«Новая технология» может сократить энергопотребление CO2-систем в жарком климате на 14 %

Исследование Университета Южной Дании демонстрирует, что применение инновационной технологии для коммерческих холодильных систем на CO₂ (R744) позволяет снизить энергопотребление до 14% в условиях жаркого климата по сравнению со стандартными установками.

Концепция предполагает интеграцию подкачивающего компрессора и воздушного газоохладителя, установленных за существующим компонентом отвода тепла, а также замену клапана высокого давления на расширительную машину (детандер).

Принципиальная схема (а) традиционной транскритической системы холодоснабжения супермаркета на R744 (базовый вариант) и (b)системы на базе новой предложенной технологии.

Моделирование продемонстрировало потенциальную экономию энергии по сравнению с традиционными системами на CO₂ в таких городах, как Севилья (Испания) и Нью-Дели (Индия). В Севилье средние летние максимумы составляют от 35 до 40 °C, а в Нью-Дели они часто превышают 44 °C.

Результаты были представлены Гуручетханом Матхой, постдокторантом Университета Южной Дании, на первой Международной конференции Международного института холода (IIR) по адаптации холодильных систем к повышению температур (Adaptation 2025). Мероприятие, организованное Институтом холода Великобритании, прошло с 10 по 13 августа в Манчестере (Англия).

«Комбинированное решение позволяет достичь экономии энергии в 7,8% в Севилье и 14,4% в Нью-Дели при окупаемости инвестиций [ROI] примерно в три года в обоих местах»,

— заявил Матха.

Конструкция

Исследователи разделили разработку на два этапа:

1. Сначала они установили подкачивающий компрессор, а затем дополнительный воздушный охладитель между выходом воздушного конденсатора/охладителя газа и входом клапана высокого давления.

2. Затем они заменили клапан высокого давления на расширительную машину (детандер).

Подкачивающий компрессор незначительно увеличивает давление хладагента с «меньшими затратами электроэнергии» по сравнению с параллельным компрессором, а воздушный охладитель возвращает температуру к предыдущему значению на выходе. Эта конструкция снижает содержание паров хладагента и минимизирует пара, снижая нагрузку на компрессор.

Хотя эта технология предлагает «дешевое» решение по сравнению с другими методами переохлаждения, она обеспечивает лишь «незначительную» экономию энергии, по словам Матхи: снижение на 2,3–2,9% в Севилье и на 4,6–5,7% в Нью-Дели.

Однако в сочетании с заменой клапана высокого давления на расширитель, который Матха сравнил с турбинной технологией, это позволяет вернуть энергию и увеличить COP (коэффициент эффективности) на 8,5% при температуре окружающей среды 23 °C и на 22,5% при 40 °C.

Параметры моделирования

Исследователи использовали для сравнения низкотемпературную (НТ) нагрузку в 35 кВт (-32 °C) и переменную среднетемпературную (СТ) нагрузку, зависящую от условий окружающей среды, около 100 кВт (-8° C).

Экономическая оценка

Как подкачивающий компрессор, так и расширитель находятся в стадии разработки. Производители из отрасли предоставили ориентировочную стоимость оборудования: 15 600 евро за подкачивающий компрессор, 9000 евро за расширитель и 7000 евро за воздушный охладитель газа.

«Если подкачивающий компрессор работает с эффективностью 50%, то для возврата инвестиций потребуется почти 10 лет»,

— сказал Матха, добавив, что при эффективности 65% на это уйдет восемь лет.

Добавление расширителя для рекуперации энергии сокращает срок окупаемости до трех лет при условии работы с эффективностью 65%.

«Чтобы открыть двери для применения [CO₂] систем в супермаркетах в теплом и жарком климате, литература подчеркивает необходимость более простых и доступных технологий для повышения производительности транскритических холодильных систем на R744. Предложенная (нами) технология требует относительно небольших доработок с использованием стандартных готовых компонентов»,

— подчеркнул Матха.