Wyobraźmy sobie chłodnię o powierzchni 3000 m², w której w lipcu temperatura na zewnątrz wzrasta do 38°C, a w zamrażalniach utrzymuje się -25°C. To właśnie w tym projekcie zwykle decyduje się o wyborze pomiędzy instalacją HFC a transkrytycznym systemem chłodniczym CO2 i w przypadku którego pojawia się większość niespodzianek budżetowych.
Wniosek pierwszy: transkrytyczny system CO2 radzi sobie z tym zadaniem, ale tylko wtedy, gdy strona wysokociśnieniowa jest do tego zaprojektowana od pierwszej szpuli rury. Ciśnienie tłoczenia w tych układach zwykle osiąga wartość od 80 do 120 barów, czyli trzy do czterech razy więcej niż w równoważnej instalacji R404A. Komponenty, rurociągi i elementy sterujące, które działają doskonale przy ciśnieniu 25 barów, przestają być akceptowalne przy ciśnieniu 100 barów. Ta pojedyncza liczba wpływa na wysiłek inżynieryjny, koszty i większość awarii zgłaszanych w instalacjach transkrytycznych.
Czym operacja transkrytyczna różni się od standardowej instalacji CO2
CO2 ma punkt krytyczny przy 31,0 °C i 73,8 barach. Poniżej tej temperatury czynnik chłodniczy skrapla się jak każdy inny gaz, a system zachowuje się w znany sposób podkrytyczny: oddawanie ciepła następuje przy ciśnieniu od 25 do 40 barów, a ciśnienie skraplania po prostu dostosowuje się do temperatury otoczenia.
Powyżej 31°C otoczenia żadne praktyczne ciśnienie nie zamienia CO2 z powrotem w ciecz. Skraplacz staje się chłodnicą gazu, czynnik chłodniczy opuszcza go w postaci jednofazowego płynu nadkrytycznego, a odprowadzanie ciepła zależy od zmiany temperatury w chłodnicy, a nie od kondensacji. Ciśnienie tłoczenia nie jest już powiązane z temperaturą otoczenia; staje się zmienną kontrolną, utrzymywaną przez wysokociśnieniowy zawór rozprężny na wartości zapewniającej najlepszy współczynnik COP. W praktyce często wynosi to 85 do 95 barów przy temperaturze otoczenia 35°C, podczas gdy ciśnienie projektowe po stronie wysokiego ciśnienia jest zwykle określane na 100 do 120 barów.
Dwie inne właściwości wpływają na układ. CO2 ma bardzo dużą objętościową wydajność chłodniczą, dlatego sprężarki i przewody ssące są zauważalnie mniejsze niż urządzenia HFC o tym samym tonażu. W większości zakładów przemysłowych stosuje się układ wspomagający: sprężarki niskotemperaturowe tłoczą do zbiornika odparowywacza lub na ssaniu sprężarek wysokiego stopnia, przy czym gaz rozprężny jest albo omijany, albo przetwarzany przez sprężarkę równoległą, co zapewnia lepszą wydajność przy częściowym obciążeniu.
Gdzie transkrytyczny CO2 się opłaca, a gdzie nie
W chłodnym klimacie i sezonach przejściowych transkrytyczny CO2 jest konkurencyjny pod względem energii i często tańszy w eksploatacji niż systemy HFC. W gorącym klimacie obraz się zmienia. W temperaturze otoczenia od 35 do 40°C instalacja całkowicie transkrytyczna może stracić od 10 do 20 procent współczynnika COP w porównaniu z dobrze dobraną alternatywą HFC, chyba że zastosuje wstępne chłodzenie adiabatycznej chłodnicy gazu, sprężanie równoległe lub eżektory.
Argumentem, który zwykle wygrywa, nie jest efektywność, ale odzysk ciepła. Cykl transkrytyczny odrzuca ciepło o wysokiej, płynnej temperaturze, dzięki czemu może wytwarzać ciepłą wodę sanitarną o temperaturze od 60 do 90 °C bez oddzielnej pompy ciepła, co jest cenne w mleczarniach, zakładach mięsnych i zakładach przetwórstwa spożywczego. Jeśli dodać do tego współczynnik GWP wynoszący 1 i znacznie mniejszą ilość czynnika chłodniczego, ekonomiczność często będzie ograniczona nawet w ciepłych regionach.
| Parametr | Podkrytyczny CO2 | Transkrytyczny CO2 |
|---|---|---|
| Wysokie ciśnienie | 25 do 40 barów | 80 do 120 barów |
| Odrzucenie ciepła | Kondensacja w stałej temperaturze | Rozsądne chłodzenie w chłodnicy gazowej |
| Kontrola ciśnienia | Podąża za temperaturą otoczenia | Aktywnie zoptymalizowany pod kątem COP |
| Najlepsze dopasowanie | Niski stopień kaskady, zimny klimat | Odzysk ciepła, obiekty przemysłowe o niskim GWP |
| Wrażliwość otoczenia | Umiarkowane | Wysoka |
Wybór komponentów decydujący o niezawodności
Sprężarki
Temperatury tłoczenia powyżej 100°C i stosunki ciśnień od 3 do 4 powodują prawdziwe obciążenie sprężarki. Sprężarki śrubowe są zwykle wybieranym wyborem w przypadku dużych zastosowań przemysłowych, ponieważ tolerują wysokie współczynniki ciśnień przy częściowym obciążeniu, podczas gdy maszyny tłokowe nadają się do mniejszych wydajności i mniejszych budżetów. Niezależnie od typu, chłodzenie wysokiego stopnia, zarządzanie olejem i strategię przegrzania na ssaniu należy ustalić na etapie wyboru, a nie na miejscu.
Sprężarka śrubowa do zastosowań w wysokociśnieniowym chłodnictwie przemysłowym Sprężarka śrubowa dwuwirnikowa z filmem olejowym lub napędem synchronicznym i bez teoretycznego kontaktu z metalem; dokonaj przeglądu swojej konstrukcji pod kątem wymagających zastosowań przemysłowych przy wysokim ciśnieniu. Zobacz produkt → Chłodnice gazu
Skraplacz chłodzony powietrzem stosowany jako chłodnica gazu musi być dobierany na podstawie temperatury podejścia, a nie temperatury skraplania, a ponadto wymaga większej powierzchni na kW, ponieważ nie ma ukrytego obowiązku, na którym można by się oprzeć. Cewki chłodzone powietrzem typu V i typu H są powszechnymi formatami przemysłowymi. W ciepłych miejscach wstępne chłodzenie natryskowe lub adiabatyczne może obniżyć efektywną temperaturę na wlocie o 8 do 12 K i odciążyć dużą stronę, dlatego rozstaw żeberek i możliwość czyszczenia wężownicy mają tak samo duże znaczenie jak wydajność nominalna.
Skraplacz chłodzony powietrzem typu V do przemysłowego chłodzenia gazów Skraplacz chłodzony powietrzem w kształcie litery V z powlekaną stalową obudową i kierowanym przepływem powietrza; przystosowany do zastosowań w przemysłowych chłodnicach gazu, gdzie dobór napędu dotyczy temperatury i możliwości czyszczenia wężownicy. Zobacz produkt → Parowniki i ekspansja
Sprzęt pokojowy to zwykle chłodnica powietrza z obiegiem pompowym lub chłodnica DX dostosowana do małej różnicy temperatur; zamrażarki niskotemperaturowe o temperaturze -30°C wykorzystują parownik niskotemperaturowy o dużej powierzchni i większym rozstawie żeberek, aby ograniczyć gromadzenie się szronu. Urządzenie rozprężne to element, w którym systemy transkrytyczne różnią się najbardziej: elektroniczny zawór wysokociśnieniowy ze sprzężeniem zwrotnym ciśnienia i temperatury, wspomagany przez zbiornik odprężający, wymiennik ciepła na linii ssawnej i sterownik, który utrzymuje optymalną stronę wysokiego ciśnienia w miarę zmieniania się otoczenia w ciągu dnia.
Parownik niskotemperaturowy DJ do szybkiego zamrażania Parownik niskotemperaturowy do magazynów szybkiego mrożenia poniżej -25°C, z monitorowanym działaniem i konstrukcją dostosowaną do zadań mrożenia żywności, farmaceutyków i chemikaliów. Zobacz produkt → Materiały, rurociągi i ryzyko, którego kupujący nie doceniają
Przy 100 barach zwykła praktyka przestaje działać. Rurociągi po stronie wysokiej są wykonane ze stali lub stali nierdzewnej o zweryfikowanej grubości ścianek, złączkach znamionowych i udokumentowanych podporach; miedź jest ograniczona do małych średnic, jeśli pozwala na to ciśnienie znamionowe producenta, a mosiądz w ogóle nie powinien pojawiać się na wyższej stronie. Zawory nadmiarowe, płytki bezpieczeństwa i przewody odpowietrzające muszą być dobrane odpowiednio do pełnego przepływu masowego i poprowadzone do bezpiecznego miejsca wylotu, zgodnie z normami EN 378, ISO 5149 lub obowiązującymi przepisami lokalnymi.
Wilgoć to drugie ryzyko. CO2 i woda tworzą kwas węglowy, który atakuje stal od wewnątrz i zatyka osuszacze i zawory, dlatego system wymaga osuszaczy ze środkiem pochłaniającym wilgoć o odpowiedniej wielkości, przepłukiwania suchym azotem i zdyscyplinowanego protokołu opróżniania przed ładowaniem. Olej jest trzecim miejscem: CO2 rozpuszcza się w oleju POE, zmienia jego lepkość i może migrować ze sprężarki, co sprawia, że separatory oleju, wskaźniki poziomu oleju i wzierniki są standardem, a nie dodatkami. Większość problemów w terenie ma swoje korzenie w tych trzech obszarach, a nie w samych sprężarkach i dlatego w ogóle takie występują Analiza usterek układu chłodniczego w chłodni należy rozpocząć od odczytów ciśnienia, wskaźników wilgoci i kontroli poziomu oleju.
Praktyczna lista kontrolna specyfikacji
Zanim poprosisz o wycenę, umieść te numery na jednej stronie. Zmieniają projekt bardziej niż jakikolwiek wybór marki:
- Projektowa temperatura otoczenia termometru suchego i roczna liczba godzin powyżej 25°C.
- Temperatury w pomieszczeniu i jednoczesne obciążenia chłodnicze, łącznie z pracą w trybie schładzania.
- Wymagana temperatura odzysku ciepła i dzienna ilość ciepłej wody, jeśli występuje.
- Wysokie ciśnienie projektowe po stronie wysokiego ciśnienia i standard, jaki musi spełniać instalacja.
- Objętość maszynowni, stopień wentylacji i układ detekcji gazu.
- Zasilanie elektryczne, platforma sterownicza i zdalne monitorowanie oczekiwań.
Zhejiang Brozer od ponad 21 lat produkuje sprężarki półhermetyczne i montuje urządzenia chłodnicze, a produkcja jest eksportowana do ponad 80 krajów, a większość dyskusji transkrytycznych, do których dołączamy, zaczyna się właśnie od tej listy.
Często zadawane pytania
Czy CO2 jest bezpieczny w roślinach spożywczych?
CO2 ma klasę A1, jest nietoksyczny i niepalny, ale wypiera tlen w zamkniętych przestrzeniach, dlatego obowiązkowe jest wykrywanie nieszczelności, wentylacja na niskim poziomie i wyraźne oznakowanie. Drugim zagrożeniem jest wysokie ciśnienie, które można rozwiązać za pomocą urządzeń nadmiarowych i komponentów o odpowiednich parametrach, a nie wyłącznie poprzez zachowanie ostrożności proceduralnej.
Czy układ transkrytyczny może pracować w gorącym klimacie?
Tak, z adiabatycznym chłodzeniem wstępnym, sprężaniem równoległym lub eżektorami. Należy spodziewać się nieco wyższych kosztów kapitałowych i niewielkiego spadku wydajności w porównaniu z instalacją o łagodnym klimacie.
Czy istniejącą instalację R404A można przekształcić?
Rzadko. Sprężarki, rurociągi, zawory i elementy sterujące wymagają od trzech do czterech razy wyższych ciśnień, więc konwersja w praktyce oznacza nową, wyższą stronę.
Jakiej konserwacji wymaga strona wysoka?
Kalibracja przetwornika ciśnienia, kontrola reakcji zaworów, czyszczenie chłodnicy gazu i coroczna kontrola urządzeń nadmiarowych i płytek bezpieczeństwa.
Transkrytyczny CO2 nie jest technologią dostępną; jest to inny reżim ciśnienia z własnymi regułami składowymi. Zapewnij odpowiednie ciśnienie projektowe, dobierz chłodnicę gazu i odpowiednią kontrolę wilgotności, a instalacja będzie działać przez dziesięciolecia na czynniku chłodniczym, który nigdy nie zostanie wycofany. Zrozum ich źle, a oszczędności znikną już pierwszego gorącego lata.
