Propaani vaihtoehtoisena kylmäaineena – haasteet ja ratkaisut

Abstract

Kylmäalalla kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen on johtanut korkean GWP-arvon omaavien kylmäaineiden käytön tiukentuvaan sääntelyyn Euroopan unionissa. Tämä kehitys on lisännyt kiinnostusta luonnollisiin kylmäaineisiin, kuten propaaniin (R290), jolla on erittäin matala ilmastonlämmityspotentiaali ja hyvät kylmätekniset ominaisuudet. Propaanin laajempaa käyttöä ilmastoinnissa rajoittaa kuitenkin sen korkea palavuus, joka asettaa merkittäviä vaatimuksia turvallisuudelle, sääntelylle ja järjestelmäsuunnittelulle.

Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää, mitkä tekijät rajoittavat propaanin käyttöä ilmastointijärjestelmissä ja millaisilla teknisillä ja suunnittelullisilla ratkaisuilla näitä haasteita voidaan hallita EU:n F-kaasuasetuksen ja turvallisuusstandardien, erityisesti SFS-EN 378 -standardin, puitteissa. Tarkastelu rajattiin keskisuuriin ilmastointisovelluksiin, kuten toimisto- ja liikkuviin kylmälaitteisiin.

Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena, jossa analysoitiin propaanin ympäristö-, fysikaalisia ja lämpöfysikaalisia ominaisuuksia sekä verrattiin niitä yleisesti käytettyihin HFC-kylmäaineisiin. Lisäksi tarkasteltiin propaanin palavuuteen liittyviä riskejä, kylmäainetäytöksiä rajoittavaa sääntelyä sekä keskeisiä riskienhallinnan keinoja, kuten täytösmäärän optimointia, vuodonhallintaa, riskienarviointia ja järjestelmäarkkitehtuurin valintaa.

Työn perusteella propaani osoittautui kylmätekniseltä suorituskyvyltään kilpailukykyiseksi ja ympäristövaikutuksiltaan erinomaiseksi vaihtoehdoksi perinteisille kylmäaineille. Sen käyttöä ilmastoinnissa rajoittavat kuitenkin erityisesti palavuudesta johtuvat täytösrajoitukset suorahöyrystysjärjestelmissä. Näitä rajoitteita voidaan hallita hyödyntämällä välillisiä järjestelmiä ja monipiirisiä kylmäainearkkitehtuureja, joiden avulla propaania voidaan käyttää turvallisesti myös suuremmissa teholuokissa. Työssä korostuu riskienarvioinnin merkitys suunnittelua ohjaavana työkaluna, erityisesti tapauksissa, joissa standardit eivät anna yksiselitteisiä ratkaisuja.