pompecaldura.eu

Dupa cum s-a discutat in tehnologia pompelor de caldura, cu circuit inchis, pompe de caldura de tip compresie necesita un fluid de lucru. In mod traditional, fluidele cele mai comune de lucru pentru pompele de caldura au fost:

•    CFC-12 la temperaturi scazute si mijlocii (max 80 ° C);
•    CFC-114 la temperaturi ridicate (max. 120 ° C);
•    R-500 Temperatura medie (max 80 ° C);
•    R-502 la temperaturi scazute-mijlocii (max 55 ° C);
•    Pompe HCFC-22 Practic, toate reversibile si cu caldura la temperatura scazuta (max. 55 ° C).

Datorita continutului de clor si stabilitatii chimice, CFC (clorofluorocarburi) sunt daunatoare mediului la nivel mondial. Ele au atat un potential ridicat de epuizarea a stratului de ozon (ODP), precum si un potential de incalzire globala (GWP). Efectele asupra mediului pot fi reprezentate, de asemenea, cu Total Equivalent Warming Impact (TEWI) conceptul care determina contributia totala de CFC (clorofluorocarburi) alternative la incalzirea globala. TEWI este suma contributiei directe de gaze cu efect de sera utilizate sau folosirea sistemelor cu o contributie indirecta a emisiilor de dioxid de carbon rezultate din energia necesara pentru a rula sistemele peste durata lor de viata normala.

SSC apartin grupului de agenti frigorifici interzisi. Datorita contributiei lor la epuizarea stratului de ozon fabricarea acestor agenti frigorifici si utilizarea lor in centralele noi este acum interzisa, desi acestia sunt in continuare permisi in instalatiile existente. Cu toate acestea, numai refrigerantii purificati (reciclati) din unitatile dezafectate si modernizate sunt disponibili. Prin urmare, este de asteptat ca acesti agenti frigorifici vor deveni mult mai costisitori si la un moment dat nu vor mai fi deloc disponibili. Acest grup include urmatorii agenti frigorifici: R-11, R 12, R 13, R-113, R-114, R-115, R-500, R-502, R-13B1.

Ca o cerinta generala, pompele de caldura care folosesc fluide alternative de lucru ar trebui sa aiba cel putin aceeasi fiabilitate si eficienta a costurilor ca si sistemele CFC. In plus, eficienta energetica a sistemelor trebuie sa fie mentinuta sau sa fie chiar mai mare, pentru a face pompele de caldura o alternativa interesanta de economisire a energiei. In plus fata de gasirea fluidelor de lucru noi si ecologice acceptabile, este de asemenea important a se modifica sau redesena pompele de caldura. In general vorbind, eficienta energetica a unui sistem de pompe de caldura depinde mai mult de pompa de caldura si de sistemul de proiectare decat pe fluidul de lucru.

HCFC
HCFC (hidroclorofluorocarburi) fluid de lucru care contine, de asemenea, clor, dar aare o mult mai mica PDO (potential de epuizare a ozonului) decat SSC, de obicei 2-5% din CFC-12, din cauza unei stabilitati chimice atmosferice mai mici. GWP (potential de incalzire globala) este de obicei 20% din cea a CFC-12. H-CFC sunt asa-numitii agenti frigorifici de tranzitie. Acestia ar trebui sa fie folositi numai pentru pompele e caldura existente in functiune. H-CFC includ R-22, R-401, R-402, R-403, R 408 si R-409. Tabelul 1 prezinta calendarul de eliminare treptata a CFC si HCFC pentru tarile industrializate, care au convenit in cadrul Protocolului de la Montreal impreuna cu modificarile si ajustarile sale. HCFC ar trebui sa fie eliminati treptat in tarile industrializate pana in anul 2020, si ar trebui sa fie eliminati in intregime pana in 2040. Uniunea Europeana a adoptat un calendar accelerat de eliminare treptata a acestor substante, si cere sa fie eliminate treptat pana in ianuarie 2015. Unele tari din Europa (Suedia, Germania, Danemarca, Elvetia si Austria) au avut, de asemenea, un calendar accelerat si au eliminate deja R-22 pentru sistemele de noi intre anii 1998 si 2002.

Tabelul 1: Programul de eliminare pentru CFC si HCFC pentru tarile dezvoltate.

Data de control                                                       Masura
01.01.1996                                                 SSC eliminate treptat (1) HCFC inghetate la nivelul anului 1989 de                                                                         HCFC + 2,8% din 1989 a consumului de CFC (nivelul de baza)

01.01.2004                                                         HCFC redus cu 35% fata de nivelurile de baza

01.01.2010                                                         HCFC redus cu 65%

01.01.2015                                                         HCFC redusa cu 90%

01.01.2020                                                        HCFC eliminate treptat pentru a permite o restanta de pana la 0,5% pana in 2030 pentru refrigerantii existenti si de aer conditionat



HFC
HFC (hidrofluorocarbon) pot fi considerati agenti frigorifici pe termen lung alternativi. Aceasta inseamna ca sunt agenti de racire fara clor, cum ar fi R-134a, R-152a, R-32, R-125 si R-507. Din moment ce acestia nu contribuie la epuizarea stratului de ozon, acestia sunt alternativa pe termen lung la R-12, R-22 si R-502. Cu toate acestea, inca nu contribuie la incalzirea globala. O atentie speciala trebuie acordata la utilizarea de lubrifianti. Uleiurile minerale sunt non-compatibile cu aceste refrigeranti. In mod normal, numai pe baza de uleiuri de ester lubrifiant recomandat de producatorul de refrigeranti trebuie sa fie utilizat. Reziduurile de ulei mineral trebuie sa fie complet eliminate in cursul consolidarii.

•    HFC-134a este destul de similar cu CFC-12 in proprietati termofizice. Coeficientul de performanta (COP) al pompei de caldura cu HFC-134a va fi practic acelasi ca si pentru CFC-12. La temperaturi scazute de evaporare (sub -1 ° C) COP va fi putin mai mic.
•    HFC-152a in principal, a fost folosit ca o parte din R-500, dar a fost, de asemenea, aplicat cu succes intr-un numar mic de sisteme de pompe de caldura si frigidere interne. HFC-152a este in prezent aplicat ca o componenta in amestecuri. Deoarece are un grad ridicat de inflamabilitate, acesta ar trebui sa fie utilizat numai ca un lichid pur care lucreaza in sistemele de dimensiuni reduse cu un nivel scazut de fluid de lucru (a se vedea, de asemenea, hidrocarburi).
•    HFC-32 este moderat inflamabil si are o GWP aproape de zero. Este considerat ca un inlocuitor adecvat pe termen lung pentru HCFC-22 in spatiu conditionat, pompe de caldura si aplicatii industriale de refrigerare. Datorita inflamabilitatii sale, HFC-32 este, de obicei aplicat ca o componenta principala in amestecuri non-inflamabile inlocuind R-502 si HCFC-22
•   HFC-125 si HFC-143a au proprietati destul de similare cu R-502 si HCFC-22. Ele sunt aplicate in principal in calitate de componente in amestecuri tertiare inlocuind R-502 si HCFC-22. Potentialul de incalzire globala, cu toate acestea, este de aproximativ trei ori mai mare ca al lui HFC-134a.


Amestecuri
Amestecurile reprezinta o posibilitate importanta de inlocuire a CFC, atat pentru reechipare si pentru aplicatiile noi. Un amestec format din doua sau mai multe fluide pure de lucru, si poate fi zeotropic, azeotrop sau aproape-azeotrop. Amestecurile azeotrope evapora si condenseaza la o temperatura constanta, altii intr-un anumit interval de temperatura (temperatura de alunecare). Temperatura de alunecare poate fi utilizata pentru a imbunatati performanta, dar acest lucru necesita modificarea echipamentului. Avantajul de amestecuri este ca acestea pot fi fabricate la comanda, pentru a se potrivi nevoilor specifice.

Amestecurile timpurii de inlocuire a CFC-12 si R-502, toate cuprinse in HCFC-22 si/sau alte fluide HCFC de lucru, cum ar fi HCFC-124 si HCFC-142b, si prin urmare, sunt considerate ca fiind lichide de tranzitie sau pe termen mediu de lucru.

Noua generatie de amestecuri de inlocuire a R-502 si HCFC-22 sunt clor, si vor fi alcatuite in principal din HFC (HFC-32, HFC-125, HFC-134a, HFC143a) si de hidrocarburi (de exemplu, propan). Doua dintre cele mai promitatoare alternative fluide de lucru pentru inlocuirea in cele din urma a lui R-22 in caldura de pompare in aplicatii sunt R-410A amestecuri si R407-C, care sunt discutate mai jos in detaliu. Principala diferenta intre cele doua este compozitia chimica: R-410A este un amestec de R-32 si R-125 cu temperatura minima alunecare, in timp ce R-407C este format din R-32, R 125 si R-134A si are o alunecare mai mare de temperatura. Anexa 18 pentru pompe de caldura in Programul AIE releva ca a fost efectuat un studiu detaliat cu privire la proprietatile termofizice de amestecuri.

•    R-407C este disponibil numai pentru utilizarea imediata de refrigerare existenta, R-22 Ð proprietatile termice si conditiile de operare sunt apropiate de cele ale R-22. Cu toate acestea, din cauza temperaturii sale de alunecare este potrivit numai pentru anumite sisteme. Utilizarea acestui agent frigorific este in crestere, desi mai exista inca unele dificultati de inginerie pentru companiile de servicii si ale producatorilor.
•    Cercetarile au aratat ca utilizarea R-410A poate duce la un COP imbunatatit in comparatie cu R-22. Folosind R-410A reducerile cu costul total pot fi atinse, deoarece componentele sistemului, in special compresorul, poate fi micsorat in mod semnificativ, deoarece are o capacitate mai mare volumetrica. Principalul dezavantaj este presiunea de functionare mai mare comparativ cu R-22, care indica faptul ca creste presiunea de proiectare-dovada ca majoritatea componentelor ar trebui revizuite. R-410A este foarte popular, mai ales in SUA si Japonia, pentru pompe de caldura ambalate si unitati de aer conditionat.Componentele comerciale R-410A pentru intreprinderile mici si sistemele de refrigerare mijlocii fie sunt deja disponibile fie sunt in curs de dezvoltare.


Fluidele naturale de lucru ale pompei de caldura
Fluide de lucru sunt substante naturale, existente in biosfera. Ele au, in general, dezavantaje globale neglijabile de mediu (zero sau aproape de zero PDO si GWP). Acestea sunt, prin urmare, pe termen lung alternative la SSC. Exemple de fluide fizice care lucreaza sunt amoniac (NH3), hidrocarburi (de exemplu, propan), dioxid de carbon (CO2), aer si apa. Unele dintre fluidele fizice care lucreaza sunt inflamabile sau toxice. Implicatiile asupra sigurantei de a folosi astfel de fluide pot solicita proiectarea sistemului de operare specifica si adecvata pentru intretinerea de rutina.

Amoniac (NH3) este in multe tari lichidul de conducere care lucreaza in sistemele medii si mari de refrigerare si a celor de depozitare la rece. Codurile, regulamentele si legislatia au fost dezvoltate in principal pentru a face fata toxicitatii si intr-o oarecare masura, caracteristicilor inflamabile ale amoniacului.
Din punct de vedere termodinamic si economic amoniacul este o alternativa excelenta la CFC si HCFC-22 in echipamente noi de pompe de caldura. El a fost utilizat numai in sistemele de pompe de caldura mari si compresoare de inalta presiune care au ridicat temperatura maxima de condensare realizabila la 58 ° C - 78 ° C.
Amoniacul poate fi, de asemenea, luat in considerare in sistemele de dimensiuni reduse, cea mai mare parte a pietei de pompe de caldura. In cazul sistemelor mici, aspectele de securitate pot fi gestionate prin utilizarea echipamentelor cu un nivel scazut de fluid de lucru si masuri suplimentare, cum ar fi sistemele de distributie indirecta (sisteme de saramura), camere etanse la gaz sau impachetate si cu ventilatie sigura. Cuprul nu este compatibil cu amoniacul, astfel incat toate componentele trebuie sa fie facute din otel. Amoniacul nu este inca utilizat in pompele de caldura industriale la temperatura inalta, deoarece in prezent nu exista compresoare adecvate de inalta presiune disponibile (maxim 40 bar). Daca sunt dezvoltate compresoare eficiente de inalta presiune, amoniacul va fi un excelent lichid la temperatura inalta de lucru.

Hidrocarburi (HCS) sunt bine cunoscute ca fluide inflamabile de lucru cu proprietati termodinamice favorabile si materiale de compatibilitate. In prezent, propanul, propilena si amestecurile de propan, butan, izo-butan si etan, sunt considerate ca fiind cele mai promitatoare hidrocarburi lichide de lucru in sistemele de pompare de caldura. HCS sunt utilizate pe scara larga in industria petroliera, sporadic aplicate in transportul de refrigerare, frigidere intern/congelatoare si pompe de caldura rezidentiale (in special in Europa). Datorita inflamabilitatii ridicate, hidrocarburile ar trebui sa fie modernizate si aplicate numai in sisteme cu un nivel scazut de fluid de lucru. Pentru a asigura siguranta necesara in timpul exploatarii si de serviciu, ar trebui sa fie luate masuri de precautie, cum ar fi introducerea corespunzatoare in incinta pompei de caldura, sisteme de ventilatie autoprotejate, adaugarea de gaz de marcare a fluidului de lucru, utilizarea detectoarelor de gaz, etc

Apa este un excelent fluid de lucru pentru pompele industriale de inalta temperatura termica, datorita proprietatilor sale favorabile termodinamice si datorita faptului ca nu este nici inflamabila sau toxica. Apa a fost in principal utilizata ca fluid de lucru in sistemele MVR deschise si semi-deschise, dar exista, de asemenea, cateva cu circuit inchis, pompe de caldura de compresie cu apa ca fluid de lucru. Temperaturile normale de functionare sunt in intervalul de la 80 ° C la 150 ° C. 300 ° C a fost realizat intr-o instalatie de testare in Japonia, si exista un interes in crestere in utilizarea apei ca fluid de lucru, in special pentru aplicatiile de inalta temperatura. Dezavantajul major cu apa ca fluid de lucru este capacitatea volumetrica de caldura scazuta (kJ/m3) de apa. Acest lucru necesita compresoare mari si costisitoare, mai ales la temperaturi joase.

CO2 este un agent frigorific potential puternic, care atrage atentia in crestere in intreaga lume. CO2 este non-toxic, non-inflamabil si este compatibil pentru lubrifianti si materiale comune de constructie. Capacitatea de refrigerare cotata este mare, iar raportul de presiune este redus foarte mult. Cu toate acestea, teoretic COP a unui ciclu de caldura conventional de pompare cu CO2 este destul de slab, si aplicarea efectiva a acestui lichid, depinde de dezvoltarea de metode adecvate pentru a atinge un consum de energie redus in timpul functionarii competitive si mai aproape de punctul critic. Produsele din CO2 sunt inca in curs de dezvoltare, precum si in cercetarea continua pentru imbunatatirea sistemelor si a componentelor. Un prototip de pompa de caldura de apa pentru incalzire a fost deja elaborat in Norvegia. CO2 este acum folosit ca agent refrigerant secundar in cascada pentru sistemele de refrigerare comerciala.