Технологии системы охлаждения на СО2, развенчание мифов

Любовь Половова, основатель и руководитель компании Subzero делится опытом, технологией и преимуществами применения СО2 в аграрном секторе и развенчивает ложные мифы о его использовании.

Согласно Монреальскому протоколу и Кегелийський поправке к нему, хладагенты с высокой озоноразрушающий активностью будут минимизированы во всем мире за их вредное воздействие на окружающую среду. Предприятия ищут экологически безопасные альтернативы. Однако универсального решения не существует.

Транскритични или субкритических системы охлаждения CO2 распространены в Европе, Азии и США на многих предприятиях пищевой промышленности, холодильных складах и коммерческих предприятиях. Охлаждения с использованием CO2 является достойной альтернативой системам на ХФУ, ГХФУ и аммиака.

Любовь, расскажите, пожалуйста, о принципе работы системы охлаждения на СО2.

Рассмотрим принципиальную схему классического СО2-бустера с одной степенью сжатия.

Компрессор нагнетает горячие пары в рекуперативный теплообменник, затем газ движется в газоохолодник, далее - на дросселируется клапан, который поддерживает оптимальные давление и температуру в газоохолоднику. После клапана давление и температура падает, и углекислота конденсируется в ресивере. С ресивера жидкая углекислота подается на испарители. Пары углекислоты откачиваются компрессором, и цикл повторяется.

Необычной выглядит линия от ресивера к линии всасывания компрессора, но все вполне логично: в ресивере накапливается флэш-газ, который существенно повышает давление. Для предотвращения его чрезмерного роста компрессор откачивает лишние пары СО2.

Какие основные технологические и экономические преимущества СО2 перед другими системами?

• Холодильная система на СО2 может обеспечивать предприятие не только холодом, но и горячим водоснабжением с температурой воды до 80 ° с.
• Существенное уменьшение диаметров трубопроводов системы.
• Уменьшение потребления электроэнергии по сравнению с традиционными системами в аналогичных условиях (зависит от условий работы и концепции системы).
• Удобно комбинировать контуры системы с различными температурами кипения.
• Низкий уровень шума во время работы компрессоров.
• Углекислота - взрывобезопасная, негорючая и относительно нетоксична вещество.
• Низкая цена на углекислоту.

Как, например, в агросекторе, можно применять эту технологию?

Предприятия с переделывания и хранения агропродукции (овощи, фрукты, ягоды) должны придерживаться определенного технологического процесса (приемка, предварительное охлаждение, заморозка, сортировка, хранение). Все эти процессы должны происходить при различных температурных режимов и, соответственно, при различных температурах кипения хладагента.

Какие варианты решения этой задачи? Очевидное - для каждого температурного режима использовать отдельный агрегат. Хотя это простое и надежное решение, однако такой путь существенно увеличивает капиталовложения на оборудование. СО2-бустер позволяет комбинировать в себе контуры с различными температурами кипения в одну систему.

Какие особенности в обслуживании системы и оборудование для СО2. Какими дополнительными знаниями и навыками должен обладать специалист, работающий с таким оборудованием?

Принципиально обслуживания системы на углекислоте не отличается от обслуживания системы на ХФУ-хладагентах. Различия в деталях, и вызванные они физико-химические свойствами СО2.

Например:

• Для контроля работы системы на углекислоте необходима соответствующая манометрическая станция, рассчитанная на более высокие давления и с защитными креплениями рукавов
• При разгерметизации системе (аварийной или плановой, для проведения сервисных работ) или во время заправки существует риск образования сухого льда. Проведение дальнейших работ и запуск системы невозможен, пока он полностью не испарится после каждой разгерметизации элемента системы, в котором есть уплотняющая прокладка, ее необходимо заменять на новую, поскольку она становится непригодной для повторного применения
• Контакт углекислоты с телом человека может вызвать термический ожог. Кроме того, высокая концентрация углекислоты в воздухе существенно ухудшает состояние человека, поэтому важно контролировать этот показатель.

В целом, технический специалист, который контролирует работу или обслуживает систему на углекислоте, обязан иметь соответствующую квалификацию , знать правила работы и придерживаться их. Кроме того, инженеры нашей компании проводят предварительное обучение и инструктаж с техническими специалистами компании заказчика, а также предоставляем сервисное обслуживание оборудования.

Какие основные аргументы отказаться от фреона в пользу СО2?

Среди всех холодильных агентов углекислота - самая перспективная по следующим параметрам:

• высокие показатели безопасности
• минимальное негативное воздействие на окружающую среду
• высокие теплофизические показатели
• эксплуатационная экономия
• экономическая жизнеспособность
• наличие и доступность.

Учитывая необходимость вывода из употребления до 2030 г.. хладагентов, которые негативно влияют на окружающую среду, в системах на СО2 долговременная жизнеспособность в этих условиях.

Кстати, согласно статистическим данным Danfoss, среднегодовые истоки хладагента в атмосферу составляют около 15% от массы заправки системы. Учитывая, что для СО2 GWP = 1, тогда как для R507, например, GWP = 3900, углеродный след и прямое влияние на окружающую среду в системах на СО2 на несколько порядков меньше, чем у систем на ХФУ.

Если говорить о финансовой стороне использования систем охлаждения на СО2, какая экономия при ее внедрении и эксплуатации?

При выборе оптимальных решений в проекте, разница в эксплуатационных затратах может составлять до 15% в пользу системы на углекислоте. При этом выбор концепции системы, которая работает неэффективно в конкретных условиях может привести к существенным переплатам на покупку оборудования, затраты электроэнергии, сервисное обслуживание, и в конце концов система на углекислоте может стать не решением, а проблемой для заказчика.

Важно осуществлять комплексный подход к проектированию любых систем, учитывать максимальное количество факторов и выбирать оптимальное решение, которое будет удовлетворять конкретные технические задачи.

В каких условиях использования такой системы оправдано, а в каких - нет?

По состоянию на 2021 в Украине, экономически целесообразно использовать системы на СО2 с холодопроизводительностью не менее 75 кВт.

Также необходимо выбрать наиболее подходящую под конкретные условия концепцию системы. Вообще, универсальных критериев, определяющих целесообразность того или иного решения, не существует. Необходимо именно сравнивать расчетную производительность и экономическую эффективность и принимать соответствующее решение.

Какие самые распространенные опасения потребителей по использованию систем СО2?

Я бы скорее назвала это «мифами» или ошибками, которые легко развенчиваются, если понимать технологию и специфику работы, технологические процессы:

Миф №1: CO2 слишком опасен

При неправильных условиях использования все хладагенты могут причинить вред. Некоторые характеристики, вызывают опасения по поводу СО2, совпадают с предпочтениями. Высокое рабочее давление пугает, но это функция, позволяющая снизить затраты на оборудование и повысить энергоэффективность. При правильном проектировании, монтаже и вводе в эксплуатацию, система CO2 так же безопасна, как и любая другая.

Миф № 2: использование CO2 требует обнаружения утечек, необязательно для других хладагентов.

Как и многие хладагентов, CO2 представляет собой газ без цвета и запаха. Соответственно, необходимо обнаружения утечек в машинном отделении и в холодильных камерах.

Однако, приборы для обнаружения утечек нужны всегда, независимо от хладагента. СО2 широко используется на производственных предприятиях с вентиляцией и выявлением утечек в местах использования.

Важно отметить, что для CO2 необходима правильная технология обнаружения утечек через его присутствие в организме человека. Инструменты, которые измеряют только уровень кислорода, не подходят.

Миф № 3: установка и эксплуатация системы CO2 дороже.

В большинстве случаев каскадные системы с CO2 дешевле в установке и эксплуатации, чем двухступенчатые аммиачные системы для низкотемпературных применений.

Уникальные физические свойства CO2 также дают преимущество при использовании в качестве вторичного хладагента для высокотемпературных применений. Высокая плотность пара и летучесть в сочетании позволяют добиться гораздо меньших требований к насосам (для схем с насосной циркуляцией) и диаметров трубопроводов по сравнению с системами, работающими на других холодильных агентах, что снижает капитальные и эксплуатационные расходы.

При инвестировании в новую систему охлаждения, владельцы и операторы должны рассмотреть возможность использования каскадных систем с CO2 или насосно-циркуляционных систем. Независимо от того, хотите ли вы минимизировать объем аммиака, уменьшить углеродный след или и то, и другое, CO2 часто является жизнеспособным и экономичным вариантом, обеспечивающим

• Экономическую установку и эксплуатацию
• Повышенную энергоэффективность по сравнению с гликолем
• Снижение затрат на заправку хладагента
• Хладагент с нулевым потенциалом разрушения озонового слоя (ODP) и 1 потенциалом глобального потепления (GWP).