Аргументы в пользу минимизации заправки холодильных систем хладагентом
В последнее время члены европейской инициативной группы Eurammon вплотную занялись анализом преимуществ и трудностей, связанных с эксплуатацией аммиачных холодильных установок с малой заправкой хладагентом.
Сегодня аммиак считается недорогим, безвредным для окружающей среды хладагентом будущего. До настоящего времени данный газ широко применялся в холодильных агрегатах промышленного назначения мощностью до нескольких МВт, для заправки которых требовались тонны жидкого аммиака. Воспламеняемость и токсичность, присущие данному газу, обусловили повышенные требования к конструкции аммиачных систем по сравнению с традиционными холодильными машинами на синтетических хладагентах, что, соответственно, привело к ограничению сфер их применения.
В результате оптимизации систем охлаждения и их комплектующих были созданы аммиачные установки со значительно меньшим количеством хладагента, пригодные к эксплуатации на различных объектах и ставшие интересной альтернативой классическим холодильным агрегатам. Аммиак безопасен для окружающей среды и не входит в перечень газов, запрещенных соответствующим Регламентом ЕС и программой поэтапного отказа от озоноразрушающих хладагентов. Заправка небольшим количеством хладагента повышает безопасность холодильной установки, при этом на этапе разработки к ней предъявляется значительно меньше нормативных требований. При относительно низком показателе Совокупной Стоимости Владения (TCO) и незначительных эксплуатационных затратах, аммиачные системы охлаждения являются оптимальным долгосрочным решением как с экономической, так и с экологической точки зрения.
Для работы стандартных аммиачных систем требуется порядка 2-3 кг холодильного агента на каждый кВт производимого холода, в то время как в системах нового исполнения количество аммиака для выработки каждого кВт холода составляет порядка 1,3 кг и в некоторых моделях до 0,06 кг. Минимальное количество аммиака в холодильном контуре – это меньшая опасность для здоровья, более высокий уровень безопасности в случае утечки газа и, как следствие, менее жесткие требования в процессе сертификации системы. Внедрение, эксплуатация и обслуживание установок с небольшим количеством хладагента значительно проще по причине меньшего количества компонентов, что в большинстве случаев обусловлено блочно-модульной конструкцией данных систем. Зачастую установки данного типа не нуждаются в насосах для прокачивания хладагента внутри системы и имеют более компактные трубопроводы и резервуары.
На 95% меньше аммиака
Системы с небольшим объемом хладагента способны обеспечивать холодопроизводительность, аналогичную традиционным установкам, расходуя при этом минимальное количество хладагента. В классических холодильных машинах количество циркулирующего по контуру хладагента в несколько раз больше фактически испаряемого в испарителе. Как правило, коэффициент циркуляции, то есть коэффициент преобразования жидкого хладагента в газообразное состояние, составляет от 2:1 до 8:1, в зависимости от типа установки. Это означает, что только один из двух-восьми килограмм сжиженного газа, подаваемого насосом в испаритель, меняет агрегатное состояние. В новых установках данный коэффициент составляет менее 1, 2:1. Роб Лэмб, директор по маркетингу компании Star Refrigeration, члена общеевропейской инициативной группы по внедрению природных хладагентов Euroammon, поясняет: «Правильный расчет конструкционных характеристик холодильной установки позволяет минимизировать заправку хладагентом на 75%, а количество подаваемого в испаритель вещества на 95% без существенной потери холодильной мощности”.
Это стало возможным благодаря оптимизации конструкции испарителей, производимых для систем охлаждения складов с контролируемой температурой, и применению алюминиевых труб. В традиционных воздухоохладителях используются стальные трубы из нержавеющей или оцинкованной стали, способные обеспечивать заявляемую изготовителем холодопроизводительность при коэффициенте рециркуляции 4:1. Теплопроводность алюминия в два раза выше, чем у гальванизированной стали, и в 12 раз выше, чем у нержавеющей стали марки 304L. Это обеспечивает более быстрый теплообмен между окружающей средой и хладагентом без необходимости оснащения системы жидкостными насосами, гарантируя более высокие показатели эксплуатации, чем в системах с принудительной циркуляцией хладагента в аналогичных условиях работы.
Точность расчета и чистота
При разработке систем охлаждения с небольшим объемом хладагента особое внимание уделяется показателям чистоты установки при ее заправке и выполнении сборочно-монтажных работ. Г-н Лэмб отмечает: “Оптимальная эффективность работы и высокие показатели безопасности напрямую зависят от точности расчета необходимого объема хладагента. Его количество должно быть достаточным для обеспечения стабильного, эффективного покрытия полного рабочего диапазона системы с учетом возможных изменений температуры окружающей среды и рабочих нагрузок”.
Недостаточное количество хладагента может отрицательно сказаться на долгосрочных характеристиках системы и на операционной надежности установки в целом. Например, даже незначительная утечка хладагента может привести к ощутимой потере холодопроизводительности и эффективности. Другим важным параметром является обеспечение чистоты в процессе сборочно-монтажных работ. В этой связи г-н Лэмб считает необходимым пояснить: “Ввиду низкого коэффициента рециркуляции в системах с малым содержанием хладагента, небольшие дроссельные отверстия легко засоряются посторонними частицами, которые могут оставаться после монтажа”. При этом преимуществом таких систем является упрощенный дизайн, вследствие чего к ним предъявляется меньше требований в части технического обслуживания, делая их более экономными в эксплуатации.
Новые области применения – от охлаждения технологических процессов до систем ОВКВ
В последние годы технологии холодильных систем с малым содержанием хладагента и высокой производительностью открывают новые возможности применения на объектах, ранее использовавших классические аммиачные системы или установки на синтетических хладагентах: камеры глубокой заморозки, охлаждаемые складские помещения, объекты пищевой промышленности, системы охлаждения дата-центров и системы ОВКВ.
Новая система охлаждения, используемая британским дистрибьютором замороженных продуктов Farmfoods – наглядный пример эксплуатационной эффективности и гибкости систем с малым содержанием хладагента. Владелец сети из порядка 300 продовольственных магазинов, компания Farmfoods решила оборудовать новый дистрибьюторский центр в городе Бристоле на юге Англии энергоэффективной высокоэкологичной системой охлаждения на естественных хладагентах. В итоге выбор остановился на двух аммиачных морозильных агрегатах производства Star Refrigeration. Холодопроизводительность данных установок составляет 530 кВт, что обеспечивает поддержание в морозильных камерах постоянной температуры -22°C. В помещениях с температурой +2°C требуемый микроклимат поддерживается чиллером Azanechiller мощностью 120 кВт, в котором аммиак охлаждает вторичный гликолевый контур.
Интеллектуальный дизайн данных установок позволил сократить количество используемого в них холодильного агента до 0,25 кг и 0,1 кг на кВт производимого холода соответственно. Новые системы значительно эффективнее стандартных агрегатов на ГФУ-хладагентах; использование аммиака позволяет компании сократить выбросы углекислого газа в атмосферу, что имеет большое значение для конечного пользователя.
Для г-на Лэмба данный проект – доказательство перспективности и растущей значимости систем с малой заправкой хладагента: “Сочетание высокой эффективности с упрощенным дизайном, меньшее количество нормативных требований и высокая экосовместимость сделали аммиачные решения привлекательной альтернативой традиционным системам, применимой практически во всех сферах деятельности, в том числе в условиях, требующих высокой холодильной мощности”.