The area in which the present work find its place is the heating and refrigerating engineering. Since 1st January 2006 the F-gas directive has been changing this industrial sector, making it more sustainable and sensitive to climate change. The consequence is the production of new refrigerants, which should allow good performances with no or negligible impact on global warming. In this scenario, an extensive experimental campaign has been carried out, testing and comparing the hydrofluoroolefines R1234ze(E) and R1234yf with the hydrofluorocarbon R134a. The tests have been performed using a water/water vapour compression heat pump, aiming at the energetic analysis of the system, even at different inverter frequency, and at the characterization of the reciprocating compressor. The drop-in of the two low-GWP fluids is a feasible way to go, even if there is some drawbacks from an energetic perspective. The tests show that both the COP and the thermal power supplied are often lower than the ones that characterize the R134a, when the same operating conditions are considered. Only at high evaporating and condensing temperatures, the HFOs seem to behave better then the HFC, such that a suitable application could definitely be the high-temperature heat pump.

L'area in cui si colloca la presente analisi è l'ingegneria del riscaldamento e del raffrescamento. Sin dall'1 gennaio 2006 le direttive F-gas stanno cambiando questo settore industriale, rendendolo più sostenibile e sensibile al cambiamento climatico. Ne consegue che la produzione di nuovi refrigeranti, che dovrebbero assicurare buone prestazioni con un impatto sul riscaldamento globale trascurabile o nullo. In questo contesto, è stata condotta un'estesa campagna sperimentale, testando e confrontando le idrofluoroolefine R1234ze(E) e R1234yf con l'idrofluorocarburo R134a. Le prove sono state effettuate usando una pompa di calore a compressione di vapore di tipo acqua/acqua, mirando all'analisi energetica della macchina, anche a diverse frequenze grazie all'uso di un inverter, e alla caratterizzazione del compressore alternativo. Il rimpiazzo dell'R134a ad opera dei fluidi a basso GWP è una strada percorribile, anche se è presente qualche svantaggio dal punto di vista energetico. Le prove evidenziano che sia il COP che la potenza termica fornita sono spesso inferiori rispetto a quelle che caratterizzano l'R134a, se si considerano le stesse temperature dei fluidi secondari. Solo ad alte temperature, sia di condensazione che di evaporazione, le HFO mostrano un comportamento migliore dell'HFC, tale da suggerirne l'impiego nelle pompe di calore ad alta temperatura.

Experimental investigation of R1234ze(E) and R1234yf as R134a drop-in alternatives in a vapour compression system

BOCCHINFUSO, FRANCESCO
2018/2019

Abstract

The area in which the present work find its place is the heating and refrigerating engineering. Since 1st January 2006 the F-gas directive has been changing this industrial sector, making it more sustainable and sensitive to climate change. The consequence is the production of new refrigerants, which should allow good performances with no or negligible impact on global warming. In this scenario, an extensive experimental campaign has been carried out, testing and comparing the hydrofluoroolefines R1234ze(E) and R1234yf with the hydrofluorocarbon R134a. The tests have been performed using a water/water vapour compression heat pump, aiming at the energetic analysis of the system, even at different inverter frequency, and at the characterization of the reciprocating compressor. The drop-in of the two low-GWP fluids is a feasible way to go, even if there is some drawbacks from an energetic perspective. The tests show that both the COP and the thermal power supplied are often lower than the ones that characterize the R134a, when the same operating conditions are considered. Only at high evaporating and condensing temperatures, the HFOs seem to behave better then the HFC, such that a suitable application could definitely be the high-temperature heat pump.
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
16-apr-2019
2018/2019
L'area in cui si colloca la presente analisi è l'ingegneria del riscaldamento e del raffrescamento. Sin dall'1 gennaio 2006 le direttive F-gas stanno cambiando questo settore industriale, rendendolo più sostenibile e sensibile al cambiamento climatico. Ne consegue che la produzione di nuovi refrigeranti, che dovrebbero assicurare buone prestazioni con un impatto sul riscaldamento globale trascurabile o nullo. In questo contesto, è stata condotta un'estesa campagna sperimentale, testando e confrontando le idrofluoroolefine R1234ze(E) e R1234yf con l'idrofluorocarburo R134a. Le prove sono state effettuate usando una pompa di calore a compressione di vapore di tipo acqua/acqua, mirando all'analisi energetica della macchina, anche a diverse frequenze grazie all'uso di un inverter, e alla caratterizzazione del compressore alternativo. Il rimpiazzo dell'R134a ad opera dei fluidi a basso GWP è una strada percorribile, anche se è presente qualche svantaggio dal punto di vista energetico. Le prove evidenziano che sia il COP che la potenza termica fornita sono spesso inferiori rispetto a quelle che caratterizzano l'R134a, se si considerano le stesse temperature dei fluidi secondari. Solo ad alte temperature, sia di condensazione che di evaporazione, le HFO mostrano un comportamento migliore dell'HFC, tale da suggerirne l'impiego nelle pompe di calore ad alta temperatura.
Tesi di laurea Magistrale
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/146325