The concept of long-term artificial development in the field of refrigeration

Full Text

Доклад МИХ на 80 страницах содержит анализ достижений и проблем в холодильной отрасли в перспективе долговременного развития. Он подготовлен 32 экспертами из 15 стран пяти континентов, представляющими такие организации, как МИХ, AREA, ASHRAE, UNEP, ІЕА/НРС. Координацию работ осуществляли представители МИХ Y.L. Dupont, S. Phalippou и F. Billard.

Доклад делится на 3 части.

В первой части рассмотрена роль искусственного холода в современном мире с точки зрения социальных, экономических и экологических аспектов.

Во второй части отражены предпринятые в последние годы усилия, направленные на осуществление Концепции долгосрочного развития в области искусственного охлаждения, в том числе на борьбу с разрушением озонового слоя и глобальным потеплением.

В третьей части представлены проблемы и задачи, которые необходимо решить в ближайшем будущем в холодильном секторе, в первую очередь это сокращение разрыва между индустриально развитыми и развивающимися странами.

Роль искусственного холода в современном мире

В социальной сфере индустриально развитых стран можно выделить следующие аспекты:

• создание рабочих мест в промышленности, торговле, сервисных службах;
• улучшение здоровья людей благодаря улучшению качества продуктов (холод препятствует их порче), а также криомедицины;
• создание комфортных условий жизни и трудовой деятельности благодаря системам кондиционирования воздуха;

для развивающихся стран особенно важны:

• уменьшение смертности и заболеваемости в результате вакцинации населения с помощью криоконсервированных вакцин. Так, в 2000 г. число случаев заболевания полиомиелитом снизилось на 99 % по сравнению с 1988 г. (3500 и 350000 случаев соответственно);
• снабжение качественными продуктами питания, активизация международной торговли;
• предупреждение пищевых отравлений, вызываемых патогенными микроорганизмами.

В экономической сфере значимость холодильного сектора демонстрируют следующие цифры: сегодня в мире насчитывается от 700 млн до 1 млрд бытовых холодильников и 240 млн кондиционеров. Объем холодильных складов составляет 300 млн м³. Общий объем годовых продаж холодильного оборудования равен 200 млрд долл. США (2000 г.), что составляет около 1/3 объема продаж в автомобильной промышленности.

Однако в этой сфере разрыв между индустриально развитыми и развивающимися странами особенно очевиден. Так, только 33 % произведенных в 1995 г. бытовых холодильников были проданы в развивающихся странах, где сосредоточено 80 % населения планеты.

Сточки зрения экологии негативное влияние холодильной техники на окружающую среду состоит в выбросах озоноразрушающих хладагентов и влиянии холодильных установок на глобальное потепление.

Последнее в основном (на 80 %) определяется непрямой эмиссией СО₂, выделяющегося при производстве (и потреблении) энергии, необходимой для работы холодильной техники. Кроме того, на глобальное потепление влияют эмиссия SO₂, оксиды азота и других веществ, выделяющихся при производстве компонентов холодильных установок и при разложении хладагентов, масел и самого оборудования.

Концепция долгосрочного развития в области искусственного охлаждения

Наиболее значимым достижением в этом русле стала реализация требований Монреальского протокола по озоноразрушающим веществам.

К концу 90-х годов полностью завершен переход на озонобезопасные хладагенты нового холодильного оборудования.

В индустриально развитых странах ведутся работы по уменьшению потребления энергии на всех стадиях жизненного цикла оборудования. Основой этого процесса стали отработка процедур контроля на базе стандартов и обучение персонала с соответствующей аттестацией.

Другое важное направление - снижение эмиссии озоноразрушающих и парниковых газов - также опирается на контроль на протяжении всего жизненного цикла оборудования. Результатом стало уменьшение доли этих хладагентов в общей эмиссии парниковых газов.

Значительным прорывом в решении экологических проблем стали переход на новые хладагенты (HFC) и природные вещества (NН₃, СО₂, углеводороды), а также альтернативные парокомпрессионному способы получения холода, так называемые NIK (not-in-kind) технологии. Среди них абсорбционные холодильные машины, солнцеиспользующие холодильные установки, воздушные холодильные машины, машины на базе цикла Стирлинга, термоэлектрические холодильные установки и др.

В области использования холода в пищевой промышленности все большее значение придается созданию регулируемых сред для хранения продуктов, контролю и управлению при их прохождении от производителя к потребителю, мерам, предотвращающим загрязнение продуктов.

В кондиционировании воздуха преимущественное внимание уделяется качеству воздуха в помещении и его влиянию на здоровье и работоспособность людей, управлению температурно-влажностными режимами. Энергоэффективность выходит на первый план в инженерном оборудовании зданий, вызывая появление таких разработок, как «низкотемпературное отопление» и «высокотемпературное охлаждение».

В развивающихся странах за последние 10 лет были предприняты позитивные шаги к решению проблемы разрушения озонового слоя. Финансовые и технические ресурсы, полученные через многосторонний Фонд Монреальского протокола, были использованы на внедрение в развивающихся странах озонобезопасных технологий. Из 1,3 млрд долл. США, выделенных Фондом на сегодняшний день, около 60% вложены в холодильный сектор.

Во многих странах были приняты планы холодильного менеджмента, включающие диагностическую часть и образовательные программы для технического персонала и потребителей хладагентов. Эта работа велась совместно со всемирной сетью МИХ и представителями Озоновой программы UNEP. Однако в современных условиях расширение использования холода в развивающихся странах сдерживается следующими факторами:

• недоступностью обучения технического персонала для всех;
• неудовлетворительным обслуживанием установок, вызывающим значительные утечки хладагента и поломки оборудования;
• малочисленностью и разбросанностью установок регенерации и уничтожения хладагентов.

Проблемы и задачи

В последующие годы в рамках Концепции долгосрочного развития в холодильном секторе необходимо будет решить ряд проблем.

Для индустриально развитых стран специалисты прогнозируют доминирующие позиции парокомпрессионных холодильных машин на следующие 20 лет. Проблема состоит в том, чтобы сделать их энергоэффективными, экологичными, надежными, экономичными и безопасными для потребления. Исходя из этого, конкретные задачи на грядущие 20 лет (начиная с 2000 г.) можно сформулировать следующим образом:

• снижение потребления энергии на 30-50%;
• уменьшение в два раза утечек хладагентов;
• улучшение на 30-50% показателя LCCP (характеризующего влияние оборудования на окружающую среду в течение всего его жизненного цикла);
• сокращение количества заправляемого хладагента на 30-50%.

Однако ставить количественные задачи имеет смысл, только если определены и выверены исходные данные, от которых ведется отсчет. При этом необходимо учесть, например, что по прогнозу к 2010 г. эмиссия хладагентов от автомобильных кондиционеров в Европе составит 50% общей эмиссии хладагентов. Чтобы снизить эмиссию СО₂, необходимо серьезно задуматься над способами уменьшения потребления горючего, связанного с кондиционерами. Это будет одной из самых больших проблем в будущем.

Тепловые насосы служат действенным средством снижения эмиссии СО₂. Их использование может приблизительно на 6 % уменьшить общую эмиссию СО₂, составляющую сейчас 22000 Мт/год. С учетом совершенствования технологий теплохолодоснабжения в будущем это снижение эмиссии диоксида углерода может достигнуть 16%.

В докладе рассмотрены также другие способы охлаждения, кроме парокомпрессионного, которые без сомнения призваны сыграть серьезную роль в Концепции долгосрочного развития.

• Системы абсорбционного и адсорбционного охлаждения, работающие на разных видах топлива, способные обеспечить холодом как промышленные, так и торговые объекты без нагрузки на электросеть, еще недостаточно мощную для развивающихся стран и без вложения больших средств, которыми они не располагают. Кондиционирование воздуха на базе крупных чиллеров сегодня самая распространенная область применения абсорбционных машин.
• Холодильные установки на солнечной энергии, которые могут стать приоритетным направлением в снабжении холодом развивающихся стран.
• Технология охлаждения осушителями, содержащая широкий спектр систем охлаждения, осушения и вентиляции, позволяющих контролировать качество среды внутри помещений торгового и промышленного секторов. Здесь необходимо решить множество технических и производственных проблем.
• Одновременное производство электричества, тепла и холода (trigeneration), обусловливающее огромные преимущества в энергетическом плане, что дает возможность полностью или частично использовать для нужд охлаждения теплоту, образующуюся при получении электроэнергии. Применение усовершенствованных абсорбционных систем с улучшенными характеристиками значительно повысит эффективность этого способа.
• Криогеника, позволяющая получать температуры ниже 120 К (-150°С) вплоть до 4,2 К, которая открывает путь к решению широкого круга проблем, вписывающихся в Концепцию долгосрочного развития. Сверхпроводимость - одна из наиболее обещающих областей применения криогеники. Криомедицина и входящая в нее криохирургия вносят и будут вносить значительный вклад в Концепцию долгосрочного развития.
• Многие другие технологии, например воздушные холодильные циклы и цикл Стирлинга, как и термоэлектрическое охлаждение, также имеющие перспективное будущее.

Для развивающихся стран определены следующие приоритетные области деятельности:

• снижение потерь после сбора урожая: скоропортящиеся пищевые продукты составляют 31% общего объема пищевых продуктов, потребляемых в развивающихся странах. В этих регионах мира с жарким климатом только 1/5 скоропортящихся продуктов подвергается охлаждению, что ведет к значительным потерям после сбора урожая, убоя скота, дойки, затем при транспортировке и, наконец, в процессе продажи. Охлаждение - один из наиболее эффективных способов уменьшения этих потерь, но при этом необходимо решить экономические проблемы;
• развитие единой холодильной цепи: обеспечить качество и безопасность пищевых продуктов для 5 млрд жителей развивающихся стран путем внедрения эффективной холодильной цепи - одна из главных задач, которую необходимо решить в будущем;
• предоставление развивающимся странам технологий, «ноу-хау» и информации, включая стандарты и программы сертификации, которыми располагают индустриально развитые страны;
• усиление организационной структуры: важно определить министерство, которое будет вырабатывать политику в области холода на национальном уровне. Профессиональные организации и ассоциации играют незаменимую роль в объединении заинтересованных участников. С другой стороны, необходимы нейтральные организации на национальном уровне, которые будут авторитетны среди специалистов и признаны правительством. Межведомственная и межпрофессиональная организация, такая, как Национальный совет по холоду, может сыграть основную роль в составлении планов учета существующего оборудования и программы долговременного развития для холодильного сектора страны;
• сбор данных: точно оценить нужды развивающихся стран - главный предварительный этап, позволяющий облегчить составление программ и сфокусировать действия в различных областях, относящихся к структуре, технологии и обучению.

В индустриально развитых странах, как и в развивающихся, обучение является базой прогресса на всех стадиях использования холодильной техники: конструирование, монтаж, эксплуатация и обслуживание.

В заключение основные проблемы, которые необходимо разрешить в области производства и использования искусственного холода, можно кратно суммировать следующим; образом.

Индустриально развитые страны

• оценить влияние холодильных систем на окружающую среду с помощью LCCP, стандартизировав его подсчет, и внедрять это понятие на холодильниках;
• разрабатывать оборудование, имеющее минимально возможную холодопроизводительность, уделяя особое внимание изоляции, которая должна быть эффективной;
• помнить, что первейшая задача холодильной техники - сделать возможным потребление пищевых продуктов высокого качества или обеспечить улучшение качества воздуха в помещении;
• уделять особое внимание хорошему обслуживанию, что позволит снизить утечки и улучшить энергетическую эффективность;
• собирать, регенерировать, повторно применять или уничтожать в соответствии со стандартизованными процедурами хладагенты, масла и другие составляющие, используемые в холодильных установках;
• постоянно повышать энергетическую эффективность;
• шире использовать возможности теплонасосных технологий с применением возобновляемых источников энергии или бросового тепла для снижения энергопотребления.

Развивающиеся страны

• сделать искусственный холод доступным для развивающихся стран, особенно наименее развитых, для хранения пищевых продуктов и кондиционирования воздуха;
• учитывать, что развивающиеся страны имеют те же права на холодильные технологии, что и развитые страны;
• используя достижения современных технологий, перейти на экологичное, технологическое и эффективное оборудование;
• не продавать по низкой цене в развивающиеся страны устаревшие, энергоемкие технологии, загрязняющие окружающую среду.

References

Supplementary files