The transition to lower GWP refrigerants : performance assessment of lower GWP refrigerants as drop-in replacements for R-134a in a combined heating and cooling application
Nystedt, Einar (2022)
Diplomityö
Nystedt, Einar
2022
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022040527024
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022040527024
Tiivistelmä
Hydrofluorocarbons (HFCs) are currently the most used refrigerants in heat pumps and refrigeration devices worldwide. However, due to environmental concerns, the use of HFC refrigerants is currently being phased out. Hydrofluoroolefins (HFOs) have been proposed as suitable replacements for HFCs due to their lower global warming potential (GWP). When considering a replacement refrigerant for a certain application, a suitability and performance evaluation of the refrigerant is required. In addition, some HFOs are classified as flammable. The flammability also poses new challenges for manufacturers, and may affect the design of the refrigeration devices, production processes, work practices and facilities.
The aim of this thesis was to study the drop-in performance of HFOs and HFO/HFC-blends in a combined heating and cooling application. The study includes an analysis of the thermodynamic properties, as well as a performance evaluation of potential replacement refrigerants. The benefit of utilizing a liquid-line/suction-line heat exchanger (LLSL-HX) is also studied. The drop-in performance and environmental impacts of the lower GWP alternatives are modeled and analyzed with Oilon Ltd’s modeling tool for the P150 heat pump.
Results show that the R-513A has similar drop-in performance values and lower environmental impacts compared to that of the R-134a. Results also show that the R-1234yf has the highest increase in volumetric cooling capacity, and the R-134a has the lowest as a result of implementing the LLSL-HX. Fluorihiilivedyt, eli HFC-yhdisteet ovat lämpöpumpuissa ja jäähdytyslaitteissa maailmanlaajuisesti eniten käytettyjä kylmäaineita. Ympäristösyistä HFC-kylmäaineiden käytöstä ollaan kuitenkin luopumassa. Hydrofluoro-olefiineja, eli HFO-yhdisteitä on esitetty HFC-kylmäaineiden korvaajiksi niiden alhaisemman kasvihuonehaitallisuuden vuoksi. Kun lämpöpumpuissa ja jäähdytyslaitteissa ollaan siirtymässä korvaaviin kylmäaineisiin, aineen soveltuvuus ja suorituskyky tulee tarkoin selvittää. Lisäksi jotkut HFO-kylmäaineet luokitellaan syttyviksi. Syttyvyys voi aiheuttaa haasteita kylmälaitteiden valmistajille ja sillä saattaa olla vaikutuksia jäähdytyslaitteiden suunnitteluun, työskentelytapoihin ja tuotantoprosesseihin.
Opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia HFO-yhdisteiden ja HFO/HFC-seosten ”drop-in” suorituskykyä lämpöpumpussa. Opinnäytetyö sisältää analyysin vertailtavien kylmäaineiden ominaisuuksista ja suorituskykyarvoista. Työssä tutkittiin myös LLSL-HX (liquid-line/suction-line) -lämmönsiirtimen vaikutusta kylmähöyryprosessiin. Lisäksi HFO ja HFO/HFC-seosten suorituskykyä ja ympäristövaikutuksia P150-lämpöpumpussa mallinnettiin Oilon Selection Tool -työkalulla.
Tulokset osoittavat, että R-513A kylmäaineella on samankaltaiset ”drop-in” suorituskykyarvot ja pienemmät ympäristövaikutukset kuin alkuperäisellä R-134a. Tulokset osoittavat myös, että R-1234yf:llä on suurin ja R-134a:lla on alhaisin tilavuustuoton kasvu LLSL-HX:n käyttöönoton seurauksena.
The aim of this thesis was to study the drop-in performance of HFOs and HFO/HFC-blends in a combined heating and cooling application. The study includes an analysis of the thermodynamic properties, as well as a performance evaluation of potential replacement refrigerants. The benefit of utilizing a liquid-line/suction-line heat exchanger (LLSL-HX) is also studied. The drop-in performance and environmental impacts of the lower GWP alternatives are modeled and analyzed with Oilon Ltd’s modeling tool for the P150 heat pump.
Results show that the R-513A has similar drop-in performance values and lower environmental impacts compared to that of the R-134a. Results also show that the R-1234yf has the highest increase in volumetric cooling capacity, and the R-134a has the lowest as a result of implementing the LLSL-HX.
Opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia HFO-yhdisteiden ja HFO/HFC-seosten ”drop-in” suorituskykyä lämpöpumpussa. Opinnäytetyö sisältää analyysin vertailtavien kylmäaineiden ominaisuuksista ja suorituskykyarvoista. Työssä tutkittiin myös LLSL-HX (liquid-line/suction-line) -lämmönsiirtimen vaikutusta kylmähöyryprosessiin. Lisäksi HFO ja HFO/HFC-seosten suorituskykyä ja ympäristövaikutuksia P150-lämpöpumpussa mallinnettiin Oilon Selection Tool -työkalulla.
Tulokset osoittavat, että R-513A kylmäaineella on samankaltaiset ”drop-in” suorituskykyarvot ja pienemmät ympäristövaikutukset kuin alkuperäisellä R-134a. Tulokset osoittavat myös, että R-1234yf:llä on suurin ja R-134a:lla on alhaisin tilavuustuoton kasvu LLSL-HX:n käyttöönoton seurauksena.