Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien

Transkriptio

1 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 1 Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa Sisällysluettelo 1-Vuotojen mahdollisuuden minimointi 2-R744 (hiilidioksidi) 3-R717 (ammoniakki) 4-R32 5-R1234ze 6-R600a (isobutaani) 7- R290 ja R1270 (propaani ja propeeni) 8-Liite 1: Helposti syttyviä kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnitteluprosessi 9-Itsearviointikysymykset

2 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 2 Tervetuloa REAL Alternatives Europe -monimuoto-oppimisen ohjelmaan Tämä oppikirja on osa kylmäalalla, ilmastointialalla ja lämpöpumppualalla toimiville teknikoille suunnattua monimuoto-oppimisen ohjelmaa, joka on suunniteltu parantamaan vaihtoehtoisten kylmäaineiden turvallisuuteen, tehokkuuteen ja luotettavuuteen sekä suojaustoimenpiteisiin liittyviä tietoja ja taitoja. Ohjelmaa tukee yhdistelmä interaktiivista verkko-opiskelua, painettuja koulutusoppaita, työkaluja ja arviointeja koulutuksen tarjoajien käyttöön sekä verkkokirjasto, jossa on käyttäjien lisäämiä resursseja osoitteessa REAL Alternatives -ohjelman on kehittänyt eri puolilla Eurooppaa sijaitsevien yhdistysten ja koulutuslaitosten yhteenliittymä, joka on rahoitettu yhteistyössä EU:n elinikäisen oppimisen ohjelman kanssa ja alan sidosryhmien tuella. Kouluttajat, valmistajat ja suunnittelijat eri puolelta Eurooppaa ovat osallistuneet sisällön luomiseen. Materiaali on saatavilla hollanniksi, englanniksi, saksaksi, italiaksi ja puolaksi. REAL Alternatives Europe -ohjelman moduulit: 1. Vaihtoehtoisten kylmäaineiden esittely turvallisuus, tehokkuus, luotettavuus ja hyvät käytännöt 2. Järjestelmien suunnittelu vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttäen 3. Vaihtoehtoisiin kylmäaineisiin liittyvät suojaustoimenpiteet ja vuotojen havaitseminen 4. Vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien huolto ja korjaus 5. Alhaisen GWP-arvon omaavien kylmäaineiden käyttöönotto vanhoissa järjestelmissä 6. Oikeudellisten velvoitteiden tarkistuslista vaihtoehtoisia kylmäaineita käytettäessä 7. Vuotojen taloudellisten vaikutusten ja ympäristövaikutusten mittaaminen 8. Työkaluja ja neuvoja kohdekartoituksiin Voit opiskella jokaisen moduulin erikseen tai suorittaa koko kurssin ja sen arvioinnin.

3 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 3 Lisää tietoa on saatavilla verkkokirjastosta. Löydät jokaisen moduulin tekstistä viittauksia tarkempiin tiedonlähteisiin. Kun olet suorittanut moduulin loppuun, voit tarkistaa ne viittaukset, joista haluat lisätietoa, osoitteessa Voit myös lisätä kirjastoon resursseja, kuten linkkejä, teknisiä oppaita tai esityksiä, jos uskot, että niistä olisi hyötyä muillekin. Moduulista 6 löytyy lista kaikesta asiaan liittyvästä lainsäädännöstä ja kaikista standardeista, joihin ohjelmassa viitataan. Arviointivaihtoehtoja on saatavilla, jos haluat hyväksytyn jatkuvan ammatillisen kehittymisen todistuksen (CPD, continued professional development). Jokaisen moduulin lopussa on yksinkertaisia itsearviointikysymyksiä ja -harjoituksia, joiden avulla voit arvioida oppimistasi. Arviointi ja valinnaisen todistuksen hankkiminen on mahdollista suorittaa joko verkossa tai kirjallisena kokeena. Arviointi ja todistus ovat saatavilla vain niille, jotka osallistuvat REAL Alternatives -ohjelman hyväksymän kouluttajan tai työnantajan tarjoamaan koulutukseen. CPD-todistuksia antavat REAL Alternatives -yhteistyökumppanit (CPD = Continued Professional Development, jatkuva ammatillinen kehittyminen). Sivustolla on lista hyväksytyistä kouluttajista. Jos olet kiinnostunut vaihtoehtoisista kylmäaineista, rekisteröidy sivustolla niin saat päivityksiä, uutisia ja kutsuja, jotka liittyvät koulutuksiin, taitoihin ja kylmäalan tapahtumiin. Voit käyttää ja jakaa tätä materiaalia henkilökohtaisiin koulutustarkoituksiin. Oppikirjan ja sisällön tekijänoikeus säilyy Institute of Refrigerationilla ja yhteistyökumppaneilla. Materiaalia voi kopioida joko kokonaan tai osittain koulutustarkoituksiin lähettämällä kirjallisen hakemuksen REAL Alternatives Consortiumille, c/o Institute of Refrigeration, sähköpostiosoite Yhdistyneessä kuningaskunnassa: ior@ior.org.uk. Kaikki sisältöä tai oppimisohjelmaa koskevat kysymykset tulisi lähettää myös osoitteeseen ior@ior.org.uk. Ohjelman tausta ja kehityshistoria Tämä oppimisohjelma kehitettiin osana kaksivuotista projektia, jota johti kuuden yhteistyökumppanin yhteenliittymä eri puolilta Eurooppaa ja jonka rahoitti EU:n elinikäisen oppimisen ohjelma. Se suunniteltiin paikkaamaan puutteita jäähdytys-, ilmastointi- ja lämpöpumpputeknikoiden vaihtoehtoisten kylmäaineiden käyttötaidoissa. Ohjelma tarjoaa itsenäistä, ajan tasalla olevaa tietoa helppokäyttöisessä muodossa. Projektiyhteenliittymään kuului ammatillisia laitoksia, koulutuslaitoksia ja työntekijöiden edustajistoja. Työnantajista, valmistajista, toimialajärjestöistä ja ammatti-instituuteista muodostuvat sidosryhmät osallistuivat myös oppimateriaalin luomiseen, antoivat neuvoja sisällön suhteen ja tarkastelivat ohjelmaa sen kehityksen aikana. Yhteenliittymän kuusi yhteistyökumppania olivat: Association of European Refrigeration Air Conditioning and Heat Pump Contractors Associazione Tecnici del Freddo, Italia

4 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 4 Informationszentrum für Kälte-, Klima- und Energietechnik ggmbh (IKKE), Duisburg, Saksa Institute of Refrigeration, Yhdistynyt kuningaskunta Limburgin katolinen yliopisto (KHLim), Belgia London South Bank University, Yhdistynyt kuningaskunta PROZON-kierrätysohjelma, Puola.

5 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 5 Moduuli 2 Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa Tämä opas (2/8) esittelee eroja suunnittelussa. Se ei korvaa käytännön harjoittelua ja kokemusta. Löydät oppaasta viittauksia hyödylliseen lisätietoon eri vertaisarvioinnin läpikäyneistä lähteistä, joita suositellaan tekniseksi tueksi, jos haluat saada lisää tietoa aiheesta. Tässä oppaassa tarkastellaan tärkeimpiä eroja uusien, vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa. Toimivan suunnittelun perusperiaatteita tulee noudattaa kaikissa tapauksissa. Erot perustuvat kylmäaineiden ominaisuuksiin, jotka on esitetty alla taulukossa 1. Taulukossa näitä tärkeimpiä ominaisuuksia on verrattu aineeseen R404A. Jos solu on tyhjä, ominaisuus ei eroa merkittävästi R404A:sta. R404A valittiin sen havainnollisuuden vuoksi, vaikka se onkin ensisijaisesti matalan lämpötilan kylmäaine. Taulukko 1: Järjestelmien suunnitteluun vaikuttavat ominaisuudet Kylmäaine R744 Paine Erittäin korkea Syttyvy ys Myrkylli syys Pieni Jäähdyt ysteho Erittäin suuri Kriittine n lämpötil a Alhaine n Puristuslä mpötila Korkea R717 Pieni Korkea Korkea R32 Korkea Pieni Korkea R1234ze Alhainen Pieni R600a R290 R1270 Erittäin matala Korkea Korkea Alhaine n Erittäin matala Materiaal it Ei kuparia tai kupariseo ksia Eroja kunkin kylmäaineen suunnittelussa käsitellään seuraavassa kappaleessa. Erot aineeseen R744 verrattuna ovat tärkeämpiä kuin erot muihin kylmäaineisiin, joten R744:ää käyttävien järjestelmien suunnittelusta esitetään tarkempia tietoja. R717:n ja hiilivetyjen tärkeimmät erot liittyvät turvallisuuteen. Syttyvyyteen liittyvät näkökohdat koskevat kaikkia vaihtoehtoisia kylmäaineita paitsi R744:ää, joten toiston välttämiseksi tiedot asiasta on esitetty liitteessä 1. Tyypillinen suurin sallittu paine (PS 1 ) on annettu kaikille kylmäaineille. Kaikissa tapauksissa ainetta R744 lukuun ottamatta nämä paineet perustuvat korkeimpaan ympäristölämpötilaan 32 O C ja korkeimpaan lauhtumislämpötilaan 55 O C. 1 PS on määritelty standardissa EN378-1:2008 A2:2012, Jäähdytysjärjestelmät ja lämpöpumput. Turvallisuus- ja ympäristövaatimukset. Osa 1: Perusvaatimukset, määritelmät, luokittelu ja valintakriteerit. Lisätietoa löytyy moduulista 5.

6 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 6 Vuotojen mahdollisuuden minimointi Olipa kyseessä mikä kylmäaine tahansa, vuotojen mahdollisuus pitää aina minimoida: Käytä yksinkertaisia ratkaisuja Käytä mahdollisimman vähän liitoksia Käytä mahdollisimman pientä määrää osia Käytä järjestelmässä kiinteitä kytkentöjä Minimoi käyttö- ja seisokkipaineet Huolehdi siitä, että järjestelmässä on mahdollisimman vähän liitäntäpisteitä, ja sijoita ne paikkoihin, joissa niistä on eniten hyötyä Vältä Schrader-venttiilien käyttöä. Jos liitosventtiili on ehdottoman välttämätön, käytä palloventtiiliä, jossa on laippaliitin (ja varmista, että venttiilin tulppa on kiinni silloin, kun se ei ole käytössä) Vältä avointen kompressorien käyttöä aina, kun mahdollista. Jos niitä on käytettävä, varmista, että niiden akseleissa on tiivisteet Varmista, että putket on kiinnitetty oikein ja että värähtelyjen välittyminen on estetty Tarjoa tietoa seuraavista asioista: Liitäntäpisteiden paikat (merkitään laitostilan isometrisiin piirustuksiin) Momenttien arvot Suunnittele järjestelmä helposti huollettavaksi, sillä se helpottaa vuotojen havaitsemista ja muita tärkeitä huoltotoimenpiteitä. See REAL Alternatives Guide 3 Containment and Leak Detection

7 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 7 1. R744 (hiilidioksidi) Kylmäaineen R744 ominaisuudet vaikuttavat sen käyttöön: See REAL Alternatives Guide 1, figure 2 R744 Tyyppi Hiilidioksidi, CO 2 Tärkeimmät ominaisuudet Korkea paine 1-78 O C GWP 2 Kyllästyslämpötila 3 Tyypilliset käyttötarkoitukset Vähittäiskaupan jäähdytys, lämpöpumput, kiinteät laitteistot Kaikkien osien täytyy soveltua korkeapainekäyttöön, koska R744:n suurin sallittu käyttöpaine ja seisokkipaine ovat korkeita R744:llä on matalampi käytännön raja kuin useimmilla HFCyhdisteillä sen alhaisen myrkyllisyyden takia. (Lisätietoja kiinteistä vuotojen havaitsemisjärjestelmistä löytyy moduulista 2) See REAL Alternatives Guide 2 Kylmäaineen käytännön raja tarkoittaa korkeinta pitoisuutta, joka ei vaikeuta ihmisten poistumista tilasta, jossa ainetta on. Tarkat tiedot löytyvät turvallisuusstandardista EN378-1, F 3 R744 on tukahduttava aine. Jos vuoto suljetussa tilassa, jossa voi olla ihmisiä, kuten kylmiössä tai laitostiloissa, saattaisi johtaa pitoisuuksiin, jotka vaikeuttavat tilasta poistumista, kiinteän vuotojen havaitsemisjärjestelmän asentaminen on tarpeen. Suositeltu hälytystaso on 50 % akuutista myrkylliselle aineelle altistumisen rajasta (ATEL, Acute Toxicity Exposure Limit) tai hapenpuutteen rajasta (ODL, Oxygen Deprivation Limit), kuten konehuoneita koskevassa standardissa EN378 on määritelty. Tämän tason yläpuolella esiintyy haittavaikutuksia, jotka johtuvat joko yhdestä altistumisesta tai useista altistumisista lyhyessä ajassa (tavallisesti alle 24 tuntia). Kylmäaineen R744 ATEL/ODL-arvo on 0,036 kg/m 3, joten hälytysarvoksi tulisi asettaa 0,018 kg/m 3 (noin ppm). Tavallisesti asetetaan myös esihälytysarvoksi ppm, koska R744:n korkean paineen takia pitoisuus nousee nopeasti vuodon sattuessa Kompressorin iskutilavuus ja putkien halkaisijat ovat pienempiä, koska R744:n jäähdytysteho on suuri muihin kylmäaineisiin verrattuna. Kompressorin iskutilavuus on esimerkiksi viidennes siitä, mitä tarvittaisiin aineelle R404A. 2 GWP on peräisin F-kaasuasetuksesta EU 517: Kyllästyslämpötila on ilmoitettu normaalipaineessa (1 bar g) lukuun ottamatta R744:ää, jossa se on kiinteän R744:n pintalämpötila normaalipaineessa

8 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 8 Joitakin esimerkkejä R733-järjestelmistä Aineen R744 matalan kriittisen lämpötilan vuoksi järjestelmän kokonaissuunnittelussa on eroja. R744:ää käytetään seuraavanlaisissa järjestelmissä: Ylikriittiset järjestelmät: Nämä järjestelmät toimivat korkeammalla puolella joko aina tai osan ajasta kriittisen lämpötilan yläpuolella. Näissä järjestelmissä R744:n lämpö poistuu ympäröivään ilmaan, joten se on ylikriittinen korkeissa ympäristölämpötiloissa, tyypillisesti silloin, kun ympäristölämpötila on yli O C. Pienet sisätiloissa käytettävät ylikriittiset järjestelmät, kuten juomien säilytykseen tarkoitetut kylmäkaapit, toimivat tavallisesti aina ylikriittisessä tilassa. Kaskadijärjestelmät: Tällaiset järjestelmät ovat aina alikriittisiä. Näissä järjestelmissä R744:ää käytetään ensimmäisen vaiheen kylmäaineena kaskadijärjestelmässä, jossa höyrystyvä kylmäaine sitoo lauhtuvasta R744:stä poistuvan lämmön erillisessä toisen vaiheen järjestelmässä. Toisen vaiheen järjestelmä on yleensä tavanomainen HFC-yhdistettä, hiilivetyä tai R717:ää käyttävä järjestelmä. Joissakin järjestelmissä R744:ää käytetään sekä ensimmäisessä että toisessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa R744 on aina alikriittinen, mutta toisessa vaiheessa se on ylikriittinen korkeassa ympäristölämpötilassa. Välilliset järjestelmät: R744:ää käytetään toisiopiirin nesteenä, jota pumpataan lämmönvaihdinten läpi. Osittaista höyrystymistä voi tapahtua R744:n haihtuvuuden takia, mutta tyydyttynyt kylmäaine poistuu höyrystimestä (eli se ei tulistu kuten yllä olevissa järjestelmissä). R744 jäähdytetään jäähdyttäjässä. Kaksivaiheista koneistoa käytetään ylikriittisissä matalan lämpötilan (LT, low temperature) järjestelmissä mahdollisen korkean puristuslämpötilan takia. Mekaanista alijäähdytystä, kuten imun käyttöä lämmönvaihdinten nesteputkissa, käytetään monissa järjestelmissä, joissa nesteen lämpötila on normaalisti ympäristölämpötilaa alhaisempi järjestelmän rakenteen takia. Nesteen luonnollista alijäähdytystä ei siis tapahdu. Monissa R744-järjestelmissä on yhdistetty kaksi tai useampi yllä olevista järjestelmätyypeistä, kuten esimerkiksi kaskadijärjestelmät, joissa voi olla pumpattu toisiopiiri ja/tai niitä voidaan jäähdyttää ylikriittisellä R744-järjestelmällä.

9 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa Ylikriittinen toiminta Kriittinen lämpötila Merkittävä ero R744:n ja kaikkien muiden kylmäaineiden välillä on sen käyttö kriittisen lämpötilan (31 O C) yläpuolella monissa järjestelmissä. Kriittinen piste on selitetty linkin kautta nähtävässä videossa. Useimmat R744-järjestelmät, joissa lämpö poistuu ympäröivään ilmaan, toimivat kriittisen pisteen yläpuolella joko aina tai osan ajasta. Näissä järjestelmissä jäähdytintä kutsutaan kaasun jäähdyttimeksi, koska ylikriittinen kylmäaine ei tiivisty nesteeksi tässä osassa, vaan R744 muuttuu nesteeksi vasta, kun painetta vähennetään: R744-järjestelmät ovat alikriittisiä, kun lauhtumislämpötila on alle 31 O C. R744-järjestelmät ovat ylikriittisiä, kun kaasun jäähtymislämpötila on yli 31 O C. HFC-yhdisteitä, hiilivetyjä ja R717:ää käyttävät järjestelmät ovat aina alikriittisiä, koska lauhtumislämpötila ei koskaan ylitä kriittistä lämpötilaa (esim. 101 O C aineelle R134a). Danfoss video, CO 2 phase change NaReCO2 manual Natural Refrigerant CO2 Lähde:

10 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 10 Yksinkertainen ylikriittinen järjestelmä Kuvassa 4 on esitetty yksinkertainen ylikriittinen järjestelmä. Tällaisessa järjestelmässä kaasun jäähdyttimen paine riippuu järjestelmässä olevan kylmäaineen määrästä, joten järjestelmän teho ja sen tehokkuus vaihtelevat suuresti. Lisää tietoa pienistä ylikriittisistä järjestelmistä löytyy linkin kautta avautuvasta Danfossin asiakirjasta. Danfoss Transcritical refrigeration Systems with CO 2, how to design a small capacity system Kuva 1: Yksinkertainen ylikriittinen järjestelmä

11 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 11 P-h-kaavio Yksinkertainen järjestelmä Alla olevassa paine-entalpiakaaviossa on esimerkki yksinkertaisesta R744-järjestelmästä, joka toimii alikriittisesti alhaisessa ympäristölämpötilassa (vaaleanpunainen kierto) ja ylikriittisesti korkeammassa ympäristölämpötilassa (vihreä kierto). Kaaviosta näkyy, että höyrystimen jäähdytysteho on huomattavasti pienempi ylikriittisessä toiminnassa. Paine-entalpiakaavio ali- ja ylikriittisestä toiminnasta Ylikriittinen kylmäaine ei tiivisty nesteeksi kaasun jäähdyttimessä, vaan sen lämpötila laskee ja lämpöä poistuu. Kylmäaine ei tiivisty nesteeksi ennen kuin sen paine laskee kriittisen paineen alapuolelle (72,8 bar g). Ylikriittisessä tilassa kaasun jäähdyttimen paine on sen sisältämän kylmäaineen määrän funktio (paitsi jos sitä hallitaan). Ylikriittisen nesteen lämpötila alenee sen kulkiessa kaasun jäähdyttimen läpi, ja poistuessaan kaasun jäähdyttimestä sen lämpötila on kaasun jäähdyttimen koon ja ilman lämpötilan funktio. Kriittisen pisteen yläpuolella toimittaessa korkeamman puolen paineen lisääntyminen kasvattaa jäähdytystehoa, kuten kuvan 3 paine-entalpiakaaviosta näkyy. Paras käyttöpaine on tila 3, koska tehon lisäyksestä ei tilaan 1 verrattuna seuraa merkittävää energiantarpeen kasvua.

12 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 12 Paine-entalpiakaavio kolmesta kaasun jäähdyttimen paineen tilasta

13 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 13 Suuri ylikriittinen järjestelmä Tyypillisessä suuressa ylikriittisessä järjestelmässä pääpainetta hallitaan. Alla olevassa kaaviossa on esitetty piiri tällaisessa järjestelmässä yksinkertaistettuna Tyypillinen ylikriittinen järjestelmä 1. Kompressori on ylikriittinen kompressori, joka on suunniteltu kestämään korkeaa painetta ja kylmäaineen suurta jäähdytystehoa. 2. Kaasun jäähdytin muistuttaa tavallista jäähdytintä, mutta sen putkien halkaisijat saattavat olla pienemmät ja sen täytyy kestää korkeampaa painetta. 3. Kaasun jäähdyttimen säätöventtiiliä hallitsee kaasun jäähdyttimen paine, ja se säilyttää paineen optimiasetuksessa (tavallisesti 90 bar g ylikriittiselle järjestelmälle, tyypillisesti silloin, kun ympäristölämpötila on yli O C). 4. Nesteen keräysastiassa ja siihen liittyvissä nesteputkissa (piirretty vihreällä) Danfoss Food Retail CO 2 Refrigeration vallitsee keskipaine. 5. Keräysastian paineensäätöventtiiliä hallitsee keräysastian paine, ja se säilyttää keskipaineen suunnittelijan määrittelemällä tasolla (tavallisesti välillä bar g). Lisää tietoa ylikriittisistä järjestelmistä löytyy Danfossin ja Emersonin asiakirjoista linkkien kautta. Emerson Guide, Introduction to R744 Systems Emerson Guide R744 System Design

14 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa Alikriittiset kaskadijärjestelmät R744:ää käytetään myös kaskadijärjestelmissä, kuten alla on esitetty Yksinkertainen kaskadijärjestelmä 1. R744:n kanssa käytettävä kompressori on tavallisesti samanlainen kuin R410A:n (se toimii yleensä samanlaisessa paineessa). 2. R744 tiivistyy nesteeksi kaskadilämmönvaihtimessa, ja sen lämpö poistuu höyrystyvään toisen vaiheen kylmäaineeseen. 3. Toisen vaiheen järjestelmä on yleensä yksinkertainen HFC-yhdistettä, hiilivetyä tai R717:ää käyttävä jäähdyttäjätyyppinen järjestelmä. Toisessa vaiheessa voidaan myös käyttää R744:ää, jolloin se on osan ajasta ylikriittinen. Toisen vaiheen toimintaa hallitsee yleensä R744:n nesteen keräysastian paine. Danfoss Cascade CO 2 System Emerson Guide Introduction to R744 Systems Emerson Guide R744 System Design Lisätietoa kaskadijärjestelmistä löytyy linkkien kautta avautuvista asiakirjoista.

15 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa Välilliset järjestelmät R744:ää käytetään myös toisiopiirin kylmäaineena, kuten alla on esitetty Yksinkertainen pumpattava välillinen järjestelmä 1. R744-nestepumppu on yleensä keskipakopumppu, jota nestemäinen kylmäaine jäähdyttää. On tärkeää, että pumppuun tulee tasaisesti nestettä onteloitumisen ja siitä seuraavan luotettavuuden ja suorituskyvyn heikkenemisen estämiseksi. 2. R744 tiivistyy nesteeksi lämmönvaihtimessa, ja sen lämpö poistuu höyrystyvään toisen vaiheen kylmäaineeseen. 3. Toisen vaiheen järjestelmä on yleensä yksinkertainen HFC-yhdistettä, hiilivetyä tai R717:ää käyttävä jäähdyttäjätyyppinen järjestelmä. Sen toimintaa hallitsee yleensä R744:n nesteen keräysastian paine. R744:llä on seuraavia etuja muihin toisiopiirin nesteisiin verrattuna: Koska aine on haihtuvaa, se höyrystyy osittain lämmönvaihtimessa (höyrystimessä) ja imee näin sitoutunutta lämpöä. Tämä pienentää lämpötilaeroa lämmönvaihtimessa. R744:n suuren tiheyden takia pumppaukseen tarvitaan vähemmän voimaa. R744:n paine on kuitenkin huomattavasti korkeampi kuin muiden toisiopiirin nesteiden. Esimerkiksi -3 O C:n lämpötilassa paine on noin 30 bar g.

16 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa Paine Tyypillisiä R744-järjestelmissä esiintyviä paineita on esitetty alla taulukossa 2. Taulukko 2: Tyypilliset paineet, R744 Varoventtiilin asetus ylikriittisen järjestelmän korkeammalla puolella (eli PS) Ylikriittisen järjestelmän korkeampi puoli, joka toimii kriittisen pisteen yläpuolella Tyypillinen paine Bar g (MPa) 120 (12) 90 (9) Ylikriittisen järjestelmän keskipaine (3,5 6,5) Varoventtiilin asetus kaskadijärjestelmän ensimmäisessä vaiheessa (eli PS) Korkeamman puolen paine kaskadijärjestelmän ensimmäisessä vaiheessa 40 (4) 30 (3) Matalan lämpötilan (LT, low temperature) höyrystin 15 (1,5) Korkean lämpötilan (HT, high temperature) höyrystin 30 (3) Pullo, joka on ulkona 5 O C:n ympäristölämpötilassa 40 (4) Laitos seisokissa 20 O C:n ympäristölämpötilassa 55 (5,5) R744:n korkea paine voi johtaa vuotojen kasvuun ja siitä seuraavaan energiankulutuksen lisääntymiseen ja epäsuoriin ympäristövaikutuksiin. Vuotojen mahdollisuuden minimoimiseksi putkiston ja osien tulee soveltua kyseisen järjestelmän osan PS:lle. Usein tämän vuoksi on käytettävä erilaisia osia kuin HFC-yhdisteitä käyttävissä järjestelmissä sekä teräsputkia tai putkia, joiden seinämät ovat paksummat. Liitokset tulisi juottaa tai hitsata, ja mekaanisia liitoksia tulisi välttää, jos vain mahdollista. Kaskadilämmönvaihtimien kaltaisia osia voi mahdollisesti käyttää silloin, kun tulo- ja poistoputken välillä on suuri lämpötilaero. Tämä johtaa lämpöshokkiin, josta seuraa vuotoja, joten asia on otettava huomioon osia valittaessa. Lämpötilaeroa voi pienentää alentamalla tulistetun höyryn lämpötilaa ennen sen saapumista jäähdyttimeen. Kylmäainehävikkiä tapahtuu myös varoventtiilien takia. PS:n (ja siksi myös varoventtiilin avautumispaineen) ja kyseisen järjestelmän osan tyypillisen käyttöpaineen välillä tulisi olla tarpeeksi suuri ero niin, että R744:ää poistuu varoventtiilin kautta mahdollisimman vähän. Monissa järjestelmissä näin ei tapahdu, vaan jopa pienikin käyttöpaineen lisäys johtaa kaasun poistumiseen varoventtiilin kautta. Asiaa pahentaa se, että R744:n paine voi nousta hyvin nopeasti, jolloin varoventtiilin avautumispaine saavutetaan ennen kuin korkeapainekytkin on sammuttanut järjestelmän (kuten muissakin järjestelmissä, korkeapainekytkimen asetuksen ei pitäisi olla yli 90 % PS:stä). Jos varoventtiili avataan useamman kerran, sen jousi heikkenee ja avautumispaine alenee, jolloin venttiili avautuu useammin. Tämän ongelman lisäksi vuotoja esiintyy, jos varoventtiili ei sulkeudu oikein kerran avauduttuaan.

17 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa Jäähdytysteho Kuten moduulissa 1 on kerrottu, R744:n jäähdytysteho on moninkertainen yleisemmin käytettyihin kylmäaineisiin verrattuna. Tämä vaikuttaa seuraaviin asioihin: See REAL Alternatives Guide 1 Introduction Kompressorin suunnittelu moottorin kokoon verrattuna tarvittava iskutilavuus on pienempi, joten käytetään erityisesti R744:ää varten suunniteltuja kompressoreita Putkien koko putken halkaisija on pienempi Lämmönvaihtimet pienempiä höyrystimiä ja jäähdyttimiä voidaan käyttää saman lämpötilaeron (TD) saavuttamiseksi. Jos jäähdyttimen ja höyrystimen kokoa ei pienennetä, lämpötilaero (TD) on pienempi ja järjestelmän teho ja sen tehokkuus paranevat. Emerson Guide R744 System Design Jäähdytystehoa ei pidä sekoittaa tehokkuuteen. Jäähdytysteho on kylmäaineen höyrystimessä imevän lämmön määrä. Jäähdytysteho on korkea muihin kylmäaineisiin verrattuna, mutta tehokkuus on samalla tasolla. Moottori Moottori R404A-kompressori R744-kompressorit Kummankin kompressorin jäähdytysteho on sama, ja ne käyttävät suurin piirtein saman verran energiaa.

18 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa Kaksivaiheinen koneisto (tehostettu) Liian korkea puristuslämpötila voi syntyä matalan lämpötilan (pakasteet) järjestelmissä, joista lämpö poistuu ympäröivään ilmaan. Tämän välttämiseksi käytetään kaksivaiheisia koneistoja. Ensimmäisen ja toisen vaiheen kompressorien välistä välivaihetta jäähdytetään yleensä korkean lämpötilan kuorman imukaasulla ja keräysastian paineensäätöventtiilistä tulevalla kaasulla. Alla olevassa kaaviossa on tyypillinen ylikriittinen tehostettu järjestelmä, jota käytetään yleisesti vähittäiskaupassa. EEV C1 EEV C2 Keräysastian paineensäätöventtiili Kaasun jäähdyttimen säätöventtiili Matalan lämpötilan höyrystimestä tuleva kaasu tulee ensimmäisen vaiheen kompressorin (C1) imuun. Tämä kompressori johtaa kaasun toisen vaiheen kompressorin (C2) imuun. Korkean lämpötilan kuorman imukaasu ja keräysastian paineensäätöventtiilistä tuleva kaasu johdetaan myös toisen vaiheen kompressorin (C1) imuun. Ylikriittinen tehostettu järjestelmä

19 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa R717 (ammoniakki) Erot R717:n suunnittelussa johtuvat lähinnä sen myrkyllisyydestä, syttyvyydestä, korkeasta puristuslämpötilasta, materiaalien yhteensopimattomuudesta ja siitä, ettei se sekoitu öljyyn: R717 Tyyppi Ammoniakki, NH 3 Tärkeimmät ominaisuudet Myrkyllinen ja kohtuullisen helposti syttyvä GWP 4 Kyllästyslämpötila 5 Tyypilliset käyttötarkoitukset 0-33 O C Teollinen Täyttömäärä on rajoitettu myrkyllisyyden takia. Lisää tietoa löytyy oppaan 1 taulukoista 5 ja 6 (R717 on luokiteltu B2-ryhmän kylmäaineeksi) See REAL Alternatives Guide 1 Introduction Tietyt sähköiset komponentit on suunniteltu käytettäväksi räjähtävässä kaasuseoksessa. Liitteessä 1 on lisää tietoa helposti syttyviä kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnitteluprosessista. Tämä koskee kohtuullisen helposti syttyviä kylmäaineita kuten R717:ää Korkeamman puolen tyypillinen suurin sallittu järjestelmän paine (PS) on 22 bar g, ja tyypillinen PS matalammalla puolella on 11,4 bar g, joten paineet eivät ole liian korkeita Danfoss Refrigerant Slider App Bitzer PT App Kaksivaiheisia koneistoja käytetään alhaisen lämpötilan käyttötarkoituksiin, kuten pakasteiden käsittelyyn ja säilytykseen liian korkean puristuslämpötilan välttämiseksi R717 syövyttää kuparia, joten sen kanssa käytetään yleensä teräsputkia ja -varusteita sekä avoimia kompressoreita, jotka on suunniteltu erityisesti käytettäväksi R717:n kanssa IoR Safety Code of Practice for Refrigerating Systems utilizing R717 R717 ei sekoitu lainkaan kompressorin voiteluaineeseen, joten jäähdytysjärjestelmän matalammalle puolelle pääsevä voiteluaine jää sinne öljykerrokseksi R717:n alle. Siksi järjestelmään tulisi asentaa voiteluaineen talteenottolaitteita, mieluiten kiinteä öljyn talteenottojärjestelmä, joka kerää öljyn ja palauttaa sen öljysäiliöön. 4 GWP on peräisin F-kaasuasetuksesta EU 517: Kyllästyslämpötila on ilmoitettu normaalipaineessa (1 bar g) lukuun ottamatta R744:ää, jossa se on kiinteän R744:n pintalämpötila normaalipaineessa

20 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 20 R717 on myrkyllinen, ja sen käytännön raja on erittäin alhainen (0,00035 kg/m 3 ). Kiinteää vuotojen havaitsemisjärjestelmää tulisi käyttää, jos vuodosta voi seurata tätä suurempia pitoisuuksia. Alemman tason arvoksi tulisi asettaa 500 ppm, minkä tulisi käynnistää mekaanisen ilmastoinnin ja valvotun äänihälytyksen. Korkeamman tason arvoksi tulisi asettaa ppm, ja sen tulisi pysäyttää laitos ja eristää sähkölaitteet. R717-järjestelmiä, joiden täyttömäärä on pieni, kehitetään käytettäväksi kaupallisissa järjestelmissä, joissa olisi perinteisesti käytetty HFC-yhdisteitä. See Ammonia system video in REAL Alternatives e-library

21 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa R32 R32 muistuttaa paljon R410A:ta, mutta se on luokiteltu ei helposti syttyväksi. Useimmat järjestelmän osat ovat samoja, kuin mitä käytetään R410A:n kanssa. Erot johtuvat siitä, ettei aine ole helposti syttyvää: Täyttömäärä on rajoitettu. Lisää tietoa löytyy oppaan 1 taulukoista 5 ja 6 (R32 on luokiteltu A2-ryhmän kylmäaineeksi) See REAL Alternatives Guide 1, tables 5 and 6 Tietyt sähköiset komponentit on suunniteltu käytettäväksi helposti syttyvässä kaasuseoksessa. Liitteessä 1 on lisää tietoa helposti syttyviä kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnitteluprosessista. Tämä koskee myös kylmäaineita kuten R32, jotka eivät ole helposti syttyviä. R32:n käyttö- ja seisokkipaineet ovat lähes täysin samat kuin aineella R410A, joten käytettyjen osien tulee soveltua näihin paineisiin: muiden HFC-yhdisteiden kanssa käytetyt osat eivät välttämättä ole sopivia. Korkeamman puolen tyypillinen suurin sallittu järjestelmän paine (PS) on 34,2 bar g, ja tyypillinen PS matalammalla puolella on 19,3 bar g. R32:n jäähdytysteho on samanlainen kuin R410A:n, joten aineen kanssa tulisi käyttää R410A:lle mitoitettuja osia. See REAL Alternatives Gude 1, figure 2 Danfoss Refrigerant Slider App Bitzer PT App R32 Tyyppi Fluorihiilivety, HFC Tärkeimmät ominaisuudet ei helposti syttyvä GWP 6 Kyllästyslämpötila 7 Tyypilliset käyttötarkoitukset O C Split-tyyppinen ilmastointi 6 GWP on peräisin F-kaasuasetuksesta EU 517: Kyllästyslämpötila on ilmoitettu normaalipaineessa (1 bar g) lukuun ottamatta R744:ää, jossa se on kiinteän R744:n pintalämpötila normaalipaineessa

22 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 22 Esimerkki R32:n kanssa käytettäväksi valmistettavista laitteista

23 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa R1234ze R1234ze:n suunnittelun erot johtuvat sen syttyvyydestä, matalasta paineesta ja tehosta: Täyttömäärä on rajoitettu. Lisää tietoa löytyy oppaan 1 taulukoista 5 ja 6 (R1234ze on luokiteltu A2-ryhmän kylmäaineeksi) See REAL Alternatives Guide 1, tables 5 and 6 Tietyt sähköiset komponentit on suunniteltu käytettäväksi helposti syttyvässä kaasuseoksessa. Liitteessä 1 on lisää tietoa helposti syttyviä kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnitteluprosessista. Tämä koskee kohtuullisen helposti syttyviä kylmäaineita kuten R1234ze:tä Korkeamman puolen tyypillinen suurin sallittu järjestelmän paine (PS) on 10,3 bar g, ja tyypillinen PS matalammalla puolella on 5,1 bar g, joten osat ja putkisto voidaan valita sopiviksi huomattavasti alemmalle paineelle kuin muiden HFCyhdisteiden kanssa See REAL Alternatives Guide 1, figure 1 Danfoss Refrigerant Slider App Bitzer PT App Jäähdytysteho on noin 75 % R134a:n jäähdytystehosta ja UNEP Case Study aineiden hyötysuhteet ovat hyvin samanlaisia. Kompressorin including Waitrose trial moottorin koon tulee siis olla samaa luokkaa, mutta sen iskutilavuuden tulisi olla 30 % suurempi kuin R134a:lla saman tehon saavuttamiseksi. Tällä hetkellä R1234ze:n kanssa käytettäväksi soveltuvia kompressoreita on saatavilla vain hyvin vähän. R1234ze Tyyppi Tyydyttymätön HFC (eli vetyfluori-olefiini (HFO, hydro fluoro olefin)) Tärkeimmät ominaisuudet Kohtuullisen helposti syttyvä GWP 8 Kyllästyslämpötila 9 Tyypilliset käyttötarkoitukset 7-19 O C Jäähdyttäjät, splittyyppinen ilmastointi, kiinteät laitteistot Esimerkkejä R1234ze:n kanssa käytettäväksi tarkoitetuista laitteista 8 GWP on peräisin F-kaasuasetuksesta EU 517: Kyllästyslämpötila on ilmoitettu normaalipaineessa (1 bar g) lukuun ottamatta R744:ää, jossa se on kiinteän R744:n pintalämpötila normaalipaineessa

24 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa R600a (isobutaani) R600a:han liittyvät suunnitteluerot johtuvat sen helposta syttyvyydestä ja sen hyvin matalasta paineesta ja tehosta: Täyttömäärä on rajoitettu. Lisää tietoa löytyy oppaan 1 taulukoista 5 ja 6 (R600a on luokiteltu A3-ryhmän kylmäaineeksi) See REAL Alternatives Guide 1, tables 5 and 6 Tietyt sähköiset komponentit on suunniteltu käytettäväksi helposti syttyvässä kaasuseoksessa. Liitteessä 1 on lisää tietoa helposti syttyviä kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnitteluprosessista. Tämä koskee helposti syttyviä kylmäaineita kuten 600a:ta Korkeamman puolen tyypillinen suurin sallittu järjestelmän paine (PS) on 6,8 bar g, ja tyypillinen PS matalammalla puolella on 3,3 bar g, joten osat ja putkisto voidaan valita sopiviksi huomattavasti alemmalle paineelle kuin muiden HFC-yhdisteiden kanssa Jäähdytysteho on noin 50 % R134a:n jäähdytystehosta, ja aineiden hyötysuhteet ovat hyvin samanlaisia. Kompressorin iskutilavuuden on siis oltava suurempi saman jäähdytystehon saavuttamiseksi, mutta sen moottori on samankokoinen. R600a:lle soveltuvia kompressoreita on helposti saatavilla sekä kotitalouskäyttöön että pienimuotoiseen kaupalliseen käyttöön soveltuviin järjestelmiin, mutta ei suuriin järjestelmiin. See REAL Alternatives Guide 1, figure 1 Danfoss Refrigerant Slider App Bitzer PT App R600a Tyyppi Isobutaani, C 4 H 10, hiilivety Tärkeimmät ominaisuudet Helposti syttyvä GWP 10 Kyllästyslämpötila 11 Tyypilliset käyttötarkoitukset 3-12 O C Kotitalousjärjestelmät ja pienet kaupalliset järjestelmät 10 GWP on peräisin F-kaasuasetuksesta EU 517: Kyllästyslämpötila on ilmoitettu normaalipaineessa (1 bar g) lukuun ottamatta R744:ää, jossa se on kiinteän R744:n pintalämpötila normaalipaineessa

25 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa R290 ja R1270 (propaani ja propeeni) R290:lla ja R1270:lla on samanlainen paine-lämpötilasuhde ja jäähdytysteho kuin R404A:lla. Suurimmat erot suunnittelussa johtuvat näiden kahden kylmäaineen helposta syttyvyydestä: Täyttömäärä on rajoitettu. Lisää tietoa löytyy oppaan 1 taulukoista 5 ja 6 (R290 ja R1270 on luokiteltu A3-ryhmän kylmäaineiksi) See REAL Alternatives Guide 1, tables 5 and 6 Tietyt sähköiset komponentit on suunniteltu käytettäväksi helposti syttyvässä kaasuseoksessa. Liitteessä 1 on lisää tietoa helposti syttyviä kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnitteluprosessista. Se koskee helposti syttyviä kylmäaineita kuten R290 ja R1270. See REAL Alternatives Guide 1, figure 1 Tyypilliset suurimmat sallitut järjestelmän paineet (PS) ovat: Korkeammalla puolella 18,1 bar g aineelle R290 ja 21,8 aineelle R1270 Matalammalla puolella 10,4 bar g aineelle R290 ja 12,7 bar g aineelle R1270 Danfoss Refrigerant Slider App Bitzer PT App R404A:n kanssa käytettäväksi soveltuvia osia käytetään sähkölaitteita lukuun ottamatta tyypillisesti järjestelmissä, joissa käytetään aineita R290 ja R1270 ks. seuraava kappale. R290 R1270 Tyyppi Propaani, C 3 H 8, hiilivety Propeeni (propyleeni), C 3 H 6, hiilivety Tärkeimmät ominaisuudet Helposti syttyvä Helposti syttyvä GWP 12 Kyllästyslämpötila 13 Tyypilliset käyttötarkoitukset 3-42 O C 3-48 O C Jäähdyttäjät, kiinteät laitteistot Jäähdyttäjät, kiinteät laitteistot Esimerkkejä supermarketteihin asennetuista hiilivetypohjaisista järjestelmistä Yhdistyneessä kuningaskunnassa. 12 GWP on peräisin F-kaasuasetuksesta EU 517: Kyllästyslämpötila on ilmoitettu normaalipaineessa (1 bar g) lukuun ottamatta R744:ää, jossa se on kiinteän R744:n pintalämpötila normaalipaineessa

26 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 26 Tapaustutkimus Pienen, yksinkertaisen järjestelmän suunnittelu hiilivetyä käyttäville supermarkettijärjestelmille Yhdistyneessä kuningaskunnassa Yhdistyneessä kuningaskunnassa pieniä, yksinkertaisia hiilivetykylmäaineita käyttäviä järjestelmiä on käytetty suurten keskuslaitosten sijaan yli sadassa supermarketissa. Järjestelmiin kuuluu tyypillisesti kiinteitä kalusteita, joissa on vesijäähdytetyt jäähdyttimet, ja yksiosaisia kylmiöjärjestelmiä, joissa on myös vesijäähdytetyt jäähdyttimet. Ulkona sijaitsevat glykolia käyttävät jäähdyttäjät jäähdyttävät kalusteiden ja yksiosaisten järjestelmien tarvitseman glykolin (ks. kuva alla). Ilmajäähdytteisiä split-tyyppisiä ilmastointilaitteita käytetään myös. Järjestelmä on suunniteltu mahdollistamaan R1270:n käyttö. Kaikkien järjestelmien täyttömäärä on pieni, ja split-tyyppisiä ilmastointijärjestelmiä lukuun ottamatta ne on testattu ja täytetty tehtaassa. Vuotojen määrä on tyypillisesti 1 % vuoden kokonaistäyttömäärästä verrattuna keskusjäähdytyslaitosten jopa 100 %:n määriin. Tästä syystä energiankulutus ei kasva vuotojen seurauksena. Tällainen yksinkertainen järjestelmä voi olla kestävämpi sen asetusarvot eivät esimerkiksi muutu yhtä herkästi huollettaessa, millä on huomattava vaikutus energiankulutukseen. Hiilivetykylmäaineiden käyttö on lisännyt pienempien, täyttömäärältään rajoitettujen järjestelmien käyttöä, mistä on seurannut vuotojen huomattava väheneminen. Yksinkertainen kaavio vesijäähdytteisistä kalusteista ja jäähdyttäjästä

27 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 27 Liite 1: Helposti syttyviä kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnitteluprosessi Vuodon sattuessa järjestelmän ympärille voi syntyä helposti syttyvä kaasuseos. Palo syttyy, jos tällaisella syttymisvaara-alueella on syttymislähde. ATEXdirektiivin periaatteita 14 on noudatettava: Vuodon sattuessa syttymisvaara-alueen laajuus on tunnistettava Koskee sähkölaitteita, jotka ovat syttymisvaara-alueella vuodon sattuessa. Tässä liitteessä on lisää tietoa helposti syttyviä kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnitteluprosessista. Syttymislähteet syttymisvaara-alueella ovat vaaratekijä vuodon sattuessa. Suunnitteluprosessin olennainen osa on sen varmistaminen, että syttymisvaaraalueilla ei ole syttymislähteitä. Tämä onnistuu varmistamalla, että vuotoja ei tapahdu syttymisvaara-alueilla, tai poistamalla syttymislähteet syttymisvaara-alueelta. Tarkempia tietoja löytyy seuraavista standardeista: EN Räjähdysvaaralliset tilat. Osa 10-1: Tilaluokitus. Kaasuräjähdysvaaralliset tilat EN Kotitaloussähkölaitteet ja muut vastaavat sähkölaitteet Turvallisuus. Osa 2-89: Erityisvaatimukset kaupallisille kylmäsäilytyslaitteille, joissa on omakoneellinen tai keskuskoneellinen lauhdutinyksikkö tai kompressori. 14 ATEX 95 (94/9/EY - Laitedirektiivi) ESP (Räjähdysvaarallisissa tiloissa käytettäviksi tarkoitettuja laitteita ja suojajärjestelmiä koskevat säännökset)

28 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 28 Suunnitteluprosessi Alla on esitetty lyhyesti suunnitteluprosessi, jossa varmistetaan helposti syttyviä kylmäaineita käyttävien järjestelmien turvallisuus kaikille syttymislähteitä käyttäville järjestelmille täyttömäärästä riippumatta. Vaihe 1.1 Suorita syttymisvaara-alueen testaus (alueen luokitus) määritelläksesi syttymisvaara-alueen laajuus vuodon sattuessa. Vaihe 1.2 Tunnista syttymislähteet syttymisvaara-alueella. Vaihe 1.3 Vaihtoehto 1 tai Vaihtoehto 2 tai Vaihtoehto 3 tai Vaihtoehto 4 Siirrä syttymislähde syttymisvaara-alueen ulkopuolelle. Standardissa EN (Räjähdysvaaralliset tilat. Osa 14: Sähköasennusten suunnittelu, laitevalinta ja asentaminen) vaaditaan, että sähkölaitteet tulisi sijoittaa vaarallisten alueiden ulkopuolelle aina kun mahdollista. Korvaa syttymislähde sopivalla laitteella. Lisää ilmavirtausta ja/tai varmista jatkuva ilmavirtaus pienentääksesi syttymisvaara-aluetta. Sijoita syttymislähde sopivaan koteloon (usein vaikea toteuttaa ja voi aiheuttaa liian suuria kustannuksia pienille järjestelmille). GTZ Hydrocarbon Guide

29 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 29 Vuotojen simulaatiotestaus Vuotojen simulaatiotestaus suoritetaan syttymisvaara-alueen laajuuden määrittelemiseksi vuodon sattuessa. Testauksen saa suorittaa vain pätevä henkilö. Testauksen on noudatettava standardia EN Räjähdysvaaralliset tilat. Osa 10-1: Tilaluokitus. Kaasuräjähdysvaaralliset tilat. Alla on lyhyt kuvaus prosessista. Sen täysi kuvaus löytyy standardista. Vaihe 2.1 Tunnista mahdolliset vuotokohdat. Vaihe 2.2 Laske vuodon nopeus standardin EN (Räjähdysvaaralliset tilat. Osa 10-1: Tilaluokitus. Kaasuräjähdysvaaralliset tilat, liite A) perusteella jokaiselle kohdalle. Ota selvää seuraavista asioista: Vuotoaukon koko Onko vuotava aine neste- vai kaasumaista Kylmäaineen suurin sallittu paine ja korkein lämpötila vuotokohdassa. Vaihe 2.3 Päätä, onko paikalla ilmavirtaa. Jos tuulettimet ovat jatkuvasti käynnissä, niitä voidaan käyttää testin aikana. Jos tuulettimet sammuvat, kun jäähdytysjärjestelmä on pois päältä (esim. tietyssä lämpötilassa), niitä ei pidä käyttää testin aikana, eli testaus perustuu pahimpaan mahdolliseen tapaukseen. Vaihe 2.4 Suorita vuotojen simulaatiotestaus. Mittaa hiilivetyjen pitoisuudet syttymislähteiden kohdalla ja järjestelmän ympärillä määritelläksesi syttymisvaara-alueen laajuus (alueen luokittelu). Vaihe 2.5 Kirjaa testaus tekniseen tiedostoon. Vuotojen simulaatiotestaus tulee suorittaa ympäristössä, joka vastaa sitä ympäristöä, jonne järjestelmä sijoitetaan. Testauksen aikana tulee ottaa huomioon huoneen koko ja sen viereiset laitteet syttymislähteitä tarkasteltaessa.

30 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 30 Mahdolliset vuotokohdat Mahdollisia vuotokohtia ovat tyypillisesti liitokset, yli 90 O kulmat putkissa, vaurioille altistuneet osat ja muut järjestelmän heikot kohdat. On varmistuttava siitä, että vuotolähteen (esim. hiilivetypulloon liitetty putki, jonka kautta vuoto johdetaan alueelle) asennus, jäähdytysjärjestelmän sijainti ja kylmäaineiden näytteenottolaitteet eivät vaikuta merkittävästi testituloksiin. Kylmäainepitoisuuden mittauslaitteiston tulisi reagoida tarpeeksi nopeasti pitoisuuden muutokseen, yleensä 2 3 sekunnissa. Kaikki paikat, joissa pitoisuus on yli 50 % LFL-arvosta (alempi syttyvyysraja, lower flammability limit) minkä tahansa testin osan aikana, ovat syttymisvaara-alueita 15. Kerrointa 0,5 käytetään, koska helposti syttyvä kylmäainevuoto on toisasteinen päästö. Vuotojen simulaatiotestauksessa tunnistetaan myös järjestelmää ympäröivä alue, jossa ei saa olla syttymislähteitä. Jos syttymisvaara-alue voi sijaita järjestelmän kattaman alueen ulkopuolella, on tärkeä varmistaa, että muut tällä alueella sijaitsevat laitteet soveltuvat käytettäväksi syttymisvaara-alueella. Sähkölaitteet Vuotojen simulaatiotestauksessa tunnistetaan mahdolliset syttymislähteet syttymisvaaraalueella. Syttymisvaara-alueella sijaitsevat sähkölaitteet eivät saa: Tuottaa kaaria tai kipinöitä (paitsi jos kaaret tai kipinät eivät voi sytyttää tulta standardin IEC EN (Räjähdysvaaralliset tilat. Osa 15: Suojausluokan n laitteet) kohtien mukaisesti). Suurimmalta mahdolliselta pintalämpötilaltaan ylittää laitteiston suurinta sallittua lämpötilaluokkaa (paitsi jos lämpötila ei voi sytyttää tulta standardin IEC EN kohtien mukaisesti). Syttymislähteet Jäähdytysjärjestelmien syttymislähteisiin kuuluvat tavallisesti: Kytkimet tai kontaktorit Releet (esim. ohjauslaitteissa ja yksivaiheisissa kompressoreissa) Painekytkimet Lämpöreleet Tuulettimen moottorit Termostaatit Lauhteen poistopumput Johdonsuojakatkaisijat Sulatuslämmittimet, jos niiden pintalämpötila voi olla enemmän kuin 100 O C kylmäaineen syttymislämpötilaa alhaisempi, esim. 360 O C hiilivedyille 15 EN :2009 Räjähdysvaaralliset tilat. Osa 10-1: Tilaluokitus. Kaasuräjähdysvaaralliset tilat. B.5.2.1, 2

31 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 31 (lämmittimen korkein mahdollinen pintalämpötila tulisi osoittaa testaamalla sitä käyttöympäristön korkeimmassa mahdollisessa lämpötilassa olettaen, että sulatuksen lopetus ei ole onnistunut). 360 O C:tä kuumemmat pinnat. Lista ei ole täydellinen, vaan siihen kuuluvat vain kaikkein yleisimmät huomioon otettavat sähkölaitteet. Seuraavat eivät ole yleensä syttymislähteitä: Valaistus (kytkin, käynnistin ja liitännät tulee ottaa huomioon myös pienjännitevalaistukselle) Kondensaattorit (suojaresistorien asentamista suositellaan, jotta huollon aikana purkautuvan aineen aiheuttamat vaarat voitaisiin minimoida) Solenoidiventtiilien käämit Johdotuksen kytkennät (jos kytkentä irtoaa vahingossa esimerkiksi huollon aikana, siitä saattaa syntyä kipinä. Puristusliittimiin liittyvän riskin minimoimiseksi suositellaan käytettäväksi juotoskorvin varustettuja liitoksia, joita ei voi irrottaa vahingossa) Sulakkeet (joita pidetään kipinöimättöminä laitteina, jos ne ovat palamisesta ilmoittamattomia putkityyppisiä tai palamisesta ilmoittavia putkityyppisiä sulakkeita, joita ei voi johdottaa uudestaan ja jotka ovat luokituksensa mukaisessa käytössä standardin IEC (Pienjännitevarokkeet. Osa 3: Maallikoiden käyttöön tarkoitettujen varokkeiden lisävaatimukset (pääasiassa kotitalouksiin ja vastaaviin käyttöihin tarkoitetut varokkeet). Esimerkkejä standardoiduista varokejärjestelmistä A F.) mukaisesti 16 ). Syttymislähteiden käsittely Syttymisvaara-alueella sijaitsevien syttymislähteiden käsittelyyn on useita vaihtoehtoja, kuten vaiheessa 1.3 on esitetty. Jos valitaan vaihtoehto 2 (sopiva laite), laitteen tulee olla standardin IEC EN mukainen. Standardissa määritellään suojausluokka n, joka normaalikäytössä ja tietyissä epänormaaleissa olosuhteissa ei voi sytyttää sitä ympäröivää räjähtävää kaasuseosta. Korvaavien syttymisvaara-alueella sijaitsevien sähkölaitteiden tulisi siis olla tyyppiä n standardin IEC EN (Räjähdysvaaralliset tilat. Osa 15: Suojausluokan n laitteet) mukaisesti. Tyyppiä n olevien laitteiden tulee olla hyväksytyn ilmoitetun laitoksen testaamia ja asianmukaisesti dokumentoituja. 1- Sähköliitännät syttymisvaara-alueella ovat vaarallisia, jos ne irrotetaan silloin, kun niissä kulkee virta. Jos pistokkeet ja pistorasiat on yhdistetty vain yhteen osaan laitteistoa, ne on joko varmistettava mekaanisesti vahingossa tapahtuvan irtoamisen estämiseksi tai niiden irrottamiseen tarvittavan voiman tulee olla vähintään 15 Nm. Laitteet merkitään seuraavasti 17 : VAARA! Älä irrota, jos virta on kytketty 16 EN :2010 Räjähdysvaaralliset tilat. Osa 15: Suojausluokan n laitteet EN :2010 Räjähdysvaaralliset tilat. Osa 15: Suojausluokan n laitteet ja

32 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa Sulakekoteloiden on oltava lukittuja niin, että sulakkeita voi poistaa tai vaihtaa vain silloin, kun virta ei ole kytketty; muussa tapauksessa kotelossa on oltava seuraava varoitusmerkki 18 : VAARA! Älä irrota tai vaihda sulaketta, jos virta on kytketty Johtimet, joissa kulkee virta, eivät saa olla tupettomia yksijohtimisia, jos niitä ei ole asennettu kytkintaulujen, koteloiden tai suojaputkijärjestelmien sisään Tuulettimet. Ilmanvaihto voi tehdä muutokset sähkölaitteisiin tai koteloihin tarpeettomiksi joko silloin, kun Jäähdyttimen tuulettimia käytetään jatkuvasti (eli ne eivät sammu silloin, kun järjestelmä saavuttaa tietyn lämpötilan). Tämä kasvattaa järjestelmän energiankulutusta. tai Lisätuuletin voidaan kytkeä päälle silloin, kun jäähdyttimen tuuletin on pois päältä. Riittävän ilmavirran tuottamiseen tarvitaan yleensä pienempi tuuletin kuin se, mitä käytetään jäähdyttimen jäähdyttämiseen, joten tämän vaihtoehdon energiantarve on pienempi kuin jatkuvasti käynnissä olevan jäähdyttimen tuulettimen. Lisätuulettimen ilmavirtaus tulee testata vuotojen simulaatiotestauksessa, jotta voitaisiin varmistaa, että ilmavirtaus riittää hajottamaan hiilivetykylmäaineen. Erityisesti on otettava huomioon jäähdyttimen tukkeutumisen tai tuulettimen moottorin pysähtymisen mahdollisuus, sillä ne vähentävät merkittävästi ilmavirtaa; tämä on tärkeää etenkin silloin, jos ne ovat syttymislähteiden ensisijainen suojauskeino. 18 EN :2010 Räjähdysvaaralliset tilat. Osa 15: Suojausluokan n laitteet EN :2008 Räjähdysvaaralliset tilat. Osa 14: Sähköasennusten suunnittelu, laitevalinta ja asentaminen

33 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 33 Itsearviointi, moduuli 2 Vastaa alla oleviin esimerkkimonivalintakysymyksiin ja tarkista, mitä olet oppinut: Kysymys 1 Mikä on R744:n paine pysähtyneessä järjestelmässä silloin, kun ympäristölämpötila on 20 O C? i. 4,9 bar g ii. 7,4 bar g iii. 55 bar g iv. 72,8 bar g Kysymys 2 Millainen likimääräinen iskutilavuus R600a:ta käyttävällä kompressorilla on oltava R134a:ta käyttävään kompressoriin verrattuna saman jäähdytystehon saavuttamiseksi? I. Seitsenkertainen II. Kaksinkertainen III. Sama IV. Puolet Kysymys 3 Minkä lauhtumislämpötilan alapuolella R744-järjestelmä on alikriittinen? I. 55 C II. 43 C III. 31 C IV. 72 C Kysymys 4 Kun käytetään ainetta R1270, minkä lämpötilan yläpuolella kuumista pinnoista tulee syttymislähteitä? I. 60 C II. 150 C III. 260 C IV. 360 C Vastaukset löytyvät seuraavan sivun lopusta.

34 REAL Alternatives, moduuli 2: Erot vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien suunnittelussa 34 Mitä seuraavaksi? Tämä opas esittelee yleisimmin käytetyt vaihtoehtoiset kylmäaineet. Linkkien kautta löytyy paljon lisää tietoa aiheesta. Voit vierailla verkkokirjastossa osoitteessa jos haluat saada hyödyllistä lisätietoa. Jos haluat saada REAL Alternatives -todistuksen, sinun on suoritettava koko kurssin loppuarviointi valvotusti hyväksytyssä REAL Alternatives -koulutuskeskuksessa. Lisätietoa arvioinnin suorittamisesta on saatavilla osoitteesta Voit nyt jatkaa itseopiskelua yhdellä seuraavista REAL Alternatives Europe -ohjelman oppaista: 1. Vaihtoehtoisten kylmäaineiden esittely turvallisuus, tehokkuus, luotettavuus ja hyvät käytännöt 2. Järjestelmien suunnittelu vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttäen 3. Vaihtoehtoisiin kylmäaineisiin liittyvät suojaustoimenpiteet ja vuotojen havaitseminen 4. Vaihtoehtoisia kylmäaineita käyttävien järjestelmien huolto ja korjaus 5. Alhaisen GWP-arvon omaavien kylmäaineiden käyttöönotto vanhoissa järjestelmissä 6. Oikeudellisten velvoitteiden tarkistuslista vaihtoehtoisia kylmäaineita käytettäessä 7. Vuotojen taloudellisten vaikutusten ja ympäristövaikutusten mittaaminen 8. Työkaluja ja neuvoja kohdekartoituksiin Käyttöehdot REAL Alternatives verkko-oppimateriaalit ovat ilmaisia oppijoille opiskelutarkoituksiin. Niitä ei saa myydä, painaa, kopioida tai jäljentää ilman etukäteen hankittua kirjallista lupaa. Kaikkien materiaalien tekijänoikeus säilyy The Institute of Refrigeration - instituutilla (Yhdistynyt kuningaskunta) ja sen yhteistyökumppaneilla. Materiaalit ovat asiantuntijoiden kehittämiä, ja ne ovat käyneet läpi tarkan testauksen ja vertaisarvioinnin; instituutti ja sen yhteistyökumppanit eivät kuitenkaan vastaa virheistä tai puutteista. IOR 2015 Tämä projekti on rahoitettu Euroopan komission tuella. Tämä julkaisu [viestintä] vastaa vain sen tekijän mielipiteitä, eikä komissiota voi pitää vastuussa mistään sen sisältämän tiedon käytöstä. Oikeat vastaukset: Q1 = iii, Q2 = ii. Q3 = iii, Q4 = iv.