В Норвегии разработали эжекторную систему на диоксиде углерода

25 Октября 2021

Норвежский университет естественных и точных наук (NTNU) и Норвежский научно-исследовательский институт SINTEF успешно испытали транскритическую бустерную систему на хладагенте R-744 (диоксид углерода) для супермаркетов. По словам профессора NTNU Армина Хафнера, специализирующегося в области холодильных технологий, многоэжекторный ресивер низкого давления «повышает энергоэффективность и позволяет создать систему простой конструкции».

«Мы видели множество впечатляющих технологических решений, но пора вернуться к более простым конструкциям с эжекторами и начать применять их широко», — поделился своими соображениями профессор Хафнер, один из ведущих экспертов в области применения СО₂, на сессии «Тенденции технологического развития» на саммите ATMOsphere Europe, прошедшей онлайн в конце сентября. По его словам, упрощение систем способствует их широкому распространению, отчасти потому что не требует глубокой подготовки специалистов.

Испытания эжекторной системы под разными нагрузками прошли в лаборатории NTNU. В дальнейшем планируется использовать концепцию в рамках реального проекта.

В предложенной институтом бустерной системе мультиэжектор заменяет регулирующий клапан высокого давления. При высокой температуре окружающей среды эжектор подает газ высокого давления из газового охладителя на распределительные устройства, установленные перед испарителями. Средний патрубок эжектора используется как всасывающий порт: принимает газожидкостную смесь из испарителей средней температуры и под более высоким давлением подает ее в жидкостный ресивер. «Жидкость подается в компрессор под давлением, которое мы наблюдаем в ресивере, а не испарителях», — поясняет Хафнер.

Если температура окружающей среды невысока, эжектор не используется, и жидкость под высоким давлением подается напрямую в расширительные устройства, а всасывающий порт по-прежнему использует жидкость из испарителей. Профессор Хафнер характеризует подачу жидкости на всасывающий порт как пассивный процесс, а эжектор устройством, работающим в активно-пассивном режиме.

Бустерная система такой конструкции эффективнее других систем, включая те, где применяется параллельное сжатие, а эжектор может заменить один или два компрессора.

«Правильно спроектированные углекислотные системы энергоэффективны в любых условиях, и я не встретил еще ни одного пользователя, который бы пожалел о переходе на них», — комментирует профессор Хафнер.

Превосходя ГФУ

Хафнер рассказывает о весьма эффективном решении компании Enex для коммерческих и промышленных нужд, где эжектор использовался в углекислотном тепловом насосе/чиллере. С увеличением давления всасывания компрессора увеличивается энергоэффективность установки, а тепловой насос может производить горячую воду температурой 90°С.

Установка Enex показала, что углекислотная система может быть эффективнее системы на ГФУ. «Мы сможем предложить решение, которое соответствует требованиям завтрашнего дня решение и не несет риска воспламенения, то есть пригодно для использования, например, в гостиницах в центре города, где применение воспламеняемых хладагентов ограничено», — объяснил Хафнер свою надежду на то, что такие системы завоюют множество рынков.

Он упомянул еще одну многообещающую технологию: углекислотные тепловые насосы датской компании Fenagy, которые используют в системах централизованного теплоснабжения. Мощность каждого блока теплового насоса достигает 1,8 МВт, а температурный диапазон соответствует условиям в странах Скандинавии: от минус 20 до плюс 20 градусов. По словам Хафнера, такие тепловые насосы будут все чаще использоваться в действующих системах централизованного теплоснабжения, и еще один производитель разрабатывает такую систему мощностью до 50 МВт, работающую на тепле морской воды.

Компрессоры производительностью 100 м³/час, например, Bitzer CKHE7 и Dorin CD600, тоже стимулируют внедрение установок на CO₂ в промышленности, поскольку позволяют создавать установки мощностью от 1,0 МВт с несколькими компрессорами: «То есть дают рынку то, что ему было нужно давно».

Хафнер отметил, что для каждой области применения технологий отопления, вентиляции, кондиционирования и охлаждения можно предложить от двух до четырех решений на природных хладагентах — всего их, как известно, пять: диоксид углерода, углеводороды, аммиак, вода и воздух, — и они могут работать как при более низких, так и при более высоких температурах, чем установки на ГФУ, которые привлекательны лишь для среднетемпературных потребителей.

«Технологически ничего не мешает заменить популярные сегодня синтетические фторсодержащие хладагенты на природные. При выборе оптимального хладагента для продукта или проекта стоит опираться на реальные, а не кажущиеся возможности. И когда конечные потребители видят выгоду природных хладагентов, они выбирают их в 99 процентах случаев», — так Хафнер объяснил, что информировать конечных потребителей о природных хладагентах необходимо.

Отдельно он затронул риски здоровью и экологии, связанные с использованием ГФО-1234yf, который в атмосфере разлагается на одно из перфторалкильных и полифторалкильных веществ, трифторуксусную кислоту, накапливающуюся в питьевой воде.

«Холодильный сектор в силах инициировать полный отказ от ГФУ, которые приводят к накоплению этих веществ в биосфере, без ущерба для безопасности, продовольственных ресурсов и комфорта, — успокоил слушателей Хафнер. Зеленый сдвиг произойдет, и переходя на природные хладагенты, мы помогаем ему».