Аммиак + диоксид углерода

Каскадные холодильные установки, в которых в качестве хладагента высокотемпературного контура выступает аммиак (NH₃, R717), а диоксид углерода (CO₂, R744) используется как хладагент низкотемпературного контура или как промежуточный холодоноситель („рассол“), отличаются рядом преимуществ:

• оптимальный температурный режим для каждого хладагента
• более высокая безопасность за счет значительного сокращения количества аммиака в системе по сравнению с чисто аммиачными установками аналогичной производительности
• меньшие габариты и материалоемкость: благодаря использованию диоксида углерода уменьшаются габариты охлаждающих устройств и диаметр всасывающих трубопроводов (в контуре CO₂) по сравнению с чисто аммиачными установками аналогичной производительности.

Аммиачная холодильная машина с CO₂ в качестве вторичного холодоносителя

Холодильные машины, в которых аммиак используется в качестве хладагента для охлаждения жидкого CO₂, выступающего в роли вторичного холодоносителя, могут использоваться для заморозки, низко-, средне- и высокотемпературного хранения.

CO₂ в теплообменниках потребителей холода таких систем не просто нагревается, забирая тепло от охлаждаемого тела или среды, но и частично испаряется, что повышает эффективность охлаждения и позволяет использовать компоненты, арматуру и трубопроводы меньших габаритов.

Схема такой установки представлена ниже:

CO₂ охлаждается в каскадном теплообменнике, который для аммиачной холодильной машины является испарителем, а для контура CO₂ – конденсатором, и поступает в ресивер, откуда насосом подается на теплообменник потребителя холода (испаритель). Жидкий холодоноситель после этого возвращается в ресивер, а газообразный поступает на каскадный теплообменник для конденсации.

Каскадные системы охлаждения на NH₃/CO₂

Пример каскадной системы, использующей CO₂ в качестве фазопереходного хладагента на стороне низкого давления, а NH₃ – на стороне высокого давления, приведен на схеме ниже:

В этой схеме жидкий CO₂ также подается из ресивера в теплообменник потребителя холода (испаритель) насосом. После частичного испарения жидкий CO₂ возвращается в ресивер, а газообразный – сжимается в компрессоре и конденсируется в каскадном теплообменнике, выполняющем для аммиачного контура функцию испарителя.

Применение такой схемы позволяет сократить количество заправляемого аммиака по сравнению с чисто аммиачной системой примерно в 10 раз.

Варианты сочетания различных схем

В каскадных системах могут использоваться различные сочетания технологий непосредственного кипения и насосной подачи хладагента, а также применения вторичного холодоносителя.

Ниже представлены примеры решений, позволяющих организовать снабжение потребителей холодом нескольких температурных уровней.

На первой схеме представлена система, в которой для снабжения холодом низкотемпературных потребителей используется контур CO₂, подключенный через каскадный теплообменник к традиционной холодильной установке (которая может работать, в том числе, и на NH₃), снабжающей потребителей среднетемпературным холодом.

На второй схеме представлена комбинированная система, в которой для снабжения холодом среднетемпературных потребителей используется насосная подача CO₂, а низкотемпературный холод создается за счет непосредственного кипения CO₂ и последующего сжатия его паров компрессором.

Дополнительные материалы:

• Автоматизированный склад-холодильник в Канаде внедряет интегрированную систему на CO₂
• Программа углеродных кредитов как способ уменьшить стоимость перехода на природные хладагенты
• Аммиачная холодильная установка мясоперерабатывающего предприятия как один из первых примеров достижения углеродной нейтральности
• В Бресте запущена каскадная система холодильной мощностью 16 МВт, использующая природные хладагенты
• GEA Refrigeration Technologies: холод в море под контролем
• Энергоэкологические парадигмы холодильных агентов
• Хладагенты и окружающая среда
• Природные хладагенты в Северной Америке. Промышленность и особые сферы применения
• Бразильские супермаркеты выбирают CO₂
• Новейшие японские, китайские и австралийские аммиачно-углекислотные системы на ATMOsphere Asia 2014
• Природные хладагенты в Северной Америке. Продовольственное снабжение
• Природные хладагенты захватывают коммерческое охлаждение
• Диоксиду углерода нужна помощь друга — аммиака
• Холодильные установки на аммиаке в Китае
• Опыт использования аммиака в Африке, Таиланде и Китае: итоги конференции в Бангкоке
• Конференция IIAR 2014: победное шествие CO₂ по Бразилии
• Тенденции развития аммиачных холодильных систем
• United States Cold Storage инвестирует в аммиачно-углекислотные каскадные системы