25.01.13

Хладагенты

Около 17% мирового потребления хладагентов, используемых для охлаждения и кондиционирования воздуха, приходится на промышленные холодильные установки.

Учитывая широкий диапазон холодопроизводительности централизованных систем прямого расширения, заправка хладагентом может составлять от 100 до 1500 кг. Автономное оборудование бывает различного типа — торговые автоматы, льдогенераторы и т. д., и у них заправка хладагентом составляет от 200 г до 1 кг. В настоящее время в мире используется 10-12 млн единиц такого оборудования.

Предприятия розничной торговли делятся на гипермаркеты, супермаркеты и магазины шаговой доступности. В 2003 г, в европейских странах в них работало соответственно 14, 32 и 54% охлаждаемых витрин-прилавков. В гипермаркетах средняя номинальная заправка хладагентом составляет 0,27 кг/м2 площади торгового зала, а интенсивность случайных выбросов составляла 23—37% от объема полной годовой заправки хладагентом. При средней заправке хладагентом в супермаркетах (0,29 кг/м2) ежегодная интенсивность выбросов, постепенно снижавшаяся в период 1994-2002 гг., в настоящее время составляет 18—35%. Для магазинов шаговой доступности среднюю заправку хладагентом оценить довольно трудно из-за ее сильной зависимости от типа используемых витрин-прилавков. Для автономных установок максимальная интенсивность выбросов составляет около 1%, тогда как для дистанционных конденсаторных агрегатов — около 15%. В некоторых странах большое внимание уделяется снижению утечек хладагентов (в частности, путем их особого налогообложения), и эта стратегия дает ощутимые результаты.

Экологические проблемы, связанные с истощением озонового слоя, впервые отраженные в Монреальском протоколе 1987 г., а также с выбросами парниковых газов, отраженные в Киотском протоколе 1997 г., потребовали внесения существенных изменений в конструкцию всех холодильных систем. Истощение озонового слоя и глобальное потепление во многом обусловлено именно широким использованием в качестве хладагентов галогенпроизводных углеводородов.
Применение хлорфторуглеродов (ХФУ) и гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) постепенно запрещают. В настоящее время в качестве хладагентов применяют только ГХФУ из-за отсутствия их воздействия на озоновый слой. Вместе с тем ширится понимание того, что в конечном счете применение ГХФУ не может являться экологически чистой технологией из-за ее влияния на процессы глобального потепления. В настоящее время основное внимание уделяют использованию натуральных хладагентов — диоксида углерода, углеводородов и аммиака.

Наиболее перспективным хладагентом является диоксид углерода. Поскольку он характеризуется низкой критической температурой (около 32 С) и высоким критическим давлением (около 7,4 МПа), то для выполнения холодильного цикла сего помощью требуются специальные устройства. Вместе с тем в качестве хладагента он используется с 1850 г. Благодаря безопасности (нетоксичности и негорючести) сжиженный С02 вскоре стал идеальным хладагентом для судовых холодильных установок. Его основным недостатком является низкая энергетическая отдача. Внедрение синтетических хладагентов в период после Второй мировой войны привело к сокращению или полному отказу от применения С02. В наши дни его снова стали использовать благодаря высокой экологической безопасности. Особое внимание в настоящее время уделяется повышению энергетической отдачи СО2

Диоксид углерода можно использовать и как хладагент, и в качестве вторичной жидкости, что существенно расширяет возможности выбора промышленных холодильных установок.

Одним из главных ограничений систем непрямого охлаждения является их низкая энергетическая отдача, обусловленная плохим теплообменом вторичных жидкостей и их высокой вязкости, что повышает требования к мощности насосов. Благодаря возможности изменения фазового состояния С02 характеризуется намного более высокими характеристиками теплообмена, чем традиционные жидкие хладоносители. Можно сконструировать вторичный контур с диоксидом углерода, в котором хладагент будет испаряться при низкой температуре в охлаждающем змеевике внутри витрины и конденсироваться в теплообменниках, расположенных в машинном зале, где теплота будет отводиться с помощью основной холодильной установки, поэтому холодильные витрины должны быть качественные. При этом следует иметь в виду, что при прекращении работы этой установки может произойти значительное повышение давления вследствие испарения содержащейся в системе жидкости. В этом случае обычно предусматривается выброс С02 в атмосферу.

Диоксид углерода можно эффективно использовать как в основном холодильном контуре, так и в системах прямого расширения. При отводе теплоты непосредственно в атмосферу субкритический цикл возможен, если температура наружного воздуха ниже 15 °С. Когда температура конденсации приближается к критическому значению, устанавливается транскритический холодильный цикл. Конденсация заменяется почти изобарным отводом теплоты при высокой температуре с последующим изоэнтальпийным расширением (благодаря дросселированию) с образованием жидкости. В этом случае необходимо использовать специальные компоненты и компрессоры высокого давления, поскольку максимальное давление в контуре достигает значений 8—10 МПа. Использование С02 вместо традиционного гидрофторуглерода R404A приводит к увеличению энергопотребления примерно на 8%, а затрат — на 10%. Неидеальный теплообмен происходит главным образом в газоохладителе и компрессоре. Его улучшение можно обеспечить путем модификации основного цикла с применением различных устройств или за счет использования двухступенчатых систем с субкритической низкотемпературной и транскритической высокотемпературной ступенями. В этой конфигурации одно и то же холодильное оборудование может обслуживать витрины-прилавки соответственно для замороженных и охлажденных продуктов. Для этого монтируют промежуточный сосуд давления, и жидкий С02 перекачивается во вторичный контур, обслуживаю