IRETC Prague: Alternativní chladiva v mobilních aplikacích

Transkript

1 IRETC Prague: Alternativní chladiva v mobilních aplikacích Ing. Michal Kolda Leden 2014

2 Obsah Ingersoll Rand a ETC Prague Přepravní chlazení a klimatizace Legislativa Náhrady současných chladiv Výsledky měření mobilních aplikací - R-1234yf - AHRI Low-GWP AREP 2

3 Ingersoll Rand a ETC Prague 3

4 Ingersoll Rand Ingersoll Rand je celosvětově působící firma s obratem 14 mld USD V Ingersoll Rand pracuje přes 46 tisíc zaměstnanců v 54 zemích Strategické obchodní značky mají dlouhodobě vedoucí postavení na svých trzích: 4

5 ETC Prague Základy dnešního ETC Prague byly položeny v roce 1948 Smíchov (VÚCHT) /2007 Hostivice (ETC Prague) od 3/2007 Dlouholeté zkušenosti s vývojem a testováním chladicí/mrazicí a klimatizační techniky V roce 1992 se ETC Prague (tehdy VÚCHT) stalo součástí firmy Thermo King Thermo King je od roku 1997 součástí společnosti Ingersoll Rand 5

6 Přepravní chlazení a klimatizace 6

7 Přepravní chlazení a klimatizace Autobusové a vlakové klimatizace, klimatizace kabiny řidiče: Malé jednotky - chladicí jednotky poháněné od vozidla (VP): Autonomní chladicí jednotky pro nákladní vozidla (SP): Návěsové (trajlerové) chladicí jednotky: Kontejnerové chladicí jednotky: 7

8 Přepravní chlazení a klimatizace Široký rozsah okolních provozních teplot - Neznámé podmínky pro nejčastější provoz problém optimalizace - Výrazná změna teplotních podmínek během provozu - Omezené prostorové možnosti pro zvětšování výměníků - Jednotky jsou určené pro světové trhy Velký rozsah požadovaných interních teplot - mobilní chlazení: nastavení teploty v boxu dle druhu převáženého zboží - mobilní klimatizace: nastavení vnitřní teploty dle místních zvyklostí Náročné pracovní prostředí - Vibrace (umístění na návěsu, nákladním vozidle, na autobusu) - Provoz v různorodém okolním prostředím (prach, sůl, vlhkost, emise, ) - Ovlivnění okolním prouděním: provoz za jízdy i při stání v koloně - Požadavek na minimální spotřebu a maximální spolehlivost - Nutnost splnění bezpečnostních požadavků platných pro transport Přepravní klimatizace: R-134a (GWP = 1300) a R-407C (GWP = 1530) Přepravní chlazení: R-404A (GWP = 3922) a R-134a (GWP = 1300) 8

9 Legislativa 9

10 Legislativa Nařízení 2006/40/EK (MAC directive): - Zákaz používání chladiv s GWP > 150 u nových modelů osobních vozů od 1. ledna Zákaz používání chladiv s GWP > 150 u všech nových osobních vozů od 1. ledna V případě úspěšného zavedení legislativy se očekává rozšíření působnosti omezení na klimatizace ostatních mobilních zařízení (autobusy, vlaky, pracovní stroje, ) Nařízení 842/2006 (F-Gas regulation): - Přímá regulace přepravního chlazení není v tuto chvíli zahrnuta - Nepřímé dopady stejně vyžadují přechod na jiná chladiva: omezení servisu, klesající dostupnost chladiva R-404A, administrativní zatížení spojené s evidencí použití chladiv s vysokým GWP, tlak na kontrolu úniků, požadavky zákazníků na nové řešení - Okolo roku 2018 se očekává vyhodnocení/revize nařízení Národní legislativa: Daňové zatížení chladiv dle GWP - Některé evropské státy zavádějí daň na chladiva podle přepočtu na ekvivalent CO 2 : Severní Evropa (Dánsko, Švédsko, Norsko) 79,5 EUR/kg R-404A Slovinsko 40,5 EUR/kg R-404A Další státy připravují podobnou legislativu 10

11 Legislativa PIEK - Limity pro hluk generovaný jednotkou (zásobování ve městě): : 65 db(a) : 60 db(a) - Omezení otáček pohonného motoru (snížení chladicího výkonu) - Omezení otáček kondenzátorových ventilátorů (snížení chladicího výkonu) Řada nařízení TIER I IV / EURO 1 6 pro pracovní stroje - EU posunula zahájení platnosti o 2 roky - Požadavek na splnění emisních limitů při výkonu motoru nad 25 hp (18,6 kw): týká se velkých trajlerových jednotek, trend je omezit výkon motoru pod hranici platnosti regulace - Vliv na maximální chladicí výkon, rychlost pull-down - Tlak na zlepšení účinnosti 11

12 Náhrady současných chladiv 12

13 Náhrady současných chladiv Faktory ovlivňující výběr alternativních chladiv Vliv na životní prostředí: ODP, GWP, TEWI, Ozone Depletion Global Warming Bezpečnost: hořlavost, výbušnost, toxicita, Technické požadavky: výkon, účinnost, kritické parametry okruhu/komponent, rozsah pracovních podmínek, Spolehlivost: stabilita, kompatibilita s materiály v okruhu, Ekonomické hledisko: celkové náklady pro zákazníka (LCCP) 13

14 Náhrady současných chladiv Kategorie alternativních chladiv Nová syntetická chladiva: R-1234yf, R-1234ze, směsi obsahující tyto dvě složky Nová syntetická chladiva nejsou ještě komerčně dostupná Přírodní chladiva: Čpavek, uhlovodíky, vzduch, voda, CO 2 Průmyslově se vyrábějí a náklady na jejich výrobu a vliv jejich výroby na životní prostředí je nutné brát v úvahu Výběr alternativního chladiva musí proběhnout na základě objektivního zhodnocení všech faktorů 14

15 Náhrady současných chladiv Problém nových syntetických chladiv: hořlavost vs. GWP 15

16 Náhrady současných chladiv Nasazení přírodních chladiv a hledání optimálního chladicího okruhu v oblasti přepravního chlazení a klimatizací je v současnosti předmětem intenzivního vývoje 16

17 Výsledky měření mobilních aplikací Syntetické chladivo R-1234yf 17

18 R-1234yf Vyvinuto jako náhrada za R-134a pro automobilové klimatizace Třída hořlavosti A2L Testovací aplikace: Střešní autobusová klimatizační jednotka Chladicí výkon 25 kw při podmínkách 35 C/ 26.7 C/ 15.6 C teplota okolí/vnitřní/rosný bod 18

19 R-1234yf Schéma chladicího okruhu: Testovací podmínky: 19

20 R-1234yf Autobusová klimatizace: R-1234yf 20

24 R-1234yf Vyhodnocení: náhrada R-1234yf za R-134a v autobusové klimatizaci Na jednotce využité pro drop-in testy nebyly provedeny žádné modifikace, byla pouze optimalizována náplň alternativního chladiva a nastavení expanzního ventilu Jednotka s chladivem R-1234yf je schopná provozu ve stejném rozsahu teplotních podmínek jako s chladivem R134a Jednotka s chladivem R-1234yf má nižší maximální chladicí výkon a horší COP v porovnání s jednotkou s chladivem R134a Pro chladivo R-1234yf je vhodné provést modifikaci a optimalizaci stávajících klimatizačních jednotek a jejich komponent Pro chladivo s hořlavostí třídy A2L je třeba zavést nové bezpečnostní požadavky při skladování chladiva a při výrobě, servisu a provozu mobilních klimatizací 24

25 Výsledky měření mobilních aplikací AHRI Low-GWP AREP 25

26 AHRI Low-GWP AREP Low-GWP AREP: Low-GWP Alternative Refrigerants Evaluation Program Mezinárodní program zaměřený na identifikaci a ověření alternativních chladiv s nízkým GWP pro hlavní produktové kategorie: klimatizace, tepelná čerpadla, odvlhčovače, chladiče, vodní topení, výrobníky ledu a chladicí zařízení Program zahrnuje testování výkonu kompresorů, výkonové zkoušky celého zařízení (dropin & soft-optimized ) a měření parametrů přestupu tepla alternativních chladiv Technická komise Low-GWP AREP složena ze zástupců firem: Arkema Hussmann Mexichem Fluor Bitzer Ingersoll Rand: National Refrigerant Carrier - ETC Prague Tecumseh Products CPI Engineering Services - Thermo King Minneapolis Danfoss - Trane La Crosse DuPont Johnson Controls Emerson Climate Technologies Lennox Hill Phoenix Manitowoc Foodservice Honeywell 26

27 AHRI Low-GWP AREP Dodavatelé chladiv: Arkema Daikin DuPont Honeywell Mexichem 27

28 AHRI Low-GWP AREP Náhrada za R-134a a R407C Schéma chladicího okruhu: Testovací podmínky: 28

29 AHRI Low-GWP AREP Náhrada za R-134a AC5 (R32/R152a/R1234ze: 12/5/83 %) Mexichem A2L, GWP 92 N-13a (R134a/R1234yf/R1234ze: 42/18/40 %) Honeywell A1, GWP 604 Testovací aplikace: Střešní autobusová klimatizační jednotka Chladicí výkon 24 kw při podmínkách 35 C/ 26.7 C/ 15.6 C teplota okolí/vnitřní/rosný bod 29

30 AHRI Low-GWP AREP Autobusová klimatizace - náhrada za R-134a 30

34 AHRI Low-GWP AREP Náhrada za R-407C L-20 (R32/R152a/R1234ze: 45 /20 / 35 %) Honeywell A2L, GWP 331 D52Y (R32/R125/R1234yf: 15 / 25 / 60 %) Daikin A2L, GWP 979 Testovací aplikace: Střešní autobusová klimatizační jednotka Chladicí výkon 32 kw při podmínkách 35 C/ 26.7 C/ 15.6 C teplota okolí/vnitřní/rosný bod 34

35 AHRI Low-GWP AREP Autobusová klimatizace - náhrada za R-407C 35

39 AHRI Low-GWP AREP Vyhodnocení: náhrada za R-134a a R-407C (autobusová klimatizace) Na jednotkách využitých pro drop-in testy nebyly provedeny žádné modifikace, byla pouze optimalizována náplň alternativního chladiva a nastavení expanzního ventilu Byla vyzkoušena alternativní chladiva s nižším GWP než R-134a a R-407C; podle výsledků měření mohou být použita jako náhrada současných chladiv Žádné z alternativních chladiv nemůže být použito jako přímá náhrada současných chladiv bez modifikace/optimalizace stávajících jednotek buď je třeba kompenzovat ztrátu výkonu a účinnosti nebo vyřešit zvýšený výtlačný tlak a/nebo teplotu Pro chladiva s hořlavostí třídy A2L je třeba zavést nové bezpečnostní požadavky při skladování chladiva a při výrobě, servisu a provozu mobilních klimatizací Zkoušená chladiva nejsou ještě komerčně dostupná, nejsou ukončeny všechny zkoušky a certifikace umožňující jejich rychlé nasazení 39

40 AHRI Low-GWP AREP Náhrada za R-404A L-40 (R32/R152a/R1234yf/R1234ze: 40/10/20/30 %) Honeywell A2L, GWP 285 DR-7 (R32/R1234yf: 36/64 %) DuPont A2L, GWP 246 ARM-30a (R32/R1234yf: 29/71 %) Arkema A2L, GWP 199 Testovací aplikace: Trajlerová chladicí jednotka pro 15 m trajler chladicí výkon 15 kw při podmínkách 30 C/ 0 C teplota okolí/vnitřní chladicí výkon 8,1 kw při podmínkách 30 C/ -20 C teplota okolí/vnitřní 40

41 AHRI Low-GWP AREP Trajlerová chladicí jednotka - náhrada za R-404A Schéma chladicího okruhu: Testovací podmínky: 41

42 AHRI Low-GWP AREP Trajlerová chladicí jednotka - náhrada za R-404A 42

46 AHRI Low-GWP AREP Vyhodnocení: Trajlerová chladicí jednotka - náhrada za R-404A Na jednotce využité pro drop-in testy nebyly provedeny žádné modifikace, byla pouze optimalizována náplň alternativního chladiva a nastavení expanzního ventilu Byla vyzkoušena alternativní chladiva s nižším GWP než R-404A; podle výsledků měření mohou být použita jako náhrada chladiva R-404A Žádné z testovaných alternativních chladiv nemůže být použito jako přímá náhrada současného chladiva bez modifikace/optimalizace stávajících jednotek, zvýšená výtlačná teplota a tlak omezují rozsah provozních podmínek Pro chladiva s hořlavostí třídy A2L je třeba zavést nové bezpečnostní požadavky při skladování chladiv a při výrobě, servisu a provozu Zkoušená chladiva nejsou ještě komerčně dostupná, nejsou ukončeny všechny zkoušky a certifikace umožňující jejich rychlé nasazení 46

47 Závěr V současné době neexistuje jednoznačná a univerzální náhrada současných chladiv pro mobilní chlazení a klimatizace Je pravděpodobné, že v budoucnosti bude existovat více řešení, každé bude optimální pro omezenou oblast aplikací Použití přírodních chladiv v mobilních aplikacích vyžaduje další intenzivní vývoj v oblasti komponent i okruhů Je nutné dokončit zkoušky a certifikace nových syntetických chladiv a zajistit jejich komerční dostupnost Je nutné zavedení třídy hořlavosti A2L do legislativy a vyjasnění s tím spojených bezpečnostních požadavků Od chemického průmyslu se očekává vývoj dalších alternativ 47

48 Děkuji za pozornost