Lapszámok

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).