Повышение эффективности транскритической системы на CO₂ с помощью углеводородного теплового насоса

12 Декабря 2022

В тематическом исследовании, представленном на сессии по ОВК и тепловым насосам конференции по природным хладагентам ATMOsphere (ATMO) Europe Summit, утверждается, что использование высокоэффективного теплового насоса на углеводородном хладагенте R290 (пропане) позволило почти на 18% повысить коэффициент производительности (COP) транскритической системы на CO₂ (R744), осуществляющей тепло- и холодоснабжение садоводческого хозяйства в Масбре (Нидерланды).

Добавление агрегата на R290 повысило COP системы на 21,8% (до 2,475) в режиме охлаждения и на 14,6% (до 3,475) в режиме нагрева, доведя суммарный COP до 5,95.

Садоводческое хозяйство планирует также добавить агрегат на изобутане (R600a) для повышения температуры на выходе до 80°C, что позволит организовать накопление тепла.

Исследование представили Алессандро Фарина, менеджер по применению в компании по производству компонентов Castel, Андре Дюннебир, технический руководитель в компании Euro-Cold, и Уил ван ден Керкхоф, технический директор подрядчика Servex. Конференция ATMOsphere (ATMO) Europe Summit проходила 15-16 ноября 2022 года в Брюсселе (Бельгия).

Объединение R290 с CO₂

По словам Андре Дюннебира, заказчик пожелал, чтобы система тепло- и холодоснабжения садоводческого хозяйства обходилась без ископаемого топлива и использовала только природные хладагенты. От системы также требовались: широкий диапазон поддерживаемых температур, экономичность и энергетическая эффективность, надёжность и способность работать при любой погоде.

Чтобы удовлетворить требования заказчика, была выбрана транскритическая система на CO₂ с двумя газоохладителями, объединённая с тепловым насосом на R290, конденсатор которого соединяется с переохладителем для повышения производительности.

Температура испарения теплового насоса на R290 равна 10°C, а максимальная температура конденсации составляет 45°C.

Уил ван ден Керкхоф добавил, что для компании Servex это уже вторая установка, использующая R290 для переохлаждения CO₂ в транскритическом режиме. Он также пояснил, что установка включает особый газоохладитель, способный работать в качестве испарителя, когда система на CO₂ использует наружный воздух как источник тепла.

Теплопроизводительность системы на CO₂ составляет 770 кВт, холодопроизводительность – 516 кВт, но за счёт добавления теплового насоса на R290 общая теплопроизводительность установки увеличилась до 1053 кВт, а холодопроизводительность – до 750 кВт.

Заправка системы составляет 1800 кг хладагента R744 и 80 кг R290.

В системе использованы два пластинчатых теплообменника Alfa Laval (один для нагрева воды с 30°C до 37°C, второй для нагрева до 75°C), компрессоры Bock и различные компоненты Castel.

По словам Керкхофа, „техническое совершенствование конструкции системы и ее компонентов – ключевой фактор, делающий R744 и R290 превосходным решением для систем, объединяющих тепловой насос с холодоснабжением“. Он уточнил, что переохлаждение при помощи агрегата на R290 можно реализовать на любой существующей системе на CO₂.

— Это превратит плохую систему на CO₂ в хорошую,—сказал он.

Накопление тепла

Чтобы повысить экономичность системы, заказчик планирует установить агрегат на R600a для производства избыточного тепла во время действия низких тарифов на электроэнергию. Вода, нагретая этим вспомогательным агрегатом до высокой температуры, будет храниться в двух резервуарах объёмом 3000 м³ и использоваться в хозяйстве при повышении стоимости электричества.

По словам Керкхофа, это тепло будет использоваться для обогрева больших теплиц хозяйства, в то время как тепло более низкой температуры пойдёт в систему внутрипольного отопления фабрики.