Przegląd
Dobór alternatywnego czynnika chłodniczego wymaga oceny bezpieczeństwa, wydajności chłodniczej, efektywności energetycznej, kompatybilności komponentów i lokalnego klimatu. Sam niski współczynnik globalnego ocieplenia (GWP) nie przesądza o przydatności czynnika. Zapobieganie wyciekom pozostaje ważne w przypadku każdego czynnika chłodniczego.
Wybór czynników alternatywnych
- CO₂, R-744: Niepalny i o niższej toksyczności, ale stwarza zagrożenie uduszeniem, wysokim ciśnieniem i odmrożeniami.
- Amoniak, R-717: Zapewnia dobrą efektywność, ale toksyczność, palność i wysokie temperatury tłoczenia wpływają na projekt układu.
- Klimat: Temperatura krytyczna R-744 wynosi około 31 °C. Układy chłodzone powietrzem zwykle przechodzą w tryb pracy transkrytycznej przy temperaturach otoczenia powyżej około 21–25 °C. W cieplejszych regionach potrzebne są zatem rozwiązania konstrukcyjne, które kompensują większą liczbę godzin potencjalnie mniej efektywnej pracy transkrytycznej.
- Obiegi wtórne: R-744 w obiegu pompowym częściowo odparowuje, pochłaniając ciepło utajone. Może wymagać mniejszej mocy pompowania niż glikol, ale nadal potrzebuje chillera. Jego główną wadą jest ciśnienie: około 30 bar ciśnienia manometrycznego przy −3 °C.
Czynniki chłodnicze w obiegu
Wydajność chłodnicza określa uzyskiwaną moc chłodniczą. Efektywność porównuje efekt użyteczny z nakładem energii. Duża objętościowa wydajność chłodnicza R-744 pozwala stosować sprężarki o mniejszej wydajności objętościowej; nie oznacza proporcjonalnie wyższej efektywności.
Dla teoretycznej wydajności chłodniczej 10 kW przy temperaturze parowania −10 °C i temperaturze skraplania 35 °C, przy czym R-744 oceniono zamiast tego przy temperaturze na wylocie z chłodnicy gazu wynoszącej 35 °C:
- Temperatura tłoczenia: Dla R-717 osiąga około 152 °C, w porównaniu ze 114 °C dla R-744, 99,5 °C dla R-32 i 57 °C dla R-404A. Wysokie temperatury tłoczenia pomagają wyjaśnić stosowanie sprężania dwustopniowego w niskotemperaturowych transkrytycznych układach CO₂.
- Wydajność objętościowa sprężarki: R-1234ze wymaga około 35,1 m³/h wobec 14,8 m³/h dla R-404A, czyli około 2,4 razy więcej. R-744 zwykle wymaga około jednej piątej wydajności objętościowej sprężarki potrzebnej dla R-404A.
- Porównanie COP: Proste obliczenie daje około 1,75 dla R-744 wobec 2,94 dla R-404A. R-744 znajduje się tu powyżej swojej temperatury krytycznej. W rzeczywistych układach optymalizuje się ciśnienie po stronie wysokiego ciśnienia, aby poprawić efektywność.
Podczas pracy transkrytycznej chłodnica gazu oddaje ciepło bez skraplania. Zachowanie wymienników ciepła o wielkości porównywalnej z wymiennikami w układzie HFC może zmniejszyć różnice temperatur oraz poprawić wydajność chłodniczą i efektywność układu R-744.
Komponenty i ciśnienia
PS oznacza maksymalne dopuszczalne ciśnienie. Dobierz rurociągi i komponenty do PS każdej części układu, uwzględniając warunki podczas postoju.
- Połączenia: Preferuj połączenia lutowane twardo lub spawane; w miarę możliwości unikaj połączeń mechanicznych. Mogą być potrzebne rurociągi o grubszych ściankach lub rurociągi stalowe.
- Zabezpieczenie przed nadmiernym ciśnieniem: Wytyczne projektowe określają nastawę presostatu wysokiego ciśnienia na nie więcej niż 90% PS, co umożliwia wyłączenie układu przed zadziałaniem zaworu bezpieczeństwa.
- Zawory bezpieczeństwa: Wielokrotne upusty mogą osłabiać sprężyny i obniżać ciśnienie otwarcia. Brak ponownego szczelnego zamknięcia może powodować ciągły wyciek.
- Kaskadowe wymienniki ciepła: Duże różnice temperatur mogą powodować szok termiczny i wycieki. Schłodzenie przegrzanej pary tłocznej przed wymiennikiem zmniejsza to ryzyko.
Przezbrojenie
Potwierdź przydatność rozwiązania u producenta urządzenia.
- Parametry pracy: Niewielki spadek wydajności chłodniczej może być dopuszczalny w przewymiarowanym układzie; nie należy akceptować obniżenia efektywności energetycznej.
- Kompatybilność: Sprawdź środek smarny, komponenty, temperaturę tłoczenia i znamionowe parametry elektryczne.
- Poślizg temperaturowy: Mieszaniny o dużym poślizgu temperaturowym wymagają sprawdzenia i regulacji zaworu rozprężnego; parowniki zalane mogą być nieodpowiednie.
- Wyższe ciśnienia: Ponownie oceń zapas względem PS, nastawy i przepustowość zaworów bezpieczeństwa, układy sterowania wysokim ciśnieniem oraz zgodność z dyrektywą w sprawie urządzeń ciśnieniowych.
- Czynniki chłodnicze A2L: Istniejące urządzenia mogą być nieodpowiednie do palnych czynników chłodniczych. Ponownie oceń źródła zapłonu, limity napełnienia i przydatność urządzeń.
Projektowanie układów o ograniczonym ryzyku wycieków
Ogranicz do minimum liczbę połączeń, komponentów i punktów dostępu oraz długość rurociągów. Umieszczaj komponenty blisko siebie i kontroluj ciśnienia podczas pracy oraz postoju.
Tam, gdzie dostęp serwisowy jest niezbędny, wytyczne zalecają zawór kulowy z przyłączem kielichowym, zaślepionym, gdy nie jest używane, zamiast zaworu Schradera.
Detekcja służąca bezpieczeństwu reaguje na niebezpieczne stężenia. EN 378-3 wymaga, aby detektory uruchamiały co najmniej alarm tam, gdzie stężenie może przekroczyć praktyczną granicę stężenia. Stacjonarne alarmy wykrywające palne czynniki chłodnicze powinny zadziałać najpóźniej przy 25% dolnej granicy palności (LFL); w przypadku amoniaku należy również uwzględnić toksyczność. Okresowo sprawdzaj działanie detektorów.
Wycieki a efektywność
Wycieki zmniejszają wydajność chłodniczą i niezawodność oraz mogą zwiększać zużycie energii elektrycznej na jednostkę uzyskanego chłodzenia. Nawet czynniki chłodnicze o niskim GWP mają więc pośredni wpływ na klimat związany z wytwarzaniem energii elektrycznej.
COP w trybie chłodzenia = wydajność chłodnicza ÷ pobór mocy. W pełni napełniony układ zapewniający 12,9 kW przy poborze mocy 8,2 kW ma COP ≈ 1,57. Po wycieku 9,9 kW przy poborze mocy 8,0 kW daje COP ≈ 1,24.
Wskazówka egzaminacyjna: Nieco niższy pobór mocy elektrycznej nie świadczy o poprawie efektywności. Porównaj efekt użyteczny z nakładem energii.
EER podobnie porównuje wydajność chłodniczą z całkowitym poborem mocy elektrycznej w określonych warunkach badania.
