Nya möjligheter för R32

skriven av Pavel Makhnatch (under handledning av Rahmatollah Khodabandeh och Björn Palm)

Publicerad 2015-06-20

R32 är ett köldmedium som har varit känt i många år. På senare tid har det använts som en komponent i olika blandningar bland annat i R410A, men som ett rent medium har det inte använts förrän nyligen. Som många andra köldmedier har R32 gynnsamma och ogynnsamma ämnesegenskaper. De gynnsamma termodynamiska egenskaperna leder till energieffektiva och kompakta enheter med mindre volym och storlek; men köldmediet är brandfarligt och bildar giftig vätefluorid vid förbränning. I den här artikeln kommer vi att diskutera R32 och dess eventuella plats i den framtida listan av aktuella köldmedier.

R32

R32 (Difluormetan, HFC32, Metylen difluorid) är ett enkomponentköldmedium med ett kritiskt tryck av 53,8 bar, kritisk temperatur 78,4 ° C och normal kokpunkt -51,65 ° C. Det finns ganska mycket information om detta köldmedium speciellt från 90 talet när ersättning av ozonnedbrytande köldmedier var i fokus. I blandning med R125, har R32 använts för att ersätta ozonnedbrytande R22 i små luftkonditioneringssystem och värmepumpar. Med tanke på att R32 har bättre termodynamiska egenskaper än R125, får blandningen sämre ämnesegenskaper men lägre brännbarhet än R32. 50/50% blandning av R32 och R125 är känd som R410A och har blivit ett populärt köldmedium som ofta används nuförtiden.

R32 och F-gas förordningen

Den senaste F-gas förordningen kräver kraftig minskning av köldmedier med hög växthuseffekt (GWP). R410A är en stark växthusgas med ett GWP-värde av 2088. Ett antal ersättningsköldmedier för R410A med lägre GWP-värde har föreslagits av olika tillverkare, men samtliga är brandfarliga (tabell 1)

Tabell 1 – Lista över köldmediekandidater med låga GWP värden [1]

Köldmediebeteckning

Köldmediesammansättning

(Mass%)

Klassificering / förväntad klassificering

GWP100

(uppskattat)

ARM-70a

R-32/R-134a/R-1234yf

(50/10/40)

A2L

482

D2Y60

R-32/R-1234yf

(40/60)

A2L

272

DR-5

R-32/R-1234yf

(72.5/27.5)

A2L

490

HPR1D

R-32/R-744/R-1234ze(E)

(60/6/34)

A2L

407

L41a

R-32/R-1234yf/R-1234ze(E)

(73/15/12)

A2L

494

L41b

R-32/R-1234ze(E)

(73/27)

A2L

494

R-32/R-134a

R-32/R-134a

(95/5)

A2L

713

R-32/R-152a

R-32/R-152a

(95/5)

A2L

647

R32

R32

100

A2L

675

Medan många av de föreslagna köldmedierna har potentialen att ersätta R410A, är R32 det mest undersökta. Det har ett GWP-värde av 675, vilket är 1/3 av värdet för R410A. Dess termodynamiska och transportegenskaper är väl kända och dess ångtryck är nära det för R410A.
Brandfarligheten är den begränsande faktorn när det gäller en storskalig användning av R32. Med tanke på kraven i F-gasförordningen och frånvaron av väl fungerande ersättningsköldmedier är det sannolikt att vi får lära oss hantera brännbarhetsproblematiken med R32 på något sätt!

Brännbarheten för R32

Enligt EU: s regler (the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS)), klassas R32 som en mycket brandfarlig gas (brandfarlighet kategori 1) beroende på att det är brännbart i ett koncentrationsintervall större än 12% (14volyms% till 33 volyms% [2][3]. I motsats till denna definition tillhör R32 klass A2L enligt ASHRAEs Standard 34 beroende på låg förbränningshastighet och det leder till förvirring angående brandfarligheten för R32.. Oavsett vilken standard som används, med båda klassificeringarna, är R32 brandfarlig och såsom fallet är med många andra HFC köldmedier bildas farlig vätefluorid vid förbränning. Emellertid är händelsen osannolikt, eftersom en stor mängd köldmedium krävs för antändning i atmosfären.

Den aktuella europeiska EN378 standarden om säkerhets- och miljökrav i kylsystem och värmepumpar erkänner inte A2L enligt ASHRAEs klassificering och därmed klassificeras R32 under brandfarlighetsklass A2. Enligt standarden definieras tre lokalklasser: publika lokaler, lokaler som är begränsat tillgängliga (”supervised”) och lokaler med tillträde enbart för auktoriserad personal. Likaså definieras tre förläggningar av kylsystemen (t.ex. placering helt i en öppen lokal eller i ett icke överakat maskinrum) för såväl direkta som indirekta system. Som exempel, för beräkning av den maximalt tillåtna köldmediemängden för AC-system och värmepumpar används följande formel:

mmax=2.5 x LFL5/4 x h0 x A1/2

mmax: Högst tillåtna köldmedieuppfyllningen I ett rum (kg)

LFL: Nedre gränsen för brännbarhet i kg/m3 (LFL för R32 = 0.306 kg/m3);

h0: Anläggningens installationshöjd i m;

A: Rummets area i m2;

Således, till exempel, för en takmonterad inomhusenhet placerad i ett rum med måtten 7m x 4m är den högsta tillåtna köldmediefyllningen för R32 2.5 x 0.3065/4 x 2.2 x (7x4)1/2 = 6.62 kg, vilket är ganska mycket köldmedium och det beror på det höga LFL värdet för R32.

Kraven är inte desamma för andra applikationer och därför hänvisar vi läsaren till texten i EN378 standarden för en mer komplett kravlista för andra applikationer. Sist men inte minst, bör påpekas att det ställs krav på kylteknikers kompetens för att kunna få hantera R32 eftersom det räknas som brandfarlig köldmedium.

Ämnesegenskaper för R32
Prestandadata för R32 är allmänt tillgänglig från flera källor.. Generellt betecknas R32 som ett "överlägset" köldmedium och det är därför det används som en komponent i nästan alla låg- GWP ersättningsblandningar [1] [4] [5].
Termodynamiska egenskaper visas i tabell 2.

Tabell 2 – Termodynamiska egenskaper för R410A och R32 vid förångning och kondensation [5]

Parameter

Enhet

R410A

 

R32

 

Temperatur

°C

44

10

44

10

Mättningstryck

kPa

2653

1081

2729

1107

Ångbildningsvärme

kJ kg-1

151.7

209.9

226.7

298.9

Specifik värmekapacitet (vätska)

kJ kg-1 K-1

1.89

1.57

2.25

1.80

Specifik värmekapacitet (ånga)

kJ kg-1 K-1

1.94

1.23

2.07

1.34

Värmeledningstal (vätska)

mW m-1 K-1

75.1

98.1

105.1

136.4

Värmeledningstal (ånga)

mW m-1 K-1

18.7

13.6

21.4

15.3

Jämfört med R410A, har R32 generellt högre värden för ångbildningsvärme, specifikt värmekapacitet för både vätska och ånga samt högre värmeledningstal och det ger möjlighet att bygga ett mer effektivt och kompakt kylsystem, jämfört med R410A.
Mot bakgrund av gynnsamma ämnesdata, samt goda energiprestanda och lägre GWP-värden och brännbarhetsaspekten har ett antal komponenttillverkare introducerat olika kylutrustningskomponenter för R32-systemet.

R32- anläggningar på marknaden
Daikin var det första företaget att lansera R32-baserade luftkonditioneringsanläggningar på marknaden i november 2012.Dessa säljs nu i ca 30 länder [6]. Förutom denna produkt finns rykte att Daikin håller på att lansera R32 värmepumpar under namnet "Neo Cute" som är tänkt att konkurrera med ”EcoCute” serien som är populära CO2 fyllda värmepumpar i Japan [7].

Figur 1- karakteristik av olika alternativa köldmedier (för bostäder och kommersiella luftkonditioneringar) [6]

Andra tillverkare, däribland Mitsubishi, Panasonic och andra har aviserat introduktion av R32-luftkonditioneringsanläggningar med tillhörande komponenter, men de är fortfarande under utveckling eller endast tillgängliga på utvalda marknader.

R32 kan betraktas som en ersättare för R410A om brännbarheten kan hanteras. Andra blandningar med HFO köldmedier har inte studerats tillräckligt väl och har enligt vissa bedömare inga betydande fördelar med beaktande av deras GWP-värden och högre kostnader. Dessa köldmedier kan eventuellt lite längre fram i tiden och efter ytterligare forskning, finna sina nischapplikationer där de kan ge ytterligare sänkningar av GWP-värdena.

Den största nackdelen med R32 är dess brandfarlighet. Även om den är en begränsande faktor som kräver extra uppmärksamhet i olika skeden av konstruktion, installation, underhåll och användning av en kylanläggning; kan det åtgärdas genom lämplig utformning och strikta rutiner.

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

Citerade arbeten

[1]

X. Wang and K. Amrane, "AHRI low Global Warming Potential alternative refrigerants evaluation program (Low-GWP AREP) - summary of phase I testing results," in 15th International Refrigeration and Air Conditioning Conference, Purdue, 2014.

[2]

European Commission, "Regulation (EC) No 1272/2008 on classification, labeling and packaging of substances and mixtures," Official Journal of the European Union, 2008.

[3]

BOC, "Safety data sheet. Difluoromethane (R 32)," 11 05 2011. [Online]. Available: bit.ly/R32_safety.

[4]

ACR jounal, "Introduction to R32," 12 March 2015. [Online]. Available: bit.ly/CPDR32.

[5]

X. Xu and Y. Hwang, "Performance comparison of R410A and R32 in vapor injection cycles," International Journal of Refrigeration, vol. 36, no. 3, p. 892–903, 2013.

[6]

Daikin group, "Taking the next-generation refrigerant R32 around the world," 2014. [Online]. Available: bit.ly/daikin_R32.

[7]

Cooling Post, "Daikin to introduce R32 heat pump," 26 Jan 2015. [Online]. Available: bit.ly/R32_heatpump.

Nyheter

Titel Datum
Utvecklingen på köldmediefronten under året som gått 2019‑01‑03
Köldmedier med lågt GWP: tidigare och pågående projekt 2018‑12‑03
Miljövänliga kylsystem behövs för att mildra klimatförändringen 2018‑09‑28
Naturliga köldmedier diskuterades under Gustav Lorentzen-konferensen 2018‑08‑14
Forskning med fokus på säker användning av brännbara köldmedier 2018‑07‑11
Höjdpunkter från ICCC 2018 - om hållbarhet och den obrutna kylkedjan 2018‑04‑30
Effekterna av F-gasförordningen oroar värmepumpsindustrin 2018‑04‑30
F-gasförordningens kvoter är på plats – men är vi på väg att uppfylla målen? 2018‑02‑08
Utvecklingen på köldmediefronten under året som gått 2018‑02‑07
F-gaser: vet vi vilka de är? 2018‑02‑07
Utsläppen av fluorerade gaser och deras utsläppsminskning 2018‑01‑09
Tio icke-brännbara alternativ till R404A 2017‑08‑24
Köldmedier: den aktuella utvecklingen 2017‑08‑22
Framtiden för R404A och andra köldmedier med höga GWP-värden när priserna stiger 2017‑08‑09
Köldmedier: vad förväntas i framtiden 2017‑06‑15
Standarder och deras roll i kylindustrin 2017‑02‑07
Detta hände på köldmediefronten under året som gått 2017‑01‑27
Miljövänliga köldmedier för framtiden 2017‑01‑27
Ett alternativ för att ersätta R404A i små kylsystem 2016‑11‑14
Senaste nytt från ”Gustav Lorentzen Natural Working Fluids Conference” i Edinburgh UK 2016‑11‑13
Möjligheter och utmaningar för R152a. Del 2. 2016‑11‑12
Möjligheter och utmaningar för R152a. Del 1 2016‑11‑12
Miljöindikatorer TEWI och LCCP 2016‑06‑02
Källor för köldmediers termodynamiska egenskaper 2016‑03‑23
Några frågor från våra läsare 2016‑03‑18
Utvecklingen på köldmediefronten under året som gått 2016‑03‑18
Potentiella faror med ”TriFluorättiksyra” (TFA) 2015‑11‑01
Senaste nytt om köldmedier med låg växthuseffekt från ”IIR International Congress of Refrigeration” 2015‑11‑01
Något om HFO köldmedier 2015‑10‑31
Något om köldmediers brännbarhet 2015‑06‑22
Nya möjligheter för R32 2015‑06‑20
Guiden till guider om F-gasförordningen 2015‑04‑21
Kort om R1234ze 2015‑04‑21
Vilka köldmedier ersätter R404A? 2014‑10‑22
R1336mzz-Z – ett nytt högtemperaturköldmedium med bra egenskaper 2014‑09‑21
Köldmedier med låg GWP för högtemperaturvärmepumpar 2014‑09‑21
Säkerhet av nya låg GWP köldmedier 2014‑09‑05
Vilket mått ska vi använda för köldmediernas klimatpåverkan? 2014‑04‑16
Något om hur GWP-värden bestäms 2014‑04‑23
Nya F-gasförordningen, ännu ett steg närmare beslut! 2014‑02‑02
Utvecklingen på köldmediefronten det senaste året 2014‑02‑02
Att definera "Låg GWP" 2013‑11‑04
Vilket köldmedium ersätter R410A? 2013‑11‑03
Nya möjligheter för naturliga köldmedier 2013‑10‑31
Sökandet efter nya köldmedier fortsätter! 2013‑10‑30
Osäker framtid för fluorerade köldmedier 2013‑10‑29
Senaste nytt om mobilkyla 2013‑10‑28
Är R1234yf framtidens köldmedium för mobilkyla? 2013‑10‑26
Miljö mätmetoder för utvärdering av kylsystem drift 2013‑10‑25
Låga GWP alternativa köldmedier i värmepumpar 2013‑10‑25
Mercedes-Benz önskar att fortsätta att använda utprovade och testade R-134a köldmedium i personbilar 2012‑09‑28
Stabilitet och kompatibilitet av HFO-köldmedier 2012‑08‑07
Förfalskade köldmedier blir allt vanligare 2012‑07‑16
Europeiska Kommissionen fastställer nya tidsfristen: tillverkare kan fortsätta att använda det gamla 2012‑05‑18
Sverige accelererar övergången till HFC alternativen 2012‑05‑10
Köldmedium effekt på systemprestanda 2012‑05‑08
Välkomna 2012‑03‑30