Вестник УКЦ АПИК: Использование промежуточного теплоносителя более энергоэффективно, чем прямое охлаждение

Использование систем охлаждения вторичным хладагентом в холодильных камерах, не предназначенных для заморозки, может быть более энергоэффективным, чем применение систем с непосредственным испарением. Доказательством служат исследования потребления энергии при эксплуатации этих двух типов систем в одних и тех же условиях, проводившиеся европейскими специалистами на протяжении более двадцати лет.

В морозильных камерах, предназначенных для охлаждения ниже –18 °C, тем не менее, прямое охлаждение почти всегда эффективнее непрямого. Однако и в этом случае у систем охлаждения с промежуточным теплоносителем есть некоторые преимущества.

Следует оговориться, что в данной статье под оборудованием, использующим принцип непосредственного испарения, подразумеваются установки с терморегулирующими расширительными вентилями, отличающиеся оптимальными рабочими характеристиками.

Практический опыт

Почему при аналогичных условиях работы реальное годовое энергопотребление систем охлаждения вторичным хладагентом оказывается меньше, чем у систем с непосредственным испарением? Холодильные установки обоих типов рассчитываются исходя из проектной нагрузки, которая соответствует пиковым значениям температуры окружающего воздуха. В течение года такие значения наблюдаются крайне редко. Параметры окружающей среды постоянно изменяются, и фактическое потребление энергии в течение года существенно отличается от проектного.

Количество киловатт-часов электроэнергии E_c (E_c+E_p), используемой для охлаждения, измерить достаточно просто, а вот холодопроизводительность Q₂ и потери тепла в конденсаторе Q₁ с необходимой точностью можно оценить лишь в лабораторных условиях.

Принципы охлаждения вторичным хладагентом и непосредственного испарения

В системах охлаждения с непосредственным испарением кипящий хладагент отделен от холодильной камеры стенкой испарителя. При охлаждении промежуточным теплоносителем воздух или продукты охлаждаются рассолом или вторичным хладагентом, который, в свою очередь, охлаждается герметичным холодильным контуром. Это означает, что при равных условиях окружающей среды и при равной температуре охлаждаемого продукта система охлаждения вторичным хладагентом теоретически работает при более низкой температуре испарения, что приводит к повышению энергопотребления. Поэтому подавляющее большинство инженеров считают, что системы охлаждения с непосредственным испарением более энергоэффективны.

Показатели работы систем за несколько сезонов

В теоретических расчетах системы охлаждения с непосредственным испарением выглядят более привлекательно, но нельзя забывать, что эти расчеты делаются только для проектных значений. В реальной жизни такие значения наблюдаются в лучшем случае несколько часов в году. В остальное время система работает с неполной загрузкой.

Терморегулирующие вентили систем охлаждения с непосредственным испарением не всегда работают так, как запланировано. При неполной загрузке давление испарения в системе с ТРВ понижается, и система отключается. Затем, давление вновь начинает расти, и компрессор опять включается. Потом цикл повторяется.

Недостатки и преимущества систем охлаждения вторичным хладагентом

Системы охлаждения вторичным хладагентом недешевы. Не все подрядчики готовы браться за их проектирование, что еще больше увеличивает их стоимость. Однако опытный подрядчик может убедить потенциального покупателя в правильности выбора таких систем, объяснив следующие преимущества данного решения:

• С учетом суточных и сезонных колебаний нагрузки и температуры энергопотребление системы в течение длительного периода времени будет меньше, чем при использовании прямого охлаждения.
• Проектировщик не ограничен в выборе холодильного агрегата и хладагента.
• Полный КПД одной большой системы выше, чем КПД нескольких небольших.
• Система охлаждения вторичным хладагентом стабилизирует и распределяет нагрузку от различных холодильных агрегатов, время работы которых не совпадает. Поэтому для одних и тех же условий мощность компрессоров такой системы может быть меньше, чем в случае с системой охлаждения с непосредственным испарением.
• В конструкции системы охлаждения не нужен терморегулирующий вентиль, который затрудняет стабилизацию рабочих характеристик при переменных условиях эксплуатации.
• Такие системы обеспечивают стопроцентное использование поверхности теплообменника. При наличии ТРВ 25–35% этой поверхности используется для перегрева.
• При температуре поверхности около 0 °C операция оттаивания становится более гибкой и энергоэффективной. Из-за циркуляции жидкости включение электронагревателей в таких системах не приводит к локальному росту температуры. Продолжительность оттаивания сокращается.
• Подключенная мощность (кВ•А) одной большой системы меньше, чем нескольких небольших систем, что обеспечивает снижение расходов на электроэнергию.
• Точная регулировка температуры и влажности позволяет создать более благоприятные условия хранения продуктов.
• Уменьшается время простоя системы и упрощается перегруппировка холодильников, витрин или прилавков.
• Сокращаются потери хладагента. При этом исчезает необходимость в постоянном присутствии квалифицированных техников.
• Накопление тепла во вторичном хладагенте или рассоле обеспечивает стабильность работы холодильной установки, сокращая число включений-выключений компрессоров. В результате срок службы оборудования увеличивается, а амортизация за тот же период сокращается.
• Поскольку система охлаждения вторичным хладагентом имеет определенную остаточную стоимость, амортизационные издержки оборудования снижаются.
• Настройка системы и ее эксплуатация не требуют больших затрат.
• Применение центрального агрегата позволяет более рациональнее использовать производственные площади.

Переделка систем с непосредственным испарением в холодильные установки с вторичным хладагентом

За последние 30 лет некоторая часть систем с непосредственным испарением была переоборудована в системы непрямого охлаждения. При этом их старые испарители были приспособлены для использования рассола вместо хладагента. По данным службы эксплуатации, параметры работы улучшились. Это произошло потому, что раньше использованию теплообменников на полную мощность препятствовали терморегулирующие клапаны.

Переоборудование систем с непосредственным испарением в системы с вторичным хладагентом с сохранением ранее использовавшихся испарителей позволяет добиться и энергосбережения, и более адекватных условий в холодильной камере. Было проведено сравнение многолетних результатов наблюдения за этими системами в одних и тех же условиях. Оказалось, что системы охлаждения с непосредственным испарением потребляют 38 кВт•ч на кубический метр в год, в то время как системы охлаждения с вторичным хладагентом — 21 кВт•ч.

Будущее холодильной отрасли

Коммерческие преимущества систем охлаждения с вторичным хладагентом очевидны. Однако подрядчик должен принять на себя всю полноту ответственности за проектирование и ввод в эксплуатацию таких систем. При этом к проектированию и монтажу дополнительных трубопроводов системы охлаждения должны предъявляться такие же высокие требования, как и к основному холодильному контуру.

Как уже было сказано, проектировщики установок непрямого охлаждения не ограничены в выборе хладагентов, что делает такие системы привлекательными и с точки зрения экологии. Поскольку вместо гидрофторуглеродов они могут работать и на углеводородах, и на аммиаке — то есть веществах с низкими потенциалами разрушения озонового слоя и глобального потепления.

Статью подготовил Андерс Линдборг