Исследования показывают универсальность CO2
Рабочие прототипы демонстрируют возможность успешного применения хладагента R744 (CO2) в холодильниках для напитков, рефрижераторных контейнерах и мобильных кондиционерах воздуха без увеличения стоимости или снижения эффективности по сравнению с ГФУ, утверждает Стефан Элбел, руководитель компании Creative Thermal Solutions (CTS) из г. Урбана, штат Иллинойс (США), занимающейся исследованиями в области отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и охлаждения.
По словам г-на Элбела, рабочие характеристики решений на природном хладагенте, такие как производительность и эффективность, сопоставимы со средними значениями для систем на ГФУ.
— Я вижу большое будущее для CO2, в частности, в низкотемпературных холодильных насосах и холодильном оборудовании, — заявил он.
Г-н Элбел рассказал о новейших технологических тенденциях в сфере использования природных хладагентов на сессии "Тенденции в сфере технологий" конференции по природным хладагентам ATMOsphere (ATMO) America Summit 2022. Конференция, проходившая 7-8 июня 2022 года в Александрии, штат Вирджиния, США, была организована ATMOsphere — издателем сайта R744.com.
— На представленных примерах я хочу показать, что технологии для всех этих различных областей применения существуют, — сказал г-н Элбел. — Технологии для широкомасштабного внедрения природных хладагентов уже доступны.
Он подчеркнул важность подбора подходящих компонентов:
— Если вы хорошо спроектируете установку, и с умом подойдёте к выбору компонентов, вы получите относительно привычное и недорогое решение.
Производительность холодильного шкафа для бутилированных напитков на CO2
Несмотря на то, что многие холодильники для напитков сегодня заправляются R134a, серьёзную конкуренцию которому начинает составлять пропан (R290), по словам г-на Элбела в этой области применения также может быть использован негорючий хладагент CO2. Для этого подойдёт относительно простая конструкция, для которой не нужны расширительные вентили, микроканальные теплообменники или компрессоры с регулируемой скоростью, что существенно уменьшает общую стоимость решения.
Компания CTS изучила производительность различных 600-литровых холодильников для напитков, вмещающих до 600 банок, измерив время выхода на рабочий режим и энергопотребление устройств на R290 и CO2 в сравнении с взятым за образец холодильником на R134a.
R290 превзошёл по характеристикам систему на R134a, энергоэффективность шкафа на CO2 не более чем на 3% отличалась от показателя образцового устройства при сравнимой с ним стоимости. Время выхода на рабочий режим по сравнению с системой на R134a было улучшено за счёт минимальной оптимизации капиллярной трубки системы CO2 и количества заправленного хладагента.
— Это не означает, что пропан лучше CO2, а скорее показывает, что возможны несколько решений, — сказал г-н Элбел.
Недорогой компрессорно-конденсаторный блок на CO2 как альтернатива R448A
Г-н Элбел также описал небольшой и недорогой компрессорно-конденсаторный блок (ККБ) на CO2, разработанный CTS для коммерческого применения.
Использование углеводородов в этом сегменте затруднительно из-за ограничений объёма заправки для горючих хладагентов. Существующие же решения на синтетических хладагентах, отметил г-н Элбел, отличаются большим температурным глайдом или ПГП, превышающим максимально допустимое значение для систем такого размера (150).
Прототип холодопроизводительностью около 1,6 кВт (0,45 холодильной тонны), разработан в качестве примера того, что недорогой ККБ на CO2 может сравниться по производительности и эффективности с устройством на R448A.
После минимальной оптимизации CTS удалось добиться от устройства на CO2 таких же характеристик, как у взятого за образец блока на R448A.
Мобильный контейнер на CO2 превосходит по характеристикам решение на R404A
Военные США попросили CTS сконструировать образец специализированного оборудования — 6-метровый (20-футовый) мультитемпературный рефрижераторный контейнер для применения в условиях очень высокой температуры наружного воздуха (57°C/135°F). Ранее военные использовали в контейнерах R404A и искали более устойчивую альтернативу.
Контейнер имеет низкотемпературное морозильное отделение (-20°C), занимающее четверть объёма, оставшиеся три четверти отданы под среднетемпературное (3°C) холодильное отделение.
— Задачей проектировщиков было сделать функциональную систему, — пояснил г-н Элбел.
К холодильной системе предъявлялись строгие требования: её габариты не должны были превышать
Для выполнения требований CTS разработала двухступенчатую транскритическую систему с интеркулером и субкритическим (бустерным) сжатием. В ней также использован эжектор.
Собранный прототип контейнерной системы на CO2 соответствовал заданным условиям, показывая улучшение COP на 18% по сравнению с аналогичной коммерчески доступной системой на R404A.
Возможность замены ГФУ на CO2 в системах кондиционирования воздуха
По мнению г-на Элбела, CO2 не утратил перспектив применения в автомобильной индустрии.
— CO2 — хороший хладагент для мобильных кондиционеров воздуха и тепловых насосов, — сказал он.
Ранее CTS сконструировала кондиционер воздуха на CO2 для военного применения.
Кроме того, CTS взялась за проектирование системы кондиционирования для высокоскоростного поезда, предназначенной для замены существующего решения на R407C. Г-н Элбел рассказал, что компанией была сконструирована обычная двухконтурная система холодопроизводительностью 44 кВт (12,5 холодильной тонны), достаточно прочная для эксплуатации в суровых условиях.
Полнофункциональный прототип устройства на CO2 был изготовлен для демонстрации и оценки. Испытания показали повышение производительности на 14% по сравнению с системой на R407C, а также улучшение COP на 16%.
— Устройства на CO2 имеют огромный потенциал в качестве замены оборудования на ГФУ, — заключил г-н Элбел.
Источник статьи – сайт Проекта Арктического совета по выводу озоноразрушающих веществ и фторсодержащих газов в рыбохозяйственном секторе Мурманской области: Исследования показывают универсальность CO2