Vilka köldmedier ersätter R404A?

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

Publicerad 2014-10-22

Den artikel har publicerats i KYLA+ Värmepumpar #7 2014

Nu är det full fart på diskussionerna kring nya F-gasförordningen inför den kommande implementeringen den 1 januari 2015. Som framkom i förra numret av kyla, har Svenska Kyl & Värmepumpföreningen initierat sex arbetsgrupper för att ta reda på hur förordningen kommer att påverka kyl och värmepumpindustrin i Sverige. Vid en genomgång av förordningen kan man konstatera att från 2020 får stationära system med köldmedier med GWP-värden över 2500 inte längre får säljas (med vissa undantag) [1]. Dessutom kommer användning av sådana köldmedier för service och underhåll av kyl och värmepump system med en fyllnadsmängd på 40 ton CO2- ekvivalenter eller mer att förbjudas från och med samma dag [1].

R404A är ett populärt köldmedium som ofta används i butikskylsystem. En nackdel är att det har högt GWP och det kommer därför att vara bland de HFC-köldmedier som först kommer att behöva ersättas. Efterfrågan på köldmedier med låg GWP för butikskyla växer därför. Kylsystemtillverkare och användare söker alternativa köldmedier som ersättare för R404A till både nya och befintliga anläggningar.

Alternativa köldmedier på kort sikt!

På kort sikt kan industrin ersätta R404A med R407A och R407F som är kända alternativ. Båda dessa köldmedier är blandningar av R134a, R125 och R32 i olika sammansättningar (R407A – 40/40/20 och R407F – 40/30/30 mass% av R134a, R125 och R32). R407A är kompatibel med samma oljor, elastomerer och plaster som används i R404A anläggningar vilket underlättar övergången. Ändå är R407A inte en ”drop-in” ersättare till R404A. Vid ersättning bör flera aspekter tas i beaktande, såsom ökad temperaturglide samt högre hetgastemperatur. En annan ersättare för R404A är R407F. Detta ger en betydande GWP minskning samt förbättring av kapacitet och energieffektivitet. Jämfört med R407A har den högre andel R32 och lägre andel R134a. I övrigt liknar det R407A men med högre hetgastemperatur vilket gör det nödvändigt att ha en dialog och kontakt med kompressortillverkare innan köldmediebyte. I Tabell 1 kan man hitta en jämförelse av några ämnesdata för dessa köldmedier. En del kompressortillverkare har erbjudit speciella kompressorer som kan användas i samband med köldmediebyte från 404A till R407F i sitt sortiment.

Tabell 1 – Ämnesdata för köldmedium R404A och två ersättningsmedier, R407A och F [2][3]

 

R404A

R407A

R407F

Kokpunkt vid 1 atm, °C

-46.5

-45.5

-45.5

Kritiska temperaturen, °C

72.0

82.3

82.6

Kritiska trycket, bar

37.3

45.2

47.5

GWP

3922

2107

1824

GWP som % av R404A

100%

54%

46%

Temperatur glide, K

~1

~4

~6

Andra ersättare för R404A med låg GWP.

Vi har vant oss vid att definiera låg-GWP köldmedier som medier med GWP lägre än 150. För mobila luftkonditioneringssystem (bil AC)har det varit möjligt att ersätta R134a med R1234yf, men för R404Ahar inget enkomponentköldmedium med lågt GWP kunnat identifieras. . Bland potentiella ersättare finns kandidater som ligger i intervallet 200-500 (för GWP). Till skillnad från R404A är dessa köldmedier måttligt brännbara och vid användning ställs samma säkerhetskrav som för andra brännbara köldmedier.  

Tabell 2 – Ersättare för R404A med GWP värden under 250 [4]

Köldmedier

R32/R1234yf [mass%]

Klassificering*

GWP(100)

ARM-30a

(29/71)

A2L

199

D2Y65

(35/65)

A2L

235

DR-7

(36/67)

A2L

246

*Uppskattad säkerhetsklass

Av säkerhets- och kostnadsskäl, kommer övergången från R404A till dessa brännbara alternativ med låg GWP att ske långsamt, och därför är icke brännbara alternativ av mycket större intresse idag. Utöver ovan nämnda R407 köldmedier, har kemijättar som Arkema, DuPont och Honeywell utvecklat och testat olika blandningar av HFC (R32, R125 och R134a) med HFO (R1234yf och R1234ze(E)) för att få fram icke brännbara alternativ till R404A som samtidigt har GWP värden i intervallet 1300 till 1600 [4].

Nya köldmedier R448A och R449A

R448A och R449A är två av de blandningar som har utvecklats och testats på senare tid. R449A kan betraktas som en icke brandfarlig och icke toxisk blandning av nästan lika stora mängder av R32, R125, R1234yf och R134a (24,3 / 24,7 / 25,3 / 25,7 mass% ). Det uppges ha ett GWP på 1397. Det utvecklades av DuPont och säljs nu under namnet Opteon XP40. R449A är alltså ett icke brandfarligt köldmedium som prestandamässigt är nära R404A, vilket bör kunna göra det lämpligt både som ersättningsköldmedium och vid nyinstallation [5]. Normala kokpunkten är nära R404As, men kritiska temperaturen är något högre (81.5 °C). Temperatur gliden är inte försumbart heller och är ungefär 4 K [6]. Dupont har presenterat testresultat från en konverterad testanläggning (från R404A till R449A) vid två driftförhållanden [RK1] med enbart justering av expansionsventilen (tabell 3).

Tabell 3 –Testresultat för R449A jämfört med R404A [6]

Applikation

Kyl

Frys

Omgivningstemperatur, °C

28

35

28

35

Energiförbrukning

-8%

-12%

-3%

-4%

Relativt massflöde

-16%

-17%

-19%

-21%

Insugningstryck, kPa

+0

+35

-8

-12

Utloppstryck, kPa

-48

-35

-31

-37

Hetgastemperatur, K

+3

+2

+5

+5

Enligt de redovisade testresultaten, från DuPont, visar R449A bättre prestanda jämfört med R404A, på bekostnad av något högre hetgastemperatur. Med ett minskat massflöde kan det ställas nya krav på rörledningar i samband med konvertering. Sammansättningen av R448A är lik R449A med en liten tillsats av R1234ze(E). Det är utvecklat av Honeywell och säljs under namnet Solstice N40. R448A och R449A har alltså liknande sammansättning och temperaturglide och förväntas ha liknande prestanda. R448A och R449 kan båda vara lämpliga ersättare för R404A i befintliga kylsystem. Som det verkar nu, finns alternativa köldmedier, men med betydligt högre GWP än vi vant oss vid att räkna som ”låg-GWP”.

I nästa nummer av KYLA kommer vi att fortsätta med samma tema, men med mer fokus på ämnesdata, prestanda, kompabilitet och lämplighet av R448A och R449A som ersättningsmedel för R404A. Följ gärna våra publikationer och prenumerera på vårt digitala nyhetsbrev. Anmäl dig genom att följa länken bit.ly/kth_ett.

References

[1] European Parliament, “Regulation (EU) No 517/2014 of the European Parliament and of the Council on flourinated greenhouse gases,” Off. J. Eur. Union, no. L150, pp. 195–230, 2014.

[2] DuPont, “DuPontTM SUVA 407A refrigerant.” 2013.

[3] Honeywell, “Honeywell Genetron PerformaxTM LT refrigerant.” 2013.

[4] W. Xudong and A. Karim, “AHRI low Global Warming Potential alternative refrigerants evaluation program (Low-GWP AREP) – summary of phase I testing results,” in 15 th International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue, 2014.

[5] DuPont, “The Opteon family of lower GWP refrigerants,” 2014. [Online]. Available: http://goo.gl/78hs4E.

[6] DuPont, “Opteon XP40. Product information bulletin for stationary refrigeration.” 2014.

 [RK1]Do you mean 28 and 35 degree?