Nya möjligheter för R32

Vad är R32?

R32 (Difluormetan, HFC32, Metylen difluorid) är ett enkomponentköldmedium med ett kritiskt tryck av 53,8 bar, kritisk temperatur 78,4 ° C och normal kokpunkt -51,65 ° C. Det finns ganska mycket information om detta köldmedium speciellt från 90 talet när ersättning av ozonnedbrytande köldmedier var i fokus. I blandning med R125, har R32 använts för att ersätta ozonnedbrytande R22 i små luftkonditioneringssystem och värmepumpar. Med tanke på att R32 har bättre termodynamiska egenskaper än R125, får blandningen sämre ämnesegenskaper men lägre brännbarhet än R32. 50/50% blandning av R32 och R125 är känd som R410A och har blivit ett populärt köldmedium som ofta används nuförtiden.

R32 och F-gas förordningen

Den senaste F-gas förordningen kräver kraftig minskning av köldmedier med hög växthuseffekt (GWP). R410A är en stark växthusgas med ett GWP-värde av 2088. Ett antal ersättningsköldmedier för R410A med lägre GWP-värde har föreslagits av olika tillverkare, men samtliga är brandfarliga (tabell 1)

Tabell 1 – Lista över köldmediekandidater med låga GWP värden [1]

Medan många av de föreslagna köldmedierna har potentialen att ersätta R410A, är R32 det mest undersökta. Det har ett GWP-värde av 675, vilket är 1/3 av värdet för R410A. Dess termodynamiska och transportegenskaper är väl kända och dess ångtryck är nära det för R410A.
Brandfarligheten är den begränsande faktorn när det gäller en storskalig användning av R32. Med tanke på kraven i F-gasförordningen och frånvaron av väl fungerande ersättningsköldmedier är det sannolikt att vi får lära oss hantera brännbarhetsproblematiken med R32 på något sätt!

Brännbarheten för R32

Enligt EU: s regler (the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS)), klassas R32 som en mycket brandfarlig gas (brandfarlighet kategori 1) beroende på att det är brännbart i ett koncentrationsintervall större än 12% (14volyms% till 33 volyms% [2][3]. I motsats till denna definition tillhör R32 klass A2L enligt ASHRAEs Standard 34 beroende på låg förbränningshastighet och det leder till förvirring angående brandfarligheten för R32.. Oavsett vilken standard som används, med båda klassificeringarna, är R32 brandfarlig och såsom fallet är med många andra HFC köldmedier bildas farlig vätefluorid vid förbränning. Emellertid är händelsen osannolikt, eftersom en stor mängd köldmedium krävs för antändning i atmosfären.

Den aktuella europeiska EN378 standarden om säkerhets- och miljökrav i kylsystem och värmepumpar erkänner inte A2L enligt ASHRAEs klassificering och därmed klassificeras R32 under brandfarlighetsklass A2. Enligt standarden definieras tre lokalklasser: publika lokaler, lokaler som är begränsat tillgängliga (”supervised”) och lokaler med tillträde enbart för auktoriserad personal. Likaså definieras tre förläggningar av kylsystemen (t.ex. placering helt i en öppen lokal eller i ett icke överakat maskinrum) för såväl direkta som indirekta system. Som exempel, för beräkning av den maximalt tillåtna köldmediemängden för AC-system och värmepumpar används följande formel:

m_max=2.5 x LFL^5/4 x h₀ x A^1/2

m_max: Högst tillåtna köldmedieuppfyllningen I ett rum (kg)

LFL: Nedre gränsen för brännbarhet i kg/m³ (LFL för R32 = 0.306 kg/m³);

h₀: Anläggningens installationshöjd i m;

A: Rummets area i m²;

Således, till exempel, för en takmonterad inomhusenhet placerad i ett rum med måtten 7m x 4m är den högsta tillåtna köldmediefyllningen för R32 2.5 x 0.306^5/4 x 2.2 x (7x4)^1/2 = 6.62 kg, vilket är ganska mycket köldmedium och det beror på det höga LFL värdet för R32.

Kraven är inte desamma för andra applikationer och därför hänvisar vi läsaren till texten i EN378 standarden för en mer komplett kravlista för andra applikationer. Sist men inte minst, bör påpekas att det ställs krav på kylteknikers kompetens för att kunna få hantera R32 eftersom det räknas som brandfarlig köldmedium.

Ämnesegenskaper för R32

Prestandadata för R32 är allmänt tillgänglig från flera källor.. Generellt betecknas R32 som ett "överlägset" köldmedium och det är därför det används som en komponent i nästan alla låg- GWP ersättningsblandningar [1] [4] [5].
Termodynamiska egenskaper visas i tabell 2.

Tabell 2 – Termodynamiska egenskaper för R410A och R32 vid förångning och kondensation [5]

Jämfört med R410A, har R32 generellt högre värden för ångbildningsvärme, specifikt värmekapacitet för både vätska och ånga samt högre värmeledningstal och det ger möjlighet att bygga ett mer effektivt och kompakt kylsystem, jämfört med R410A.
Mot bakgrund av gynnsamma ämnesdata, samt goda energiprestanda och lägre GWP-värden och brännbarhetsaspekten har ett antal komponenttillverkare introducerat olika kylutrustningskomponenter för R32-systemet.

R32-anläggningar på marknaden

Daikin var det första företaget att lansera R32-baserade luftkonditioneringsanläggningar på marknaden i november 2012.Dessa säljs nu i ca 30 länder [6]. Förutom denna produkt finns rykte att Daikin håller på att lansera R32 värmepumpar under namnet "Neo Cute" som är tänkt att konkurrera med ”EcoCute” serien som är populära CO₂ fyllda värmepumpar i Japan [7].

Andra tillverkare, däribland Mitsubishi, Panasonic och andra har aviserat introduktion av R32-luftkonditioneringsanläggningar med tillhörande komponenter, men de är fortfarande under utveckling eller endast tillgängliga på utvalda marknader.

R32 kan betraktas som en ersättare för R410A om brännbarheten kan hanteras. Andra blandningar med HFO köldmedier har inte studerats tillräckligt väl och har enligt vissa bedömare inga betydande fördelar med beaktande av deras GWP-värden och högre kostnader. Dessa köldmedier kan eventuellt lite längre fram i tiden och efter ytterligare forskning, finna sina nischapplikationer där de kan ge ytterligare sänkningar av GWP-värdena.

Den största nackdelen med R32 är dess brandfarlighet. Även om den är en begränsande faktor som kräver extra uppmärksamhet i olika skeden av konstruktion, installation, underhåll och användning av en kylanläggning; kan det åtgärdas genom lämplig utformning och strikta rutiner.

Följ gärna våra publikationer och få vårt digitala nyhetsbrev. Anmäl dig genom att följa länken bit.ly/kth_ett.

Text: Pavel Makhnatch (under handledning av Rahmatollah Khodabandeh och Björn Palm)

Citerade arbeten