Рост эффективности транскритической холодильной системы на CO2 при использовании «гибридного эжектора» может достигать 42%
02 Мая 2023
Новое исследование, опубликованное в апрельском выпуске «Международного журнала по холоду» (International Journal of Refrigeration) за 2023 год, показало, что применение эжектора способно увеличить коэффициент производительности (COP) стандартной транскритической холодильной системы на CO2 (R744) на величину от 5% до 42% при любых условиях окружающей среды, включая высокие температуры наружного воздуха, снижающие эффективность охлаждения.
Исследователи — Анхель А. Пардиньяс из Технологического института Галисии (ITG), Хокон Сельвнес и Кшиштоф Банасяк из SINTEF Energi, а также профессор Армин Хафнер из Норвежского университета науки и технологии (NTNU) – представили «новую гибридную компоновку», упрощающую эжекторные системы на R744 при сохранении их преимуществ, решая при этом проблемы, связанные с низкими и высокими температурами наружного воздуха.
«Улучшения в работе эжекторной системы наиболее заметны в верхней части температурного диапазона из-за комбинированного эффекта эжектора и небольшого увеличения температуры кипения при среднетемпературном (MT) испарении. Улучшения в нижней части температурного диапазона связаны с уменьшением коэффициента сжатия среднетемпературных компрессоров», — говорится в исследовании. При сравнении с более сложными бустерными системами выигрыш в эффективности сохраняется и достигает 22%.
Эксперимент, проведенный исследователями в лаборатории SINTEF, демонстрирует «превосходство по энергетической эффективности» в сравнении с бустерными системами, говорится в исследовании. Повышая COP примерно на 40% при наиболее экстремальных температурах на выходе газоохладителя (40°C в летнем режиме и 10°C — в зимнем), такая конструкция «превосходит бустерные системы при любых условиях».
Упрощенная схема эжекторной системы и вторичного контура в лаборатории SINTEF/NTNU (Тронхейм, Норвегия)
Три ключевых компонента
В основе предлагаемого гибридного решения, разработанного Анхелем Пардиньясом и его командой, лежат три ключевых компонента:
- группы всасывания среднетемпературного и низкотемпературного компрессоров;
- среднетемпературное испарение без перегрева при повышенной температуре кипения;
- круглогодичное использование эжектора.
В летнем режиме (при повышенной температуре наружного воздуха) эжектор активно используется как регулятор высокого давления. В зимнем режиме (при пониженной температуре наружного воздуха) эжектор остается пассивным, выполняя функцию обратного клапана. Кроме того, использование схемы с аккумулятором низкого давления в субкритическом режиме «устраняет проблемы, связанные с работой бустерной схемы при низких температурах наружного воздуха», говорится в исследовании.
Конструкция примененного в данной системе эжектора рассчитана на высокие коэффициенты эжекции и значительные перепады давления в летнем режиме, обеспечивая при этом активное регулирование на стороне высокого давления и эффективную работу в различных условиях. В зимнем режиме пассивный эжектор обеспечивает перепад низкого давления между портами всасывания и нагнетания.
Более того, в зимнем режиме, когда сопло эжектора закрыто, высокое давление регулируется расширительными вентилями, позволяя подавать к потребителям жидкий хладагент напрямую из газоохладителя, говорится в исследовании. При обычном регулировании работы вентиля в зависимости от степени перегрева на выходе испарителя может наблюдаться неполная конденсация газа, поэтому эффективнее управлять расширительным вентилем по величине переохлаждения на выходе газоохладителя.
Рынок можно считать готовым к поставкам таких высокотехнологичных эжекторов, так как похожие изделия уже представлены компанией Danfoss и используются OEM-производителем Fenagy.