Холодильные установки супермаркетов на природных хладагентах

Полный текст

За последние два года в зарубежной печати резко возросло число публикаций, рассказывающих о разработках коммерческого холодильного оборудования на аммиаке, углеводородах и СO₂. На крупных специализированных выставках также появляется все больше серийной продукции для таких хладагентов. Это свидетельствует о то м, что в ближайшие годы холодильному оборудованию на традиционных хладагентах придется потесниться, по крайней мере, в европейских странах.

Немаловажным доводом в пользу перехода на природные хладагенты служит их низкая цена по сравнению с хлорфторуглеродами, но самым важным фактором является экологическая безопасность. Экологические свойства R404A и альтернативных ему природных хладагентов приведены в таблице.

Таблица

Начиная с 1994 г. только фирмой Linde были оснащены в различных европейских странах аммиачными и тепло от конденсатора к сухому охладителю (драйкулеру), а второй контур посредством промежуточного хладоносителя гидравлически связывает испаритель с конечными потребителями холода.

В коммерческих холодильных установках на природных хладагентах применяют открытые поршневые и винтовые компрессоры, а в качестве испарителей - кожухотрубные теплообменники с непосредственным кипением хладагента или затопленные пластинчатые теплообменники. В среднетемпературных холодильных установках в промежуточных контурах используют водогликолиевые смеси или растворы органических солей, а в низкотемпературных установках наряду с растворами органических солей - иногда и диоксид углерода.

Далее приведены обобщенные результаты практического применения в европейских супермаркетах холодильных установок на природных хладагентах.

Аммиачные холодильные установки составляют большинство всех смонтированных в европейских супермаркетах холодильных установок на природных хладагентах. Потребная холодопроизводительность среднетемпературного оборудования этих супермаркетов укладывается в диапазон 80...400 кВт, низкотемпературного - 20...80кВт. Вследствие высоких температур нагнетания аммиака в низкотемпературной области обычно применяют двухступенчатое сжатие. Практически везде используют многокомпрессорные установки на базе поршневых компрессоров. Многолетний опыт эксплуатации показывает, что проблем с безопасностью эксплуатации такого оборудования в супермаркетах не возникает, хотя многие супермаркеты с аммиачными установками располагаются в центре крупных городов.

В ряде ранних публикаций была отмечена проблема, связанная с нерастворимостью масел в аммиаке, но в дальнейшем она была полностью решена.

Начальные затраты на оснащение супермаркетов аммиачными холодильными установками с промежуточными контурами, естественно, на 20-35% выше затрат на оборудование того же супермаркета холодильной установкой непосредственного кипения на R404A. Кроме того, расход энергии при эксплуатации аммиачных холодильных установок на 10-20% выше, чем при работе установок такой же холодопроизводительности на R404A. Это объясняется дополнительными затратами энергии на привод гидравлических насосов, прокачивающих теплоносители, и на привод компрессора (вследствие использования промежуточных теплообменников).

Пропиленовые холодильные установки. В публикациях компании Linde [1] упоминается о 17 супермаркетах в 4 различных европейских странах, где начиная с 1996 г. работают холодильные установки, использующие в качестве хладагента пропилен. Холодопроизводительность на этом хладагенте среднетемпературных установок составляет 20…190 кВт, низкотемпературных - 10…50 кВт, т.е. она ниже, чем у аммиачных. Некоторым преимуществом пропилена как хладагента является возможность использования большой номенклатуры холодильной арматуры, предназначенной для традиционных хладагентов.

Схемы холодильных установок для супермаркетов на пропилене и аммиаке аналогичны (имеют промежуточные контуры для отвода тепла от конденсатора и для подвода холода к потребителям). Однако в низкотемпературных холодильных установках на пропилене можно применять полугерметичные компрессоры с одноступенчатым сжатием. В качестве испарителей используют кожухотрубные или пластинчатые теплообменники с непосредственным кипением хладагента. Для промежуточных контуров пропиленовых холодильных установок применимы те же вещества, что и для аммиачных.

При эксплуатации холодильных установок с углеводородными хладагентами важнейшим требованием является соблюдение правил техники безопасности. Эти правила представлены в проекте стандарта DIN 7003. Главные из них таковы:

• все электрические приборы должны иметь минимальный класс защиты IP 54, при срабатывании их исполнительных элементов искрение не допускается;
• машинные залы, где размещают холодильные установки на пропилене, должны иметь хорошую приточно-вытяжную вентиляцию (подробные нормы воздухообмена указаны в этом документе);
• помещения, в которые теоретически возможна утечка хладагента, должны быть в обязательном порядке оборудованы системой контроля с индикаторами концентрации пропилена;
• весь обслуживающий персонал пропиленовых холодильных установок должен пройти специальные курсы и иметь допуск к работе на таком оборудовании.

Многие проблемы безопасности эксплуатации пропиленовых холодильных установок снимаются, если установка смонтирована вне помещения. В этом случае можно использовать конденсатор воздушного охлаждения, что снижает начальную стоимость и энергопотребление (отпадает необходимость в промежуточном контуре для отвода тепла от конденсатора).

Многолетний опыт эксплуатации пропиленовых холодильных установок в Европе показал, что при выполнении требований DIN 7003 они зарекомендовали себя как очень надежные и безопасные. Несмотря на это, во многих странах достаточно сложно получить необходимые разрешения на использование в супермаркетах пропиленовых холодильных установок из-за неуверенности местных властей в их надежности и несоответствия местных нормативных разрешительных документов современному уровню безопасности холодильного оборудования.

Инвестиционные затраты на оснащение супермаркетов пропиленовыми холодильными установками на 15-25% выше, чем при использовании традиционных фреоновых, из дополнительных затрат на монтаж эксплуатацию промежуточных контуров, а также на выполнение требований техники безопасности. Энергопотребление таких установок тоже будет выше на 5-20%. Снизить стоимость и энергопотребление пропиленовых установок можно, если размещать их вне помещений.

Холодильные установки на СO₂ для супермаркетов позволяют наряду с экологической решить и другие проблемы, характерные для аммиачных и пропиленовых холодильных установок. Поскольку СО₂ нетоксичен, можно отказаться от промежуточных контуров, что существенно повышает экономическую эффективность холодильной установки.

В Европе холодильные установки на СО₂ появляются все чаще. За последние два года только фирмой Linde 10 супермаркетов были оборудованы низкотемпературными холодильными каскадными установками, в которых в низкотемпературной ветви используется СО₂. Потребная холодопроизводительность этих установок составляла 15...80 кВт. При этом среднетемпературная ветвь чаще работает на R404A, но иногда может быть применен и аммиак.

Как хладагент диоксид углерода отличается хорошей совместимостью с цветными металлами, из которых изготовлены холодильная арматура и ряд узлов полугерметичных компрессоров. Компрессоры на С0₂ серийно производятся, например, фирмами Dorin [2] или Bock [3]. По некоторым публикациям для работы на этом хладагенте могут быть модернизированы фреоновые компрессоры.

Компрессоры на диоксиде углерода должны выдерживать более высокие рабочие давления (25...40 бар) и иметь большую мощность привода, чем фреоновые компрессоры той же объемной производительности. Система смазки подшипников скольжения также должна быть модифицирована, поскольку большие перепады давлений обусловливают относительно высокую растворимость СО₂ в полиэфирных маслах. С другой стороны, хорошая растворимость обеспечивает гарантированный возврат масла из разветвленных трубопроводов в картер компрессора.

Содержание влаги в СО₂ надежно ограничивается применяемыми фильтрами-осушителями и контролируется с помощью индикаторов. В холодильных установках на СО₂ часто используют электронные ТРВ.

На рис. 1 представлена очень компактная многокомпрессорная низкотемпературная установка, работающая на СО₂, объемная производительность которой примерно в 6 раз выше, чем была бы на R404A. Номинальные диаметры всасывающего трубопровода в 3-4 раза, а жидкостного трубопровода в 2 раза меньше, чем у установки на R404A. Следовательно, намного меньше объем хладагента в системе и ниже затраты на изоляцию труб и агрегатов. Кроме того, большим преимуществом трубопроводов малых диаметров является удобство их компоновки при размещении холодильного оборудования в торговых залах.

Рис. 1. Многокомпрессорная низкотемпературная установка на СО₂

На рис. 2 показана часть торгового зала одного из европейских супермаркетов, в котором охлаждение витрин осуществляется СО₂.

Рис. 2. Охлаждение витрин супермаркета хладагентом СО₂

С точки зрения безопасности по немецкому стандарту DIN EN 378 хладагенты R404A и R744 (СО₂) находятся в одной группе и относятся к негорючим малотоксичным газам. Поскольку СО₂ при объемной концентрации свыше 3-5% считается вредным для здоровья, все холодильные камеры и машинные отделения с оборудованием, работающим на этом хладагенте, должны в обязательном порядке иметь приборы, сигнализирующие о превышении допустимой концентрации. В случае крупного ремонта холодильной установки СО₂ должен стравливаться наружу через отдельную выпускную магистраль. Воздействие СО₂ на парниковый эффект довольно незначительно: 100 кг этого газа эквивалентны в этом отношении 30 г R404A. Низкая стоимость СО₂ и небольшой объем заправляемого газа позволяют снизить стоимость начальных инвестиций и ремонтных работ.

Если сравнивать начальные затраты, то холодильный контур на СО₂ с непосредственным кипением хладагента имеет преимущества перед таким же контуром на R404A благодаря использованию компрессоров меньших типоразмеров, а также труб и изоляции меньших диаметров. Однако этот выигрыш в цене сводится на нет дополнительными затратами на доработку компрессора и других элементов системы под более высокие рабочие давления, а также на установку в камере и машинном отделении системы безопасности. В результате начальная стоимость оснащения супермаркета холодильными установками на СО₂ и R404A практически одинакова. Расход электроэнергии при эксплуатации холодильной системы, использующей СО₂, не выше, чем аналогичной системы на R404A. Это объясняется следующими причинами.

Благодаря лучшим теплофизическим свойствам СО₂ по сравнению с R404A увеличивается теплоотдача в испарителях, что позволяет повысить температуру кипения в теплообменниках камер и витрин на 2°С. Кроме того, вследствие более высоких рабочих давлений СО₂ уменьшаются потери давления во всасывающем трубопроводе и компрессор может работать с более высоким давлением всасывания, что компенсирует некоторую потерю эффективности при использовании каскадной схемы.

Зарубежный опыт эксплуатации холодильных установок на природных хладагентах показал перспективность оснащения ими супермаркетов с точки зрения экологии. Однако при использовании холодильного оборудования, работающего на аммиаке или пропилене, необходимо учитывать его более высокие начальную стоимость и последующие эксплуатационные расходы. При согласовании проектов супермаркетов с такими системами холодоснабжения в различных инстанциях как в Европе, так и в России часто возникают дополнительные трудности, что также надо заранее иметь в виду.

В ближайшем будущем хорошие шансы на использование в качестве хладагента в низкотемпературных ветвях каскадных холодильных установок имеет диоксид углерода. В области средних температур применение СО₂ в коммерческом холоде не предвидится из-за очень высокого давления (свыше 100 бар) и работы в сверхкритической области. Поэтому, чтобы удовлетворить требования экологов при проектировании среднетемпературных холодильных установок на традиционных хладагентах, необходимо стремиться к минимизации объема заправляемого хладагента и к снижению его возможных утечек.

Об авторах

K. A. Коптелов

Автор, ответственный за переписку.
Email: info@eco-vector.com
Россия

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Многокомпрессорная низкотемпературная установка на СО2

Скачать (1MB)

Метаданные

3. Рис. 2. Охлаждение витрин супермаркета хладагентом СО2

Скачать (3MB)

Метаданные