Исследовательская фирма CTS демонстрирует универсальность CO2

22 августа 2022

По словам Штефана Эльбеля, генерального директора Creative Thermal Solutions (CTS), действующие прототипы доказывают, что CO2 (R744) можно успешно использовать в качестве хладагента в охлаждаемых витринах для напитков, рефрижераторных контейнерах и транспортных кондиционерах. При этом отсутствует увеличение затрат или снижение эффективности по сравнению с решениями на ГФУ-хладагентах.

«Я вижу большие возможности для СО2, в частности, в низкотемпературных тепловых насосах и холодильных установках», — отметил он.

Эльбель рассказал о последних технологических трендах на основе природных хладагентов на сессии «Технологические тенденции» на саммите ATMOsphere (ATMO) America Summit 2022.

Я хочу показать реальные примеры, чтобы доказать, что существуют технологии для всех этих применений. Технологии широкомасштабного внедрения природных хладагентов уже доступны
— подчеркнул Эльбель.

Он отметил важность правильного выбора компонентов: «Если вы хорошо спроектируете и грамотно подберете компоненты, в итоге вы получите относительно традиционное [недорогое] решение».

Холодильные витрины для напитков на CO2

Сегодня многие холодильные витрины для напитков в бутылках заправляются фреоном R134a, в тоже время пропан (R290) становится в данном сегменте сильным конкурентом. Но при этом нет причин не использовать использовать негорючий CO2. Это может быть сделано с помощью относительно простой конструкции, которая не включает расширительные клапаны, микроканальные теплообменники или компрессоры с регулируемой скоростью вращения, что снижает затраты.

Компания CTS провела исследование для сравнения производительности различных охладителей напитков объемом 600 литров, вмещающих до 600 банок, с измерением времени на понижение температуры и энергопотребления решений на R290 и CO2 по сравнению с базовым блоком на R134a.

R290 превзошел эталонную систему на R134a, а CO2 был в пределах 3% от энергоэффективности R134a при сопоставимой стоимости. Время понижения температуры было улучшено по сравнению с R134a. Это было достигнуто за счет минимальной оптимизации конструкции на CO2.

«Это не означает, что пропан лучше, чем CO2, а скорее подчеркивает то, что существует несколько решений», — сказал Эльбель.

Недорогой ККБ на CO2 как альтернатива R448A

Эльбель также описал небольшую и недорогую компрессорно-конденсаторную установку CTS, работающую на CO2, предназначенную для коммерческого применения.

Использовать пропан в этом сегменте оборудования сложнее из-за проблем с воспламеняемостью, а существующие решения на синтетических хладагентах имеют более высокие температурные колебания или выходят за пределы ограничения ПГП для систем такого размера.

Прототип компрессорно-конденсаторного блока на СО2 с холодопроизводительностью около 1,6 кВт был разработан в качестве альтернативы блоку на R448A. После минимальной оптимизации компания CTS смогла добиться той же эффективности и производительности установки на CO2, что и базовая установка на R448A.

Рефрижераторный контейнер на CO2 превосходит решение на R404A

Военные США обратились к CTS с просьбой спроектировать специализированное оборудование — мультитемпературный рефрижераторный контейнер длиной 6 м для использования в условиях очень высокой температуры окружающей среды (57°C). Военные ранее использовали R404A в контейнерах такого типа и хотели бы получить более устойчивое решение.

Четверть объема контейнера занимает морозильная камера с температурой -20 °C, а остальные три четверти занимает среднетемпературная холодильная камера с температурой 3°C.

Задача проектирования заключалась в том, чтобы сделать систему функциональной. Система охлаждения имела строгие заданные ограничения: габаритные размеры 1,8 м х 0,6 м х 0,6 м, вес не более 550 кг, мощность охлаждения 6 кВт и КПД 1.

Чтобы соответствовать требованиям, CTS разработала двухступенчатую транскритическую систему с промежуточным охладителем и докритическим (бустерным) сжатием. Также был использован эжектор.

Собранный прототип контейнерной установки на CO2 смог достичь требуемых целей, продемонстрировав улучшение COP на 18% по сравнению с аналогичной системой на R404A.

Возможность замены ГФУ на CO2 для транспортных кондиционеров

«CO2 — хороший хладагент для мобильных систем кондиционирования воздуха и тепловых насосов», — отметил Эльбель. Ранее компания CTS разработала транспортный кондиционер на CO2 для военных целей.

Кроме того, CTS попросили спроектировать систему кондиционирования воздуха для высокоскоростного поезда, которая станет альтернативой системе на R407C. По словам Эльбеля, компания разработала обычную двухконтурную систему мощностью 44 кВт (12,5 TR), которая очень прочна и способна выдерживать суровые условия эксплуатации.

Это полнофункциональный прототип установки на CO2. Результаты показали повышение производительности на 14 % по сравнению с системой на R407C, а также улучшение COP на 16 %.