Технології системи охолодження на СО2, розвінчування міфів, Київ

Любов Половова, засновник та керівник компанії Subzero ділиться досвідом, технологією та перевагами застосування СО2 в аграрному секторі та розвінчує помилкові міфи про його використання.

Згідно Монреальському протоколу та Кегелійській поправці до нього, холодоагенти з високою озоноруйнівною активністю будуть мінімізовані в усьому світі через їх шкідливий вплив на навколишнє середовище. Підприємства шукають екологічно безпечні альтернативи. Однак універсального рішення не існує.

Транскритичні або субкритичні системи охолодження CO2 поширені в Європі, Азії та США на багатьох підприємствах харчової промисловості, холодильних складах і комерційних підприємствах. Охолодження з використанням CO2 є гідною альтернативою системам на ХФВ, ГХФВ та аміаку.

– Любов, розкажіть, будь-ласка, про принцип роботи системи охолодження на СО2.
Розглянемо принципову схему класичного СО2-бустера з одним ступенем стиснення.

Компресор нагнітає гарячі пари в рекуперативний теплообмінник, потім газ рухається в газоохолодник, далі – на дроселюючий клапан, який підтримує оптимальні тиск та температуру в газоохолоднику. Після клапана тиск та температура падає, і вуглекислота конденсується в ресивері. З ресивера рідка вуглекислота подається на випарники. Пари вуглекислоти відкачуються компресором, і цикл повторюється.

Незвичайною виглядає лінія від ресивера до лінії всмоктування компресора, але все цілком логічно: в ресивері накопичується флеш-газ, який суттєво підвищує тиск. Для запобігання його надмірного зростання компресор відкачує зайві пари СО2.

– Які основні технологічні та економічні переваги СО2 перед іншими системами?
Холодильна система на СО2 може забезпечувати підприємство не лише холодом, а й гарячим водопостачанням з температурою води до 80°С.
Суттєве зменшення діаметрів трубопроводів системи.
Зменшення споживання електроенергії у порівнянні з класичними системами в аналогічних умовах (залежить від умов роботи та концепції системи).
Зручно комбінувати контури системи із різними температурами кипіння.
Низький рівень шуму під час роботи компресорів.
Вуглекислота – вибухобезпечна, негорюча та відносно нетоксична речовина.
Низька ціна на вуглекислоту.
– Як, наприклад, в агросекторі, можна застосовувати цю технологію?
Підприємства з переробки та зберігання агропродукції (овочі, фрукти, ягоди) повинні дотримуватися певного технологічного процесу (прийомка, попереднє охолодження, заморозка, сортування, зберігання). Всі ці процеси повинні відбуватися за різних температурних режимів і, відповідно, за різних температур кипіння холодоагента.

Які варіанти вирішення цієї задачі? Найочевидніше – для кожного температурного режиму використовувати окремий агрегат. Хоча це просте та надійне рішення, проте такий шлях суттєво збільшує капіталовкладення на обладнання. СО2-бустер дозволяє комбінувати в собі контури з різними температурами кипіння в одну систему.

– Які особливості в обслуговуванні системи та обладнання для СО2. Якими додатковими знаннями та навичками має володіти спеціаліст, працюючий з таким обладнанням?
Принципово обслуговування системи на вуглекислоті не відрізняється від обслуговування системи на ХФВ-холодоагентах. Відмінності в деталях, і спричинені вони фізикохімічними властивостями СО2. Наприклад:

для контролю роботи системи на вуглекислоті необхідна відповідна манометрична станція, розрахована на значно вищі тиски та із захисними кріпленнями рукавів;
при розгерметизації системі (аварійній чи плановій, для проведення сервісних робіт) або під час заправки існує ризик утворення сухого льоду. Проведення подальших робіт та запуск системи неможливий, поки він повністю не випарується;
після кожної розгерметизації елемента системи, в якому є ущільнююча прокладка, її необхідно замінювати на нову, оскільки вона стає непридатною для повторного застосування;
контакт вуглекислоти із тілом людини може викликати термічний опік. Крім того, висока концентрація вуглекислоти в повітрі суттєво погіршує стан людини, тому важливо контролювати цей показник.
В цілому, технічний спеціаліст, який контролює роботу або обслуговує систему на вуглекислоті, зобов’язаний мати відповідну кваліфікацію, знати правила роботи та дотримуватись їх. Крім того, інженери нашої компанії проводять попереднє навчання та інструктаж з технічними спеціалістами компанії замовника, а також надаємо сервісне обслуговування обладнання.

– Які основні аргументи відмовитись від фреону на користь СО2?
Серед усіх холодильних агентів вуглекислота – найперспективніша по наступним параметрам:

високі показники безпеки;
мінімальний негативний вплив на навколишнє середовище;
високі теплофізичні показники; (//apkua.com)
експлуатаційна економія;
економічна життєздатність;
наявність та доступність.
Враховуючи необхідність виведення із ужитку до 2030 р. холодоагентів, що негативно впливають на навколишнє середовище, у систем на СО2 довготривала життєздатність в цих умовах.

До речі, згідно із статистичними даними Danfoss, середньорічні витоки холодоагенту в атмосферу складають близько 15% від маси заправки системи. Враховуючи, що для СО2 GWP=1, тоді як для R507, наприклад, GWP=3900, вуглецевий слід та прямий вплив на навколишнє середовище у систем на СО2 на декілька порядків менше, ніж у систем на ХФВ.

– Якщо говорити про фінансову сторону використання систем охолодження на СО2, яка економія при її впровадженні та експлуатації?
При виборі оптимальних рішень в проекті, різниця в експлуатаційних затратах може складати до 15% на користь системи на вуглекислоті. При цьому вибір концепції системи, яка працює неефективно в конкретних умовах, може призвести до суттєвих переплат на купівлю обладнання, затрати електроенергії, сервісне обслуговування, і врешті-решт система на вуглекислоті може стати не рішенням, а проблемою для замовника.

Важливо здійснювати комплексний підхід до проектування будь-яких систем, враховувати максимальну кількість факторів та обирати оптимальне рішення, яке задовольнятиме конкретні технічні завдання.

– В яких умовах використання такої системи виправдане, а в яких – ні?
Станом на 2021 рік в Україні, економічно доцільно використовувати системи на СО2 з холодопродуктивністю не менше 75 кВт.

Також необхідно обрати найбільш відповідну під конкретні умови концепцію системи. Взагалі, універсальних критеріїв, які визначають доцільність того чи іншого рішення, не існує. Необхідно саме порівнювати розрахункову продуктивність та економічну ефективність і приймати відповідне рішення.

– Які найпоширеніші побоювання споживачів стосовно використання систем СО2?
Я б радше назвала це «міфами» або помилками, які легко розвінчуються, якщо розуміти технологію та специфіку роботи, технологічні процеси:

Міф №1: CO2 занадто небезпечний
При неправильних умовах використання всі холодоагенти можуть заподіяти шкоду. Деякі характеристики, що викликають побоювання з приводу СО2, збігаються з його перевагами. Високий робочий тиск лякає, але це функція, що дозволяє знизити витрати на обладнання і підвищити енергоефективність. При правильному проектуванні, монтажі та введенні в експлуатацію, система CO2 так само безпечна, як і будь-яка інша.

Міф № 2: використання CO2 вимагає виявлення витоків, що не обов’язково для інших холодоагентів.
Як і багато холодоагентів, CO2 представляє з себе газ без кольору і запаху. Відповідно, необхідне виявлення витоків в машинному відділенні і в холодильних камерах.

Однак, прилади для виявлення витоків потрібні завжди, незалежно від холодоагенту. СО2 широко використовується на виробничих підприємствах з вентиляцією і виявленням витоків в місцях використання.

Важливо відзначити, що для CO2 необхідна правильна технологія виявлення витоків через його присутність в організмі людини. Інструменти, які вимірюють тільки рівень кисню, не підходять.

Міф № 3: установка та експлуатація системи CO2 дорожча.
У більшості випадків каскадні системи з CO2 дешевші в установці і експлуатації, ніж двоступеневі аміачні системи для низькотемпературних застосувань.

Унікальні фізичні властивості CO2 також дають перевагу при використанні в якості вторинного холодоагенту для високотемпературних застосувань. Висока щільність пари і летючість в поєднанні дозволяють домогтися набагато менших вимог до насосів (для схем з насосною циркуляцією) і діаметрів трубопроводів у порівнянні з системами, які працюють на інших холодильних агентах, що знижує капітальні та експлуатаційні витрати.

При інвестуванні в нову систему охолодження, власники і оператори повинні розглянути можливість використання каскадних систем з CO2 або насосно-циркуляційних систем. Незалежно від того, чи хочете ви мінімізувати обсяг аміаку, зменшити вуглецевий слід або і те, і інше, CO2 часто є життєздатним і економічним варіантом, що забезпечує:

Економічну установку та експлуатацію
Підвищену енергоефективність в порівнянні з гліколем
Зниження витрат на заправку холодоагента
Холодоагент з нульовим потенціалом руйнування озонового шару (ODP) і 1 потенціалом глобального потепління (GWP).