Die neben Ammoniak als Kaeltemittel fast ausschliesslich verwendeten Fluorkohlenwasserstoffe sind eine Gefahr fuer die Umwelt. Daher sind nun Bestrebungen im Gange, die bisher verwendeten Kaeltemittel durch umweltfreundliche chlorfreie Arbeitsstoffe zu ersetzen. Um deren erfolgreichen Einsatz in der Praxis zu ermoeglichen, ist die Kenntnis ihrer Stoffgroessen und ihres Betriebsverhaltens unabdingbar. Von besonderem Interesse ist das Verhalten von R134a bei Zusatz von Kaeltemaschinenoelen. Im Rahmen des BMFT-Verbund-Vorhabens des DKV soll mit der an der TU Muenchen im Betrieb befindlichen Versuchsanlage das Stroemungs- und Drosselverhalten der reinen Ersatzkaeltemittel ohne und mit Oelzusatz untersucht werden. Die gewonnenen Messergebnisse ueber Druckabfall, Stroemungsformen, Temperaturverteilung sowie kritische Massenstromdichte sollen in Form von geeigneten Korrelationen und Diagrammen fuer die Anwender aufbereitet werden.
Ziel: Entwicklung thermodynamisch optimaler Kaeltemittelgemische (nicht brennbar) als Substitute fuer die FCKW's und H-FCKW's R22, R502 und R13B1. Aufgabe: Ergaenzung der Phasengleichgewichtsdaten von binaeren und ternaeren Gemischen mit den Komponenten R32, R125, R143a und R134a. Ergebnisse: Ergaenzende Phasengleichgewichtsuntersuchungen zu 7 binaeren und 2 ternaeren Gemischen, die als Grundlagen von Prozesssimulationen verwendet werden.
Die stark chlorierten Fluorkohlenwasserstoffe (R11, R12, etc), die derzeit als Arbeitsmittel in Kaelteanlagen und bei der Herstellung von Isolierschaeumen Verwendung finden, sollen in absehbarer Zeit durch andere Substanzen ersetzt werden. Fuer die Auslegung von Kaeltemittelverdampfern und -Kondensatoren, aber auch fuer die Anwendung von Isolierschaeumen, ist - neben anderen Stoffeigenschaften - die Kenntnis der Waermeleitfaehigkeit von wesentlicher Bedeutung. Hierfuer liegen bislang kaum Messdaten vor; dies gilt fuer reine Stoffe wie auch fuer Gemische. Aus diesem Grund soll - zunaechst fuer R123 und R134a, spaeter auch fuer andere interessierende Ersatzstoffe - die Waermeleitfaehigkeit - im fluessigen Zustand (gesaettigt und unterkuehlt), - im dampffoermigen Zustand (gesaettigt und ueberhitzt) mit Hilfe des instationaeren Heissdraht-Verfahrens gemessen werden.
Als ozon-unschaedliche Alternative zu dem bisher haeufig verwendeten Kaeltemittel R12 sind kuerzlich Mischungen der chlorfreien Verbindungen R152a (C2H4F2) und R134a (C2H2F4) vorgeschlagen worden. Solche Mischungen koennten die Vorteile von R152a - guenstige thermodynamische Eigenschaften (relativ geringer Energieverbrauch) und guenstiges Loeslichkeitsverhalten fuer Kaeltemaschinenoele - mit der Nicht-Brennbarkeit von R134a verbinden. In diesem Forschungsvorhaben sollen Mischungen aus R134a und R152a auf ihre Eignung als allgemein verwendbares Kaeltemittel an Stelle von R12 untersucht werden. Zunaechst sind Messungen zum Phasengleichgewicht (Bildung eines Azeotrops), zum Zuendverhalten, zur Mischbarkeit mit Kaeltemaschinenoelen sowie zur thermischen und chemischen Bestaendigkeit in Verbindung mit Konstruktionsmaterialien vorgesehen. Anschliessend sollen die thermischen und kalorischen Eigenschaften einer geeigneten Mischung aus R134a und R152a experimentell ermittelt werden, um die thermodynamischen Daten zur Auslegung von Kaeltekreislaeufen bereitzustellen.
Eine grosse Zahl von Messwerten moeglichst geringer Unsicherheit ist erforderlich, um empirische Korrelationsgleichungen aufstellen zu koennen, die den hohen Genauigkeitsanforderungen an die Wiedergabe der thermodynamischen Zustandsgroessen in weiten, fuer die Anwendung bedeutenden Temperatur- und Druckbereichen genuegen. Im Rahmen der Untersuchungen wurden (p,v,T)-Messungen nach der Methode konstanten Volumens an den umweltvertraeglichen Kaeltemitteln R124 und R134a ausgefuehrt. Die vorhandenen Messzellen erlauben je nach Zustandsbereich Druecke bis zu 50 bar bzw. 300 bar. Die relative Unsicherheit der gemessenen Groessen betraegt im untersuchten Zustandsgebiet 1 Promille. Die Messungen sind abgeschlossen und in Fachzeitschriften veroeffentlicht.
Um das stark ozongefaehrdende Kaeltemittel R 12 zu ersetzen, eignen sich Gemische aus den ozonunschaedlichen Stoffen R 152a und R 134a. Dabei wird die Brennbarkeit von R 152a durch die Zumischung von R 134a beseitigt. Zur Berechnung von Kaeltemaschinenprozessen benoetigt man die thermodynamischen Zustandsgroessen des Gemisches. Diese Daten sind nicht bekannt; sie sollen in diesem Forschungsvorhaben experimentell bestimmt werden. Messungen des Phasengleichgewichts zwischen 20 Grad Celsius und 80 Grad Celsius sollen insbesondere klaeren, ob ein azeotropes Gemisch existiert, was fuer die Auslegung von Kaelteanlagen besonders vorteilhaft waere. Ausserdem werden die Gasdichte zwischen 30 Grad Celsius und 150 Grad Celsius und die Fluessigkeitsdichte zwischen 20 Grad Celsius und 110 Grad Celsius, jeweils bis zu Druecken von 120 bar, gemessen. Fuer die technische Anwendung werden die gewonnenen Daten durch Zustandsgleichungen korreliert.
Die FCKW-Ozon-Problematik erfordert auch fuer die Kaeltetechnik, wo bisher ua stark ozonabbauende FCKW als Kaeltemittel eingesetzt wurden, die Umstellung auf andere ozonschonende Stoffe. Dabei wird generell mit energetischen Verschlechterungen von Kaelte- und Waermepumpenanlagen gerechnet. Basierend auf Forschungsarbeiten mit nichtazeotropen Kaeltemittelgemischen, in denen energetische Verbesserungen mit diesen Stoffen nachgewiesen wurden, sollen Moeglichkeiten einer Substitution vornehmlich von R502, R12 und R114 fuer Waermepumpenanwendungen durch solche Gemische bestehend aus ozonschonenden Komponenten bei gleichzeitiger energetischer Prozessoptimierung untersucht werden.
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