Натуральные хладагенты, постоянно растущие!

Вопрос уже не в том, использовать ли природные хладагенты, а в том, какой именно. Это стало понятно на второй виртуальной торговой выставке (VTS), организованной Shecco 30-31 марта. Пропан или CO2 в коммерческом холодильном оборудовании? Аммиак или CO2 в промышленных приложениях? Пропан, аммиак или CO2 для тепловых насосов? Это некоторые из вопросов, которые возникли во время мероприятия. Использование натуральных хладагентов растет бешеными темпами, и новые инновации позволяют применять различные хладагенты там, где они никогда раньше не использовались!

Прежде чем начать с основных выводов этого мероприятия, следует упомянуть, что США и Китай взяли на себя обязательство реализовать Кигалийскую поправку к Монреальскому протоколу. Это обязательство двух основных производителей и пользователей ГФУ представляет собой большой шаг вперед на пути к постепенному отказу от этих хладагентов и внедрению решений с естественными хладагентами!

Возвращаясь к VTS, темы, которые обсуждались в трех частях: первая касается будущего и того, почему естественные хладагенты могут быть единственным решением для устойчивого охлаждения, вторая - текущие исследования технологий для различных типов природных хладагенты, и в-третьих, эволюция на данный момент, с некоторыми примерами того, как использование хладагентов выросло за последние 15 лет. Взгляд в будущее, настоящее и прошлое природных хладагентов может помочь понять, как растет их использование и как развиваются технологии.

Являются ли природные хладагенты единственным способом обеспечить устойчивое охлаждение?

Уже 119 стран (из 197) ратифицировали/приняли Кигалийскую поправку к Монреальскому протоколу, и, по словам Иланы Кёгеленберг из Шекко, в этом году к ней присоединится гораздо больше. Рано или поздно хладагенты с низким ПГП станут единственным (или преобладающим) вариантом во всем мире.

Пока что единственной доступной альтернативой натуральным хладагентам с низким ПГП является новый класс синтетических хладагентов: HFO. Во время своего выступления на VTS Арно Кашль из Европейской комиссии признал, что есть некоторые отрасли, в которых ГФО помогли сократить использование ГФУ. Тем не менее, он упомянул, что в настоящее время ведутся многочисленные исследования для понимания потенциальных негативных воздействий этих хладагентов на окружающую среду, что также подчеркивается в других презентациях. Например, Кегеленберг указал, что побочный продукт трифторуксусной кислоты (TFA) потенциально может вызвать кислотный дождь, и что длительное воздействие хладагентов HFO может потенциально повредить функции печени и щитовидной железы у людей. Тим Грабиэль из EIA и Андреас Майер из TEKO отметили, что производство HFO очень сложно. В частности, Мейер описал, как процесс синтеза является многоступенчатым и дает промежуточные продукты с сильным воздействием на климат.

"Нам придется подождать, чтобы увидеть результаты исследований воздействия ГФО на окружающую среду и того, как учреждения будут действовать с точки зрения нормативных требований. Между тем, правила по фторсодержащим газам пересматриваются, и стоит надеяться, что к концу этого года мы увидим предложение, согласованное с поправкой Кигали, с окончательной версией в 2023 году", - как заявил Кашл. "Содержание новых правил будет ключом к пониманию того, какие хладагенты будут использоваться в Европе в ближайшие годы". 

Различная направленность для разных хладагентов

Совершенно очевидно, что использование хладагентов с низким ПГП должно сопровождаться высокоэффективными решениями, которые также помогают снизить косвенные выбросы CO2. «Эффективность - это ключ к успеху», - отметил Кёгеленберг. Действительно из 210–460 Гт выбросов CO2, которых можно избежать в ближайшие четыре десятилетия путем отказа от хладагентов ГФУ и повышения эффективности системы, три четверти придется на энергоэффективность. Более того, доля энергии, используемой для охлаждения, составляет значительную часть от общей. Например, в Германии около 19% всей энергии используется в процессах охлаждения, как указал Томас Франк из Refolution Industriekälte.

В настоящее время разработка технологий естественных хладагентов имеет разную направленность в зависимости от основных недостатков каждого хладагента, при этом всегда нацелена на поддержание или повышение производительности системы.

Основная цель технологических инноваций, связанных с CO2, действительно заключается в повышении эффективности. Рекуперация тепла - один из методов оптимизации производительности системы: «Лучший способ использовать CO2 - это полностью использовать производимое тепло», - пояснил Винанд Гроенвальд из FGN. Более того, он определил различные варианты использования рекуперации тепла: горячее водоснабжение, стирку, обогрев помещений, полы с подогревом. Это связано с разными температурами сверхкритического CO2 от сжатия до расширения в транскритическом цикле. Очевидно, что для рекуперации тепла необходимо использовать разные теплообменники для разных целей, как подчеркнул Алессио Фадини из Альфа Лаваль. Кроме того, Маттео Даль Корсо представил пример CO2 стоечная система с рекуперацией тепла, которая также включает другие энергосберегающие технологии, такие как параллельное сжатие, эжекторы и испарительное охлаждение.

С практической точки зрения достигаются хорошие результаты с CO2. Например, Джеффри Карлсон показал пример двух магазинов в Миннесоте, один с CO2, а другой с HFC, где экономия энергии за год составляет 22% при использовании CO2 по сравнению с HFC. Эти результаты могут означать более широкое использование CO2 в небольших системах. Действительно, Бритта Паецольд из HEAT отметила, что рекуперация тепла предлагает высокий потенциал экономии энергии для магазинов площадью менее 400 м2 с использованием централизованных систем, которые уже широко используются (> 70%) в магазинах площадью более 400 м2.

Очевидно, что развитие технологий CO2 идет гигантскими шагами и, весьма вероятно, также будет использоваться в новых приложениях. Возможно, Густав Лоренцен был прав, когда сказал, что CO2 максимально приближен к идеальному хладагенту.

Аммиак движется в направлении сокращения заправки хладагента, что, возможно, расширит его использование для большего числа приложений. По этой теме Хосе Экспосито из Intarcom представил решение для блочного чиллера, где заряд может составлять всего 70 г/кВт холодопроизводительности, без необходимости в помещении для оборудования из-за включения в систему электрического шкафа. Решение включает в себя полугерметичный компрессор, который снижает вероятность утечки, пластинчатый теплообменник с двойными стенками (DW) для предотвращения возможности смешивания аммиака и воды и нержавеющую сталь для предотвращения ржавчины в системе. 

Что касается пропана, во многих представленных решениях рассматривались системы водяного контура, которые уменьшают заправку хладагента и, таким образом, упрощают соблюдение стандартов безопасности. Этот тип системы также идеально подходит для рекуперации тепла, избегая необходимости использовать другие источники тепла, как указал Коллин Бутсвельд из Colruyt Group. Хавьер Кано из Intarcom перечислил некоторые преимущества наличия устройства plug&play: герметичная система, предварительно заправленная хладагентом, испытанная и настроенная на заводе, а также подключения к водопроводу с использованием пластиковых трубопроводов. Марко Фуска представил решение для систем водяных петель, HEOS, которое может достигать высокой производительности благодаря непрерывной модуляции. Ричард Тейлор из Pick n Pay упомянул, что такая система используется в некоторых магазинах Pick n Pay в Южной Африке.

Растет, растет, растет…

Количество систем с естественными хладагентами выросло за последние 15 лет, причем за последние пять лет значительно увеличилась скорость, как было подчеркнуто несколькими конечными пользователями и другими ораторами во время VTS. Тейлор назвал это «дорогой к естественным хладагентам!». От 3 магазинов Pick n Pay с аммиачно-гликольными системами в 2008/2009 году до новых 34 магазинов для транскритических выбросов CO2, ожидаемых в этом году. Олаф Шульц из METRO Ag уточнил, что они установили 121 транскритический цех CO2, а в 2021 году ожидается еще более 20. Дарио Ферлин из Woolworths также рассказал о своей истории с CO2: первый магазин, открытый в 2006 году, использовал комбинацию CO2 и CO2 для всего более 350 CO2/R-134a плюс 39 с транскритическим CO2. Что касается аммиака с низким содержанием заряда, Кегеленберг показал, что в 2019 году уже было установлено 2200 систем в Европе, 870 в Японии и 530 в США .

Было также интересно услышать о текущем сценарии в Азиатско-Тихоокеанском регионе, как объяснил Ян Дусек из Shecco, который уточнил, что существует более 1 миллиона торговых автоматов, использующих углеводородный R-600a и более 7 миллионов тепла естественного хладагента. Насосные водонагреватели в Японии, а также более 270000 углеводородных бытовых кондиционеров и сотни тысяч углеводородных подключаемых систем в Китае.

Когда такое событие, как VTS, заканчивается, нормально задаться вопросом, насколько вырастет использование естественных хладагентов до следующего события, пережить этот исторический переходный период в секторе HVAC/R, включающий не только смену хладагента, но и новый подход, в котором инновации играют очень важную роль.


Получить подробную информацию или проконсультироваться можно на сайте официального поставщика Carel в России ru-carel.com.