Miljö mätmetoder för utvärdering av kylsystem drift

GWP är index som jämför för global uppvärmningspotential av en emission av en växthusgas i relation till effekt från utsläpp av liknande mängd av CO₂. Effekten beräknas under en tidshorisont. En tidshorisont på 100 år är den mest antagna och vanligen antas i fall när ingen information om tidshorisont finns. Eftersom använder GWP koldioxid som referens, beräknas den i form av uppvärmningseffekten för ett kilogram av en gas i förhållande till ett kilogram CO₂, alltså GWPco₂ = 1. GWP är mycket beroende på den globala livslängden av en substans, därför leder korta liv till ett litet GWP nummer (jämför 11 dagars livslängd HFO-1234yf (GWP = 4) till 14 års livstid av R-134a (GWP = 1370)).

GWP är användbart måttet för att jämföra olika köldmedier och används ofta som ett referensnummer i lagstiftningshandlingar. GWP-värden har förbättrats under årens de senaste två decennierna med utvecklingen av atmosfäriska vetenskapen (som sammanfattas i Tabell 1). I den situation då olika referenser ger olika GWP-värden för samma ämnen är det viktigt att använda de GWP-värden från en enda referensen för att säkerställa enhetlighet och undvika missvisande jämförelse resultaten.

GWP används ofta i lagstiftningshandlingar att beteckna den effekt som ett ämne kan ha på den globala uppvärmningen. Till exempel begränsar EU MAC direktiv [v] möjligheten att använda köldmedier med GWP högre än 150 i mobil luftkonditionering (MAC) system. Eventuella motiv för att ställa detta gränsvärde är hög läckage från Mac-system (uppskattas vara 7.5% per år) som orsakas av vibrationer och stötar vid MAC drift och i vissa fall, på grund av kollisioner med andra föremål.

Med pågående incitament för att minimera läckage av köldmedium under underhållsprocessen, de flesta typer av kylsystem förväntas fungera utan något betydande läckage av köldmedium. Till exempel är uppskattade årliga drift utsläppen i inhemsk kylning cirka 0.3% av initial laddning. I det här fallet, trots att GWP är en enkel miljö mått, är det inte perfekt eftersom återspeglar det inte effektiviteten i systemet avseende dess funktion.

Förutom den direkt effekt, har något system eller process som kräver energitillförsel har indirekt effekt på miljön som sitt ursprung från CO₂-utsläppen härstammar från energiproduktion processerna. Det beräknas att indirekta utsläpp kan står för mer än 84% av de totala utsläppen av växthusgaser [vi], således GWP av köldmedium är inte enbart att visa effekten som kylsystemet har på den globala uppvärmningen.

För att ange den totala miljöpåverkan från ett kylsystem under drift, en annan miljöindikator, nämligen TEWI, används. TEWI står för en total ekvivalent uppvärmning effekt från både direkta och indirekta utsläppen och beräknas som en summa av två delar: uppvärmning effekter från köldmediumutsläpp under utrustningens livslängd, inklusive icke återvunna förluster vid slutförvaring, och effekterna av CO₂-utsläpp från fossila bränslen som användes för att generera energi för att driva utrustningen under hela dess livstid. Sedan TEWI koncept har införs inledningsvis år 1990, anses det som ett verktyg för att jämföra och välja olika teknik alternativ.

Bella och Kaemmer [vii] visar ett exempel på användning TEWI för att uppskatta miljöprestanda för flera köldmedier i en 3-tons luftkonditionering enhet (Figur 1). Följande antaganden har använts: 15 års livstid, 2% årlig läckage och 0.65 kg CO₂-utsläppen per kWh av förbrukad energi.

Med avseende på GWP, den lägsta GWP köldmedier som används i analysen är R-744 med GWP = 1 och R-1234yf med GWP på 4. Men med tanke på både direkta och indirekta utsläpp från systemet, kan det ses på Figur 1 att R-32 visar den minsta TEWI. Det är framför allt på grund av dess höga effektivitet i detta specifika system, och ändå inte alltför hög global uppvärmningspotential. Således kan detta köldmedium anses vara ett bra miljöalternativ till R-410A i små AC-system. Även med den lägsta GWP, både R-744 och R-1234yf har större miljöpåverkan på grund av sin låga prestanda i denna specifika applikation.

Tillsammans med utvärdering av miljöprestanda för projicerade system kan TEWI med framgång användas för jämförelser av alternativa förslag till retroaktiv anpassning av befintliga system. I detta fall, såsom systemen finns, är många av de operativa parametrarna från systemdriften känd och beräkningarna ger mer vissa värden.

Den TEWI mätmetod, vilket är mer indikativ än GWP, tar inte i beaktande alla relevanta indirekta utsläppen inblandade i köldmedium livscykel: utsläppen relaterade till tillverkning och transport av köldmediet. Således är en annan indikator används för att ta hänsyn till alla GWP utsläppen relaterade till kylsystemet verksamheten inklusive miljöpåverkan ämnen som släpps ut under förfarandet enligt köldmedium produktion, transporter och uttjänt. Denna miljöpåverkan, tillsammans med miljöeffekter som redan ingår i TEWI, kallas livscykel klimatprestanda (LCCP) och tros ha mer noggrann uppskattning av klimatpåverkan av olika köldmedium.

Ett exempel på väletablerade LCCP modellen är den GREEN-MAC-LCCP modellen som använder teknik, kemiska och fysiska data som tillverkare och leverantörer samt en förarhyttkomfort modell från amerikanska National förnybar energi laboratoriet. The model is approved by Society of Automotive Engineers (SAE) and accounts for all known direct and indirect emissions of något MAC-system.

Figur 2 visar resultaten av LCCP studie om globala Mac-system utsläpp per region. Modellen anser att en global vagnpark bestående av medelstora sedan. De utsläpp av växthusgaser beräknas på år 2017, med tanke på följande: nya alternativa kylsystem är installerade i alla nya fordon från och med 2011, de fordon som tillverkas mellan 2008 och 2011 antas vara utrustade med HFC-134a MAC-system.

De modellresultat, som visas på figur 2, indikerar att HFO-1234yf har den lägsta totala globala LCCP, jämfört med R-134a och CO₂. Således har låg GWP köldmedium HFO-1234yf potential att minska de globala utsläppen av växthusgaser från MAC drift, om det kommer att användas i de nya fordon som tillverkats efter 2011.

Som framgått ovan, är LCCP ett bra mått för kylsystem analys, men kräver väl etablerad modell för tillförlitliga resultat; TEWI kan vara en bra indikator för att ge underlag för att göra köldmedium val för specifik tillämpning. I sin tur hjälper GWP att sätta alla utsläpp av växthusgaser på en gemensam skala. Tillsammans GWP, TEWI och LCCP är mätmetoder vilka kan användas för att bedöma miljöprestandan för systemet och dess drift effektivitet. Genom att välja rätt köldmedium och kylsystemets design, är det möjligt att minska utsläpp av växthusgaser i atmosfären och minimera den globala uppvärmningen.

 

[i] IPCC, IPCC Second Assessment Report: Climate Change 1995 (Cambridge University Press, 1996).

[ii] IPCC, Climate Change 2001: The Scientific Basis, vol. 881 (Cambridge University Press Cambridge, 2001), http://www.acrim.com/%5C/Reference%20Files/CLIMATECHANGE%202001%20-%20The%20Scientific%20Basis.pdf.

[iii] IPCC, Climate Change 2007: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Geneva, Switzerland, 2007), http://www.ipcc.ch/publications_and_data/publications_ipcc_fourth_assessment_report_synthesis_report.htm.

[iv] WMO, Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2010, Global Ozone Research and Monitoring Project, World Meteorological Organization, 2010, http://www.esrl.noaa.gov/csd/assessments/ozone/2010/index.html.

[v] European Commission, “Directive 2006/40/EC of the European Parlament and of The Council of 17 May 2006,” Official Journal of the European Union (June 14, 2006).

[vi] March Consulting Group, Opportunities to Minimise Emissions of Hydrofluorocarbons (HFCs) from the European Union, Final report (United Kingdom, September 30, 1998), http://ec.europa.eu/enterprise/sectors/chemicals/files/sustdev/hfc_study_en.pdf.

[vii] “An Assessment of Low GWP Refrigerants in Different Applications,” in Refrigeration for Sustainable Development (presented at the The 23th IIR International Congress of Refrigeration, Prague, Chech Republic: Icaris Ltd., 2011), www.icr2011.org.

[viii] Stella Papasavva, William R. Hill, and Stephen O. Andersen, “GREEN-MAC-LCCP: A Tool for Assessing the Life Cycle Climate Performance of MAC Systems,” Environmental Science & Technology 44, no. 19 (October 2010): 7666–7672.