Возможности применения природных хладагентов в различных отраслях российской экономики

Академия КриоФрост
Возможности применения природных хладагентов в различных отраслях российской экономики

4 апреля 2024 года в Научно-образовательном центре «Академия КриоФрост» прошла конференция «Опыт применения природных хладагентов и хладагентов с низким потенциалом глобального потепления (ПГП) в системах холодоснабжения и кондиционирования воздуха. Финансово и технически приемлемые альтернативы для различных областей применения».

Конференция, организованная Российским союзом предприятий холодильной промышленности (Россоюзхолодпром), Международным центром научной и технической информации (МЦНТИ) и «Академией КриоФрост» при поддержке Министерства природных ресурсов и экологии и Министерства промышленности и торговли Российской Федерации, – часть линейки мероприятий, посвященных готовности холодильной и климатической отрасли к сокращению потребления ГФУ – синтетических веществ с высоким потенциалом глобального потепления. Согласно графику, установленному в соответствии с Кигалийской поправкой к Монреальскому протоколу, допустимый объем потребления ГФУ в Российской Федерации уже с 2025 года уменьшится до 65% от базового уровня, а с 2029 года – до 30%!

Для многих секторов экономики, использующих холодильную и климатическую технику, доступной, энергоэффективной и экологичной альтернативой ГФУ являются природные хладагенты, прежде всего – аммиак, диоксид углерода, углеводороды.

конференция в Академии КриоФрост, Дуюровин, Зейналова

Открыл конференцию 4 апреля Председатель Правления Россоюзхолодпрома Юрий Николаевич Дубровин, взявший на себя функцию модератора мероприятия. Затем с приветственными словами выступили: заместитель начальника отдела нормативного регулирования в области гидрометеорологии Минприроды России Татьяна Владимировна Зейналова, заместитель начальника отдела департамента сельскохозяйственного, пищевого и строительно-дорожного машиностроения Минпромторга России Динар Ринатович Акжигитов, руководитель Проекта МЦНТИ, советник Председателя Правления Россоюзхолодпрома Артем Кушнерев, руководитель научно-образовательного центра «Академия КриоФрост» Илья Малафеев.

конференция в Академии КриоФрост, Малафеев

Конференция продемонстрировала огромный потенциал распространения решений, использующих природные хладагенты, в различных отраслях российской экономики, а также познакомила с широким спектром таких решений, в отношении которых накоплен большой опыт строительства и эксплуатации, получены доказательства их эффективности и безопасности.


Опыт Беларуси

Международный характер конференции придало выступление Председателя Ассоциации предприятий индустрии микроклимата и холода Республики Беларусь (АПИМХ) Виталия Михнюка. Он рассказал о принятом правительством республики плане мероприятий по реализации Кигалийской поправки, включающем различные институциональные меры, внедрение системы аттестации специалистов и сертификации предприятий, работающих с ГФУ и альтернативными хладагентами, информационно-разъяснительную работу, разработку соответствующих стандартов и многое другое. Кроме того, он познакомил участников конференции с опытом разработки, производства и внедрения бытового, торгового и промышленного холодильного оборудования на природных хладагентах, а также перспективах их использования в тепловых насосах и на транспорте.

конференция в Академии КриоФрост, Михнюк, Апимх

Торговый и складской холод

Для обустройства магазинов, супер- и гипермаркетов и других точек продажи используют холодильные и морозильные витрины, стеллажи, камеры, шкафы и прочие конструкции. Такие устройства могут снабжаться холодом от встроенного или от выносного холодильного агрегата.

Оборудование со встроенным холодом чаще всего используется в небольших и средних магазинах. Устройства этого типа не требуют сложного монтажа, их достаточно просто подключить к электросети электропитания.

Ряд российских компаний (например, Polair) уже освоил производство торгового оборудования со встроенным холодильным агрегатом на углеводородном хладагенте – пропане (R290). Тип размещения – внутри помещений со свободным доступом – ограничивает максимальную заправку пропана в таких устройствах величиной в 150 граммов на холодильный контур, что позволяет развивать примерно 1 – 1,5 кВт холодильной мощности.

Минус подобных устройств в том, что вмонтированный в них конденсатор воздушного охлаждения выделяет тепло в помещение магазина. При установке большого количества единиц холодильного оборудования в большом торговом зале тепловыделения от конденсаторов приводят к значительному увеличению температуры в посещении, создавая дискомфорт для посетителей и увеличивая нагрузку на холодильные агрегаты. Устранение проблемы при помощи системы кондиционирования большой мощности существенно увеличивает затраты электроэнергии.

Варианты решения этой проблемы представил на конференции 4 апреля директор направления «Торговый холод» ООО «Ридан Трейд» Максим Высоцкий.

– Один из вариантов – это использование пропанового чиллера. Согласно действующему российскому законодательству, по существующим регламентам мы уже можем использовать заправку до 5 килограммов пропана для чиллера, если он находится в отдельном помещении с ограниченным доступом. При установке же на открытом воздухе или на крыше объем заправки может быть еще больше… Такие решения интересны тем, что весь пропановый контур находится в самом чиллере, а в магазин – в витрины, непосредственно, – подается охлажденный холодоноситель, который отбирает теплоту от продуктов.

Как рассказал Максим Высоцкий, подобные решения, правда, на основе не пропановых, а фреоновых чиллеров, в России уже много лет используются даже в гипермаркетах, и при реконструкции в таких системах достаточно заменить только чиллер.

Пример использования пропанового чиллера для организации холодоснабжения небольшого продовольственного склада привел в своем докладе технический эксперт МЦНТИ Александр Чухчин. Он рассказал о системе холодоснабжения склада плодово-ягодной продукции в Республике Армения, построенной в рамках проекта ЮНИДО (Организации Объединенных Наций по промышленному развитию). В системе используются чиллер и гидромодуль российского производителя «Норд-СМ». Чиллер выполнен на базе компрессора Dorin, имеет взрывозащищенное исполнение и заправлен менее чем 10 килограммами пропана. Чиллер охлаждает холодоноситель (водно-пропиленгликолевую смесь), который подается в охлаждаемый объем по полимерным трубам.

Второе решение, предложенное Максимом Высоцким – система Water Loop (рис. 1). В этой системе используются, фактически, те же самые холодильные витрины и шкафы со встроенным холодом, но вместо воздушного конденсатора на них устанавливаются пластинчатые теплообменники, объединенные контуром вторичного теплоносителя – это и есть тот самый Water Loop (водяной контур – англ.), давший название системе.

– Циркуляция теплоносителя осуществляется при помощи гидромодуля. Теплота, собранная с конденсаторов, выводится на улицу сухой градирней. При необходимости, это тепло можно не выбрасывать, а использовать в системах рекуперации. В контурах холодильного оборудования используется хладагент R290 (пропан), теплоносителем выступает раствор пропиленгликоля.

По словам Максима Высоцкого, в России организуется производство гидромодулей для систем Water Loop, разработаны контроллеры для управления сухой градирней и насосным гидромодулем, управляющие также трехходовым вентилем, который позволяет поддерживать нормальную температуру теплоносителя в контуре в холодное время года. Для управления испарителями холодильных витрин и шкафов могут использоваться стандартные контроллеры во взрывозащищенном исполнении.

Система WaterLoop. Управление.

Система WaterLoop. Управление.

В диапазоне холодильных мощностей от 10 кВт до 1 МВт наиболее перспективным природным хладагентом представляется диоксид углерода (CO2, R744). Об истории его внедрения в коммерческом, складском и промышленном секторах российской холодильной индустрии рассказал на конференции генеральный директор ООО «Фаренгейт» Александр Серавин.

конференция в Академии КриоФрост, Серавин

На первом этапе диоксид углерода получил распространение в российском магазиностроении как хладагент высокотемпературного каскада систем «фреон/CO2», в том числе – с насосной подачей CO2 к среднетемпературным потребителям холода. Такие решения были реализованы в гипермаркетах «Лента», «Ашан», METRO C&C, Selgros и других.

Первая в России система холодоснабжения магазина, использующая только хладагент CO2, была смонтирована в 2016 году в гипермаркете «Магнит» в Воскресенске Московской области. Этому событию предшествовало скрупулезное изучение зарубежного опыта и запуск первой транскритической холодильной системы на CO2 в учебном центре компании «Норд-СМ».

При создании холодильной системы для гипермаркета «Магнит» в 2016 году была применена уникальная схема с применением эжекторов низкого давления.

В настоящее время в российских гипермаркетах и распределительных центрах применяются системы на CO2 с жидкостными и газовыми эжекторами.

Об энергетической эффективности, практической и экономической состоятельности использования CO2 для холодоснабжения логистических центров, рассказал Александр Будкевич, технический директор ООО «ТехноФрост». По его словам, только на производственной площадке завода компании в г. Киржач одновременно собираются 25 холодильных установок на CO2 общей холодопроизводительностью более 10 мВт. В составе каждой установки – от 8 до 11 компрессоров.

В качестве примера была рассмотрена система холодоснабжения крупного логистического центра общей площадью 18 200 м2 с несколькими среднетемпературными (+1…+5°С) и высокотемпературными (+11…+15°С) камерами. Низкотемпературные камеры на объекте отсутствуют.

При равной холодопроизводительности (более 2 МВт) система на хладагенте R507 потребляет на 8% больше электроэнергии, чем система на CO2. Коэффициенты производительности COP систем составляют, соответственно, 3,72 для CO2 и 3,51 для R507.

Кроме того, в случае CO2 рекуперация позволила использовать на 280% больше тепловой энергии, отводимой из охлаждаемых объемов.

Применение холодильной системы на CO2 позволило снизить энергопотребление, повысить экологическую безопасность, снизить стоимость эксплуатации, уменьшить колебания температуры в охлаждаемых объемах, уменьшить шум и вибрацию от машинного оборудования. В результате обеспечено соответствие объекта требованиям экологического стандарта BREEAM, а проект отмечен премией Commercial Real Estate Award в номинации «Индустриальная недвижимость. Складской комплекс».

Промышленный холод

Похожим образом в докладе Александра Будкевича сравнивались два схожих пищевых производства, на одном из которых действует холодильная система на ГФУ R507A, а на другом – на природном хладагенте CO2.

конференция в Академии КриоФрост, Будкевич

Анализ показал, что оборудование на CO2 обойдется на 100% дороже оборудования на ГФУ R507A, но с учетом стоимости заправляемого хладагента капитальные затраты системы на CO2 окажутся выше всего на 26%.

При этом за счет большей энергоэффективности, система на CO2 обеспечивает экономию на электроэнергии до 6 800 000 руб. в год, плюс 1 040 000 руб. в год за счет использования высокотемпературного тепла. Срок окупаемости вложений при выборе CO2 в рассмотренном случае, по словам докладчика, составит 3,5 года. При установленном сроке службы оборудования 10 лет за последующие 6,5 лет получится сэкономит до 51 млн рублей.

К преимуществам решений на CO2 Александр Будкевич отнес более широкие возможности рекуперации отводимого тепла, снижение энергопотребления. Экономия на электроэнергии и теплоснабжении позволяет уменьшить капитальные затраты при строительстве объекта за счет уменьшения подводимой электрической и тепловой мощности.

Кроме того, установки на CO2 отличаются простотой и низкой стоимостью эксплуатации, меньшими колебаниями температуры в охлаждаемом объеме, меньшим уровнем шума и вибраций и экологичностью.

Наконец, очень эффективен хладагент CO2 в низкотемпературном холодильном оборудовании пищевых производств. Александр Будкевич привел пример транскритической холодильной системы на CO2 мощностью 420 кВт на компрессорах винтового типа, снабжающей холодом скороморозильные аппараты.

В сравнении с системой на R507a такая установка отличается более высоким показателем COP, меньшим объемом заправки маслом и хладагентом, а также более низким энергопотреблением, позволившим уменьшить подводимую электрическую мощность в два раза. Применена самая простая схема холодильной установки с непосредственным кипением хладагента.

Срок окупаемости, рассчитанный специалистами «КриоФрост», в этом случае составит 2,5 года.

Вообще, промышленный холод традиционно имеет дело с холодильными мощностями от одного 1 МВт и выше, для которых традиционно используется хладагент R717 – аммиак. Об особенностях применения аммиачных холодильных установок на конференции рассказал Виктор Сачков, коммерческий директор ООО «Термокул».

конференция в Академии КриоФрост, Сачков

В качестве одного из примеров проектов, реализованных компанией, была приведена реконструкция и модернизация мясохладобойни производительностью 350 голов свиней в час. Требованием заказчика было обеспечить усушку не более 0,9%. Потери при традиционно применяемом методе однофазного охлаждения составляют 2–2,5%, и производители активно ищут способы уменьшения этого показателя. Как рассказал Виктор Скачков, данный проект находится на стадии пусконаладочных работ, и требования заказчика по проценту усушки удалось выполнить. Холодильная установка данного объекта, также, как и еще одного, о котором рассказал докладчик, представляет собой каскадную систему, использующую CO2 для нижнего каскада, и аммиак – для верхнего.

Еще один интересный проект компании – аммиачная компрессорная мясокомбината. При требуемой производительности более 12 МВт заказчик выдели ограниченную площадь для объекта. В результате была спроектирована, смонтирована и запущена четырехуровневая компрессорная высотой 27 метров, полностью соответствующая техническим условиям и требованиям безопасности.

Наконец, еще один объект, над которым ведется работа – аммиачная компрессорная молокозавода. С учетом желания заказчика производить полный ассортимент молочной продукции, от кефира и ряженки до мороженого, проект предусматривает два уровня температуры охлаждения: -43°С – 312 кВт и -12°С – 4 098 кВт.

О преимущества использования аммиачных холодильных установок в современных условиях также рассказал генеральный директор ООО ПФ «Промхолод» (Тюменская область), занимающегося проектированием, сборкой и монтажом холодильных систем как на аммиаке, так и фреоне, Владимир Самохвалов. Он отметил долговечность, надежно, ремонтопригодность и энергоэффективность холодильных установок на аммиаке, низкую стоимость, превосходные теплофизические свойства и экологическую безопасность этого хладагента.

В качестве примера он сравнил первоначальные затраты и эксплуатационные расходы для системы холодоснабжения птицефабрики на фреоне и на аммиаке (таблица)

Таблица. Сравнение первоначальных вложений и эксплуатационных затрат, АО «ПРОДО Тюменский бройлер»

Сравнение первоначальных вложений и эксплуатационных затрат, АО «ПРОДО Тюменский бройлер»

Основную причину высокой стоимости аммиачных холодильных установок Владимир Самохвалов видит в необходимости соблюдения требований промышленной безопасности на всех этапах, от проектирования, до строительства и эксплуатации, обязательные экспертизы, необходимость оборудования установок системами контроля загазованности, пожарной сигнализации, рабочей и аварийной вентиляции, применение конструктивных решений, обусловленных требованиями безопасности и т.д.

При этом, по словам Владимира Самохвалова, локализация производимой продукции достигает 70%. Российские производители готовы предложить практически все необходимые компоненты конкурентного качества и конкурентной цены – теплообменное оборудование, сосуды высокого давления, трубопроводы, элементы автоматики, кабели, силовое оборудование, запорно-регулирующая арматура, контроллеры. Исключением являются компрессоры. Отдельно была отмечена доступность самого хладагента, обусловленная как значительными объемами его производства в России, так и с развитой логистикой, обеспечивающей доставку аммиака в любую точку страны.

Максим Талызин, главный редактор журнала «Холодильная техника», представил доклад об опыте применения природных хладагентов в циклах сжижения природного газа. Выбор данной области связан с тем, что к чистоте применяемых в ней углеводородных хладагентов предъявляются намного более высокие требования, чем к хладагентам парокомпрессионного холодильного оборудования.

Однако и для обычной холодильной техники чистота УВ-хладагентов имеет большое значение. От нее зависит долговечность оборудования, бесперебойность его работы, стабильность рабочих характеристик и энергоэффективность.

Как рассказал Максим Талызин, нужные хладагенты производятся в России, а высочайший уровень их чистоты достигается за счет применения запатентованных технологических новаций.

Рыболовные суда

Опыт использования природных хладагентов в холодильных установках рыболовных судов представил старший технический эксперт МЦНТИ Иван Иванович Барановский. Он, в частности, рассказал о результатах, достигнутых в ходе реализации Проекта Арктического Совета по выводу озоноразрушающих веществ и фторсодержащих газов в рыбохозяйственном секторе Мурманской области.

По его словам, для оснащения рыбопромыслового флота установками на природных хладагентах сложилась благоприятная ситуация. До 2018 году рыболовные суда в России не строились, а приобретались за рубежом. В качестве хладагента на судах иностранного производства чаще всего использовался ГХФУ R-22. В 2018 году был запущен механизм инвестиционных квот – так называемые «квоты под киль», в рамках которой право на добычу водных биоресурсов получают компании, вложившиеся в строительство рыбопромысловых судов на российских верфях. Это дало огромный стимул развитию отечественного судостроения. За основу строительства обычно брались зарубежные проекты, например, норвежские, и адаптировались к российским условиям. Все суда, построенные по новым проектам, используют природные хладагенты – прежде всего, аммиак и диоксид углерода. Диоксид углерода применяется как хладагент нижнего каскада каскадных установок и как вторичный теплоноситель, передающий холод конечным потребителям.

Ориентация на использование импортных компонентов в современных условиях приводит к серьезным задержкам сдачи судов. Тем не менее, решения находятся. В настоящее время ООО «Баренцкул» выполняет заказ на изготовление холодильных установок для 17 строящихся судов. На 13 судах будут использоваться чисто аммиачные установки, на 4 – каскадные аммиак/CO2.

В целом ситуация на флоте быстро меняется – действующие суда с установками на ГХФУ и ГФУ выводятся из эксплуатации в силу возраста, а их место занимают новые, использующие природные хладагенты.

Спортивные объекты

Руководитель спортивного направления ООО «КриоФрост Инжиниринг» Роман Борисов представил мировой опыт строительства ледовых арен с использованием аммиака и диоксида углерода, а также рассказал о перспективных разработках компании.

конференция в Академии КриоФрост, Борисов

В качестве вариантов реконструкции существующих ледовых арен компания предлагает многокомпрессорные агрегаты на CO2 и агрегаты с открытыми компрессорами на аммиаке.

Для холодоснабжения быстровозводимых арен уже разработана моноблочная система охлаждения на CO2, кроме того, прорабатывается возможность создания чиллера с дозированной (малой) заправкой аммиака.

Выводы

Для абсолютного большинства областей применения холодильной и климатической техники возможен отказ от использования ГФУ с высоким ПГП в пользу финансово и технологически приемлемых альтернатив с низким ПГП, и прежде всего – природных хладагентов.

Российская Федерация располагает собственным производством природных хладагентов R600a (изобутана), R290 (пропана), R744 (диоксида углерода), R717 (аммиака), имеются возможности для его расширения.

В стране накоплен большой опыт проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации холодильного и климатического оборудования на природных хладагентах для различных областей применения. За последние годы удалось достичь высокой степени локализации производства холодильных и климатических установок. Однако ряд ключевых компонентов в России, по-прежнему, не производится. Так, несмотря на заметные позитивные сдвиги в этом направлении, на рынке пока нет серийно выпускаемых российских холодильных компрессоров, в том числе – для работы с природными хладагентами. Кроме того, не всегда есть возможность найти необходимые устройства управления и контроля отечественного производства.

Также следует отметить, что более активному внедрению и распространению решений, использующих природные хладагенты, способствовало бы устранение административных и законодательных барьеров, а также принятие мер экономического стимулирования отказа от ГФУ в пользу альтернатив, безопасных для озонового слоя и климата Земли.

Дополнительные материалы:

Запись трансляции конференции

Архив презентаций конференции

При поддержке
логотип Техностиль
логотип Технофрост
логотип ЭлДжиТи Рус
логотип Север-М
логотип КриоФрост
логотип Фриготехника
логотип Международная академия холода
логотип Ридан
логотип Техноватт
логотип Фригопоинт
логотип Спектропласт
логотип Россоюзхолодпром