OPLEIDING
Install Magazine 1000 – oktober 2024
Onderzoek naar mengsels van natuurlijke koudemiddelen voor warmtepompen
Oplossingen voor warmtepompen met lage koudemiddelinhoud
Gezien de strenger wordende beperkingen op F-gassen, wordt er volop naar alternatieven gezocht. Voor warmtepompen zijn koolwaterstoffen een veelbelovende oplossing, omdat ze goede thermodynamische eigenschappen combineren met een laag GWP. Een nadeel is wel dat ze brandbaar zijn, wat hun toepassing in gebouwen beperkt. Daarom wordt er onderzoek gedaan naar mengsels van natuurlijke koudemiddelen. Het doel is om combinaties met een laag GWP te vinden die een hoog vermogen leveren voor een lage koudemiddelhoud om het brandrisico te beperken.
Mengsels van natuurlijke koudemiddelen
Het onderzoeksteam van de Technische Universiteit Denemarken en KTH, het Zweedse Koninklijke Instituut voor Technologie met de steun van warmtepompfabrikanten Metro Therm en Nibe, werd geleid door Matteo Caramischi. Het voornaamste doel was om alternatieven te vinden voor propaan. Een van de belangrijkste beperkingen op het gebruik van brandbare koudemiddelen is immers de maximale koudemiddelinhoud voor toestellen voor binnenopstelling. Die is bepaald door de IEC standaard 60335-2-40, 2022 als vier keer de onderste ontbrandingsgrens. Voor propaan is dat 152 g. Dat laatste beperkt het maximale vermogen dat een toestel voor binnenopstelling kan leveren.
Het doel van de studie was om een nieuwe generatie van koudemiddelen te bepalen met de volgende eigenschappen
- Laag GWP en niet-gefluoreerd
- Conventionele werkingsdrukken (< 40 bar)
- Beperkt ontvlambaar
De onderzoekers maakten een uitgebreide theoretische analyse, waarbij de kandidaat-koudemiddelen vanuit diverse invalshoeken werden bekeken, en de resultaten volgens verschillende criteria werden gerangschikt (COP, specifieke verwarmingscapaciteit, vermogen bij maximale koudemiddelinhoud…). Bij de beoordeling werd geen rekening gehouden met de stand van de techniek. Zo gingen de onderzoekers ervan uit dat er voor elk van de mengsels er ook een geschikte compressor voorhanden was en dat er weinig verschil in rendement was voor deze compressors onderling.
Resultaten
De algemene conclusie was dat mengsels van natuurlijke koudemiddelen met een hogere onderste ontbrandingsgrens en hogere latente warmte tot merkelijk betere prestaties kunnen leiden. Het meest veelbelovend waren mengsels met een hoog gehalte aan dimethyl-ether (DME), zoals DME-CO2 (0,96-0,04) en DME-propyleen (0,75-0,25). Een andere interessante categorie zijn mengsels gebaseerd op propyleen, zoals propyleen-CO2 (0,96-0,04), propyleen-isobutaan en propyleen-butaan. Een kleine toevoeging van CO2 in de mengsels zorgt voor een lager brandbaarheidsrisico en verbetert de COP en specifiek koelvermogen. In vergelijking met propaan kan een DME-CO2 mengsel de COP met 12% verbeteren. Een installatie met de maximaal toegelaten koudemiddelinhoud voor dit mengsel levert tot 73% meer vermogen dan een toestel op propaan. Onder de mengsels zonder DME scoorde propyleen-CO2 als beste. De onderzoekers raden dan ook aan om de toepassingen van dimethyl ether (R-E170), CO2 (R744) en propyleen (R1270) verder te ontwikkelen.
De volledige studie kan geraadpleegd worden op
Door: Alex Baumans
