Vortrag "Kältemittel der vierten Generation" von Dr. Walter Sorg, DuPont de Nemours, beim Fachkongress "Kältetechnologien - Quo vadis?" und der Verleihung des 4. Deutschen Kältepreises am 20. März 2012 in Berlin
Heizen mit einer Kälteanlage (Klaus Nocke, Hauser GmbH)
Kältemittel der vierten Generation (Dr. Walter Sorg, DuPont de Nemours)
1. Kältemittel der vierten Generation
Fachkongress des Bundesumweltministeriums
anlässlich der Verleihung des
4. Deutschen Kältepreises
Berlin, 20. März 2012
Dr. Walter Sorg
DuPont de Nemours
DuPont Fluorochemicals
2. Agenda
Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung hin zu
verbesserten Umwelteigenschaften
Was kommt nach den HFCs?
HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
Was sind HFOs?
Einsatzmöglichkeiten
Nächste Schritte
2
3. Agenda
Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung hin zu
verbesserten Umwelteigenschaften
Was kommt nach den HFCs?
HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
Was sind HFOs?
Einsatzmöglichkeiten
Nächste Schritte
3
6. EU Klima-Gesetzgebung
Verordnung (EG) 1005/2009
Verordnung (EG) 842/2006
F-Gas Regulation
EU “ 20-20-20” Targets
MAC Directive 2006/40/EC
Cap & Trade/Allocation (Emissionshandel)
6
7. Emissionshandel
Cap & Trade/Allocation Schema
Kappung der Produktion/des
Verbrauches auf eine festzulegende
Höchstmenge und schrittweise
Reduzierung
140
Mill. tons CO² equivalent/Jahr*)
120
100
80
60
40
20
0
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
*) Berechnung basiert auf IPCC 3rd Assessment Report 2000
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8. Agenda
Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung hin zu
verbesserten Umwelteigenschaften
Was kommt nach den HFCs?
HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
Was sind HFOs?
Einsatzmöglichkeiten
Nächste Schritte
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9. Was kommt nach den HFCs
Die Suche nach dem optimierten Kältemittel
Umwelt und Sicherheit
Flammbarkeit keine oder sehr gering
Toxizität unbedenklich
Klimarelevanz sehr geringer GWP, kein ODP
Leistung und Kosten
Kältemittel
Wirtschaftlichkeit Energie
Energieeffizienz Investition
Thermodynamische Eigenschaften
Es gibt kein perfektes Kältemittel!
There is No Perfect Refrigerant !!
Optimale Ausgewogenheit der Eigenschaften für unterschiedliche Applikationen
Best Balance for each Application 9
10. Agenda
Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung hin zu
verbesserten Umwelteigenschaften
Was kommt nach den HFCs?
HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
Was sind HFOs?
Einsatzmöglichkeiten
Nächste Schritte
10
11. Was sind HFOs ??
CFC Chloro-Fluoro-Carbon
HCFC Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon
HFC Hydro-Fluoro-Carbon
HFO Hydro-Fluoro-Olefin
Einzigartige Kombination von Eigenschaften:
Stabilität in Kälteanlagen
Instabilität in der Athmosphäre (geringer GWP)
Sehr gutes Leistungsprofil
11
12. HFO-1234yf (CF3CF=CH2)
3,5
• GWP von 4 vergleichbar mit HCs 3
Pressure, MPa
2,5
• Sehr ähnliche thermodynamische
2
Eigenschaften wie R134a
1,5 Vapor Pressure
134a
• Thermische Stabilität in allen 1
Anwendungsbereichen 0,5 1234yf
0
• Kälteleistung u. Energieeffizienz -40 -20 0 20 40 60 80 100
ähnlich wie R134a Temperature, oC
• Geringe Entflammbarkeit R-134a HFO-1234yf
Formula CH2FCF3 CF3CF=CH2
Molecular Weight 102 114
ODP 0 0
GWP100 (AR4) 1430 4
T Critical Point 102 ºC 95ºC
Boiling Point -26ºC -29ºC 12
13. HFO-1234yf (5,000 - 10,000)
NH3 (100-300)
R-32 (30-100)
2L
Isobutane
DME
Propane Ethylene
HFO-1234yf High Minimum Ignition Energy – Difficult to Ignite 13
15. Standardisierungs-Aktivitäten in Europa
ASHRAE Class 2L
Sicherheits-Standards – Anpassung an Klasse 2L
- ISO-5149 Fertigstellung in 2012
- IEC-60335-2-40 unter Revision
Was bedeuted dies :
• Einsatz von 2L Kältemitteln in kleinen und mittleren
A/C und Kälteanlagen (e.g. self contained and condensing units)
• Max. Füllmengen könnten an Raumvolumen gekoppelt werden
15
16. Agenda
Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung hin zu
verbesserten Umwelteigenschaften
Was kommt nach den HFCs?
HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
Was sind HFOs?
Einsatzmöglichkeiten
Nächste Schritte
16
17. KFZ Klimaanlagen – HFO-1234yf
SAE International – HFO-1234yf wurde intensiv getestet und für den Einsatz in
KFZ freigegeben
HFO-1234yf entspricht allen Anforderungen und ist sicher einzusetzen
HFO-1234yf wurde weltweit von allen Automobilherstellern in Hinblick auf die AC
Direktive 40/2006 EU adaptiert
17
22. Getränke-Verkaufsautomat (Fuji Electric, Japan)
Jährlicher Energieverbrauch
1.4
Power consumption relative to HFC-134a
HFC-134a
1.2
HFO-1234yf
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
HFC-134a HFO-1234yf
Geringe Verbesserung gegenüber R134a
22
23. Getränke-Verkaufsautomat
LCCP Analyse für HFO-1234yf
Vendo Mexico
• Life Cycle Climate Performance
-- Equipment energy usage + refrigerant
emissions + refrig manufacture
• Assumptions
-- Beverage cooler equipment life:
10 years
-- Average refrigerant leak rate:
1.5 % per year
-- Refrigerant loss at end of life:
85 % of charge
-- Total over lifetime:
100 % of charge lost
-- CO2 energy conversion factors (World
Resource Institute):
EU average value of 27 countries:
0,354 kg CO2/kWh*
23
24. Getränke-Verkaufsautomat LCCP – EU
12000
Kg CO2 Equivalent Over 10 Year Life 11000
10000
9000
8000 Refr Mfr
Refr Em
7000 Energy
6000
5000
4000
3000
2000
R-134a CO2 HFO-1234yf
Der Energieverbrauch ist entscheidend
HFO-1234yf bietet die höchste Energieeffizienz 24
26. XP10 Untersuchungen in Supermärkten - Hybrid System
- Retrofit von R 134a (Medium Temp); CO2 (Low Temp)
- Auswertung über einen Zeitraum von 2 Jahren
26
29. Reach-In Freezer Drop-in Test Results – DR-7 and DR-33
Ev Mass Comp
Energy Energy Suct Disch
Exit Flow Comp Disch
Consump Cons Rel Press Press
SH Rate Ratio Temp
(kWhr/day) to R404A (Psia) (Psia)
(F) (lb/hr) (°F)
Ambient
T = 32°C
R404A 33.46 100% 7 96 31 294 10 194
DR-7 30.81 92% 6 75 28 309 11 221
DR-33 32.16 96% 7 65 25 280 11 219
Ambient
T = 24°C
R404A 25.11 100% 6 102 29 239 8 167
DR-7 23.91 95% 7 76 27 249 9 195
DR-33 25.00 100% 6 68 25 225 9 190
Ambient
T = 21°C
R404A 23.39 100% 6 105 29 226 8 158
DR-7 22.62 97% 6 78 26 232 9 184
Im Vergleich zu R 404A identischer
DR-33 23.41 100% 6 73 25 210 8 182
oder geringerer Energieverbrauch 29
30. TK Kommerzielle Kühlschränke und -zellen
Testresultate mit DR-7
112%
% EER Low-Temp
Reach-in
& Walk-in Tests
110%
108%
106% Reach-in 24ºC amb
Walk-in 35ºC amb
104% Walk-in 15ºC amb
Walk-in 15ºC amb +
180# Head Pressure
102% Control
% Capacity
100%
85% 90% 95% 100% 105% 110% 115% 120%
98%
Energieeffizienz und Kälteleistung besser als mit R 404A 30
34. Low GWP Alternativen für Chiller
1.07
1.06
1.05 HCFC-123
COP Cool vs HFC-134a
1.04
1.03
1.02
DR-2
1.01
HFC-134a
1.00
0.99
0.98
0.97
XP10
0.96
0.95
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
Vol Cool Cap vs HFC-134a
Sehr ähnliches Leistungsprofil wie R 134a/123; Tests werden fortgesetzt34
35. Agenda
Fluorhaltige Kältemittel
Nachhaltige Entwicklung hin zu verbesserten Umwelteigenschaften
Was kommt nach den HFCs?
HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
Was sind HFOs?
Einsatzmöglichkeiten
Nächste Schritte
35
36. DuPont™ Opteon® Kältemittel
Nächste Schritte
Weitere Untersuchungen und Anwendungsstudien an
unterschiedlichen stationären A/C und Kälteanlagen
Globale Standardisierung und Normierung in Hinblick auf Klasse 2L
Kältemittel
Detaillierte Wirtschaftlichkeitsstudien (Total Cost of Ownership) für
alle Anwendungsbereiche
Ausbau der Produktionskapazitäten für HFOs
Ausrichtung der Marktkapazitäten in Hinblick auf die Ergebnisse und
Mechanismen der weltweiten Klimagesetzgebung
36
37. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
www.refrigerants.dupont.com
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