EduLab Wiki
Home Home
RSS


»
Geavanceerd Zoeken »


Navigatie                   


Gebruiker                  


Help                           


Beheer                      

Koudemiddelen

RSS
Gewijzigd op vrijdag, 06 april 2012 09:43 door achatot Gecategoriseerd als Koeltechniek, Procestechniek

ALGEMEEN

Een koudemiddel is het medium dat de thermodynamische kringloop in een “koelmachine” doorloopt. Tijdens deze kringloop geeft het koudemiddel in de verdamper koude (koelvermogen) af aan de verbruiker en in de condensor warmte af aan de omgeving/ verbruiker (afhankelijk van de toepassing). Koudemiddelen worden onder andere toegepast in koelmachines, warmtepompen, (mobiele) airco’s en koelkasten.

Officieel goedgekeurde koudemiddelen hebben een code die begint met een R. Dit betekent dat het koudemiddel is geslaagd voor de test van de American Society of Heating. De cijfercode achter de R geeft de samenstelling van het koudemiddel aan. Dit geldt niet voor mengsels van verschillende koudemiddelen.

WETGEVING/ EISEN

Veel van de koudemiddelen uit de jaren ‘30 bevatten chloor. Dit chloor kan vrijkomen bij lekkages aan of demontage van een koelmachine. chloor breekt de ozonlaag af en versterkt het broeikaseffect waardoor het zeer slecht is voor het milieu. Om het gebruik van chloor in koudemiddelen en andere producten te voorkomen. Is er 1987 in het Montreal Protocol wereldwijd besloten om geen chloorhoudende producten (o.a. koudemiddelen) meer te produceren. De Europese Unie heeft voor de uitvoering van dit protocol de volgende wetten opgesteld:

  • Vanaf 1 januari 2001 is het niet toegestaan om CFK’s te verkopen en te gebruiken.
  • Vanaf 1 januari 2004 is het niet meer toegestaan om HCFK’s toe te passen in nieuwe apparatuur.

Door toepassing van deze regels zijn o.a. de veelgebruikte koudemiddelen R11, R12, R22 en R502 in de Europese Unie verboden. Het verbod op HCFK’s is in Europese Unie sneller uitgevoerd dan in de rest van de wereld, waardoor in bijvoorbeeld de VS nog altijd volop gewerkt wordt met een koudemiddel als R22.

Naast de milieuwetgeving dient bij het gebruik van koudemiddelen altijd rekening te worden gehouden met de geldende wetten omtrent explosiegevaar, brandgevaar en gebruik van giftige stoffen. Deze wetgeving kan grote invloed hebben op de keuze van het koudemiddel.

MILIEUEFFECT

Om de effecten van een koudemiddel op het milieu vast te leggen zijn er een aantal methode ontwikkeld.

ODP (OZONE DEPLETION POTENTIAL)

Om de invloed van een koudemiddel op de afbraak van de ozonlaag vast te leggen is de ODP ontwikkeld. Deze waarde vergelijkt de invloed van het koudemiddel met het jaren ’30 koudemiddel R11, welke vastgesteld is op 1,0. In het Montreal Protocol is er overeengekomen om alleen koudemiddelen te gebruiken met een ODP van 0. Om dit te bereiken zijn er verschillende koudemiddelen ontwikkeld met soortgelijke eigenschappen als de chloorhoudende koudemiddelen maar welke minder schadelijk zijn. Een voorbeeld hiervan is R134A die als vervanging dient voor R12.

GWP (GLOBAL WARMING POTENTIAL)

De invloed die een koudemiddel heeft op de versterking van het broeikaseffect wordt vastgelegd in de GWP waarde. Deze waarde geeft de hoeveelheid uitstoot van het koudemiddel in kg CO2 aan, dat uitgestoten wordt over een periode van 100 jaar. Het doel is om deze waarde in nieuwe koudemiddelen zo laag mogelijk te houden.

TEWI (TOTAL EQUIVALENT WARMING IMPACT)

De TEWI waarde is een waarde die de directe en indirecte bijdrage van een koudemiddel aan het broeikaseffect aangeeft. De directe bijdrage is afhankelijk van de GWP waarde van het koudemiddel en zal daarom afhankelijk zijn van de koudemiddel eigenschappen, het jaarlijkse koudemiddel verlies (lekkages), recyclefactor en levensduur van een installatie. De indirecte bijdrage wordt bepaald door het energie-/ brandstofverbruik van een installatie. Hierdoor zal het kunnen voorkomen dat een koudemiddel welke een hoge GWP geeft toch een lage TEWI waarde heeft in bepaalde installatie. De lage TEWI waarde wordt in dat geval veroorzaakt door de gunstige invloeden van het koudemiddel op het rendement van de installatie. De TEWI waarde is doordat de invloeden van het koudemiddel op het rendement van een installatie ook meegenomen worden in de berekening. Een betere maatstaaf voor de milieubelasting van een koudemiddel dan de GWP waarde.

Om de TEWI waarde te bereken is de volgende formule opgesteld:
TEWI=(GWP*L*n)+(GWP*m*(1-αR))+(n*Ea*xβ) kg CO2
  • GWP= Global Warming Potential (in kg CO2 per 100 jaar)
  • L= Jaarlijks koudemiddelverlies (in kg)
  • N= Levensduur van een installatie
  • M= Koudemiddel inhoud van een installatie
  • αR= Recyclefactor van het koudemiddel
  • Ea= Jaarlijks energieverbruik (in kWh)
  • xβ= CO2 emissie per kWh


SELECTIEFACTOREN

De keuze van het toe te passen koudemiddel hangt af van een aantal factoren:

GEWENSTE TEMPERATUUR

De keuze voor een koudemiddel wordt ten eerste bepaald door de gewenste verdamper uittredetemperatuur. De meeste koudemiddelen zijn toe te passen bij temperaturen tot -10°C. Voor het koelen met lagere temperaturen zijn, afhankelijk van de gewenste temperatuur verschillende koudemiddelen beschikbaar.

MILIEUEISEN

Zoals hierboven beschreven zijn er verschillende eisen aan de uitstoot van koudemiddelen. Deze eisen zijn voornamelijk afhankelijk van het werelddeel, toepassing en het bouwjaar van de koelinstallatie.

KOSTEN

De keuze voor een bepaald koudemiddel heeft grote invloed op de prijs van een installatie. De kosten van een koudemiddel zijn verdeeld over de aanschafprijs van het koudemiddel en de kosten voor de installatie. De aanschafprijs van een koudemiddel is afhankelijk van de mate waarin een koudemiddel wordt toegepast (i.v.m. schaalvergroting) en de grondstoffen van een koudemiddel. De kosten voor de installatie bevatten de kosten die gemaakt moeten worden om een installatie geschikt te maken voor een bepaald koudemiddel. De verdampingswarmte van een koudemiddel zal hierbij van groot belang zijn omdat deze de benodigde systeeminhoud bepaald. Een hoge verdampingswarmte betekent dat er minder koudemiddel benodigd is om hetzelfde vermogen te leveren. Het type koudemiddel zal daardoor grotendeels de grote van een installatie en de gewenste leidingdiameters bepalen. Daarnaast zal het gekozen koudemiddel invloed hebben op de systeemdrukken en de veiligheidsrisico’s die een koelsysteem met zich meebrengt. Om aan de veiligheidseisen te voldoen zal bij sommige koudemiddelen grote kosten gemaakt moeten worden.

Naast de invloed op de aanschafkosten zal het koudemiddel ook invloed hebben op de draaikosten van een installatie. De keuze van een koudemiddel heeft invloed op het rendement van een installatie en daarmee ook meteen het energie-/ brandstofverbruik.

WERKDRUKKEN

Een goed koudemiddel heeft een lage condensordruk, een kookpunt bij atm. druk en een kritische temperatuur van minimaal 55°C. Een hoge condensordruk vereist zware installaties (dikke leidingen) waardoor de kosten zullen stijgen. Het kookpunt van het koudemiddel zal minimaal op atm. druk moeten liggen om te voorkomen dat de compressor aan de zuigzijde een vacuüm moet creëren om het koudemiddel te laten verdampen. Door het werken met een vacuüm bestaat er de mogelijkheid dat er lucht in de installatie komt. De kritische temperatuur moet, vooral bij luchtgekoelde installatie, niet lager liggen dan 55°C. Dit is om te voorkomen dat bij hoge buitentemperaturen de koelmachine uitschakelt door een storing condensor uittredetemperatuur.

GEVAREN

Aan het werken met koudemiddelen kleven een aantal gevaren. Afhankelijk van het gebruikte koudemiddel kunnen de volgende gevaren optreden:
  • Corrosie; het koudemiddel kan een corrosieve werking hebben op de leidingen of andere materialen waardoor deze sneller kunnen slijten, dit kan tot gevaarlijke situaties leiden. De keuze van het materiaal moet daarom worden afgestemd op het gebruikte koudemiddel.
  • Chemische instabiel; het koudemiddel kan chemische instabiel zijn waardoor deze kan reageren met andere stoffen.
  • Explosief; het koudemiddel kan explosief zijn waardoor bij lekkages of storingen een explosie kan ontstaan.
  • Brandbaar; het koudemiddel kan brandbaar zijn waardoor bij lekkages of storingen een brandgevaarlijke situatie kan ontstaan.
  • Toxisch: het koudemiddel kan toxisch zijn waardoor deze bij lekkages, onderhoud of demontage mensen kan verwonden.

Naast de bovengenoemde gevaren moet er bij de keuze van een koudemiddel ook op de methode van opsporen van lekkages gelet worden. Lekkage van koudemiddel veroorzaakt milieuschade en afhankelijk van het koudemiddel diverse andere gevaren (zie boven). Om het verlies van koudemiddel te minimaliseren zullen lekkages van koudemiddelen gemakkelijk detecteerbaar moeten zijn; bijvoorbeeld door geur, kleur of speciale detectie apparatuur.

MENGSELS

Afhankelijk van de toepassing waarin het koudemiddel wordt gebruikt kunnen er problemen ontstaan met koudemiddelen die gemaakt zijn doormiddel van het mengen van verschillende koudemiddelen. Door het mengen van koudemiddelen kan er een temperatuur glide ontstaan waarover de verdamping plaats vindt. Door deze temperatuur glide zal het koudemiddel niet meer bij een constante temperatuur verdampen maar over een temperatuurtraject verdampen. De grote van dit temperatuurtraject is afhankelijk van de menging.

OVERZICHT KOUDEMIDDELEN

Koudemiddelen kunnen op verschillende manieren in groepen worden ingedeeld waaronder de samenstelling, de koelmethode en de veiligheidsrisico’s. Hieronder een kwalificering van koudemiddelen in 3 hoofdgroepen aan de hand van de veiligheidrisico’s die ze veroorzaken:
  • Groep 1: Veiligste koelmiddelen zoals R12, R22 en R502
  • Groep 2: Giftige koelmiddelen en licht brandbaar zoals R40 en R764
  • Groep 3: Brandbare koelmiddelen zoals R170 en R290

VEELGEBRUIKTE KOUDEMIDDELEN

R11: TRICHLOORFLUORMETHANE (CFK)

Het koudemiddel R11 is vroeger veel toegepast en bied vele voordelen als koudemiddel maar is inmiddels wereldwijd verboden door de negatieve invloed op de ozonlaag en broeikaseffect. De voordelen van R11 zijn o.a.:
  • Lage werkdrukken
  • Niet giftig of brandbaar
  • Hoge kritische temperatuur
  • Hoog rendement
  • Hoge capaciteit

De nadelen van R11 bevinden zich voornamelijk op het gebied van milieueffecten. Dit verklaard ook de populariteit van dit koudemiddel ten tijde dat de problemen met de ozonlaag en broeikaseffect niet bekend waren.

R22: CHLOORDIFLUORMETHANE (HCFK)

Het koudemiddel R22 heeft bijna identieke eigenschappen als R12 maar bevat maar ongeveer 5% van de hoeveelheid Chloor van een vergelijkbaar CFK. Door deze lagere hoeveelheid chloor tast R22, een HCFK, de ozonlaag minder aan. In de Europese Unie is het gebruik van het koudemiddel R22 in nieuwe machines verboden, daarentegen is in de Verenigde Staten de toepassing van R22 in nieuwe machines nog steeds toegestaan. Het koudemiddel wordt daar veel toegepast in airco’s, koelmachines en warmtepompen.

R134A: 1,1,2,2,TETRAFLUORETHANE (HFK)

Het koudemiddel R134a is de vervanger voor R12 of R22 mengsels en is één van de meest gebruikte “milieuvriendelijke” koudemiddelen. Aan de toepassing van R134a in plaats van R12 of R22 mengsels kleven een aantal nadelen. Om hetzelfde vermogen te halen met een R134a is een groter systeem vereist. Bij een gelijkblijvend systeem zal het koelvermogen ongeveer 60% zijn van het koelvermogen met R12. Dit heeft tot gevolg dat om hetzelfde koelvermogen te halen grotere warmtewisselaren en compressors nodig zijn en dus de aanschafkosten van de koelapparatuur zal toenemen. De voordelen van R134a zijn o.a. een hoge C.O.P. waarde en lage systeemdrukken. Het koudemiddel R134A wordt toegepast in airco’s, koelmachines en warmtepompen met verdampertemperaturen tot -10°C.

Ondanks dat R134a de ozonlaag niet aan tast is de invloed van het koudemiddel nog groot op het broeikaseffect met een GWP waarde van 1300. De uitstoot van één kilogram R134a is te vergelijken met de CO2 uitstoot van een auto over de afstand van 10.000 km.

R290 C3H8: PROPAAN

Het koudemiddel R290 beter bekend als propaan is een natuurlijk koudemiddel en kan als vervanger dienen voor de koudemiddelen R13 en R503. Doordat het een natuurlijk koudemiddel is, valt de uitstoot erg laag uit met een GWP waarde van 3 en tast het de ozonlaag niet aan. Het grote voordeel van R290 is dat het kan werken met verdampingstemperaturen onder de -40°C. Dit biedt mogelijkheden voor toepassingen waar vele andere koudemiddelen niet geschikt voor zijn. Hiernaast heeft R290 een grote verdampingswarmte, is niet giftig en goedkoop. Aan R290 kleven een aantal grote nadelen waardoor het alleen bij installaties met een kleine systeeminhoud en/of extreem lage temperaturen wordt toegepast. De nadelen zijn o.a. hoge werkdrukken, brandbaar en explosief. Door deze eigenschappen is R290/ propaan ingedeeld in groep 3 op de veiligheidschaal. Dit heeft grote gevolgen voor de veiligheidsvoorzieningen die getroffen moeten worden.

R407C (HFK)

Het koudemiddel R407c is een mengsel van de HFK’s R32, R125 en R134a en kan gebruikt worden als vervanging voor R22. Doordat R407a een mengsel is van verschillende koudemiddelen heeft R407a bij de verdamper een temperatuurtraject van 4 tot 7°C. De capaciteit en het rendement van installaties op basis van het R407a ligt lager dan vergelijkbare installaties met het koudemiddel R22. R407a wordt voornamelijk toegepast in grote koelinstallaties, airco’s en warmtepompen. Doordat R407a geen chloor bevat tast het de ozonlaag niet aan maar met een GWP waarde van 1610 is de uitstoot van een kilogram koudemiddel hoog en gelijk aan de verbranding van circa 900m3 aardgas.

R717: NH3 (AMMONIAK)

Het koudemiddel R717 is net als R290 een natuurlijk koudemiddel en is beter bekend als ammoniak. R717 heeft bijna dezelfde eigenschappen als propaan o.a. hoge werkdrukken, brandbaar, explosief, grote verdampingswarmte en goedkoop. De GWP waarde van R717 ligt op 0 waardoor het niet bijdraagt aan het broeikaseffect en bovendien breekt het de ozonlaag ook niet af. Naast de bovengenoemde eigenschappen is R717 corrosief; tast leidingen van koper aan. Een extra risico bij het gebruik van R717/ ammoniak is dat het bij lekkages kleurloos en giftig is. Hierdoor zullen lekkages alleen gedetecteerd kunnen worden door de geur waardoor zeer gevaarlijke situaties kunnen ontstaan. Ammoniak is één van de oudste koudemiddelen en wordt nog steeds toegepast is in verschillende grote koelinstallaties vanwege zijn gunstige effecten op het rendement van een installatie.

TOEKOMST

De wetgeving voor het gebruik van koudemiddel worden wereldwijd en in de Europese Unie steeds verder aangescherpt. Voornamelijk de wetgeving omtrent de uitstoot van koudemiddel ondergaat de komende jaren nog de nodige veranderingen. Het verbod op het gebruik van HCFK’s zal langzaam wereldwijd worden ingevoerd. In 2015 zal het verbod op het verhandelen van HCFK’s in de Europese Unie in gaan en voor 2030 zal het verbod over de gehele wereld zijn ingevoerd. Hiernaast zullen de milieueisen voor koudemiddel binnen de Europese Unie in 2011, onder andere voor de auto-industrie, verder worden aangescherpt. De maximale GWP waarde van koudemiddelen in nieuwe installaties (o.a. airco’s) zal gesteld worden op 150. De meeste koudemiddelen, waaronder het veel gebruikte R134a, die heden ten dagen worden toegepast hebben een hogere uitstoot dan deze eis. Om aan deze eisen te voldoen wordt er veel onderzoek naar andere koudemiddelen gedaan. Hieronder de voor- en nadelen van twee mogelijke opvolgers van het koudemiddel R134a. Voor andere toepassingen is het gebruik van ammoniak, propaan of andere natuurlijke koudemiddelen een mogelijkheid.

Tabel toekomst

Tabel toekomst


EXTERNE LINKS


De EduLab wiki gebruikt ScrewTurn Wiki software versie 3.0.5.600.