Het stroomverbruik van een koelkast voor thuisgebruik kan met 29% worden verminderd, terwijl de koelcapaciteit wordt verbeterd. Onderzoekers hebben het veelgebruikte maar milieuonvriendelijke R134a-koelmiddel vervangen door het meer energie-efficiënte R600a gedoseerd met meerwandige koolstofnanobuisjes (MWCNT). Deze drop-in koudemiddelvervanging kan in het veld worden ingezet door getrainde technici, zegt een ingenieur van de Universiteit van Johannesburg.

Deze test van koelmiddelen gedoseerd met nanodeeltjes is de eerste in zijn soort, en de resultaten worden gepubliceerd in Energierapporten , een open access tijdschrift. Het onderzoek kan helpen om thuiskoeling toegankelijker te maken voor gezinnen met een laag inkomen.

R134a is een van de meest gebruikte koelmiddelen in huishoudelijke en industriële koelkasten. Het is veilig voor veel toepassingen omdat het niet brandbaar is. Echter, het heeft een hoog aardopwarmingsvermogen, bijdragen aan klimaatverandering. Het veroorzaakt ook koelkasten, diepvriezers en airconditioningapparatuur om veel elektrische energie te verbruiken. Het energieverbruik draagt ​​nog meer bij aan klimaatverandering.

In de tussentijd, een energiezuiniger koelmiddel kan resulteren in een veel lagere elektriciteitsrekening. Voor kwetsbare huishoudens Hierdoor kan de energiezekerheid worden verbeterd. Verbeterde energie-economie en vraagbeheer kunnen ook voordelen opleveren voor planners bij energiebedrijven, aangezien koeling goed is voor ongeveer 40% van de energievraag.

Nanodeeltjes verbeteren de vermogensreductie

Nano milieuvriendelijke koelmiddelen zijn gemaakt met water en ethyleenglycol. Eerdere studies toonden een verminderd energieverbruik in nanokoeling aan door bestaande koelmiddelen te doseren met MWCNT-nanodeeltjes. Het proces resulteerde ook in verminderde wrijving en slijtage van dampcompressoren van apparaten. Maar eerder onderzoek heeft de effecten van MWCNT's op koolwaterstofkoelmiddelen zoals R600a niet getest.

In hun nieuwe studie onderzoekers van de Universiteit van Johannesburg testten de drop-in vervanging van het milieuonvriendelijke koelmiddel R134a in een koelkast voor thuis die is gemaakt om te werken met 100 g R134a.

De onderzoekers haalden het koudemiddel R134a en de compressorolie uit een huishoudelijke koelkast. Ze gebruikten R600a gedoseerd met MWCNT's met minerale olie als smeermiddel. De nieuwe mix werd in de koelkast gevoerd en er werden prestatietests uitgevoerd. Ze ontdekten dat het R600a-MWCNT-koelmiddel resulteerde in veel betere prestaties en koelcapaciteit voor de koelkast.

"De koelkast koelde sneller af en had na 150 minuten een veel lagere verdampingstemperatuur van -11 graden Celsius. Dit was lager dan de -8 graden Celsius voor R134a. Het overtrof ook de ISO 8187-norm, waarvoor -3 graden Celsius nodig is bij 180 minuten, " zegt Dr. Daniel Madyira.

Dr. Madyira is van de afdeling Werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Johannesburg.

"Het elektriciteitsverbruik is met 29% gedaald in vergelijking met het gebruik van R134a. Dit is een aanzienlijke verbetering van de energie-efficiëntie voor koelkastgebruikers, vooral voor mensen met een laag inkomen, " hij voegt toe.

Om deze voordelen te behalen, de keuze van MWCNT-nanodeeltjes is van cruciaal belang, hij zegt. "De MWCNT's moeten een deeltjesgrootte op nanometerschaal hebben, die extreem klein is. De deeltjes moeten ook wrijving en slijtage verminderen, corrosie en verstopping voorkomen, en vertonen een zeer goede thermische geleidbaarheid, " zegt dr. Madyira.

Beheer van ontvlambaarheid

Het nieuwe koudemiddelmengsel introduceert een potentieel risico, echter. In tegenstelling tot R134a, R600a is ontvlambaar. Anderzijds, het is energiezuiniger, en het heeft een laag aardopwarmingsvermogen. Sommige koelkastfabrikanten hebben de productie met R600a al overgenomen en deze apparaten zijn op de markt verkrijgbaar.

"Om een ​​veilige drop-in vervanging te doen, niet meer dan 150 g R600a mag worden gebruikt in een huishoudelijke koelkast, " zegt Dr. Madyira. "Vóór de vervanging, de koelkast gebruikte 100 g R134a-gas. We hebben dat vervangen door 50g tot 70g R600a, om binnen de veiligheidsparameters te blijven."

Ongetraind personeel mag deze drop-in vervanging niet proberen, zegt dr. Madyira. Liever, een getrainde koeltechnicus of technoloog zou het moeten doen.

"Als compressorolie wordt minerale olie gebruikt. Dit moet worden gemengd met de aanbevolen concentratie. Een magneetroerder en ultrasoonapparaat zijn nodig om de ingrediënten in het mengsel te roeren en te homogeniseren. Het mengsel kan vervolgens in de compressor worden gebracht. R600a kan in de koelkastcompressor worden geladen, terwijl u ervoor zorgt dat u niet meer dan 150 g van het gas gebruikt, " zegt dr. Madyira.

Een veel energiezuiniger koudemiddel zoals de R600a-MWCNT-mix kan de consument veel geld besparen. Kwetsbare huishoudens in warme klimaten in ontwikkelingslanden kunnen er nog meer van profiteren. In veel landen zijn mensen met een laag inkomen afhankelijk van koelkasten en diepvriezers in huis om voedselvoorraden veilig op te slaan. Dit vermindert de voedselverspilling door bederf of voedselvergiftiging door verkeerd opgeslagen voedsel aanzienlijk. Deze apparaten zijn niet langer een luxe maar een noodzaak, zegt dr. Madyira. Zonder koelkasten, mensen kunnen gedwongen worden om dagelijks voedsel te kopen in kleine hoeveelheden en tegen veel hogere prijzen. Omdat dagelijkse aankopen misschien niet meer nodig zijn, reistijd en kosten voor het kopen van voedsel kunnen veel lager zijn, ook.

Koeling maakt het ook mogelijk om meer diverse voedselvoorraden veilig op te slaan, zoals verse groenten en fruit. Medicijnen die koeling nodig hebben, kunnen thuis worden bewaard. Dit kan evenwichtiger diëten en voeding maken, en een betere lichamelijke gezondheid, toegankelijker voor een huishouden met een laag inkomen.

Netstroom regeert nog steeds voor koeling met een laag inkomen

Vanuit het oogpunt van duurzaamheid, het kan de voorkeur hebben om de meeste koelkasten en diepvriezers in huis op zonne-energie te gebruiken. Maar zonnepanelen, back-upbatterijen en gelijkstroomkoelkasten (DC) zijn nog steeds te duur voor de meeste gezinnen met een laag inkomen in gebieden die worden bediend door elektriciteitsbedrijven. Energiezuinige koelkasten met wisselstroom (AC) die op netstroom werken, zijn voor de meeste mensen betaalbaarder. Een verdere verlaging van het stroomverbruik met R600a-MWCNT-koelmiddel kan de kosten nog verder verlagen.

Naarmate meer huishoudens met een laag inkomen en kleine bedrijven overschakelen op koelkasten die op het elektriciteitsnet werken, diepvriezers en airconditioning, de vraag naar stroom heeft een beter beheer nodig. In Zuid Afrika, waar het onderzoek is uitgevoerd, het door de staat geëxploiteerde elektriciteitsbedrijf staat voor enorme uitdagingen om consequent aan de vraag te voldoen. Langdurige rollende black-outs, bekend als lastscheiding, zijn geïmplementeerd als een maatregel voor energiebeheer aan de vraagzijde. Minder dan een kwart van het stroomverbruik van koelkasten, diepvriezers en airconditioningseenheden kunnen de nationale stroomvoorziening vrijmaken voor een betere energiezekerheid.