ПГП — коэффициент, определяющий степень воздействия различных парниковых газов на глобальное потепление. Альтернативные хладагенты, помимо неразрушающего воздействия на озоновый слой, имеют низкий ПГП, наряду с хорошими термодинамическими свойствами. Большинство из альтернативных являются природными хладагентами и разлагаются на природные компоненты. Вопрос лишь в их концентрации в случае аварии и в рабочих давлениях. Эти два показателя напрямую связаны со степенью необходимых мер безопасности, уровнем автоматизации систем и со стоимостью основного оборудования, материалов и систем предотвращения чрезвычайных ситуаций.
Рассмотрим альтернативный хладагент R290 (пропан). Он относится к углеводородам — природным газам, которые безопасны для озонового слоя атмосферы и не способствуют развитию парникового эффекта.
Пропан (R290) в чистом виде — бесцветный газ, не имеющий запаха. Однако в технический газ могут добавляться компоненты для сигнального оповещения в целях безопасности. Пожаро- и взрывоопасен. Образует с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров от 1,7 до 10,9 %. Для человека газ малотоксичен, но оказывает пагубное воздействие на центральную нервную систему. Малорастворим в воде. Легко переходит в жидкое состояние при повышении давления. Критическая температура пропана Tкр = 370 К, критическое давление Pкр = 4,27 МПа.
Стандартное максимально допустимое давление в системе (PS):
— на стороне высокого давления — 18,1 бар для R290;
— на стороне низкого давления — 10,4 бар для R290.
R290 имеет сопоставимое с R404A соотношение температуры и давления, а также удельную холодопроизводительность. Основное конструкционное отличие обусловлено более высокой воспламеняемостью этого хладагента. В связи с последним, объем заправки пропана ограничен (об этом — чуть ниже), некоторые электрические компоненты должны быть предназначены для использования во взрывоопасной среде. Группа опасности R290 в соответствии с ГОСТ EN 378-1 соответствует А3.
Основные технические особенности, относящиеся к системам на пропане (R290) следующие.
1. Компрессор. Большинство компрессоров подходит для работы на R290, обязательное условие — наличие четкого указателя на компрессоре о допустимости его применения углеводородными хладагентами. Также эти компрессоры должны быть оснащены внутренними устройствами защиты и пусковыми устройствами, исключающими возникновение искр в примыкающем к компрессору пространстве. На компрессоре должна быть маркировка о наличии в системе пропана. Обогрев картера компрессора допускается (для предотвращения чрезмерного растворения пропана в смазочном масле).
2. Теплообменные аппараты. Испарители и конденсаторы допускается применять как пластинчатые, так и кожухотрубные, по типу охлаждения — водяные и воздушные.
3. Дросселирующие устройства. В качестве терморегулирующих вентилей допустимо применять все типы, что и для R404a или R22, имеющие близкое соотношение давления. В качестве электронных регулирующих вентилей должны применяться специальные, соответствующие требованиям взрывопожарной безопасности электрических компонентов.
4. В качестве фильтра-осушителя на стороне жидкого хладагента применяются осушители типа «молекулярное сито» и поглотители (цеолит, силикагель).
5. Трубопроводы медные.
Основной недостаток R290 — его пожароопаснсть.
В соответствии с ГОСТ IEC 60335-2-24–2016 холодильные системы, в первую очередь бытовые холодильники, малое торговое оборудование, бытовые кондиционеры и подобные устройства, ограничиваются заправкой легковоспламеняющимися хладагентами (к которым относится R290) в количестве не более 150 г на одну единицу оборудования, и при таких условиях могут быть размещены в тех же помещениях, что и холодильные системы, заправленные синтетическими хладагентами без дополнительных ограничений.
Количество заправляемых воспламеняемых хладагентов в системах кондиционирования воздуха и тепловых насосов регламентируется ГОСТ EN 378-1 и имеет формульную зависимость от варианта размещения внутреннего блока (на полу, на стене, на окне, на потолке), от высоты монтажа (до 2,2 м), от площади поверхности пола с учетом значения 20 % от нижнего концентрационного предела воспламенения НКПВ = 0,038 кг/м3 (для R290 это табличная величина — по ГОСТ EN 378-1).
Наряду с общими знаниями по обслуживанию холодильного оборудования, персонал, выполняющий работы на холодильных системах, использующих горючие хладагенты, должен пройти обучение и получить соответствующие знания по правилам обращения с горючими хладагентами. Особенно важны и специфичны при работе с R290 правила обращения с тарой, правила заправки и контроля утечек, извлечение хладагента и утилизация оборудования. Эти операции требуют четкого знания, понимания и ответственности от исполнителей работ, так как в работе с пропаном на кону стоит их здоровье, а в некоторых случаях — жизнь.
По термодинамическим свойствам пропан R290 схож с ГХФУ R22, поэтому в ряде случаев его можно использовать как хладагент прямого замещения в устройствах, изначально спроектированных для работы с R22. При этом плотность пропана почти в десять раз меньше, то есть тот же объем пропана, заправленного в систему, будет весить меньше, чем при заправке ГХФУ. Такая модернизация холодильного оборудования по замене озоноразрушающих фреонов на современные аналоги называется ретрофит.
Пропан допустимо использовать в системе, в которой ранее применялся озоноразрушающий хладагент (в случае соответствия требованиям взрывопожарной безопасности электрических компонентов в соответствии с классом исполнения этого оборудования), поскольку пропан при этом не требует замены минерального масла, электроизоляции, уплотняющих материалов или изменения диаметра труб. По данным исследований, при ретрофите наблюдается уменьшение холодопроизводительности до 10 %, если в системе ранее использовался R22.
До принятия решения о переводе холодильной установки на R290 необходимо тщательно оценить технические возможности и экономическую целесообразность такого перевода, взвесить риски и выгоды.
Ретрофит невозможен в следующих случаях:
— во взрывопожароопасных помещениях (категории А и Б);
— для мульти-сплит-систем и канальных систем кондиционирования, которые содержат, как правило, большое количество хладагента в системе (более 1,5 кг);
— холодильных установок с разветвленной системой трубопроводов, имеющих более одного испарителя, а также двухступенчатых холодильных установок.
Но пропан применяется не только для ретрофита на существующих системах как способ продлить срок службы холодильного оборудования. R290 в последние годы получил распространение в Европе в качестве хладагента для торгового холода, а в последний год такие торговые объекты появились и в Республике Беларусь.
Ввиду строгого ограничения веса заправляемого хладагента в единице оборудования для помещения с неконтролируемым количеством людей — супермаркеты (не более 150 г R290 в одной единице), в описываемых установках применены системы с водяным контуром. Такие системы обычно включают в себя агрегатированные витрины с конденсаторами водяного охлаждения и моноблочные холодильные камеры, также оснащенные конденсаторами с водяным охлаждением. Расположенные снаружи гликолевые чиллеры охлаждают гликоль, необходимый для витрин и моноблоков для отвода тепла от конденсаторов с водяным охлаждением.
Плюс подобной системы — минимальная интенсивность утечек, которая обычно составляет 1 % от общего объема заправки хладагента в год (для сравнения, в системах централизованного холодоснабжения нормативно допустимы утечки хладагента в пределах 10–15 % объема заправки системы в год). Поэтому увеличение потребления энергии из-за утечек и выбросов хладагента в атмосферу не происходит. Также значительным плюсом применения гликолевого охлаждения конденсаторов является возможность использования трасс гликоля из пластиковых трубопроводов вместо медных — при варианте воздушного охлаждения пропана. Такой тип системы более устойчив — он менее подвержен изменениям заданных параметров при обслуживании, что в значительной степени влияет на энергопотребление.
Минусом данной системы можно считать потенциальную опасность от наличия компрессора и элементов системы со взрывопожароопасным агентом в помещении с массовым пребыванием людей, а также хоть и незначительный, но шум в торговом зале от самих компрессоров витрин.
С учетом всего сказанного, системы холодоснабжения на пропане имеют значительные преимущества по сравнению с системами на «классических» фреонах (R507a, R134A и др.). Преимуществами систем на пропане можно считать:
— стоимость R290 (примерно в 2–2,5 раза меньше), к тому же для заправки требуется значительно меньшая масса пропана (из-за его меньшей плотности);
— возможность применения водяных конденсаторов и градирен для охлаждения гликоля, снижается риск утечки пропана ввиду сокращения трасс с хладагентом, зачастую трассы ограничиваются объемами теплообменных аппаратов (витрин либо моноблоков для камер);
— из предыдущего пункта следует, что возможна экономия и на материалах: вместо медных нагнетательных трубопроводов могут применяться пластиковые, что значительно дешевле. К тому же в таком случае водяного конденсатора в аппарате минимален риск утечки хладагента, поскольку сторона нагнетания, где давление системы максимально (от компрессора до конденсатора), находится в пределах оборудования, что также сокращает объем заправки R290.
Основным недостатком проектирования систем на R290 является необходимость подбора специальных по степени взрывопожарной безопасности электротехнических устройств (двигатель компрессора, электронный регулирующий вентиль). А также усложняется монтаж — в части требований техники безопасности.
В целом можно сказать, что в настоящее время технологии в области холода шагают вперед. Известные мировые производители оборудования и компонентов систем осваивают все новые энергосберегающие технологии, постоянно повышая надежность работы элементов и систем автоматизации, совершенствуют свойства материалов и отдельных компонентов, уменьшая число «тонких» мест, что способствует внедрению новых технологий и применению их на практике.
Копирование и переработка любых материалов этого сайта для публичного использования их (размещение на других сайтах, публикации в печатных изданиях, размещение в электронных СМИ и проч.) разрешается исключительно при получении письменного согласия Дирекции АПИМХ (017) 357 43 32, e-mail: apimh@tut.by