Директор компании Hillphoenix ответил на критику эффективности и сложности эксплуатации систем на CO₂

07 Ноября 2023

Энергоэффективность холодильных систем на CO₂ (R744) в жарком климате и другие аспекты их эксплуатации часто подвергаются критике.

Однако, по мнению Скотта Мартина, старшего директора по связям с промышленностью и соблюдению отраслевых требований в OEM-компании из США Hillphoenix, эта критика основана на мифах, а не на реальных фактах. Своей точкой зрения г-н Мартин поделился на Конференции по энергетике и магазиностроению, организованной Ассоциацией пищевой промышленности (FMI) в Балтиморе (США) 2-4 октября 2023 года.

Компания Hillphoenix, базирующаяся в г. Коньерс в штате Джорджия, проектирует и производит системы как на ГФУ, так и на CO₂, и имеет на своем счету около 1500 бустерных холодильных систем на CO₂, работающих по всей Северной Америке, в том числе и на самом ее юге — в Мехико. По словам Мартина, сестринская компания производителя, датская Advansor, поставившая уже более 15 000 систем на CO₂, в настоящее время выполняет большое количество заказов для Мексики, а также стран Центральной и Южной Америки.

— CO₂ дает возможность экономить энергию за счет таких элементов, как рекуперация тепла и применение электронных расширительных вентилей (ЭРВ), — сказал Мартин. — 15 лет назад я не верил в CO₂, но изменил свое мнение, поскольку это действительно перспективное решение.

Три первых мифа, опровергнутые Мартином, касаются энергопотребления систем на CO₂ в сравнении с оборудованием на традиционных хладагентах, другие три относятся к практическим аспектам эксплуатации, таким как сложность, высокие давления и уровень утечки.

Экватора CO₂ не существует

Придуманный около 2010 года «печально известный экватор CO₂» предназначался для оценки энергетических параметров и показывал, что системы на CO₂ должны работать только в составе каскадных систем и не могут рассматриваться в качестве самостоятельного оборудования южнее линии Мейсона-Диксона (символической границы между Северными и Южными штатами США).

— К 2017 году этот экватор исчез, и транскритические системы на CO₂ стали распространяться ниже этой линии, — сказал Мартин, добавив, что на самом деле этого экватора никогда не существовало, поскольку он касался только энергетики.

Не энергоемкие

Мартин указал, что сравнение систем на CO₂ и традиционных решений с одинаковыми конструктивными параметрами — некорректно; более высокие давления CO₂ позволяют добиваться той же температуры испарения при более высокой температуре всасывания насыщенного пара:

— Системы на CO₂ проектируют совсем не так, как на ГФУ.

Вот для сравнения три конструктивных отличия эффективной системы на CO₂, использующей такой же конденсатор воздушного охлаждения, что и система на ГФУ:

• Температура всасывания насыщенного пара в системе на CO₂ на 0,55°C выше как для низко-, так и для среднетемпературных нагрузок.
• Газоохладитель для CO₂ рассчитывается с использованием динамического подхода на основе изменений температуры окружающей среды, в отличие от фиксированного подхода при расчете конденсаторов воздушного охлаждения для систем на ГФУ.
• Минимальная температура конденсации для систем на CO₂ 10°C вместо 21,1°C для ГФУ.

— Благодаря величине перепада давлений для CO₂ мы можем позволить себе более низкую температуру конденсации.

Еще одна проблема, о которой рассказал Мартин, это сравнение систем при 100% нагрузке.

— В своем исследовании мы старались быть честными и варьировали нагрузку, — сказал он, представляя сравнительный анализ энергопотребления систем на CO₂ и ГФУ-хладагенте R449A в семи городах США, от Миннеаполиса на севере до Майами на юге.

Сравнение показало, что при использовании стандартного газоохладителя системы на CO₂ менее энергоэффективны (-3,5% для Миннеаполиса и -19,4% для Майами), чем использующие R449A. Однако добавление адиабатического газоохладителя и параллельного сжатия делает CO₂ более эффективным (+6,4% в Миннеаполисе и +3,0% в Майами).

Технологические усовершенствования позволяют добиться еще большего снижения энергопотребления для систем на CO₂. В реальном магазине, представлявшем собой, по мнению подрядчика, «прекрасно отлаженную систему» Hillphoenix заменила механический терморасширительный вентиль (ТРВ) электронным (ЭРВ).

— Мы не меняли ничего, кроме расширительного вентиля, и добились снижения энергопотребления на 8,7% в этом магазине, — рассказал Мартин.

Сравнительный анализ не рассматривал ни эффект от применения ЭРВ, ни возможности экономии за счет рекуперации тепла.

Потенциал последней Мартин раскрыл, поделившись данными сравнения экономии за счет рекуперации тепла в системах на CO₂ и R449A, полученными с помощью Flō Energy Solutions. Температура на выходе компрессора для CO₂ в среднем на 16,7°C выше, чем для R449A, что обеспечивает на 116,7 % больше экономии за счет рекуперации тепла в Миннеаполисе и на 51,2% — в Майами.

Переход в сверхкритический режим не вызывает всплеска энергопотребления

При переходе системы на CO₂ в сверхкритический режим, когда температура окружающей среды превышает 30,5°C, энергопотребление продолжает расти практически линейно.

— Не происходит огромного скачка, — сказал Мартин.

Нет повышения сложности

Для системы на CO₂, работающей в сверхкритическом режиме в жаркие летние дни, требуются клапан высокого давления и перепускной клапан.

— Эти компоненты — такие же клапаны, которыми мы пользуемся обычно, только лучше и надежнее, — заметил Мартин. — С хорошо запрограммированным контроллером все реагирует как надо, и вы получаете оптимальную систему.

Давление меньше, чем в пейнтбольном маркере

В современных системах на CO₂ «высокое давление бывает только в машинном зале или на крыше, где в самый жаркий день его значение варьируется в диапазоне 44,8‒114,5 бар»,—заявил Мартин.

— Мы направляем в торговый зал приблизительно 3,4 бар. Давление в низкотемпературной (-8,9°C) магистрали составляет 13,8 бар, а в среднетемпературной (-6,7°C) — 28,1 бар.

Он признал, что 15 лет назад в Великобритании неправильно спроектированный и не прошедший тщательной проверки контур привел к проблемам с давлением CO₂ в торговом зале.

— Но такие конструкции ушли в прошлое, мы больше не подаем в торговый зал CO₂ высокого давления.

Мартин сравнил безопасность давления CO₂ в магазине и в ружьях (маркерах) для пейнтбола. Раньше CO₂ закачивали в баллон пейнтбольного маркера под давлением 61,6 бар при температуре 23,9°C.

— И мы ни о чем не беспокоились, играя в пейнтбол с баллоном CO₂ под мышкой, и даря маркеры нашим детям, — сказал Мартин.

— Давление в системе на CO₂ внутри магазина ниже, чем в пейнтбольном маркере, — добавил он, отметив, что в современных маркерах используется азот, сжатый до 206,8—310,3 бар.

Уровень утечки 10%

По словам Мартина, некоторые люди утверждают, что для CO₂ уровень утечки превышает 100%. Однако утечки и выбросы – это разные вещи.

— Выбросы складываются из трех основных источников: из фактической утечки, выпуска хладагента при обслуживании и ремонте и из сброса через предохранительный клапан при аварийном отключении питания, — сказал.

Обследуя свои установки на CO₂, Hillphoenix выяснила, что магазины, работающие без перебоев с энергоснабжением, как правило, добавляют 18,1 кг CO₂ в год в систему с объемом заправки 181,4 кг хладагента.

— Это реальные магазины, и уровень утечки в них составляет около 10%, — заключил Мартин.

Необходимость добавлять CO₂ в случае перебоев с электропитанием вызывает озабоченность. По словам Мартина, Североамериканский совет по устойчивому охлаждению (NASRC) организовал комитет и опрашивает OEM-производителей на предмет использования в холодильных витринах испарителей с давлением от 60 до 90 бар, чтобы обеспечить возможность более длительного простоя в случае отключения питания, по сравнению с текущим номинальным давлением 45 бар.

— В Европе большинство испарителей холодильных витрин рассчитаны на давление 80 бар для большей надежности, что во многих случаях позволяет избежать сброса CO₂ в атмосферу при отключении питания, — заявил Мартин, приглашая представителей отрасли присоединиться к организованному NASRC обсуждению.

— CO₂ — отличный экологически безопасный хладагент, — сказал Мартин в заключение. — Если мы объединимся и перестанем спорить о лучшем хладагенте, то сможем добиться огромных успехов как отрасль в решении проблемы выбросов CO₂.

В ходе сессии вопросов и ответов представитель Weis Markets заявил, что результаты, полученные его компанией в четырех магазинах с системами CO₂, «точно соответствуют» тому, о чем рассказал Мартин, хотя пять лет назад компания тоже была обеспокоена этими мифами. Он добавил, что в будущем типовой системой охлаждения станет система на CO₂.

Hillphoenix приступила к разработке экологически безопасных холодильных агрегатов в 1998 году, и с тех пор 12 раз подряд становилась лауреатом премии EPA за достижения в области сертификации магазинов по системе GreenChill.

— Мы вложили значительные исследовательские и конструкторские ресурсы в создание всеобъемлющего и экологически безопасного ассортимента продукции, — рассказал в корпоративном видеоролике Эдуардо Наварро, вице-президент по товарным сегментам компании Dover Food Retail, которой принадлежат бренды Hillphoenix, Anthony и Advansor. Компания предлагает системы на CO₂ различной мощности, а также холодильные шкафы на пропане (R290).