Vilket köldmedium ersätter R410A?

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

Publicerad 2013-11-03

Det är inte bara för mobila luftkonditioneringssystem, utan även för värmepumpar och konventionella kylsystem som det saknas bra köldmedier med låg-GWP(växthuseffekt), lämpliga att ersätta de köldmedier med hög GWP som används idag. I denna artikel kommer vi presentera en del av det arbete som har gjorts i utvecklingen av nya låg-GWP köldmedier med särskild fokus på köldmedieblandningar.

Efterfrågan på köldmedier med låg GWP växer eftersom fler branscher är intresserade av att minska sin miljöpåverkan. Trycket från lagstiftare och miljömedveten allmänhet verkar också i den riktningen. Sökandet efter det perfekta köldmediet har pågått sedan kylteknikens begynnelse, med olika fokus och anledningar. Den senaste teknikomställningen skedde på 1990-talet i samband med övergången till ozon-fria köldmedier. Då introducerades ett antal köldmedieblandningar för att ersätta de ozonnedbrytande R-12 och R-22 (m.fl.). R-410A är ett exempel på en sådan blandning, bestående av lika delar R-32 och R-125, som är mycket vanligt i mindre luftkonditioneringsaggregat och värmepumpar. Andra blandningar som nu är vanliga är R-404A och R-407C Dagens sökande efter framtida köldmedier fokuserar på medier med noll ODP (ozon nedbrytande effekt) och lågt GWP. Eftersom inga idealiska rena medier har identifierats är blandningar av köldmedier ett alternativsom ersättare till de hög-GWP köldmedier som är i bruk idag..

Tillverkarna vill ta marknadsandelar på låg-GWP köldmedier

Tillverkarna av köldmedier är naturligtvis intresserade av att få del av marknaden för nya låg-GWP köldmedier. Sex köldmedietillverkare har därför deltagit i ett oberoende utvärderingsprogram av köldmedier, både rena och blandningar, i form av tester som har genomförts av Air-Conditioning, Heating, and Refrigeration Institute (AHRI). Delresultat har presenterats vid en konferens nyligen [1], men den kompletta utvärderingen är ännu inte klar. Många av blandningarna har inte fått några officiella nummer ännu och benämns med tillverkarnas interna namn. ARM-32a, DR-5, L-42b, LTR6A är bara några av de nya blandningar med låg GWP som undersökts. Hela listan presenteras i tabell 1, där köldmedier, både rena och blandningar, grupperats baserat på deras säkerhetsklassificering och av vilket köldmedium som de avses att ersätta. Omfattande tester behövs för att till fullo utvärdera varje köldmediekandidat.

Tabell 1 - Alternativa köldmedier för testning och utvärdering [1]

Köldmedium som ska ersättas

Sannolik eller fastställd köldmedieklassificiering

enligt ASHRAE Standard 34

A1

A2

A3

B2

R-134a

AC5X,

ARM-41a,

D4Y,

N-13a,

N-13b,

Opteon XP10

AC5,

R-1234yf,

R-1234ze(E),

ARM-42a

R290+R600a

(40%+60%),

R-600a

 

R-404A

ARM-32a,

N-40a,

N-40b,

DR-33

R-744

ARM-31a,

ARM-30a,

D2Y-65,

L-40,

R-32,

R-32+R-134a (95%+5%),

DR-7

R-290

 

R-410A

R-744

R-32,

ARM-70a,

D2Y-60,

DR-5,

HPR1A,

L-41a,

L-41b,

R-32+R-134a (95%+5%),

R-32+R-152a (95%+5%)

   

R-22/R-407C

ARM-32a,

LTR4X,

N-20

D52Y,

L-20,

LTR6A

R-290

R-1270

R-717

Tillverkare av nya köldmedieblandningar hemlighåller sammansättningen!

Sammansättningen av många köldmedieblandningar med låg GWP hölls hemlig tills nyligen, då AHRI rapporterade delresultaten av sin undersökning [2] [3]. Sammansättningen av 28 låg-GWP köldmedieblandningar listas i tabell 2

Tabell 2 - Lista över låg-GWP köldmedieblandningar, deras sammansättning och GWP-värde [2] [3]

Köldmedium

Tillverkare

Komposition

Klassificering

GWP100

AC5

Mexichem

R-32/R-152a/R-1234ze(E) (12/5/83)

A2L

92

AC5X

Mexichem

R-32/R-134a/R-1234ze(E) (7/40/53)

A1

622

ARM-30a

Arkema

R-32/R-1234yf (29/71)

A2L

199

ARM-31a

Arkema

R-32/R-134a/R-1234yf (28/21/51)

A2L

491

ARM-32a

Arkema

R-32/R-125//R-134a/R-1234yf (25/30/25/20)

A1

1577

ARM-41a

Arkema

R-32/R-134a/R-1234yf (6/63/31)

A1

861

ARM-42a

Arkema

R-134a/R-152a/R-1234yf (7/11/82)

A2L

117

ARM-70a

Arkema

R-32/R-134a/R-1234yf (50/10/40)

A2L

482

D2Y-60

Daikin

R-32/R-1234yf (40/60)

A2L

272

D2Y-65

Daikin

R-32/R-1234yf (35/65)

A2L

239

D-4Y

Daikin

R-134a/R-1234yf (40/60)

A1

574

D52Y

Daikin

R-32/R-125/R-1234yf (15/25/60)

A2L

979

DR-33

DuPont

R-32/R-125/R-134a/R-1234yf (24/25/26/25)

A1

1410

DR-5

DuPont

R-32/R-1234yf (72.5/27.5)

A2L

490

DR-7

DuPont

R-32/R-1234yf (36/64)

A2L

246

HPR1D

Mexichem

R-32/R-744/R-1234ze(E) (60/6/34)

A2L

407

L-20

Honeywell

R-32/R-152a/R-1234ze(E) (45/20/35)

A2L

331

L-40

Honeywell

R-32/R-152a/R-1234yf/R-1234ze(E) (40/10/20/30)

A2L

285

L-41a

Honeywell

R-32/R-1234yf/R-1234ze(E) (73/15/12)

A1

943

L-41b

Honeywell

R-32/R-1234ze(E) (73/27)

A2L

494

LTR4X

Mexichem

R-32/R-125/R-134a/R-1234ze(E) (28/25/16/31)

A1

1577

LTR6A

Mexichem

R-32/R-744/R-1234ze(E) (30/7/63)

A2L

206

N-13a

Honeywell

R-134a/R-1234yf/R-1234ze(E) (42/18/40)

A1

604

N-13b

Honeywell

R-134a/R-1234ze(E) (42/58)

A1

604

N-20

Honeywell

R-32/R-125/R-134a/R-1234yf/R-1234ze(E) (12.5/12.5/31.5 /13.5/30)

A1

975

N-40a

Honeywell

R-32/R-125/R-134a/R-1234yf/R-1234ze(E) (25/25/21/9/20)

A1

1346

N-40b

Honeywell

R-32/R-125/R-134a/R-1234yf (25/25/20/30)

A1

1331

OpteonTM XP10

DuPont

R-134a/R-1234yf (44/56)

A1

631

Vilka tillverkare ligger bakom köldmedieblandningar?

Kemijättar såsom Arkema, Daikin, Mexichem, Honeywell och DuPont är bland de företag som har utvecklat låg-GWP köldmedieblandningar. Bland de ovannämnda tillverkarna är Honeywell och DuPont de två USA-baserade företag, som är kända för att ligga bakom utvecklingen av HFO köldmedierna. Arkema är ett annant globalt kemiföretag med säte i Frankrike. Arkema har haft konflikter med Honeywell och DuPont kring frågan om produktion av R-1234yf. Arkema har uttryckt vilja, och har kapacitet att, producera R-1234yf i industriella mängder [4], men stoppats av DuPont och Honeywell på grund av patentstrider.

Kompromiss mellan prestanda, brännbarhet och GWP värden

Som framgår från tabell 1 och 2 har tillverkarna utvecklat ett utbud av låg-GWP köldmedier som alternativ till R-134a, R-404A, R-410A och R-407C. Tittar man på sammansättningen av de föreslagna blandningarna, inser man att tillverkarna försöker kompromissa mellan prestanda, brännbarhet och GWP-värden genom att välja olika andelar av rena medier för blandningen. R-32, till exempel, har goda termodynamiska egenskaper med ett måttligt GWP värde av 675 och används således i nästan alla blandningar för ersättning av R404A, R407C, R410A. Andra komponenter i blandningar med R-32 tycks användas för att minska brännbarheten samt att få trycknivåer anpassade till de köldmedier de ska ersätta.

Brännbarheten av blandningarna ökar om man prioriterar låg GWP. Det har inte varit möjligt att finna en icke-brännbar ersättning till R-410A, medan sådana ersättningar finns för andra vanliga köldmedier, men då med något högre GWP (i spannet 622-943 för icke-brännbara ersättare till R-134a; 1331-1577 för R-404A; och 975-1577 för R-407C/R-22). De flesta föreslagna ersättningsköldmedier är dock långt mindre brännbara än rena kolväten, och förväntas hamna inom ASHRAEs säkerhetsklass A2 (eller mer preciserat inom det föreslagna A2L). Det bör poängteras att för majoriteten av köldmedierna i tabell 1 och 2 är säkerhetsklasserna uppskattade och inte officiellt tilldelade av ASHRAE. Sammanfattningsvis kan man konstatera att det är svårt att hitta en icke-brännbar blandning med GWP under 150.

AHRI kommer inte i sitt projekt att peka ut något specifikt köldmedium framför något annat. Istället utvärderas deras prestanda, brännbarhet och andra kriterier och resultaten redovisas på ett konsekvent sätt. Resultaten kommer utan tvivel att bidra till att göra övergången till låg-GWP köldmedier förutsägbar, smidig och välgrundad. Vi kommer att återkomma till resultaten av studien, när dessa blir tillgängliga i sin helhet, för en närmare analys.

Referense

[1]

X. Wang, K. Amrane and P. Johnson, "Low Global Warming Potential (GWP) Alternative Refrigerants Evaluation Program (Low-GWP AREP)," in International Refrigeration and Air Conditioning Conference, Purdue, 2012.

[2]

AHRI, "AHRI Low-GWP Alternative Refrigerants Evaluation Program," 2013. [Online]. Available: bit.ly/ahri_lowgwp.

[3]

K. Amrane, "Overview of AHRI Research on Low-GWP Refrigerants," 2013. [Online]. Available: bit.ly/ahri_presentation.

   

[4]

Arkema, "Arkema launches an industrial production project in Europe of a low-GWP fluorinated gas for automotive air-conditioning," 07 Sep 2008. [Online]. Available: bit.ly/arkema_r1234yf.