Холодильная техника

Обоснование. Холодильные установки для охлаждения жидкостей (чиллеры) широко используются в промышленности. Основную область их применения можно определить следующим образом: чиллеры применяются в случае невозможности охлаждения продукта через непосредственный теплообмен между кипящим хладагентом и охлаждаемой средой. В качестве причины может выступать и стоимость хладагента, когда при большой длине магистралей хладагента требуется большое количество дорогостоящего вещества, и применение токсичных и пожароопасных хладагентов, когда утечка хладагента может привести к человеческим жертвам. Для данной категории холодильных машин можно условно выделить три области: высокотемпературную (производство изделий из пластика, центры обработки данных и т. д.), среднетемпературную (чиллеры для систем кондиционирования и т. д.) и низкотемпературную (чиллеры для ледовых полей, хранения пищевых продуктов).

Поскольку области применения чиллеров обширны, а объем их производства высок, то проектирование эффективного оборудования является важной задачей.

Цель работы — дать обоснование применению хладагентов с точки зрения эффективности и долговечности работы холодильного оборудования.

Методы. Проведено исследование потерь чиллеров, предназначенных для работы в разных отраслях промышленности (температуры хладоносителя (вход в испаритель / выход из испарителя): плюс 26°С / плюс 20°С (ВТ); плюс 12°С / плюс 7°С (СТ); минус 10°С / минус 13°С (НТ)), работающих с холодильными агентами R134a, R410A, R404A и R1270 энтропийно-статистическим методом термодинамического анализа [1]. R1270 включен в анализ как перспективный хладагент для использования в моноблочных чиллерах, поскольку для чиллеров моноблочного исполнения, устанавливаемых в открытом пространстве, ограничения по заправке отсутствуют [2].

Результаты. Из рассматриваемых хладагентов высокие показатели степени термодинамического совершенства на режиме ВТ получены для чиллеров с хладагентом R1270 — на 11,97% данный показатель выше, чем у чиллера с хладагентом R404A, на 2,15% чем у чиллера с хладагентом R134a и на 5,48% выше, чем у чиллера с хладагентом R410A.

На режиме СТ чиллер с хладагентом R1270 продемонстрировал лучшие показатели степени термодинамического совершенства — на 14,13% данный показатель выше, чем у чиллера с хладагентом R404A, на 3,04% чем у чиллера с хладагентом R134a и на 3,41% выше, чем у чиллера с хладагентом R410A.

На режиме НТ чиллер с хладагентом R1270 продемонстрировал также лучшие показатели степени термодинамического совершенства — на 21,95% данный показатель выше, чем у чиллера с хладагентом R404A, на 29,73% чем у чиллера с хладагентом R134a и на 11,44% выше, чем у чиллера с хладагентом R410A.

Применение хладагентом R410A и R134a при работе на НТ режиме ограничивается температурой нагнетания при действительном процессе сжатия — для R410A она составляет 116,94°С, для R134a — 114,63°С, что снижает срок службы оборудования. Самую низкую температуру при действительном сжатии 84,63°С можно получить, используя хладагент R404A. Температура нагнетания при использовании хладагента, несмотря на высокие показатели эффективности, составляет 96,84°С, что является достаточно высокой величиной.

Заключение. Результаты анализа показали области применения определенных хладагентов в чиллерах, а также перспективность применения природного хладагента R1270, который производится на территории Российской Федерации.

В настоящее время для достижения максимальной производительности системы охлаждения предпочтение отдается прикладным технологическим решениям. Таким образом, сравнительный анализ является важным критерием, который добавляет ценность для оптимального проектирования систем для различных областей применения. В данном исследовании был рассмотрен пример небольшого супермаркета «Молочный бар», для того чтобы оценить потенциал системы охлаждения на основе R744 при аналогичных потребностях в охлаждении и тропических условиях. Данные, собранные в полевых условиях в конкретной временной и температурной зоне, используются для расчета годовой производительности встраиваемых охлаждаемых витрин с ГФУ для применения в областях средних и низких температур. Полученные данные используются для разработки централизованной бустерной системы R744, которая будет покрывать аналогичную нагрузку и потребности в охлаждении всех охлаждаемых витрин в магазине. Исходя из нагрузки на охлаждение для установки с ГФУ, рассчитывается годовая производительность бустерной системы R774 и сравнивается с существующим решением. Годовое потребление электроэнергии для централизованной холодильной системы R744 составляет 3,3 МВт-ч, что на 24% ниже, чем при использовании существующего решения на основе ГФУ. Кроме того, рассматриваются экономические перспективы R744, альтернативные материалы для компонентов и конструкция централизованного блока, которые могут повысить надежность системы и стать эффективной заменой ГФУ технологии для небольших супермаркетов.

Настоящая статья представляет собой перевод статьи Singh S, Pardiñas ÁÁ, Hafner A, Schlemminger C, Banasiak K. R744 Refrigeration Solution for Small Supermarkets. In: Proceedings of the 9th IIR Conference on the Ammonia and CO₂ Refrigeration Technologies. Ohrid: IIF/IIR, 2021. DOI: 10.18462/iir.nh3-co2.2021.0030 Публикуется с разрешения правообладателя.