Honlapunk alsó tartalma 1360*768 pixel
képernyőfelbontásnál kisebb érték esetén
a görgetősáv használatával érhető el.

Lapszámok

Kérjük válasszon
2015

2015 6. szám

Hozzászólások

Hűtőközegek COP értékének és alkalmazhatóságának vizsgálata hőszivattyús alkalmazásokban (LEKTORÁLT CIKK)

Még nem érkezett hozzászólás!

részletek »

Prof. Nyers József Dr. Sci - Stuparic, Daniel - Nyers Árpád - Pék Zoltán

Hűtőközegek COP értékének és alkalmazhatóságának vizsgálata hőszivattyús alkalmazásokban (LEKTORÁLT CIKK)

Prof. Nyers József Dr. Sci


Óbudai Egyetem, Alkalmazott Informatikai és Alkalmazott Matematikai Doktori Iskola

Stuparic, Daniel

BSc mérnök
Szabadkai Műszaki Szakfőiskola

Nyers Árpád

PhD hallgató
BME, Gépészmérnöki Kar, Pattantyús-Ábrahám Géza Gépészeti Tudományok Doktori Iskola, Ivan Sarić Szakközépiskola, Tera Term Kft. Szabadka

Pék Zoltán

PhD hallgató
Szent István Egyetem, Műszaki Tudományi Doktori Iskola

Absztrakt

A cikk célja a hűtőgépekben széles körűen alkalmazott R-410A, R-404A, R-407C, R-134a és R-1234yf hűtőközegek teljesítménytényezőjének (COP – Coefficient of Performance) és alkalmazhatóságának vizsgálata, kiemelt figyelmet fordítva az R-134a és R-1234yf hűtőközegekre. Az R-134a nagyobb GWP-je (Global Warming Potential = 1430) következtében világviszonylatban kérdéssé vált, hogy melyik hűtőközeg lehetne környezetkímélőbb alternatíva. Az Egyesült Államokban bejelentették, hogy a járművek légkondicionálójában 2017-től az R-1234yf (GWP = 4) lesz használatban az R-134a helyett. Az R-1234yf ellen szól azonban a Mercedes-Benz által végzett kísérlet eredménye, amely a közeg gyúlékonyságát, azaz veszélyes mivoltát vetítette előre. Az R-1234yf hátránya továbbá az R-134a-hez képest kedvezőtlen COP-ja is. Főleg gyúlékonysága és az alacsonyabb COP következtében az R-1234yf hőszivattyús rendszereknél nem jöhet számításba, mint az R-134a helyettesítője. Esetleg, kis mennyiségben a kisteljesítményű hűtőgépekben használható.

Jelölések
q [W]    – hőáram,                            
P [W]    – teljesítmény,                    
COP [–] – teljesítménytényező.

Indexek
con   – kondenzátor,
com  – kompresszor,
max  – maximális,
e      – elpárolgás,
c      – kondenzáció.

 

1. Bevezetés

Pillanatnyilag világviszonylatban kérdésként merül fel, hogy mely vegyületek szolgálhatnának az R-134a hűtőközeg helyettesítőjeként, ami tulajdonképpen önmaga is egy helyettesítő közeg volt, annak idején ugyanis az R-12-t (CH2Cl2) váltotta le.  

A váltás időszakában az R-12 lecserélésének elsődleges szempontja a klórtartalom (Cl) volt, amelyet teljesen ki kellett iktatni a hűtőközegek vegyületeiből. Az R-134a teljesítette a fent említett feltételt, a többi jelentős termodinamikai tulajdonsággal együtt. Az utóbbi időben azonban a hűtőközegek klórtartalma mellett a globális felmelegedési potenciál (GWP) is kifejezésre jutott meghatározó tényezőként. A GWP tulajdonképpen nem más, mint az adott gáz üvegházhatásának számszerűsítése, amely megmutatja, hogy az adott hűtőközeg hányszorosan növeli a globális légköri hőterhelést a szén-dioxidhoz (CO2) viszonyítva, száz éves időskálára vetítve.

Az R-134a esetében ez a szám 1430, azaz ennyiszer „jobban” növeli az üvegházhatást száz év alatt, mint a szén-dioxid. Ez okból kifolyólag 2017-től kezdve az Egyesült Államok autóipara az autóklimák esetében új hűtőközegre tér át, mégpedig az R-134a helyett az R-1234yf-re, amelynek GWP értéke mindössze 4. Európában azonban kritikusan viszonyulnak az új hűtőközeghez, nevezetesen és különösképpen a Mercedes-Benz autógyár. A Mercedes mérnökei a gyakorlati vizsgálatok során ugyanis felfedték és bizonyították az új hűtőközeg kedvezőtlen, sőt életveszélyes tulajdonságát, ami annak gyúlékonyságában rejlik. Kísérletük abból állt, hogy a meleg autómotorra rápermetezték az R-1234yf hűtőközeget, ami ennek következtében meggyulladt, és lángba borította az egész motorteret.

Cikkünkben a Mercedes vizsgálata mellé kiegészítésként a R-1234yf hűtőközeg kiterjesztett termodinamikai vizsgálatának az eredményeit mutatjuk be, a teljesítménytényezőn (COP) és a termikai jellemzőkön keresztül. Egyúttal a manapság széles körben alkalmazott egyéb hűtőközegek teljesítménytényezőit is megvizsgáltuk és összehasonlítjuk az R-1234yf-fel.

Esetünkben a hűtőközegek eszményi teljesítménytényezőjét, COP-ját határoztuk meg, ami nem más, mint a kondenzációs hőáram és a izentropikus kompresszióhoz szükséges teljesítmény hányadosa. A teljesítménytényezőket a következő feltételek mellett vizsgáltuk: 5 °C-os elpárolgási hőmérséklet, izentropikus kompresszió (s = const), a kondenzációs hőmérséklet növekménye pedig 5 °C. Az összehasonlítás céljából vizsgált hűtőközegek a következők: R-134a, R-404A, R-407C, valamint az R-1234yf. A nyert eredményeket táblázatos formában és grafikonokon mutatjuk be, például az említett hűtőközegek COP-értékét a kondenzációs hőmérséklet függvényében.

 

2. A fizikai modell

Fizikai modellként a tetrafluoretán (R-134a) (1. ábra) és a tetrafluorpropán (R-1234yf) (2. ábra) molekulájában az atomok vegyi kapcsolatának szerkezeti képletét mutatjuk be.

 

További részletek lapunk 2015/6-os számának nyomtatott változatában található, illetve a teljes cikk pdf-formátumban is rendelkezésre áll (regisztráltaknak havonta egy alkalommal, előfizetőknek korlátlanul).

A teljes cikk letöltéséhez jelentkezzen be!