Utvecklingen på köldmediefronten under året som gått

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

Publicerad 2018-02-07

Den svenska kylindustrin är inne i en övergångsfas till nya köldmedier och kylsystem. I denna artikel kommer vi att belysa de mest relevanta händelserna som inträffade under 2017, vilka även kommer påverka den framtida utvecklingen inom kylsektorn.

Kommersiell kyla

Priset för R404A har skjutit i höjden under året, en följd av den kraftiga minskningen av mängden nytillverkat köldmedium som kommer att få säljas, placeras, på den europeiska marknaden från och med nästa år. Mängden köldmedier som får placeras på marknaden under 2018, mätt i CO2-ekvivalenter, kommer att minska med 32% jämfört med nuvarande nivåer. Dessutom finns det ett kommande serviceförbud mot R404A/R507-köldmedier som introduceras från 2020. Dessa förändringar tvingar aktörerna inom kommersiell kyla att agera därefter för att säkerställa kontinuerlig drift i framtiden.

Det finns några olika alternativ som är tillgängliga för de kommersiella anläggningsägarna: antingen planera för att investera i ett nytt system eller fortsätta att använda det befintliga systemet med ett alternativt köldmedium, eftersom tillgängligheten och priset på R404A inte är tillförlitligt under de närmaste åren. Oavsett beslut är det bättre att fatta det snarast än att fortsätta vänta.

All nödvändig information för att fatta ett sådant beslut finns redan tillgängligt och diskuteras vid olika evenemang och seminarier, samt i tidigare Kyla & Värme-publikationer. Man bör emellertid ta hänsyn till att många av alternativen till R404A som erbjuds nu, fortfarande är HFC-köldmedier med högt GWP-värde. De ingår i F-gasförordningens nedläggningsmekanism och den tillåtna kvoten kommer att minskas ytterligare under de kommande åren (ner till -77% jämfört med nuvarande nivåer). Det är därför troligt att prisnivåerna för dessa nya "R404A-ersättningar" kommer att justeras i enlighet med detta

Det ständigt ökande köldmediepriset, och ännu viktigare, frågetecknen kring tillgången på köldmedier gäller inte bara de svenska entreprenörerna utan även entreprenörer i andra delar av Europa. För närvarande kräver ledande tyska branschorganisationer för luftkonditionerings- och kylindustrin möten med regeringen om köldmediebristen [1]. De klagar på att deras medlemmar har rapporterat "massiva" köldmedietillförselproblem under en längre tid. De varnar för att landet kanske måste ta itu med scenarier som att "till exempel kyl- och luftkonditioneringssystem stannar såväl i livsmedelshandeln som på sjukhus och blodbanker", om inte åtgärder vidtas snabbt [2].

Under Svenska Kyl & Värmepumpdagen som nyligen hölls i Stockholm gavs publiken möjlighet att uttrycka sin åsikt genom live-omröstningen. En av de frågor som ställdes var: "Vilket syntetiskt köldmedium ser du som det givna drop-in köldmediet för R404A?". Det vanligaste svaret var - R452A, vilket egentligen inte är det bästa valet ur energieffektivitetsperspektiv [3]. På ett sätt har 36% av publiken rätt när de svarar "annat" eller "R404A", eftersom varken R448A, R449A eller R452A är direkta ersättare (drop-in) till R404A [4], Figur 1.

Figur 1 - Resultat av live-omröstningen under Svenska Kyl & Värmepumpdagen 2017.

Alternativ till syntetiska köldmedier i kommersiell kyla är naturliga köldmedier. Det finns ett stort antal kommersiella kylsystem som använder naturliga köldmedier. I första hand har CO2 i kommersiella kylsystem framgångsrikt använts under flera år i Sverige. Emellertid präglas dessa system generellt av större investeringskostnader vilket kan påverka intresset för dem. Propan kan också användas i kommersiella kylsystem, t.ex. som det beskrivs i en nyligen publicerad rapport från University of Birmingham [5].

Där presenteras två typer av propansystem, ett är det indirekta kylsystemet där brännbart propan aldrig kommer in i butiken men används för att kyla en sekundär köldbärarkrets, med till exempel saltlösning. Det andra är ett litet kylsystem (till exempel varuautomat eller ett integrerat skåp) där maximalt 150 g propan används. Enligt de senaste diskussionerna ökar den maximalt tillåtna mängden för kolväten i sådana system sannolikt från 150 g till 500 g inom en snar framtid. Detta kommer definitivt att öka användningen av kolvätebaserade kylsystem i kommersiell kyla.

När man löser de kommande kortsiktiga problemen är det lätt att glömma att ha ett långsiktigt perspektiv. Som sagt, det finns ingen garanti för att priserna på köldmedier, vilka för närvarande erbjuds som R404A-alternativ, kommer att ligga kvar på den nivå de är på nu. Dessutom är målet långsiktigt att mildra klimatförändringen, och sålunda kommer energieffektivitetsaspekterna sannolikt att bli mer uppmärksammade i framtiden.

Brännbarhet

Med få undantag är de föreslagna köldmedierna med lågt GWP brännbara. Medvetenheten om detta har definitivt ökat under det gångna året. Frågan är nu inte om vi ska använda brännbara köldmedier, snarare hur vi kan använda dem på ett säkert sätt och vilka regler som ska följas.

En bättre förståelse för brännbarhet av köldmedier är mycket viktig för att underlätta deras framtida användning. Det vanligaste sättet att bedöma brännbarheten hos ett köldmedium är att hänvisa till dess brännbarhetsklass: 1 (ingen flamspridning), 2 / 2L (lägre brännbarhet), 3 (högre brännbarhet) [6]. Medan dessa klasser är användbara för att gruppera köldmedier och kommunicera deras brännbarhet återger de inte exakt den verkliga risken för att använda sådana köldmedier, vilken kan presenteras som en kombination av sannolikheter för flera faktorer som måste förekomma samtidigt för att antändning ska kunna ske, Figur 2.

Figur 2 - Sannolikhetsfaktorer för antändning av ett köldmedium [7]

Det är därför nödvändigt att veta mycket mer om köldmediets brännbarhet, bortom fastställandet av deras säkerhetsklass. Ett exempel på sådan forskning rapporterades under sommaren av AHRI, det amerikanska Air-Conditioning, Heating, and Refrigeration Institute. Där genomförde de köldmedieläckage och antändningstest under realistiska förhållanden för att samla data och öka förståelsen för risken i samband med användningen av A2L-köldmedier [8]. Inom den pågående forskningen diskuteras olika vägar att gå, som till exempel att utveckla verktyg för brännbarhets- och riskbedömning samt att utveckla modelleringsverktyg för brännbarhetsbestämning av låg-GWP-köldmedieblandningar.

Nuvarande standarder har utpekats som hinder för att bredda användningen av brännbara köldmedier. Europeiska kommissionen delar denna åsikt och anmodade Europeiska standardiseringsorganisationen (CEN) och Europeiska kommittén för elektroteknisk standardisering (CENELEC) att genomföra omfattande genomgångar av befintliga EU-standarder för kyl-, luftkonditionering och värmepumputrustning [9]. Under det här året har man gjort framsteg mot en lättnad i standarderna. Till exempel tillåts, enligt ett nytt utkast till standarden IEC 60335-2-89 för kommersiell kylning, upp till 500 g propan i hermetiskt försluten utrustning från år 2019, om utkastet godtas under första halvåret 2018 [10].

Användningen av brännbara köldmedier kommer att kräva system som är utformade för sådana köldmedium, för att de ska kunna används på ett säkert sätt. De bör också installeras och underhållas av personer som är utbildade för att kunna använda sådana system. Således kan vi förvänta oss att efterfrågan på sådan kvalificerad personal kommer att öka.

Nya köldmedier

Det finns ett antal nya köldmedier som övervägs som alternativ till konventionella i nya och befintliga system. I ett tidigare nummer av Kyla &Värme [11] har vi t.ex. diskuterat 10 icke brännbara alternativ som kan användas för att ersätta R404A. Ett antal brännbara alternativ finns och utvecklas också.

Under 2017 har totalt 10 nya köldmedier och köldmedieblandningar lagts till i ASHRAE Standard 34 [6]. Listan över definierade köldmedier är lång, men antalet enkomponentsköldmedier är begränsat. Förutom de konventionella köldmedierna är endast få registrerade syntetiska enkomponentsköldmedier med låga GWP-värden lämpliga för typiska kyl- och luftkonditioneringsapplikationer (1234yf, 1234e (E)); några lämpar sig för högtemperaturvärmepumpsapplikationer.

Sökandet efter nya köldmedier med låga GWP-värden fortsätter. En nyligen genomförd studie presenterar ett resultat av en screeningsprocessen för att identifiera potentiella låg-GWP-köldmedier [12]. Screeningen har genererat en lista med 28 ämnen som anses vara de bästa enskilda komponenterna för köldmedier med lågt GWP för användning i små luftkonditioneringaggregat.

Den teoretiska köldfaktorn och den volymetriska köldalstringen hos dessa ämnen har bestämts för en idealiserad ångkompressionscykel (-20/30 °C förångnings-/kondenseringstemperaturer utan tryckfall i värmeväxlarna och en förlustfri kompressionsprocess). Figur 3 visar modellerade värden för olika rena medier i jämförelse med R404A.

Figur 3 - Köldfaktor och volymetrisk köldalstring (Qvol) för ett urval av rena medieri jämförelse med R-404A-värden (idealiserad process) [12]

Av jämförelsen i Figur 3 kan man se att ett antal medier, inklusive propen (R1270) och R32, presterar bättre än R404A beträffande både köldfaktor och volymetrisk köldalstring. Alla dessa medier är dock brännbara. En av slutsatserna i studien är att de identifierade medierna med bra köldfaktor och låg toxicitet är åtminstone svagt brännbara. Köldmedieblandningar kan användas för att öka flexibiliteten vid val mellan köldfaktor, volymetrisk köldalstring, brännbarhetegenskaper och GWP.

Under 2017 har totalt 8 nya köldmedieblandningar lagts till ASHRAE 34 listan av köldmedier för att underlätta sådana kompromisser [6]. Dessa köldmedier kännetecknas ofta av stor temperaturglide, mycket större än i konventionella blandningar som R404A och R410A. Detta kan innebära praktiska problem och även lägre effektivitet pga av försämring i värmeöverföringen.

Med nuvarande tempo i köldmedie- och köldmedieblandningsutvecklingen finns ett antal aspekter som behöver undersökas ytterligare, t.ex. deras prestanda, toxicitet och potentiella miljöeffekter, utöver den globala uppvärmningen. Man bör därför vara försiktig i valet av nya köldmedier och köldmedieblandningar för en speciell applikation. Syntetiska medier har ju tidigare visat sig ha effekter som inte kunde förutses innan introduktionen.

Energieffektivitet

Nya lagar, t.ex. F-gasförordning, har blivit en tydlig drivkraft för övergången till köldmedier med lägre GWP. Men den totala miljöpåverkan från ett kylsystem härstammar både från direkta utsläpp av växthusgaser från systemet (köldmedieläckage), och från den indirekta påverkan som är kopplad till elproduktionen. Det är därför viktigt att inte acceptera sänkning av energieffektiviteten i kylsystemet när man överväger ett köldmedium med lägre GWP.

Som noterats, kan ett antal låg-GWP-alternativ till R404A ha högre COP än R404A. Dessutom erbjuder F-gasförordningen ett sätt att kringgå dessa begränsningar av utsläppandet på marknaden av kylsystem för vilket " det har konstaterats i de ekodesignkrav som har antagits i enlighet med direktiv 2009/125/EG att den tack vare högre energieffektivitet under driften skulle ge lägre utsläpp av koldioxidekvivalenter under livscykeln än likvärdig utrustning som uppfyller gällande ekodesignkrav och inte innehåller fluorkolväten"(kapitel III, artikel 11.2 av [13]).

Med övergången till lägre GWP-köldmedier som lär pågå under de närmaste åren räknar vi med att även miljöpåverkan till följd av energiförbrukningen kommer att hamna i fokus. Det är således viktigt att ta hänsyn till energieffektivitetsaspekterna hos alternativa köldmedier. Och att lyssna till oberoende studier, utöver den information som ges av köldmedietillverkare vilka kan ”handplocka” optimala förutsättningar för sina jämförelser.

Global HFC-minskning är rättsligt bindande från 2019

I EU underlättas minskningen av användningen av HFC under reglerna i F-gasförordningen [13]. På global nivå har liknande avtal uppnåtts i Kigali i 2016 inom ramen för Montreal-protokollet. Avtalet var inte rättsligt bindande om inte tillräckligt många länder ratificerat det.

Den nödvändiga tröskeln för ikraftträdandet av ändringen har uppfyllts under november då Sverige har ratificerat det. Ändringen kommer nu att träda i kraft den 1 januari 2019, och innebär att världens nationer gradvis ska avveckla HFC med mer än 80 procent under de närmaste 30 åren och ersätta dem med mer klimatvänliga alternativ [14].

"Vi gjorde det! Med Sverige som ratificerar idag har Kigali-ändringen uppnått det tröskelvärde på 20 länder som behövs för att träda i kraft. Tack till alla som gjorde detta historiska ögonblick möjligt!”, skrev Vincent Biruta, Rwandas miljöminister tillika ordförande för det historiska 28:e mötet för Montrealprotokollet i Kigali [15].

EU begränsar redan användningen av F-gaser genom de incitament som ges i F-gasförordningen. Det juridiskt bindande beslutet från Kigali kommer därmed att underlätta de globala ansträngningarna mot samma mål. Genomförandet av avtalet förväntas förhindra utsläpp av upp till 80 miljarder ton koldioxidekvivalenter fram till år 2050 vilket kommer att bidra väsentligt till Parisavtalets mål att begränsa den globala temperaturhöjningen till under 2 °C [16].

Sammantaget avslutar vi detta år med beslutet om minskningen av den globala HFC-användningen och processen med den pågående HFC-begränsningen i EU. Som observerats under det här året kommer övergången inte att vara lätt eller billig. Med tanke på att förordningen redan är beslutad föreslås att vi ser detta som en möjlighet till att göra förändringar mot mer energieffektiva och miljövänliga system. Vi föreslår att man tänker långsiktigt, sätter sig in i den nuvarande utvecklingen och ser de möjligheter som ges.

Vi kommer att stödja den svenska kylindustrin med relevant information om köldmedieutveckling även under året som kommer.

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

References

[1] Cooling post, "Germany reacts to refrigerant shortages," 21 November 2017. Available: www.coolingpost.com/world-news/germany-reacts-refrigerant-shortages/.

[2] DIE KÄLTE + Klimatechnik, "Branchenverbände warnen vor Kältemittelmangel und fordern Politik zum Handeln auf," 11 November 2017. Available: https://www.diekaelte.de/article-794512-30007/branchenverbaende-warnen-vor-kaeltemittelmangel-und-fordern-politik-zum-handeln-auf-.html.

[3] P. Makhnatch, R. Rahmatollah Khodabandeh and B. Palm, "Tio icke brännbara alternativ till R404A," Kyla+Värme, vol. 5, 2017.

[4] FSW News, "R404A Alternatives. The way forward.," 2017.

[5] T. Peters, "Retail refrigeration. Making the transition to clean cold," 2017.

[6] ASHRAE, "ASHRAE 15-2016 (PACKAGED W/ 34-2016)," 2017. Available: bit.ly/ashrae34amendments. [Accessed 20 November 2017].

[7] JSRAE, "Risk assessment of mildly flammable refrigerants. 2014 Progress report," The Japan Society of Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Tokyo, 2015.

[8] P. Gandhi, G. Hunter, R. Haseman and B. Rodgers, "Benchmarking risk by whole room scale leaks and ignitions testing of A2L refrigerants," AHRTI, Arlington, Virginia, 2017.

[9] European Commission, "European Commission promotes work on safety standards for a wider use of climate friendly refrigerants," 2017. Available: bit.ly/EC_flammability.

[10] K. Skačanová, "Higher HC charge limits in commercial refrigeration come one step closer," hydrocarbons21, 10 October 2017. Available: bit.ly/HC500g.

[11] P. Makhnatch, R. Khodabandeh and B. Palm, "Tio icke-brännbara alternativ till R404A" Kyla och Värme, vol. 6, 2017.

[12] P. A. Domanski, S. J. Brown, R. Brignoli, A. F. Kazakov and M. O. McLinden, "Low-GWP refrigerants for medium and highpressure," International Journal of Refrigeration, vol 84, p. 198–209, 2017.

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

[14] UN Environment, "Montreal Protocol celebrates another milestone as agreement to reduce climate-warming gases is set to enter into force in 2019," United Nations Environment Programme , 20 November 2017. Available: bit.ly/Kigali_ratified.

[15] Athan Tashobya, "Kigali Amendment to the Montreal Protocol enters into force in 2019," The New Times Rwanda, 19 November 2017. Available: http://www.newtimes.co.rw/section/read/223885/.

[16] European Commission, "EU countries trigger entry into force of Kigali Amendment to Montreal Protocol," 17 November 2017. Available: bit.ly/Kigali_ratified_EC.