Kältemittelmischungen zur Verbesserung der Kohlenwasserstoffeffizienz

SPANIEN: Forscher haben eine Reihe von Kältemittelmischungen identifiziert, die eine effizientere Alternative zu reinen Kohlenwasserstoffen in kleinen Kühlsystemen darstellen könnten.

Isobutan (R600a) hat R134a als vorherrschendes Kältemittel in Kühl-/Gefriergeräten für Privathaushalte abgelöst, während Propan (R290) weithin als bevorzugte Umweltoption für eigenständige gewerbliche Kühlgeräte übernommen wurde. Dies ist insbesondere in Europa der Fall, wo die F-Gas-Verordnung (517/2014) die Verwendung von Kältemitteln mit einem GWP von mehr als 150 in Kühlsystemen mit kleiner Kapazität verbietet.

Die Kohlenwasserstoff-Kältemittel haben nicht nur ein sehr niedriges Treibhauspotenzial, sondern sind auch für ihre Energieeffizienz bekannt. Da diese Gase die Anforderungen aller Umweltgesetze erfüllen, scheint es bisher kaum Anstrengungen gegeben zu haben, die Leistung des Kältemittels zu verbessern. Dies trotz Zahlen, denen zufolge mehr als 1,5 Milliarden Kohlenwasserstoff-Kühlschränke weltweit etwa 2,6 % des weltweiten Stromverbrauchs ausmachen.

Wissenschaftler der Thermal Engineering Group an der Fakultät für Maschinenbau und Bauwesen der Universität Jaume I in Valencia haben nun eine kleine Anzahl von Kältemittelmischungen identifiziert, die theoretisch energieeffizientere Optionen als R600a und R290 bieten könnten.

Die Gruppe untersuchte 110.880 Kältemittelmischungen, die für Kühlzwecke thermodynamisch im Vergleich zu R600a und R290 bewertet wurden.

Die für die Mischungen berücksichtigten Kältemittel waren R290 (Propan), R600a (Isobutan), R600 (Butan), R1270 (Propylen), R152a, R32, R1234yf, R1234ze(E), R1233zd und R744 (CO2). Es wurden nur Mischungen mit maximal drei Komponenten berücksichtigt. Das maximale GWP jeder potenziellen Mischung wurde auf 150 eingestellt und der maximal zulässige effektive Gleitwert im Verdampfer betrug 10 K.

Aus diesen wurden nur die Mischungen ausgewählt, die im Vergleich zu R600a und R290 theoretische COP-Steigerungen von 0 bis 15 % und Schwankungen der volumetrischen Kühlkapazität von -30 bis 30 % aufwiesen. Abschließend wurden die verbleibenden Mischungen noch einmal optimiert, wobei die Massenanteilsvariation jeder Komponente 0,5 % betrug.

Es wurde festgestellt, dass Mischungen aus R1234yf/R600a und R1270/R600a im Vergleich zu R600a eine geringfügige Steigerung des COP zwischen 0,3 % und 0,6 % bzw. zwischen 0,1 % und 0,8 % bieten. Es wurde ein geringer Anstieg des VCC zwischen 5,9 % und 6,4 % für die R1234yf/R600a-Mischung und zwischen 6,3 % und 11,2 % für die R1270/R600a-Mischung festgestellt.

Mischungen aus R1270/R600, R152a/R600, R1234zeE/R600 und R290/R600 erzielten erhöhte COPs zwischen 1,7 %–5,3 %, 3,3 %–7,6 %, 2,5 %–4,4 %, 2 %–4,5 %, 1,6 %–8,6 %, der VCC ging jedoch deutlich um bis zu 28 % zurück.

Von den möglichen Alternativen zu R290 erzielten Mischungen aus einem geringen Anteil von R744 mit R290, R1234yf, R152a oder R1234ze(E) höhere COPs zwischen 3,4 % und 11,6 %. Der VCC unterschied sich jedoch erheblich zwischen den Mischungen. Außerdem wurde die Mischung aus R32 und R290 identifiziert, die einen Anstieg des COP und VCC von 0,8 % bis 2,3 % bzw. 8,8 % und 13 % erzielte.

Die Forscher bestehen darauf, dass es klar ist, dass es einige Kältemittelmischungen gibt, die in kleinen Systemen eine geringfügige Steigerung des COP im Vergleich zu reinen Kohlenwasserstoffen bewirken könnten. Sie akzeptieren jedoch, dass eine experimentelle Validierung erforderlich ist, um die tatsächlichen Möglichkeiten der identifizierten Mischungen zu bestätigen.

Das vollständige Papier finden Sie hier.