Проектирование и подбор оборудования с учетом минимизации воздействия на климат. Оценка общего коэффициента эквивалентного потепления (ОКЭП)

Новаторский характер проекта ЮНИДО/ГЭФ-Минприроды России «Поэтапное сокращение потребления гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) и стимулирование перехода на не содержащее ГХФУ энергоэффективное холодильное и климатическое оборудование в Российской Федерации посредством передачи технологий» заключается в одновременном решении вопросов вывода из обращения озоноразрушающих веществ и сокращения выбросов парниковых газов.

Исследования показывают, что в наибольшей степени на климат влияют непрямые выбросы, связанные с потреблением электроэнергии в течение жизненного цикла оборудования. Прямые выбросы превышают норму лишь в некоторых отраслях российской промышленности, в целом объем утечек всего на 10–15 % выше, чем у самых современных европейских установок.

Анализ имеющихся данных ясно указывает на рост важности вопроса энергосбережения при выборе, разработке и эксплуатации холодильного и климатического оборудования. Однако владельцы и эксплуатирующие компании не спешат вкладывать деньги в более дорогостоящие, хотя и более эффективные системы, несмотря на то, что эксплуатация таких систем обойдется дешевле. При этом одним из самых серьезных препятствий для распространения более эффективных систем являются действующие нормативные документы.

В качестве индикатора воздействия оборудования на климат Многосторонний фонд по осуществлению Монреальского протокола (МФМП) предлагает использовать параметр MCII (Multilateral Fund Climate Impact Indicator). Метод определения MCII основан на моделировании работы холодильных систем с использованием законов теоретической термодинамики и сведений о термофизических свойствах хладагентов. Такой подход не всегда позволяет достоверно определить фактическое воздействие оборудования на климат. Это связано с тем, что теоретическая модель не всегда точно описывает работу реальных систем, а также с существенным влиянием условий эксплуатации этих систем на уровень их климатического воздействия.

Наиболее подходящим параметром для сравнения воздействия на климат различных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК) является оценка ОКЭП – общего коэффициента эквивалентного потепления. ОКЭП вычисляется на основе общего объема парниковых газов, выпущенных в атмосферу за все время службы оборудования и при уничтожении рабочих жидкостей по истечении срока эксплуатации. При оценке ОКЭП учитываются как прямые неконтролируемые выбросы, так и непрямые выбросы, связанные с потреблением энергии во время эксплуатации оборудования (объем СО₂, образующегося при сжигании ископаемого топлива для производства энергии, которая необходима для работы оборудования в течение всего срока его службы).

Единица измерения ОКЭП – килограмм в эквиваленте СО₂ (СО₂-экв).

Для полноты анализа показатель потенциала воздействия на климат на протяжении срока службы (LCCP) учитывает как непрямые выбросы (образующиеся при потреблении энергии при производстве и перевозке химических веществ, а также при производстве, сборке деталей и утилизации оборудования с истекшим сроком эксплуатации), так и прямые выбросы (хладагента, продуктов взаимодействия с атмосферой) во время производства и в течение всего срока службы оборудования.

LCCP охватывает несколько особых параметров, не включаемых в ОКЭП, а именно: объем прямых неконтролируемых выбросов в процессе производства оборудования и хладагентов, а также выбросов парниковых газов, связанных с потреблением энергии в процессе производства и эксплуатации оборудования.

Например, на неконтролируемые выбросы и потребление энергии в процессе производства хладагентов R134a и R404A, как правило, приходится около 1 % парникового воздействия.

В силу требования контролировать выбросы парниковых газов, установленного Киотским протоколом, необходим постоянный тщательный расчет и оценка видов деятельности, условием ведения которых является энергопотребление. Многие из них могут сопровождаться выбросом не одного, а нескольких парниковых газов. ОКЭП предназначен для вычисления общего объема выбросов парниковых газов конкретных видов оборудования, в данном случае холодильного и климатического. Следует отметить, что наибольший вклад стационарного холодильного и климатического оборудования в глобальное потепление обеспечивается в процессе производства электроэнергии для питания этого оборудования.

Следует подчеркнуть, что смысл имеет сравнение ОКЭП систем с одинаковым назначением и функциями. Сравнение, например, значений ОКЭП бытового холодильника и прилавка-витрины в супермаркете не имеет практической ценности.

ОКЭП действующей холодильной системы можно определить на основании данных о фактическом потреблении хладагента и энергии (как правило, в течение года). Однако целью проекта является использование эмпирических данных о действующих системах для создания модели применения оценки ОКЭП на этапе проектирования, что поможет выбрать оптимальный вариант и инвестировать в технологии с низким уровнем выбросов.

Ниже представлен метод вычисления ОКЭП новых стационарных парокомпрессионных холодильных и климатических систем, электроснабжение которых осуществляется через электросеть.

ОКЭП = ПГП прямых выбросов (утечек хладагента, в том числе из оборудования с истекшим сроком эксплуатации) + ПГП непрямых выбросов (во время эксплуатации) = (ПГП×m×L_год×n) + (ПГП×m×(1- α_извл)) + (E_год×β×n), где
ПГП – потенциал глобального потепления хладагента в эквиваленте СО₂ (ПГП СО₂ = 1);
L_год – объем утечек в год, кг;
n – срок эксплуатации системы, годы;
m – количество хладагента в системе, кг;
α_извл – коэффициент извлечения/переработки (от 0 до 1);
E_год – годовое энергопотребление, кВт•ч в год;
β – объем непрямых выбросов (кг СО₂ на 1 кВт•ч).

Формула вычисления ОКЭП приведена, в частности, в стандарте EN 378-1:2008 «Холодильные системы и тепловые насосы. Требования безопасности и охраны окружающей среды. Приложение Б». Если изоляция (например, прилавков-витрин) или другие компоненты холодильной или отопительной системы могут быть источником парниковых газов, ПГП этих газов должен быть включен в приведенную выше формулу.

Данный метод предназначен для прогнозной оценки значений ОКЭП новых систем, сравнение которых будет достаточно достоверным даже в случае подготовки разными специалистами.

Пример расчета ОКЭП автономного прилавка-витрины для розничной торговли

Так как у автономного прилавка-витрины для розничной торговли нет вспомогательных агрегатов, его годовое энергопотребление можно определить, основываясь на энергетических характеристиках, предоставленных изготовителем.

Исходные данные для расчета:

Тип – низкотемпературная камера одинарной ширины (классификация AS 1731, RS13);
Полная площадь витрины – 1 м²;
Место расположения – кондиционируемое торговое пространство. Коэффициент выбросов при выработке электроэнергии = 1,23 кг в СО₂-экв. на 1 кВт•ч.
Срок эксплуатации – 10 лет;
Вспомогательное оборудование отсутствует, автоматическое оттаивание входит в общий объем энергопотребления.

Вариант 1

Хладагент – R404A, ПГП = 3 784;
Количество хладагента – 380 г, объем утечки — 1 % в год, сбор хладагента по окончании срока эксплуатации оборудования — 70 %;
Энергопотребление – 8,00 кВт•ч в день на 1 м² (соответствует минимальным стандартам энергоэффективности (MEPS));
Годовое энергопотребление – 3 884 кВт•ч;
Прямые выбросы (в том числе из оборудования с истекшим сроком эксплуатации) = (ПГП×m×L_год×n) + (ПГП×m×(1- α_извл)) = (3 784×0,38×0,01×10) + (3 784×0,38×0,3)= 589 кг;
Непрямые выбросы = (E_год×β×n) = 3 884×1,23×10 = 47 768 кг
ОКЭП = 48,4 тонн в СО₂-экв.

Вариант 2

Хладагент – R404A, ПГП = 3 784;
Количество хладагента – 380 г, объем утечки — 1 % в год, сбор хладагента по окончании срока эксплуатации оборудования — 70 %;
Энергопотребление – 5,90 кВт•ч в день на 1 м² (соответствует максимальным стандартам энергоэффективности (HEPS));
Годовое энергопотребление – 2 864 кВт•ч;
Прямые выбросы (в том числе из оборудования с истекшим сроком эксплуатации) = (ПГП×m×L_год×n) + (ПГП×m×(1- α_извл)) = (3 784×0,38×0,01×10) + (3 784×0,38×0,3)= 589 кг;
Непрямые выбросы = (E_год×β×n) = 2 864×1,23×10 = 35 229 кг;
ОКЭП = 35,8 тонн в СО₂-экв.

Вариант 3

Хладагент – R290 (пропан), ПГП = 0;
Количество хладагента – 320 г;
Энергопотребление – 8,00 кВт•ч в день на 1 м² (соответствует минимальным стандартам энергоэффективности (MEPS));
Годовое энергопотребление – 3 884 кВт•ч;
Прямые выбросы = 0 кг;
Непрямые выбросы = (E_год×β×n) = 3 884×1,23×10 = 47 768 кг
ОКЭП = 47,8 тонн в СО₂-экв.
ОКЭП модели на хладагенте R290 с энергопотреблением, соответствующим HEPS, будет равняться 35,2 метрическим тоннам в СО₂-экв.

Заключение

На практике на стадии проектирования крайне сложно достоверно определить вклад конкретной системы в глобальное потепление. В применении к холодильным и климатическим системам главное назначение ОКЭП – служить средством для сравнения различных систем, работающих в определенной сфере применения.

В отчете МГЭИК говорится о 35-процентной погрешности для значений ПГП, которая является сочетанием различных погрешностей, в том числе фактической продолжительности пребывания СО₂ в атмосфере. Погрешность сравнения значений для фторуглеродов составляет около 10 %.

Это значит, что если при сравнении двух холодильных систем с различными хладагентами рассчитанные значения их ОКЭП отличаются менее, чем на 10 %, то вклад этих систем в глобальное потепление будет одинаковым.

ОКЭП можно использовать для сравнения альтернативных предложений по модификации действующих систем. У работающей системы известны многие рабочие параметры, так что расчет может быть основан на них.

Эквивалент энергопотребления для производства и транспортировки хладагента и холодильного оборудования в расчет ОКЭП не включен. Несмотря на то что воздействие этих процессов на климат можно выразить в ОКЭП, получаемые значения незначительны. Объем выбросов СО₂ в процессе производства компонентов оборудования учитывается при расчете потенциала влияния на климат на протяжении срока службы (LCCP).

В следующих статьях цикла, посвященного данному аспекту проекта «Поэтапное сокращение потребления гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) и стимулирование перехода на не содержащее ГХФУ энергоэффективное холодильное и климатическое оборудование в Российской Федерации посредством передачи технологий» мы расскажем о способах повышения энергоэффективности климатического и холодильного оборудования, а также о зависимости энергопотребления систем от погодных условий.