo. Lintero sistema, progettato per R-404A, stato caricato con 3,8kg di gas, e la carica di DR-33 aggiustata leggermente basandosi sulla densit del liquido. Lunit di condensazione ha un compressore alternativo che usa lubrificante estere di poliolo (POE) 32 centistokes. Il test stato selezionato per essere conforme alle norme ASHRAE Standard 72-2005. Le prove sono state condotte a due temperature ambienti per la camera esterna, 35 C e 28 C e sempre a 24 C per la camera interna. I dati di riferimento con R-404A sono stati rilevati alle due condizioni ambiente ed a condizioni di bassa e media temperatura. Dopo il test, R404A stato sostituito con DR-33. In ogni test, il sistema stato flussato per rimuovere il lubrificante ed stata aggiunta una nuova carica dello stesso tipo di olio POE. Nessun altra modifica stata fatta al sistema, eccetto la regolazione del surriscaldamento allevaporatore con la TXV, per ottenere le condizioni di surriscaldamento del R-404A. Per il DR-33 la TXVs stata chiusa di 1,6 giri. I risultati di stato stazionario sono mostrati per le condizioni LT nella Tabella 4.1 and le condizioni MT nella Tabella 4.2.
I risultati sperimentali per lunit con condensazione esterna mostrano che DR-33 ha prestazioni simili al R-404A in condizioni di bassa (LT) e media (BT) temperatura, con miglioramento, per entrambi i gas, dellefficienza energetica, specialmente alle alte temperature ambiente. I risultati dei test mostrano che DR-33 consuma 3-4% di energia in meno in bassa temperatura e 8-12% in media temperatura. La pressione di aspirazione era in entrambi i casi simile al R-404A e la pressione di scarico, per entrambe le condizioni, pi bassa. Il flusso di massa era leggermente pi basso e la temperatura di scarico leggermente pi alta. Tuttavia, le temperature di scarico del DR-33 erano sufficientemente basse da non richiedere liniezione di liquido, che solitamente necessaria per temperature superiori a 125 C. I surriscaldamenti allevaporatore ed i rapporti di compressione erano anchessi simili a quelli con R-404A.
CONCLUSIONI
Sono stati sviluppati due nuovi refrigeranti a basso GWP che possono potenzialmente sostituire R-404A nella refrigerazione commerciale. Il primo, DR-7 ha un GWP di circa 250, cio il 94% pi basso del R-404A. Emoderatamente infiammabile (2L) e pertanto pu avere alcune limitazioni nelluso in grandi sistemi con alte cariche di refrigerante come negli impianti dei supermercati. Tuttavia, pu essere adatto in sistemi a singola unit di condensazione e piccole unit singole di refrigerazione e freezer.DR-33 formulato per essere non-infiammabile, con un GWP di circa 1400, cio circa il 65% pi basso del R-404A. E adatto a grandi sistemi di refrigerazione ed altri impieghi in unit di refrigerazione dove luso di refrigeranti infiammabili non consigliato, o vietato. E anche potenzialmente un refrigerante da retrofit. Le prestazioni di entrambi i refrigeranti sono state valutate in freezer monoblocco e il DR-33 in un banco frigo con unit di condensazione split (esterna), originariamente progettata per R-404A. La sola modifica al sistema stata la regolazione della TXV, per ottenere un equivalente surriscaldamento allevaporatore. Complessivamente, il consumo energetico per entrambi i refrigeranti almeno equivalente al R-404A, mentre altri parametri prestazionali sono simili. Nel freezer monoblocco, ad elevate temp. ambiente, DR-33 e DR-7 mostrano 4% e 8% di consumo energetico in meno rispettivamente. I risultati dei test per lunit di condensazione esterna con DR-33 mostrano 3% in meno di energia consumata in bassa temp. e perfino 8-12% di miglioramento vs. R-404A alle condizioni di media temp. Luso di questi due refrigeranti a basso GWP pu effettivamente ridurre impatto ambientale dei sistemi di refrigerazione permettendo la transizione dal R-404A con minimi cambiamenti al sistema.