Пропан VS R22. Опыт индийской компании Godrej group
В декабре 2010 года было подписано трехстороннее соглашение между Правительством Индии, Германским обществом международного сотрудничества (GIZ) и индийской компанией Godrej group, занимающейся производством бытовой техники. Документ предусматривал строительство завода по производству кондиционеров (оконных и сплит-систем), использующих в качестве хладагента пропан (R-290). В апреле 2012 года с конвейера предприятия сошла пилотная партия продукции.
При разработке серийной модели бытового кондиционера на пропане пришлось столкнуться с рядом сложностей, связанных как с требованиями безопасности, так и с необходимостью повышения энергоэффективности.
Количество хладагента в контуре
Ограничение количества хладагента в контуре кондиционера, установленное стандартом EN 378, стало существенной проблемой для разработчиков. Документ устанавливает допустимый максимум количества хладагента, используемого установленным в помещении оборудованием, согласно следующей формуле:
mmax = 2.5 x LFL5/4 x h0 x A1/2,
где А – площадь помещения в м2, LFL – нижний предел воспламеняемости в кг/м3, h0 – высота установки оборудования в м.
Для типичной сплит-системы мощностью 5 кВт максимальное количество хладагента (если использовать пропан) будет равно:
mmax = 2.5 x 0,0385/4 x 2.3 x 141/2= 361 г.
В то же время сравнительные тесты показали, что при использовании пропана холодопроизводительность устройства снижается на 6% (по сравнению с применением ГХФУ-22), COP повышается на 14%, энергопотребление уменьшается на 17,8%. Для заправки холодильного контура требуется на 50% меньше хладагента – в среднем 575 г.
Если заправить пропаном кондиционер с компрессором, номинальная мощность которого на 10% выше, чем у кондиционера, заправленного ГХФУ-22, то результаты будут выглядеть так:
- Холодопроизводительность пропанового кондиционера на 4,3% выше;
- COP выше на 7%;
- Энергопотребление ниже на 3,5%;
- Количество хладагента составляет 51% – в среднем 585 г.
В обоих случаях количество заправленного пропана превышает установленное EN 378 значение.
Одним из путей решения проблемы стало применение конденсатора с меньшим диаметром трубок – 5 мм вместо 7 мм. При этом холодопроизводительность пропанового кондиционера по сравнению с аналогом на ГХФУ-22 уменьшается всего на 0,5%, COP вырастает на 21%, энергопотребление снижается на 18%, количество хладагента в контуре составляет 355 г.
Однако имеется проблема с доступностью конденсаторов с трубками диаметром 5 мм, так как их производит лишь одна компания.
Второй путь – применение микроканальных теплообменников. Использование 50-канального конденсатора вместе с более эффективным компрессором позволяет добиться следующих результатов:
- Холодопроизводительность ниже на 3%;
- COP выше на 16,5%;
- Энергопотребление ниже на 20%;
- Количество хладагента – в среднем 360 г.
Безопасность при разработке и производстве
Так как пропан – легковоспламеняющееся вещество, то в исследовательской лаборатории, где изучалась возможность его применения в бытовых кондиционерах, были приняты меры по обеспечению безопасности:
- датчики, способные обнаружить утечку газа в любой части тестовой камеры; автоматически включающаяся вытяжная система, способная снизить концентрацию газа до безопасного уровня менее чем за 10 минут;
- электрооборудование имеет взрывозащищенное исполнение, для защиты от статического электричества используется заземление, двери снабжены резиновыми уплотнителями;
- на случай возгорания в помещении установлена система водяного пожаротушения, а также углекислотные огнетушители;
- в лаборатории размещены предупреждающие надписи, а также инструкции по безопасности.
На производстве газовые датчики и системы оповещения об утечке установлены:
- В хранилище хладагента
- На линии заправки хладагента
- В камере тестирования продукции
- В ремонтном цеху
Кроме того, на линии заправки хладагента, в камере тестирования продукции и в ремонтном цеху имеется система принудительной вентиляции.
Анализ и снижение рисков
Имитация утечек показала, что в самом наихудшем случае из контура выходит лишь 65-75% хладагента. При выключенном устройстве, срабатывание газового датчика, включающего вентилятор внутреннего блока при концентрации пропана, равной 20% от нижнего предела воспламеняемости, позволит избежать риска возгорания.
Использование соленоидных клапанов, перекрывающих линию жидкого хладагента, способно уменьшить утечку до 20% от общего количества пропана в контуре.
Сравнительные характеристики кондиционеров на ГХФУ-22 и R-290
| Характеристика | ГХФУ-22 | R-290 |
|---|---|---|
| Номинальная мощность | 5,19 кВт | 4,83 кВт |
| Номинальный COP (охлаждение) | 3,08 | 3,60 |
| Тип испарителя | Оребренная труба | Оребренная труба |
| Объем блока испарителя | 5,45 л | 5,45 л |
| Количество труб испарителя, контуров | 32,3 | 32,3 |
| Воздушный поток испарителя | 850 м3/ч | 850 м3/ч |
| Тип конденсатора | PFC | PFC |
| Объем конденсаторного блока | 6,06 л | 6,03 л |
| Рабочий объем компрессора | 5,27 м3/ч | 5,39 м3/ч |
| Число труб конденсатора | 52 | 52 |
| COP компрессора | 3,10 | 3,38 |
| Капиллярная трубка | 0,8 м, 3,0 мм | 0,65 м, 3,2 мм |
| Заправка хладагента | 0,75 кг | 0,36 кг |
При увеличении наружной температуры разница холодопроизводительности кондиционеров на ГХФУ-22 и пропане увеличивается: если при 35оС холодопроизводительность пропанового кондиционера меньше, чем у модели на ГХФУ-22 на 7%, то при 52оС – уже на 10%. Так же с ростом температуры уменьшается преимущество пропановых кондиционеров по COP.
Выводы
Пропан обеспечивает приемлемую эффективность работы кондиционера, при этом риски, связанные с воспламеняемостью, могут быть сведены к минимуму.
Испытания пропановых кондиционеров показывают, что при высоких температурах COP и производительность моделей на R290 сравнимы с показателями моделей на ГХФУ-22, что подтверждает возможность использования пропана как хладагента в странах с жарким климатом.