CO2 som kølemiddel i store systemer - DBDH
CO2 som kølemiddel i store systemer - DBDH
CO2 som kølemiddel i store systemer - DBDH
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
CO <strong>CO2</strong> SOM KØLEMIDDEL I STORE SYSTEMER<br />
Bjarke Paaske<br />
Teknologisk Institut<br />
Telefon: +45 7220 2037<br />
E-mail: bjarke.paaske@teknologisk.dk<br />
j p @ g
Hvorfor bruge g CO 2 til køling? g
Eksempler på ssyntetiske ntetiske kølemidler<br />
CFC R12 CCl 2F 2 ODP: 1,0 GWP 100: 10.900 1)<br />
HCFC R22 CHClF 2 ODP: 0,055 GWP 100: 1.810 1)<br />
HFC R134a CF3CH2F ODP: 0 GWP100: 1.4301) HFC R404A Bl di ODP 0 GWP 3 9221) HFC R404A Blanding ODP: 0 GWP100: 3.9221) Kølemidler uden indflydelse på drivhuseffekt og nedbrydning af ozonlaget<br />
Propan (HC) R290 CH3CH2CH3 ODP: 0 GWP100: 31) Isobutan (HC) R600a CH(CH3) 3 ODP: 0 GWP100: 41) Ammoniak R717 NH3 ODP: 0 GWP100: 01) V d R718 H O ODP 0 GWP 01) Vand R718 H2O ODP: 0 GWP100: 01) Luft R729 N 2, O 2, A ODP: 0 GWP 100: 0 1)<br />
Kuldioxid R744 CO 2 ODP: 0 GWP 100: 1 1)<br />
ODP: Ozone Depletion Potential<br />
GWP: Global Warming Potential<br />
1) GWP-reference: IPCC´s Fourth Assesment Report AR4
CO 2 i Danmark<br />
CFC og HCFC er forbudt at bruge i nye anlæg i DK<br />
HFC er kun tilladt at bruge i <strong>systemer</strong> med fyldninger mellem 150g og 10kg<br />
Valgmulighederne er derfor:<br />
- AAmmoniak i k – Gifti Giftig, giver i llugtgener t<br />
- Hydrocarbonater (fx Propan) – Brændfarlig<br />
- Vand – Der findes endnu ikke effektive <strong>systemer</strong><br />
- <strong>CO2</strong> – Anvendt siden 1920’erne ved lave temperature<br />
Pga. HFC lovgivningen er Danmark førende i brug af CO 2 <strong>som</strong> <strong>kølemiddel</strong><br />
CO 2 er i dag det foretrukne <strong>kølemiddel</strong> i større anlæg (især detailhandlen)
Fordele/Ulemper<br />
Ingen påvirkning af klima og miljø ved udslip<br />
Kemisk stabil (kompatibel med de fleste materialer)<br />
Lugtfri<br />
Ikke giftig (høje koncentrationer fortrænger ilt)<br />
Naturligt forekommende – billigt at fremstille<br />
Høj volumetrisk kølekapacitet (små anlæg med stor kapacitet)<br />
Lav viskositet (små tryktab i rør)<br />
Mindre føl<strong>som</strong> overfor tryktab<br />
Høje varmeovergangstal<br />
Lavt kritisk punkt betyder gode egenskaber til opvarmning af vand<br />
Lavt kritisk punkt betyder dårlig effektivitet i køle<strong>systemer</strong> til aircondition<br />
Højt tryk stiller særlige krav til anlæg
Væske Væske + gas Gas<br />
Køle effekt Kompressor<br />
effekt<br />
COP 55,8 8
Kritisk punkt 31°C<br />
Væske Væske + gas Gas<br />
Køle effekt Kompressor<br />
effekt<br />
COP 2,7<br />
Transkritisk gas
Temperature [°C] ]<br />
100<br />
Udnyttelse af varme med kondenserende <strong>kølemiddel</strong><br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
R134a 40°C media 30 °C<br />
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100<br />
UA [%]<br />
t_media [°C]<br />
t_R134a [°C]
Temperature [°C] [<br />
Ud Udnyttelse tt l aff varme med dCO <strong>CO2</strong> 160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
CO 2 120 bar 140/35°C media 30 °C<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50<br />
UA [%]<br />
60 70 80 90 100<br />
t_media [°C]<br />
t_<strong>CO2</strong> [°C]
COP 3,7<br />
Væske Væske + gas Gas<br />
COP 2,7<br />
Transkritisk gas<br />
Samlet COP 6,4
Dennsity<br />
[kg/m^33]<br />
400<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
Kompressor<br />
CO 2 har en høj volumetrisk kølekapacitet - betyder lavere volumenflow<br />
Trykforholdet er lavere ved CO 2 – giver bedre volumetrisk virkningsgrad<br />
Densiteten af gas<br />
-50 50 -30 30 -10 10 10 30 50<br />
T_evap [ºC]<br />
R134a<br />
R404a<br />
R410a<br />
R717<br />
[kJ/m3]<br />
q_o<br />
30000<br />
25000<br />
20000<br />
15000<br />
10000<br />
5000<br />
Energi pr. volumen<br />
0<br />
-40 -20 0 20<br />
T_s [°C]<br />
R744<br />
R717<br />
R404a<br />
R134a
Transkritisk skruekompressor med våd ekspansion – “Ekspressor”<br />
CO 2 har en høj ekspansionsenergi<br />
Dette kan udnyttes til at drive kompressoren<br />
Samtidig øges køleeffekten<br />
M
Oversvømmet fordamper<br />
α [W/m²K] Internt varmeovergangstal<br />
3500 <strong>CO2</strong><br />
3000<br />
NH3<br />
R22<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
0 1 2 3 4 5<br />
Source: Güntner<br />
Tryktab [K]
Fordamper med Pool Boiling<br />
Meget høje varmeovergangstal<br />
dCO<br />
med CO 2
Begrænsninger ved brug af CO 2:<br />
Høje trykforhold<br />
Då Dårlig li virkningsgrad i k i d ved d høj høje ttemperaturer t<br />
Muligheder:<br />
Produktion af varmt vand ved høj temperatur<br />
Høj densitet betyder mindre anlæg<br />
Kan bruges i applikationer hvor ammoniak ikke er et alternativ<br />
Acceptabel virkningsgrad kan opnås ved:<br />
Dif Drift ved dmoderate d temperaturer<br />
Udnyttelse af ekspansionsenergien (Findes endnu ikke i handlen)<br />
Høje varmeovergangstal<br />
Mulighed g for høj j virkningsgrad g g ved kombineret varme og g kulde-produktion p<br />
Kan ikke opnå samme effektivitet <strong>som</strong> NH3 ved køl alene
10°C 6°<br />
C<br />
10°C<br />
12°C<br />
2°C 6°C 10°C
Rørledninger<br />
∆T/ ∆P udtrykker hældningen på mætningskurven<br />
<br />
<br />
<strong>CO2</strong> har lave ∆T/ ∆P værdier<br />
Trykfald i rør<strong>systemer</strong> er mindre kritisk<br />
<br />
1kgCO 1 kg <strong>CO2</strong> giver ligeså stor køleeffekt <strong>som</strong> 7 kg vand<br />
Der kan bruges små rørdimensioner (højt tryk)<br />
DT/DP [K/BBar]<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
-40 -30 -20 -10 0 10<br />
T_s [°C]<br />
R744<br />
R404a<br />
R22<br />
R717
Cirkulation af CO 2 uden pumper<br />
Udviklet af Birton A/S
Muligheder med CO 2 <strong>som</strong> sekundært <strong>kølemiddel</strong><br />
Høj energikapacitet pga pga. fordampning<br />
1 kg <strong>CO2</strong> = 7 kg vand<br />
Pladsbesparende<br />
Små rørdimensioner<br />
Bedre energieffektivitet<br />
Bedre varmeovergangstal<br />
Mindre pumper / Mulighed for pumpefri løsninger<br />
Høje tryk i rør (40-50 Bar)!
Konklusion<br />
Afgrænset potentiale til køling pga pga. lav kritisk temperatur<br />
Andre fordelagtige egenskaber (Høj densitet, god varmeovergang…)<br />
Særdeles egnet til opvarmning af brugsvand / procesvand<br />
Mulighed for kombineret kulde og varmeproduktion med høj virkningsgrad<br />
Som sekundært <strong>kølemiddel</strong> giver CO 2 mulighed for <strong>store</strong> energibesparelser<br />
Højt tryk kræver anden type rørføring<br />
I DK er der opstillet mere end 250 <strong>CO2</strong> anlæg (Ikke alle er kun med <strong>CO2</strong>) Primært supermarkeds anlæg men også ifm. ventilation/klima<br />
Bedre virkningsgrad end traditionelle HFC anlæg<br />
Billig fremtidssikret løsning<br />
Enorm udvikling inden for området – nye (bedre) produkter lanceres ofte
Strategi 1990-2000<br />
Strategi<br />
Naturlige kølemidler<br />
Miljøstyrelsen<br />
Rapporter<br />
Konferencer<br />
Temadage<br />
AAmmoniak i k VVand d KKulbrinter lb i t CO <strong>CO2</strong><br />
LLuft ft Sj Sjapis i<br />
Delprojekt Delprojekt Delprojekt Delprojekt Delprojekt Delprojekt
Forskellige sekundære kølemidler<br />
Vand /glykol<br />
Isvand<br />
(vakuumis)<br />
Flydende CO 2<br />
Sjapis j p<br />
(Isvand+glykol)<br />
Blandinger<br />
(<strong>CO2</strong> + Propan)<br />
Ingen g faseskift Faseskift Faseskift<br />
Lav kølekapacitet Meget høj kølekapacitet Høj kølekapacitet<br />
Stort temperaturglid Konstant temperatur Lille temperaturglid<br />
Vands smeltevarme = 334 kJ/kg<br />
SSpecifik ifik varmekapacitet k it t = 44,18 18 kJ/k kJ/kg•KK<br />
1 kg is der smeltes optager samme energi <strong>som</strong><br />
13 kg vand der varmes fra 6-12°C 6-12 C
Sjapis j p<br />
Sjapis er en blanding af små ispartikler (0,01-0,3 mm), vand og et frysepunkts nedsættende<br />
medie (fx alkohol)<br />
Sjapis er et miljøvenligt <strong>kølemiddel</strong> med stor varmekapacitet<br />
Produktion med skrabeveksler er ikke energieffektiv
Innovationskonsortium<br />
Intelligent g fjernkøling j g i et fleksibelt fjernvarme- j og g energisystem g y<br />
Udvikling af nye distributions<strong>systemer</strong> (rør, styringer, ventiler, pumper, medier…)<br />
Udnyttelse af udsving i vindmøllekraft (opbygning af kuldelager)<br />
Udnyttelse af overskudsvarme til køling<br />
Kombination af kulde og varmeproduktion<br />
Nye teknologier<br />
Alternative distributionsmedier (CO 2, Sjapis, Vakuumis)<br />
Intelligent styring for optimal fleksibilitet
Centrale<br />
fjernkølekoncepter<br />
- Principper med fordele/ulemper<br />
Decentrale<br />
Effektiv køleproduktion p<br />
Teknologisk<br />
Institut<br />
Virk<strong>som</strong>heder so ede<br />
Rådgivere Producenter<br />
Forsyninger<br />
Universitet<br />
*** *** ** ** ***<br />
fjernkølekoncepter<br />
- Principper med fordele/ulemper *** *** ** ** ***<br />
- Centralt<br />
- Decentralt<br />
Effektiv køledistribution<br />
- Medier (vand, (vand sjapis mv mv.) )<br />
- Komponenter (rør, pumper, regulering<br />
- Intelligente (styring, overvågning)<br />
Effektiv køleinstallation<br />
- Særlige bygningsforhold ***<br />
Dansk demonstration<br />
- Fx EUDP-finansieret<br />
*** * *** * **<br />
*** ** *** ** ***<br />
**<br />
*<br />
***<br />
***<br />
***<br />
*<br />
***<br />
*<br />
*
Change language