שיפור ביצועים תרמודינמיים באמצעות דימתיל אתר ותערובותיו

ספרד: מחקר עדכני מאוניברסיטת חאומה הראשון בחן את הפוטנציאל של דימתיל אתר (RE170) ותערובות טרנריות שלו עם CO₂ ובוטאן לשימוש כנוזלי קירור במערכות דחיסת אדים. המחקר מצביע על פוטנציאל שיפור משמעותי ביעילות האנרגטית, בפרט כאשר בוחנים את מקדם הביצועים (COP).

דימתיל אתר (DME): פרופיל תרמופיזיקלי

דימתיל אתר (DME, נוסחה כימית C₂H₆O), הידוע גם כ-RE170 בהקשרים של קירור, הוא גז חסר צבע, דליק, ובעל ריח קל דמוי אתר. ניתן לנוזל בלחצים מתונים, והוא מאופיין בהולכה תרמית גבוהה, חום אידוי משמעותי, והתנהגות תרמודינמית יציבה. בנוסף, ה-GWP (פוטנציאל התחממות גלובלית) שלו הוא 1 בלבד – זהה לזה של פחמן דו-חמצני – מה שממקם אותו כמועמד בולט להחלפת קירורים עם GWP גבוה כמו R290.

ממצאים מרכזיים

הערכת המערכת בוצעה על בסיס סימולציות בתוכנת Refprop 10 וניסויים במחזור דחיסה חד-שלבי עם מדחס במהירות משתנה. עיקרי התוצאות:

פרסום

• שימוש ב-RE170 טהור הוביל לשיפור של עד 29.8% ב-COP לקירור ו-17.99% בחימום לעומת R290.
• בטמפרטורות אידוי של 0°C ועיבוי של 50°C, התקבלו עליות תיאורטיות של 8.3%–13.5% ב-COP לקירור ו-6.5%–10.3% למשאבות חום.
• 

יתרונות לצד מגבלות

ל-RE170 יתרונות מובהקים:

• אינו סובל מתופעת גלישת טמפרטורה.
• שומר על מקדמי מעבר חום גבוהים.
• GWP אפסי כמעט.

עם זאת, קיימת ירידה ניכרת בקיבולת הקירור והחימום לעומת R290 – גם כאשר נעשה שימוש בתערובות עם R600 ו-R744.

מתודולוגיית ניסוי ותרחישים

המחקר בחן 13 תרחישים – שני נוזלים טהורים (R290 ו-RE170) ו-11 תערובות בסטכיאומטריות משתנות של RE170/R600/R744. שלושה תרחישים נבחנו עבור כל תערובת:

פרסום

1. Drop-in: כל פרמטרי הפעולה נשמרו קבועים, תוך החלפת הנוזל בלבד.
2. קיבולת קירור קבועה: מהירות המדחס הותאמה להשגת אותה קיבולת קירור של R290.
3. קיבולת דחיית חום קבועה: כוונון להשגת אותה תפוקת חום בקבל.

מסקנות יישומיות

במערכות שבהן אין מגבלה על מהירות המדחס או גודלו, RE170 טהור מהווה את החלופה האופטימלית ל-R290 מבחינת יעילות אנרגטית. אולם, כאשר קיימות מגבלות מכאניות או רגולטוריות, תערובות כגון RE170/R600/R744 ביחס 85/10/5 או 83/9/8 מציעות פתרון מיטבי: שיפור בביצועים תוך שמירה על מהירות מדחס נמוכה יחסית.

לסיכום, המחקר ממקם את דימתיל אתר ותערובותיו כתחליפים בני קיימא ל-R290, תוך הדגשת הצורך באיזון בין יעילות לבין מגבלות תפעוליות של המערכת.