kältemittel der vierten generation (dr. walter sorg, dupont de nemours)
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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 2012TRANSCRIPT
Dr. Walter SorgDuPont de NemoursDuPont Fluorochemicals
Kältemittel der vierten Generation
Fachkongress des Bundesumweltministeriumsanlässlich der Verleihung des 4. Deutschen KältepreisesBerlin, 20. März 2012
Agenda
� Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung hin zuverbesserten Umwelteigenschaften
� Was kommt nach den HFCs?
� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
� Was sind HFOs?
� Einsatzmöglichkeiten
� Nächste Schritte
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Agenda
� Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung hin zuverbesserten Umwelteigenschaften
� Was kommt nach den HFCs?
� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
� Was sind HFOs?
� Einsatzmöglichkeiten
� Nächste Schritte
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Fluorhaltige Kältemittel
Verbesserte Umwelteigenschaften
CFCs HCFCs HFCs HFOsCFC-12 HCFC-22 HFC-134a HFO-1234yf
CCl2F2 CHClF2 CF3CH2F CF3CF=CH2
ODP Hoch Geringer --- ---
GWP Hoch Hoch Hoch Gering
Montreal Protokol Phase-out
Chlor Hoch Geringer --- ---
1930’s 1950’s 1990’s 2011
Kyoto Protokol4
0
400
800
1200
1600
1970
1973
1976
1979
1982
1985
1988
1991
1994
1997
2000
2003
2006
2009
2012
2015
RefrigerantsFoam Expansion
SolventsPropellants
Fire Extinguishants
CFCs HCFCs
HFCs
RefrigerantsOther
Tonn
en X
100
0
Geschätzter weltweiter Fluorgas-Einsatz
5
EU Klima-Gesetzgebung
Verordnung (EG) 1005/2009
EU “ 20-20-20” Targets
MAC Directive 2006/40/EC
Cap & Trade/Allocation (Emissionshandel)
Verordnung (EG) 842/2006
F-Gas Regulation
6
Emissionshandel
Cap & Trade/Allocation Schema
0
20
40
60
80
100
120
140
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Mill. tons C
O² equivalent/Jahr*)
*) Berechnung basiert auf IPCC 3rd Assessment Report 2000
Kappung der Produktion/des Verbrauches auf eine festzulegendeHöchstmenge und schrittweiseReduzierung
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Agenda
� Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung h in zu verbesserten Umwelteigenschaften
� Was kommt nach den HFCs?
� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
� Was sind HFOs?
� Einsatzmöglichkeiten
� Nächste Schritte
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Was kommt nach den HFCsDie Suche nach dem optimierten Kältemittel
Umwelt und SicherheitFlammbarkeit keine oder sehr geringToxizität unbedenklichKlimarelevanz sehr geringer GWP, kein ODP
KostenKältemittelEnergie
Investition
Leistung und
WirtschaftlichkeitEnergieeffizienzThermodynamische Eigenschaften
There is No Perfect Refrigerant !!Best Balance for each Application
Es gibt kein perfektes Kältemittel!Optimale Ausgewogenheit der Eigenschaften für unterschie dliche Applikationen
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Agenda
� Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung h in zu verbesserten Umwelteigenschaften
� Was kommt nach den HFCs?
� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
� Was sind HFOs?
� Einsatzmöglichkeiten
� Nächste Schritte
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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
Was sind HFOs ??
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HFO-1234yf (CF3CF=CH2)• GWP von 4 vergleichbar mit HCs
• Sehr ähnliche thermodynamischeEigenschaften wie R134a
• Thermische Stabilität in allenAnwendungsbereichen
• Kälteleistung u. Energieeffizienz ähnlich wie R134a
• Geringe Entflammbarkeit
Vapor Pressure
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
-40 -20 0 20 40 60 80 100
134a
1234yfPre
ssur
e, M
Pa
Temperature, oC
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
HFO-1234yf (5,000 - 10,000)
R-32 (30-100)
NH3 (100-300)
Propane
Isobutane
DME
Ethylene
HFO-1234yf High Minimum Ignition Energy – Difficult to Ignite
2L
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ASHRAE Product Safety Considerations
Highly Flammable (3)
PracticallyNon-Flammable (1)
Flammable (2)
LowToxicity (A)
HigherToxicity (B)
ASHRAE Classification Examples:
Propane A3Isobutane A3
R-152a A2
HFO-1234yf 2L
R-134a A1
Mildly Flammable (2L)
B1
B2
B3
A1
A2
A3
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Standardisierungs-Aktivitäten in EuropaASHRAE 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 mittlerenA/C und Kälteanlagen (e.g. self contained and condensing units)
• Max. Füllmengen könnten an Raumvolumen gekoppelt werden
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Agenda
� Fluorhaltige Kältemittel – Nachhaltige Entwicklung h in zu verbesserten Umwelteigenschaften
� Was kommt nach den HFCs?
� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
� Was sind HFOs?
� Einsatzmöglichkeiten
� Nächste Schritte
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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
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HFO-1234yf Produktionsanlage
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DuPont Kältemittel der nächsten Generation für Kält e- und Klimaanwendungen - Versuchsportfolio
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Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme
HFCs Opteon® Kandidaten
Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon®yf
Gewerbekälte R-134a XP10
R-404A/507 DR-33 DR-7
DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5
Chiller R-134a Opteon® yf, XP10
R-123 (HCFC) DR-2
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Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme
HFCs Opteon® Kandidaten
Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon® yf
Gewerbekälte R-134a XP10
R-404A/507 DR-33 DR-7
DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5
Chiller R-134a Opteon® yf, XP10
R-123 (HCFC) DR-2
Klasse 2L
GWP = 4
21
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
HFC-134a HFO-1234yf
Pow
er c
onsu
mpt
ion
rela
tive
to H
FC-1
34a HFC-134a
HFO-1234yf
Getränke-Verkaufsautomat (Fuji Electric, Japan)Jährlicher Energieverbrauch
Geringe Verbesserung gegenüber R134a22
Getränke-VerkaufsautomatLCCP Analyse für HFO-1234yfVendo 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
Getränke-Verkaufsautomat LCCP – EU
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
R-134a CO2 HFO-1234yf
Kg
CO
2 E
quiv
alen
t Ove
r 10
Yea
r Li
fe
Refr MfrRefr Em Energy
Der Energieverbrauch ist entscheidendHFO-1234yf bietet die höchste Energieeffizienz 24
Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme
HFCs Opteon® Kandidaten
Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon®yf
Gewerbekälte R-134a XP10
DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5
Chiller R-134a Opteon® yf, XP10
R-123 (HCFC) DR-2
Klasse 1
GWP ~ 600
25
XP10 Untersuchungen in Supermärkten - Hybrid Syste m- Retrofit von R 134a (Medium Temp); CO2 (Low Temp)- Auswertung über einen Zeitraum von 2 Jahren
26
Annularisierter Energieverbrauch und TEWI Vergleich
Im Vergleich zum R-404A-System liegt der TEWI vom XP10/CO 2-Hybridsystem bei 48% 27
Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme
HFCs Opteon® Kandidaten
Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon®yf
Gewerbekälte
R-404A/507 DR-33 DR-7
DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5
Chiller R-134a Opteon® yf, XP10
R-123 (HCFC) DR-2
Klasse 1
GWP ~ 1400
Klasse 2L
GWP ~ 250
28
Reach-In Freezer Drop-in Test Results – DR-7 and DR-3 3
Energy Consump (kWhr/day)
Energy Cons Rel to R404A
Ev Exit SH (F)
Mass Flow Rate
(lb/hr)
Suct Press (Psia)
Disch Press (Psia)
Comp Ratio
Comp Disch Temp (°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
DR-33 23.41 100% 6 73 25 210 8 182Im Vergleich zu R 404A identischeroder geringerer Energieverbrauch 29
Energieeffizienz und Kälteleistung besser als mit R 404A
TK Kommerzielle Kühlschränke und -zellenTestresultate mit DR-7
98%
100%
102%
104%
106%
108%
110%
112%
85% 90% 95% 100% 105% 110% 115% 120%
% Capacity
% EER Low-Temp Reach-in & Walk-in Tests
Reach-in 24ºC amb Walk-in 35ºC amb Walk-in 15ºC amb Walk-in 15ºC amb + 180# Head Pressure Control
30
HFCs Opteon® Kandidaten
Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon®yf
Kommerzielle Kühlung R-134a XP10
R-404A/507 DR-33 DR-7
DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5
Chiller R-134a Opteon® yf, XP10
R-123 (HCFC) DR-2
Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme
Klasse 2L
GWP ~ 500
31
Cooling Comparison: DR-5 vs R410A7.4 kW R-410A inverter mini-split
100%96%
100%103%
98%100%
80%
85%
90%
95%
100%
105%
110%
410A DR-5 DR-5 CapMatch
Capacity
COP
Leistungsprofil ähnlich wie R 410A32
HFCs Opteon® Kandidaten
Getränke-Verkaufsautomaten R-134a Opteon®yf
Gewerbekälte R-134a XP10
R-404A/507 DR-33 DR-7
DX Klima/Heat Pumps R-410A DR-5
Chiller R-134a Opteon® yf, XP10
R-123 (HCFC) DR-2
Stationäre Klima und Kälteanwendungen Entwicklungsprogramme
Klasse 1
GWP ~ 10 33
HCFC-123
HFC-134a
0.95
0.960.97
0.980.99
1.00
1.01
1.02
1.031.04
1.051.06
1.07
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
CO
P C
ool v
s H
FC
-134
a
DR-2
XP10
Low GWP Alternativen für Chiller
Sehr ähnliches Leistungsprofil wie R 134a/123; Tests we rden fortgesetzt 34
Agenda
� Fluorhaltige KältemittelNachhaltige Entwicklung hin zu verbesserten Umwelteigensc haften
� Was kommt nach den HFCs?
� HFOs – Eine neue Generation von Kältemitteln
� Was sind HFOs?
� Einsatzmöglichkeiten
� Nächste Schritte
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DuPont™ Opteon ® KältemittelNächste 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
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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