Umweltanforderungen für Kompressoren

Mit der Entwicklung der Industrie wird die Verschmutzung der Erde immer ernster, und der Umweltschutz ist zu einem wichtigen Thema globaler Besorgnis geworden. Die Verhinderung der Zerstörung der atmosphärischen Ozonschicht und des globalen Klimawandels hat in Ländern auf der ganzen Welt große Aufmerksamkeit erregt und unter internationalen Regierungen einen Konsens erzielt, indem entsprechende Vereinbarungen unterzeichnet wurden.
Kompressor
Kompressor
Im Bereich der Kälte- und Klimatechnik sind die Zerstörung der atmosphärischen Ozonschicht durch FCCS und HFCCS sowie die durch den Energieverbrauch verursachte globale Erwärmung Themen, die bei der Kompressorkonstruktion einen hohen Stellenwert haben sollten.
Bekanntlich ist die Auswahl des Kältemittels einer der vielen Faktoren, die das Kompressordesign beeinflussen und der hoch geschätzt werden sollte.
Um neue Kompressoren mit alternativen Kältemitteln zu entwickeln, stießen die Konstrukteure zunächst auf zwei Probleme:
Erstens muss der Kompressor sein Arbeitsvolumen neu definieren, um die Druckanforderungen unterschiedlicher Durchflussraten zu erfüllen;
Zweitens muss die Kompatibilität zwischen verschiedenen Materialien, die mit dem Kältemittel im Kompressor in Kontakt kommen, wie z. B. synthetischem Gummi und Schmieröl, angesprochen werden.
In der Vergangenheit wurden mehr als fünfzig Substanzen als Kältemittel verwendet. Nach dem 2. Weltkrieg wurden neben dem Einsatz von Ammoniak im Bereich großer Kälteleistungen fast alle Bereiche der Kälte- und Klimatechnik von Halogenalkan-FCCS und -HCFCS dominiert. Die im Montrealer Protokoll von 1974 festgelegte FCCS-Substitution wurde in den Industrieländern realisiert, während der HFCCS-Substitutionsplan im Jahr 2020 abgeschlossen sein wird; Für Entwicklungsländer wird es 2010 bzw. 2040 eingestellt. In einigen entwickelten Ländern sind sie jedoch bereit, dies vorzeitig zu erreichen. Abbildung 6 zeigt die Anwendungsgebiete und potenziellen Ersatzstoffe der bisher in Europa gebräuchlichen FCKW-11, FCKW-12, HFCKW-22 und R502 (unterhalb der horizontalen Pfeillinie).
FCKW-11
CFC-11 ist ein Niederdruckkältemittel, das hauptsächlich in Zentrifugalkühlern verwendet wird, und sein Übergangsersatzstoff ist HCFC-123. Außerdem sind HFC-245ca oder HFC-245fa ebenfalls Niederdruckkältemittel, aber sie sind brennbar. Daher müssen ihre Verbrennungsminderungsmethoden und ihre Toxizität untersucht werden, und ihre Verwendung ist nicht so effizient wie CFC-11 und HCFC-123. Daher haben viele Unternehmen auf die Verwendung von HFC-134a in Zentrifugalkühlern umgestellt.
FCKW-12
Aufgrund seines breiten Anwendungsspektrums und der Leckageprobleme in Fahrzeugklimaanlagen ist FCKW -12 das erste Objekt, das als Ersatz in Betracht gezogen wird. HFC-134a kann als Ersatz in Haushaltskühlschränken und Autoklimaanlagen verwendet werden. HFC-134a hat eine ähnliche Kühlkapazität und Effizienz wie CFC-12 im mittleren bis hohen Temperaturbereich. Unter Betriebsbedingungen unter -23 Grad verliert es jedoch seine Attraktivität aufgrund seiner geringeren Kühlleistung und Effizienz im Vergleich zu CFC-12. Obwohl HFC-134a einen Null-ODP-Wert für das Ozonabbaupotential hat, liegt sein GWP-Wert für die globale Erwärmung bei bis zu 1300 (basierend auf dem GWP-Wert von CO2), was langfristig auch seine Entwicklung beeinflussen wird und verwenden.
FCKW-22
HCFC{{0}} wurde in großem Umfang in gewerblichen Kühlanlagen, gewerblichen und privaten Klimaanlagen und Wärmepumpen verwendet, mit einem ODP-Wert, der viel niedriger ist als der von CFC-11 und CFC-12 , nur 0,055. Aber sein GWP-Wert ist ziemlich hoch, etwa 1700. Genau aus diesen Gründen werden einige Länder in Europa, wie Deutschland, schnell auslaufen. Es gibt bereits mehrere gemischte Kältemittel als Ersatz für HCFC-22. Die American Refrigeration Association hat in ihrem Kältemittelaustausch-Evaluierungsprogramm (AREP) vier Typen empfohlen: HFC-134a, R407C, R410A und R410B. Im Vergleich zu den anderen dreien hat HFC-11a jedoch eine geringere Kälteleistung und einen geringeren Druck und seine Verwendung als Kältemittel erfordert eine erhebliche Neugestaltung des Systems. Daher scheint die Möglichkeit, es als Ersatz für HFCF-22 zu verwenden, minimal, aber die Möglichkeit, es in größeren Kältemaschinen zu verwenden, besteht immer noch. Das nicht azeotrope Kältemittel R407C ist wahrscheinlich ein Ersatz für vorhandene Maschinen, da es HCFC -22 am nächsten kommt. Nach dem Austausch sind minimale Änderungen an der Systemausrüstung erforderlich, und Mineralöl wird durch saure Schmiermittel ersetzt. Zu beachten ist auch die Anpassung an den großen Temperaturschlupf des Kältemittels (bis 5-7 Grad). Die nahezu azeotropen Kältemittel R410A und R410B sind zwei Mischungen des gleichen HFCS, wobei der einzige Unterschied das Mischungsverhältnis ist. R410A ist für kleine Split-Klimaanlagen geeignet, aber sein Verdampfungsdruck ist etwa 1,5-mal so hoch wie der von HCFC-22. Daher muss das System, das dieses Arbeitsmedium verwendet, komplett neu konzipiert werden, sodass es nur noch in neuen Kälte- und Klimaanlagen verwendet wird. Durch das optimierte Design dieses Systems kann der Wirkungsgrad um 5 Prozent gesteigert werden.
R502
R502 ist in Niedertemperatur-Kältesystemen weit verbreitet. AREP empfiehlt zwei mögliche Alternativen: R404A und R507. R404A hat eine ähnliche Kühlkapazität und Effizienz wie R502, erfordert jedoch bei der Einführung mehr Tests der Systemkomponenten, insbesondere der Kompressoren. Es gibt eine Komponente in der gemischten Komponente von R507, die eine flammhemmende Rolle spielt, die eine ähnliche Leistung wie R502 hat, aber Toxizitätstests sind in den Vereinigten Staaten noch im Gange; Aber in Europa wurde es auf Supermarkt-Kühlgeräte angewendet.