Od uvođenja rashladnih sredstava HCFC baziranih na R22 traže se rešenja koja će biti trajnijeg
karaktera. Prva zamena za HCFC – R22 bazirana na HFC R404A u Evropi je prevaziđena
uvođenjem propisa EN 517/2014 (sa važnošću od 1.1.2015) kao naslednika prethodne direktive
EN 862/2006. Servisna zabrana rada sa R404A i R507A od 2020. godine u Evropi će otežati
serviserima potragu za budućim zamenama i obeležavanjima za šta se treba spremati već danas.
Alternative koje su danas predložene za R404A (GWP 3922) jesu: R407A (2107), R407C
(1774), R407F(1825), R410A (2088), R442A (1888), R449A (1397), HFO – R452A (2140)
i radi poređenja R32 (675). U radu će biti odabrane najperspektivnije alternative i navedene
uporedne termodinamičke karakteristike na koje inženjeri koji projektuju sisteme i serviseri u
eksploataciji treba da obrate pažnju

Milovančević, Uroš

Stojanović Milan

Machinery - Repository of the Faculty of Mechanical Engineering, University of Belgrade

 kgh 1/2017  871. UvodNajznačajnije pitanje u budućim razmatranjima postali su troškovi održavanja i energetska efikasnost, posmatrajući životni vek industrijskih rashladnih sistema u periodu od 20 godina (prema literaturi [1] i do 97% troškova). U ovom radu izračunavane su karakteristike mašina za definisane uslove rada i prikazane razlike u zavisnosti od korišćenog rashlad-nog fluida, pod istim uslovima.U kom smeru se razvijaju rashladni fluidi, pregledno je pri-kazano u literaturi [2]. Detaljno sagledavajući istoriju, po-stavljaju se pitanja vezana za probleme sa vrednošću GWP i ODP, kao i sa zapaljivošću zeotropskih i azeotropskih meša-vina, temperaturskim klizanjima. Nameću se razna potenci-jalna konstruktivna rešenja koja su u uskoj sprezi sa izborom rashladnih fluida u rashladnim sistemima.Dalji razvoj mogao bi da ide u smeru koji diktiraju velike svetske kompanije za proizvodnju rashladnih fluida, npr. Honeywell [3]. U istoj literaturi se vidi da bi dosadašnja me-renja karakteristika kompresora (opisanih u standardu AHRI 540) trebalo modifikovati tj. vršiti osrednjavanje posma-tranih pritisaka u kondenzatoru i isparivaču zbog poznatog temperaturskog klizanja. 2. Sintetičke alternative za HFC R404ANabrojimo samo neke od predloženih zamena koje su već ko-mercijalno dostupne ili se danas ispituju u laboratorijama.Hanywell-ov R448A (vrednost GWP je 1374) koji se na testo-vima pokazao da je odgovarajuća zamena za R404A (testovi na temperaturama od 90 °C i 110 °C po JIS 8623 (std) defi-nisani u [1]) Linde-ov R442A (vrednost GWP je 1754) takođe se prepo-ručuje kao direktna zamena (drop in) prema literaturi [5]. R407A (vrednost GWP je 1923) takođe se nudi kao zamena.Danfoss je napravio čitav niz predloženih zamena za R404A i to sa rashladnim fluidima sa vrednošću GWP manjom od 2500: R452A (koji se još može naći i pod nazivom XP44), R407A, R407F, za vrednosti GWP ispod 1500: R449A (poznat kao XP40), R448A (ili drugačije N40), dok su za vrednosti GWP ispod 700 na spisku: DR7, R445A (L40), R444B (L20). Za fluide ispod 150 tu je DR3. Nove generacije rashladnih fluida često se dobijaju meša-njem dva nova fluida R1234yf i R1234ze i četri postojeća: R32, R134a, R125 i R152A [6]. U tabeli 1 je navedena lista najčešće korišćenih rashladnih fluida kao direktne zamene za R404A. Bitno je skrenuti pa-žnju na kolonu „glide“, gde su navedene vrednosti klizanja tempertatura pri isparavanju rashladnog fluida.3. Postupci zamene postojećeg freona  R404A odabranim drugim [3, 9]Važna servisna napomena je da se zamene ne smeju meša-ti sa drugim gasovima, pa ni sa R404A. Mora se precizno po-stupati sledećim koracima:Sintetičke alternative za rashladno sredstvo R404ASynthetic alternatives for R404A refigerant replacement Milan STOJANOVIĆ, Florida Int. System, limited company, Beograd, Uroš MILOVANČEVIĆ, Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu, BeogradKljučne reči: alternative R404A; zamene R404AOd uvođenja rashladnih sredstava HCFC baziranih na R22 traže se rešenja koja će biti trajnijeg karaktera. Prva zamena za HCFC – R22 bazirana na HFC R404A u Evropi je prevaziđena uvođenjem propisa EN 517/2014 (sa važnošću od 1.1.2015) kao naslednika prethodne direktive EN 862/2006. Servisna zabrana rada sa R404A i R507A od 2020. godine u Evropi će otežati serviserima potragu za budućim zamenama i obeležavanjima za šta se treba spremati već danas. Alternative koje su danas predložene za R404A (GWP 3922) jesu: R407A (2107), R407C (1774), R407F(1825), R410A (2088), R442A (1888), R449A (1397), HFO – R452A (2140) i radi poređenja R32 (675). U radu će biti odabrane najperspektivnije alternative i navedene uporedne termodinamičke karakteristike na koje inženjeri koji projektuju sisteme i serviseri u eksploataciji treba da obrate pažnju. Key words: alternatives to R404A; R404A replacementsSince the introduction of HCFC refrigerants based on R22, researches have searched for permanent solutions. The first replacement for HCFC – R22 based on HFC R404A was replaced by EN 517/2014 Directive (in force since January 1st 2015), following the EN 862/2006 Directive. Starting from 2020, R404A and R507A will be prohibited and new replacement refrigerants are to be introduced. The following alternatives for R404A (GWP 3922) are proposed: R407A (2107), R407C (1774), R407F (1825), R410A (2088), R442A (1888), R449A (1397), HFO-R452A (2140) and for comparison R32 (675). This paper will show the most perspective alternatives and a comparison of thermodynamic characteristics important for system designers and servicing personnel. * E-mail: milan.stojanovic@thermoking.co.rsBI BLID 0350–1426 (206) doi: 10.24094/kghc.017.46.1.87Rad je izložen na 47. Međunarodnom kongresu o KGH, Beograd,  29.11. – 1.12.2016.Članak je objavljen u režimu slobodnog pristupa pod uslovima CC BY-NC-ND 4.0.88  kgh 1/20171.  Provera na rashladnom sistemu, šta je napisano, koje je rashladno sredstvo, kompresorsko ulje, koliko treba da ga ima po zahtevu proizvođača, zabeležiti. Pitati kori-snika za dosadašnje iskustvo u ispravnosti rada i ranijim bliskim popravkama. Ubeležiti temperature i pritiske po-stignute na probnom radu 10–15 minuta i na grejanju da bi se vratilo ulje u kompresor i izbeglo raslojavanje sa-stavnih komponenti rashladnog sredstva, izvlačenje ras-hladnog sredstva rastvorenog u ulju.2.  Izvlačenje postojećeg R404A, primenjujući dobru ser-visnu praksu – recovery – u već vakuumiranu rezervnu bocu. Obično je uređaj u ispravnom – radnom stanju – i treba prikupiti rashladno sredstvo u tečnoj fazi u prije-mnik do postizanja –0,8 bar vakuuma (25 inča). Zabele-žiti izvučenu količinu starog rashladnog sredstva.3.  Zamena sušača i filtera komp. ulja – kada već otvaramo sistem, da ne bismo opet samo zbog toga otvarali sistem. Sistem je vrlo osetljiv na vlagu.4.  Ne ostavljati sistem otvoren duže od 10 minuta jer je POE ulje vrlo higroskopno, pa da ne bismo i njega mo-rali da menjamo. Proveriti i imati u rezervi odgovarajuće ulje koje preporučuje proizvođač kompresora (npr. Co-Tabela 2. Iz programa za Apple – Danfoss Low GWP Tool ver. 2.Konverzija R404AZamenjen saOriginalni  ekspanzioni ventilSuper heatRashladni kapacitet na –20 °C [%]R. K. “–20 °C do 0 °C”R. K. > 0 °CR449A T2/TE2 1 × cw 38 37 41R407F – 1/4 cw 66 53 57R422A – – –12 –10 –8R407A – 1/2 cw 40 30 34R444B Te5-55 – –12 –10 –8R448F T2/Te2 1/4 cw 39 39 42R452A – 1/4 cw 4 6 9peland preporučuje Emkarte RL32-3MAT ili Mobil Artic EAL 22CC). Ulje proveriti na kiselost ili na promenu boje. 5.  Vakuumiranje do 500 mmHg (Emerson 0,3 mbar) vaku-uma sa obe strane rashladnog sistema istovremeno. Za-tim isključimo vakuum-pumpu i ako se posle 5 minuta ne podigne iznad 1000 mmHg, tek onda punimo sistem. Ako se pritisak podigne iznad 1000 mmHg, ponavljamo postupak dok ne zadovolji uslov.6.  Provera narušenosti potrebnog rashladnog kapaciteta – da ne bi uređaj radio duže i samim tim skratio vek traja-nja kompresora, izborom novog rashladnog sredstva.7.  Zbog različite gustine i masenog protoka proveriti di-menzije cevi na pad pritiska i brzinu protoka gasa, zbog potrebnog povratka ulja u kompresor. U slučaju zna-čajne promene masenog protoka moguće je da posto-ji potreba za zamenom i ekspanzionog ventila. Primer je R444B – za koje Danfoss u svojoj aplikaciji “Danfoss low GWP Tools – ver. 2” zahteva zamenu ekspanzionog ven-tila T2/TE2 za TE5 – za klasu veći protok fluida.8.  Napuniti instalaciju, bez pokretanja rashladnog uređaja, zamenom za R404A – prvo punjenje je oko 85% predvi-đenog punjenja. Sačekati da se rashladno sredstvo ras-poredi u instalaciji i tek onda dodati predviđeni ostatak po pokretanju rashladnog uređaja u rad. Obavezno kori-stiti vagu za merenje težine usipane količine rashladnog sredstva. Videti da li proizvođač predviđa različitu količi-nu (npr. R448A +4%, R452A +2%) i to obavezno samo u tečnoj fazi. Da ne bismo uništili kompresor, dozvoljeno je usisni pritisak podići do 25 psi (za oko 1,7 bar) najvi-še i da se ne čuju pločice na izduvnim ventilima na ploči-ci kompresora.9.  Proveriti na curenje rashladnog sredstva iz instalacije. Postoje novi detektori curenja (i za R448A).10.  Proveriti/podesiti TEX na pregrevanje gasa na ulasku u kompresor radi njegove sigurnosti, superheat Δt [K] po tablici pritisak/tempertura rose. Ako vidimo da se usi-sna cev u kompresor ledi, zatvoriti TEX ekspanzioni ven-til za 1/2 kruga. Pothlađivanje se posmatra po tablici u odnosu na temperaturu ključanja. Provera projektova-ne temperature kondenzacije – osrednjena temperatura [(ulazna + izlazna temperatura na kondenzatoru)/2] na pritisku kondenzacije. Temperatura isparavanja je osred-njena temperatura ulaza i izlaza iz isparivača na pritisku isparavanja. Tabela 1. Karakteristike sintetičkih rashladnih fluida kao zamene za R404ARashladno  sredstvoODP GWP Kritična  temperatura  [°C]Temperatura  isparavanja  na 0 bar [°C]Sigur- nosna klasaGlide [°C]Kompre-sorsko  uljeSastav Komercijalni  nazivHFC R404A 0 3943 73 –45,5 A1 1,1 POE R125/R143a/134a (44/52/4)HP-62, FX-70HFC R407C 0 1624 87 –36,6 A1 7,4 POE R32/125/134a (23/25/52) Klea 66, AC9000HFC R410A 0 1924 72 –51,4 A1 0,1 POE R32/125 (50/50) AZ20, Suva 9100HFC R442A 0 1754 82,4 –46,5 A1 POE R32/125/134a/152a/227ea (31/31/30/3/5)RS-50HFC/HFOR448A 0 1273 83,7 –44,8 A1 8,5 POE R32/R125/134a/1234ze/1234yf (26/26/21/7/20)Hanywell Solstice N40HFC R449A 0 1282 81,5 –46 A1 8 POE R32/125/1234yf/134a (24.3/24.7/25.3/25.7)Opteon XP40HFO R452A 0 1945 77,9 –47 A1 3,82 POE R32/R125/134a/1234yf (11/59/30)DuPont Opteon XP44HFO R455A 0 146 A2L POE Hanywell-L40HFC R32 0 677 78 –52,6 A2 POE jednogasni – nije mešavina Daikin R32 kgh 1/2017  8911.  Proveriti i podesiti ostale prekidače: sigurnosne, auto-matiku, presostate, na nove temperature, pritiske itd.12.  Na instalaciji obavezno označiti koje je novo rashladno sredstvo i koliko je uneto u sistem, tip kompresorskog ulja; regulativa EU F-gas 842/2006+ EU1494/2007.4. Provera energetske efikasnosti  nekih sintetičkih rashladnih sredstava izračunavajući COP pri hlađenju i pri grejanju  – COPg kao toplotna pumpa U sledećim tabelama (od 3 do 9) dati su rezultati prora-čuna za definisane uslove rada rashladne mašine. Tempe-ratura kondenzacije iznosila je 50 °C, dok su temperature prethlađivanje kondenzata i pregrevanja pare rashladnog fluida 2 °C, odnosno 5 °C. Izračunate vrednosti dobijene su na osnovu podataka iz programa Bitzer za fluide koji su bili na raspolaganju, uz važnu napomenu da je rashladna snaga kompresora označena sa Fi0, potrebna toplotna snaga kon-denzatora sa Fikd, efektivna snaga na vratilu kompresora sa Pef. COP predstavlja koeficijent hlađenja rashladne instalaci-je, dok je COPg koeficijent grejanja, tj. korisnosti rashladnog sistema koji radi kao toplotna pumpa.Uslovi rada rashladne mašine, tj. toplotne pumpe su:tpothlađivanja = 2 °Ctpredgrevanja = 5 °Ctkondenzacije = 50 °CTabela 3. Karakteristike rashladnog sistema sa fluidom R404A404A Fi0 Pef COP Fikd COPg tdisch–20 5,52 4,32 1,28 9,84 2,28 82,1–15 7,19 4,85 1,48 12,04 2,48 78,5–10 9,22 5,35 1,72 14,57 2,72 75,40–5 11,64 5,81 2 17,45 3,00 72,90 14,53 6,22 2,34 20,7 3,33 70,75 17,94 6,57 2,73 24,5 3,73 68,8Tabela 4. Karakteristike rashladnog sistema sa fluidom R407A407A Fi0 Pef COP Fikd COPg tdisch–20 5,28 3,62 1,46 8,9 2,46 101,4–15 7,05 4,18 1,69 11,22 2,68 95,2–10 9,19 4,72 1,95 13,92 2,95 90–5 11,77 5,24 2,25 17,01 3,25 85,60 14,85 5,71 2,60 20,6 3,61 81,75 18,51 6,13 3,02 24,6 4,01 78,4Tabela 5. Karakteristike rashladnog sistema sa fluidom R407C407C Fi0 Pef COP Fikd COPg tdisch–20 4,86 3,2 1,52 8,06 2,52 106,1–15 6,55 3,73 1,76 10,28 2,76 99,1–10 8,6 4,26 2,02 12,86 3,02 93,6–5 11,05 4,78 2,31 15,84 3,31 88,90 13,98 5,28 2,65 19,26 3,65 85,15 17,45 5,74 3,04 23,2 4,04 81,7Tabela 6. Karakteristike rashladnog sistema sa fluidom R407F407F Fi0 Pef COP Fikd COPg tdisch–20 5,82 3,85 1,51 9,68 2,51 108,8–15 7,73 4,45 1,74 12,18 2,74 101,6–10 10,03 5,03 1,99 15,06 2,99 95,6–5 12,78 5,58 2,29 18,36 3,29 90,30 16,06 6,08 2,64 22,1 3,63 85,85 19,92 6,52 3,06 26,4 4,05 81,8Tabela 7. Karakteristike rashladnog sistema sa fluidom R410A410A Fi0 Pef COP Fikd COPg tdisch–20 4,45 3,13 1,42 7,58 2,42 117,1–15 5,75 3,54 1,62 9,29 2,62 109,5–10 7,27 3,92 1,85 11,19 2,85 103–5 9,04 4,26 2,12 13,29 3,12 97,50 11,08 4,55 2,44 15,63 3,44 92,55 13,42 4,8 2,80 18,2 3,79 88Tabela 8. Karakteristike rashladnog sistema sa fluidom R448A448A Fi0 Pef COP Fikd COPg tdisch–20 5,59 3,8 1,47 9,39 2,47 101,9–15 7,4 4,36 1,70 11,76 2,70 95,7–10 9,59 4,9 1,96 14,49 2,96 90,4–5 12,22 5,4 2,26 17,62 3,26 85,90 15,35 5,84 2,63 21,2 3,63 81,95 19,05 6,22 3,06 25,3 4,07 78,4Tabela 9. Karakteristike rashladnog sistema sa fluidom R449A449A Fi0 Pef COP Fikd COPg tdisch–20 5,55 3,8 1,46 9,35 2,46 101–15 7,34 4,36 1,68 11,7 2,68 95–10 9,52 4,9 1,94 14,41 2,94 89,8–5 12,12 5,4 2,24 17,52 3,24 85,40 15,23 5,84 2,61 21,1 3,61 81,55 18,91 6,22 3,04 25,1 4,04 78,1U nastavku rada dati su grafički rezultati proračuna, na di-jagramima 1 do 4, na kojima se jasno vidi promena razma-trane karakteristike rashladnog sistema (toplotne pumpe) u zavisnosti od promene temperature isparavanja i u zavisno-sti od korišćenog rashladnog fluida.Na dijagramu 1 data je promena vrednosti COP pri hlađenju, pri čemu sa porastom temperature isparavanja raste vred-nost COP. Takođe se vidi da je sistem koji je radio u ova-ko definisanim uslovima sa freonom R449A imao najlošije karakteristike (ispod R404A), dok su sistemi sa freonima R407C i R407F jako slični i imali su najveće vrednosti COP (iznad R404A). Instalacije sa R407A i 448A su jako blizu po vrednostima COP kao i R407C i R407F.Dijagram 2 prikazuje promenu vrednosti COPg u režimu gre-janja, tj. kada rashladnu mašinu posmatramo kao toplotnu pumpu. Može se primeniti ista analiza kao i za prethodni di-jagram.90  kgh 1/2017Na dijagramu 3 se vidi promena električne snage kompresora u zavisnosti od temperature isparavanja. Na osnovu analize i dijagrama jasno je da bi rashladni sistemi sa R410A i R407C trošili najmanje električne energije za pogon kompresora, dok su sistemi sa R404A i R407F u vrhu potrošnje.Dijagram 4 prikazuje vrednosti temperature na potisu kom-presora u zavisnosti od primenjenih rashladnih fluida. Najvi-še vrednosti temperature na potisu imaju sistemi sa R410A i R407F. Freoni R407A, R448A i R449A su u srednjem opse-gu sa veoma sličnim vrednostima, dok najniže temperatu-re ima R404A.5. ZaključakNa osnovu prethodno rečenog vidi se da freoni R410A, R407F, R407A, R407C, R448A i R449A predstavljaju dobru (trenutnu) zamenu R404A uz postojanje tendencije vraća-nja prirodnim rashladnim fluidima (ugljen-dioksid, amonijak i dr.). Takođe, mora se navesti i sledeće: – Uvek se prvo treba posvetiti pripremama, tj. šta se menja i čime menja, kao i analizi šta bi trebalo da se dobije. Di-jagrami ili tablice rashladnog fluida spremiti pre početka postupka konverzije. – HFC rešenja se polako gube a tržište stižu nove zamene HFO ili ugradnja u nove instalacije. – Veliki proizvođači još uvek traže i u laboratorijama i u praksi proveravaju nove mešavine. Samo dva nova mole-kula su do sada u igri (R1234yf i R1234ze). Treba sače-kati firmu Daikin kao najvećeg svetskog proizvođača po količini rashladnih sredstava da ponudi nova rešenja kao 3,532,521,51COP–20 –10Temperatura isparavanja [°C]0404A407A407C407F410A448A449ADijagram 1. Vrednosti COP pri hlađenju4,504,003,503,002,502,00COPg–20 –10Temperatura isparavanja [°C]0404A407A407C407F410A448A449ADijagram 2. Vrednosti COPg pri grejanju (toplotna pumpa)76,565,554,543,53pef [kW]–20 –10 –5–15Temperatura isparavanja [°C]0 5404A407A407C407F410A448A449ADijagram 3. Električna snaga kompresora12011010090807060Temperatura na potisu [°C]–20 –10 –5–15Temperatura isparavanja [°C]0 5404A407A407C407F410A448A449ADijagram 4. Temperatura na potisu kompresorazamenu za R32 (najavljenu), za primenu u oblasti niskih temperatura. – Iz dijagrama 1 i 2 se vidi da svako rashladno sredstvo ima svoje podatke, izračunavajući COP za hlađenje i COPg za to-plotne pumpe koje treba dalje istraživati. – Direktiva EU 517/2014 sada obuhvata i sredstva u ras-hladnom transportu, gde se već dve godine uspešno kori-sti HFO R452A kojim je zamenjen HFC R404A.  – Direktive EU 2006/40/EC i EU307/2008 za putničke au-tomobile traži korišćenje rashladnog fluida sa GWP ma-njim od 150, čime se onemogućava dalje korišćenje R134a (GWP od 1430), što se danas postiže sa R1234yf (<1).  – Uvoz u Srbiju samostalno za sva rashladna sredstva je komplikovan posao i ide preko dva ministarstva.  – Boja kontejnera je bela za povratne boce sa dvostrukim ventilom – tečnu i gasnu fazu, tako da ASHRAE-ove boje dolaze do izražaja samo na instalacijama – bocama risive-ra rashladne instalacije.6. Literatura[1] *** http://mnashrae.org/downloads/refrigerant_preso_ashrae_2016_rs.pdf[2] *** Working Fluids for Mechanical Refrigeration, Alberto Cavalini, Int. J. Refrig., Vol. 19. No. 8, pp. 485–496, 1996[3] *** https://www.honeywell-refrigerants.com/americas/?document=retrofit-guide-con-vert-r-404a-r-507-to-solstice-n40&download=1[4] Yans Motta, S., M. Spatz, Low GWP Replacement for R404A in Commercial Refrigeration Applications, Honeywell International, 20 Peabody Street, Buffalo, NY 14210  kgh 1/2017 91[5] Black, J., EU F-Gas Regulation: Impact on R404A andOpportunitity for R442A (RS-50), Jon Black, http://www.linde-gas.com/internet.global.lindegas.global/en/ima-ges/R442A%20replacement%20for%20R404A%20Insi-ght%20document17_122200.pdf?v=3.0[6] *** http://www.linde-gas.com/internet.global.lindegas.global/en/images/Guide%20to%20F-gas%20regulati-ons17_130947.pdf?v=5.0[7] *** http://files.danfoss.com/TechnicalInfo/Dila/01/DKRCC.PB.000.B2.22.pdf[8] Akdemir, S., S. Arin, Determination of Cooling Effect ofR12 and R404A, J. Biol. Sci. (2003), 3, pp. 1114–1125.[9] *** http://www.emersonclimate.com/eu-rope/ProductDocuments/CopelandLiterature/CC072603_1012_0515_E_Refrigerant%20change-over%20R404A%20to%20HFC%20R407AF%20R448A%20R449A_0.pdf[10] *** Program REF ProP. Verzija 9.2.[11] *** Danfoss-ova aplikacija samo za Apple – Low GWPTool Ver. 2.kgh

Sintetičke alternative za rashladno sredstvo R404A

https://machinery.mas.bg.ac.rs/bitstream/123456789/5972/1/bitstream_14849.pdf

Sintetičke alternative za rashladno sredstvo R404A

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Machinery - Repository of the Faculty of Mechanical Engineering, University of Belgrade