Исследование показало, что COP каскадных холодильных систем на R717/CO2 на индийских предприятиях по переработке морепродуктов на 35% выше, чем у систем на R404A
01 Марта 2024
Новое исследование процессов глубокой заморозки в рыбоперерабатывающей отрасли Индии показало, что годовой COP каскадных холодильных систем, использующих хладагенты R717 (аммиак) и R744 (CO2), на 35% выше, чем у систем на ГФУ R404A.
В исследовании моделировался эффект от перевода аппарата шоковой заморозки холодильной мощностью 60 кВт, работающего при температуре -42°C с системы холодоснабжения на R404A на каскадную систему, использующую аммиак и CO2. Холодильная мощность, входная электрическая мощность и массовый расход хладагента вычислялись согласно полиномиальным уравнениям компрессора. Для расчета брались данные компрессоров Bitzer для аммиака и CO2.
Вычислялась производительность для климатических условий городов Веравал, Мумбаи и Кочи на западном побережье Индии, и городов восточного побережья – Ченнай, Визак и Калькутта. Эти города отличает тропический климат с практически постоянной температурой наружного воздуха в пределах 26–35°C и относительной влажностью от 55 до 85% в зависимости от времени года.
«Для прибрежных городов на западе и востоке Индии результаты выглядят многообещающими, – говорится в исследовании. – Каскадные системы на NH3/CO2 показывают стабильную производительность с COP в диапазоне от 1,33до 1,42 на западе и от 1,28 до 1,45 на востоке. Системы на R404A оказываются менее эффективны, их COP находится в диапазоне между 0,81 и 0,95 для запада и между 0,72 и 1,03 для востока, соответственно».
Исследование под названием «Сохранение природных хладагентов в рыбоперерабатывающей отрасли Индии» подготовлено командой из 10 ученых. Работа поддержана индийско-норвежским проектом Future Refrigeration India: INDEE+. INDEE+ финансируется Министерством иностранных дел Норвегии и содействует переходу холодильной и климатической отраслей Индии на более экологически безопасные технологии.
По информации компании Cochin Food Tech, каскадная система на аммиаке и CO2 успешно внедрена рыбопереработчиком NAS Fisheries. Эта холодильная система использует каскадную схему, где аммиак конденсирует CO2 при -5°C внутри затопленного каскадного теплообменника. С помощью сервоприводного вентиля CO2 перемещается в сосуд низкого давления, откуда перекачивается при -40°C в затопленные испарители быстрой заморозки в пропорции 2,5:1.
Установка включает компрессоры Bitzer, один из которых выдает 350 кВт холодильной мощности, используя R744 с температурой -40°C в низкотемпературном каскаде, другой – винтового типа – работает с аммиаком в высокотемпературном каскаде. В системе также используется испаритель Thermofin.
Третья жидкость
Помимо традиционных каскадных систем на аммиаке/CO2 сопоставимое повышение COP, согласно исследованию, может быть достигнуто применением вторичного теплоносителя – HyCool. Эта жидкость циркулирует в системе при помощи маломощного насоса и требует дополнительного теплообменника, что ведет к снижению эффективности на 10-14% в сравнении с каскадной системой.
Несмотря на потенциальные проблемы систем на аммиаке/CO2, такие как сухое расширение, риск утечки в каскадном теплообменнике, способной привести к образованию карбамата аммония в конденсаторе, преимущества систем, а именно возможность избежать больших трат на капитальный ремонт и минимальная потребность в дополнительных средствах контроля для управления компрессорами на аммиаке и CO2, часто перевешивают.
HyCool – это нетоксичная низкотемпературная теплопередающая жидкость, используемая во вторичном контуре систем непрямого охлаждения. Она на 30-50% состоит из формиата калия с добавлением деионизированной воды и ингибитора коррозии. Температура ее замерзания, в зависимости от состава, – от -20 до -50°C.
Транскритические системы на CO2 – тоже вариант
В дополнение к каскадным системам на аммиаке/CO2, в исследовании также моделировалась производительность транскритической системы на CO2 с рекуперацией тепла в сравнении с похожей системой на R404A. В отличие от каскадной системы, транскритическая система моделировалась для холодильного склада, работающего при температуре -18°C и создающего тепловую нагрузку 90 кВт. Моделируемая система включала конденсатор воздушного охлаждения, жидкостный ресивер, полугерметичный поршневой компрессор Dorin и маслоотделители. В ней также был использован рекуператор для утилизации тепла.
По данным исследования, COP системы на CO2 лежал в диапазоне 3,28–3,69 для городов западного побережья и 3,15–3,86 – восточного.
В исследовании отмечено, что аммиак традиционно использовался рыбопромышленным комплексом Индии для холодильных складов. Однако, по мере возведения жилых кварталов вокруг рыбоперерабатывающих предприятий, компании, боясь утечки аммиака, перешли на синтетические хладагенты.
«Данное исследование поможет продолжить использование природного хладагента NH3 и популяризировать CO2 для промышленного применения в жарком климате, который характерен для многих индийских рыбацких городов», – заявили ученые.
Опыт применения природных хладагентов и хладагентов с низким ПГП в системах холодоснабжения и кондиционирования воздуха станет темой организованной Международным центром научно-технической информации (МЦНТИ), Россоюзхолодпромом и Научно-образовательным центром «Академия КриоФрост» конференции, которая пройдет 4 апреля 2024 года.