Эффективность рекуперации тепла от CO2-установок на молочных заводах

Рекуперация тепла от чиллеров на природном хладагенте CO2 (R744) позволила молочным заводам William & John Jongsma и South Creek Dairy в США значительно сократить счета за горячее водоснабжение. Первый на 75% сократил расходы на подогрев воды с помощью пропанового нагревателя, а второй полностью отключил водонагреватель, который работал на природном газе.

Билл Джонгсма владеет молочной фермой William & John Jongsma Dairy, на которой содержится 3000 коров. Его племянник Крис Джонгсма владеет молочной фермой South Creek Dairy, на которой содержится 4000 коров. Установки охлаждения жидкости на CO2, которые они используют для охлаждения молока, оснащены двухступенчатыми теплообменниками и могут обеспечивать подогрев воды до температуры 82,2°C. Горячая вода используется на фермах для очистки и дезинфекции доильного оборудования и трубопроводов.

«Вся горячая вода, которая мне нужна, поступает из резервуара установки на CO2. Я заполнил бак емкостью более 30 тыс. литров за два часа, даже не замедлив работу холодильной системы»,

— сказал Крис Джонгсма.

Чиллеры были изготовлены вашингтонской компанией Pro Referingation и установлены калифорнийским подрядчиком San Joaquin Valley Dairy Equipment.

Молочники рассказали о преимуществах использования CO2-чиллеров в своей работе на панельной дискуссии Pro Refrigeration, проходившей во время Всемирной выставки Ag с 13 по 15 февраля. Компания Pro Refrigeration имеет более чем 33-летний опыт в поставках холодильных установок для молочных ферм, пивоварен крафтового пива и виноделен.

Модератором дискуссии выступил Джим Вандер-Гиссен, генеральный директор и соучредитель Pro Refrigeration. В число участников дискуссии вошли:

• Рик Мэйо, сооснователь и вице-президент компании San Joaquin Valley Dairy Equipment.

• Стив Претц, президент компании BouMatic, занимающейся доильными системами.

• Джон Тинсли, соучредитель и вице-президент компании Therm, которая помогает конечным пользователям финансировать системы природных хладагентов посредством программ углеродных кредитов.

Компания William & John Jongsma Dairy установила свой первый чиллер на диоксиде углерода в 2021 году, тогда он стал «пионером СО2» в молочной промышленности. Крис Джонгсма последовал примеру своего дяди в 2022 году, установив аналогичную систему на South Creek Dairy.

В настоящее время компании Pro Referingation и San Joaquin Valley поставили чиллеры на СО2 для четырех молочных заводов в Калифорнии, пятый находится в стадии разработки.

«Необходимо инвестировать в обучение работе с более высокими давлениями, но это прекрасная возможность создать хороший продукт. Я думаю, что наша работа говорит сама за себя, потому что мы получили еще один заказ», — сказал Мэйо.

Еще один новый заказ, полученный компанией San Joaquin Valley Dairy Equipment, требует перекачивания молока на расстояние 550 м с помощью робота. Мэйо сказал, что мысль о промывке всех этих труб поначалу казалась пугающей, но потом он вспомнил, что CO2 дает много тепла.

«Мы собираемся использовать эту систему [CO2] для поддержания чистоты контура на большом роботизированном предприятии», — отметил он.

По словам Вандер-Гиссена, рекуперация тепла в чиллерах на синтетических хладагентах, к примеру, на R404A, позволяет получать воду с температурой 51,7–54,4 °C, что значительно ниже температур, необходимых для дезинфекции оборудования.

«Я вижу безграничные возможности для рекуперации тепла от систем CO2 на молочных заводах»,

— сказал Претц.

Преимущества в части стоимости и соблюдения законодательства

Участники дискуссии обсудили дополнительные преимущества использования установок на диоксиде углерода в молочной промышленности, включая экономию средств и соответствие государственным требованиям.

CO2 класса Coleman, заправляемый в холодильные системы, стоит примерно 2,00 доллара (1,85 евро) за фунт, а фреон продается по цене около 50 долларов (46,15 евро).

«Когда происходит утечка фреона и появляется счет, ни один [фермер] не может быть счастлив. Но это не относится к диоксиду углерода, который гораздо дешевле»,

— отметил Мэйо.

Что касается нормативных требований, Калифорнийская программа контроля за хладагентами требует, чтобы предприятия с холодильными системами, содержащими более 22,7 кг хладагента с ПГП 150 или выше, проводили и сообщали о периодических проверках утечек, оперативно устраняли утечки и вели учет обслуживания. В штате также действуют законы о поэтапном сокращении использования хладагентов ГФУ, обеспечивающие возможность отказа от ГФУ не позднее 2035 года.

Идея разработать чиллер на CO2 для молочной промышленности началась со встречи компаний Pro Referingation и BouMatic, на которой обсудили следующую «большую смену поколений» в хладагентах, чтобы соответствовать меняющимся законам. При ПГП, равном 1, системы холодоснабжения на CO2 не требуют дополнительных документов для выполнения требований штата, что, по словам Билла Джонгсмы, помогает ему избежать «нарушений и штрафов».

«Я так горжусь тем, что произошло с [с установкой чиллера на CO2]. Это конец игры. В будущем будут использоваться только природные хладагенты», — подчеркнуть Претц.

Проблемы и пути их решения

Билл Джонгсма отметил, что самый большой недостаток чиллера на диоксиде углерода на его молочной ферме проявляется летом, когда температура окружающей среды может подниматься выше 43 °C. По словам Мэйо, жаркие летние дни могут способствовать повышению рабочего давления до 107,7 бар, что приведет к отключению системы.

«Прошлым летом у нас было более 113 дней с высокими температурами окружающей среды, вызывающими проблемы в работе», — сказал Мэйо. Чтобы справиться с этим, подрядчик добавил в систему William & John Jongsma Dairy конденсатор с адиабатическими охладителями, чтобы «создать» немного прохладного воздуха.

«Изучив опыт, которые используется в других отраслях, мы планируем добавить адиабатическое охлаждение, чтобы улучшить работу при высоких температурах окружающей среды»,

— сказал Мэйо.

Основная жалоба Криса Джонгсмы была связана с тем, что модельный ряд СО2-установок был ограничен мощностью 100 л.с., что, по его словам, означало использование его старой ГФУ-системы в качестве резервной.

 «С первого дня на нас оказывалось давление: люди спрашивали, почему они не могут получить мощность в 150 лошадиных сил», — сказал Вандер-Гиссен. По его словам, из-за проблем с разработкой конструкции компания хотела довести до совершенства одну модель, прежде чем добавлять другие размеры. «Мы будем расти и расширять линейку продукции», — отметил он.

По словам Мэйо, установка охлаждения жидкости на диоксиде углерода стоит примерно на треть дороже, чем его аналог на R448A. Это вдвое меньше, чем на тот момент, когда компания William & John Jongsma Dairy установила СО2-чиллер в 2021 году.

«Легче опробовать новую технологию, если у вас нет финансового риска, или это дешевле», — заметил Тинсли. «Мы видим, что будущее приходит к этому рынку, и надеемся стимулировать подобные проекты».

«Мы ищем способы сократить разрыв в стоимости и сделать [выбор CO2] максимально простым», — добавил Мэйо. «Мы в восторге от этой технологии».