Аммиак

Американский научно-исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) обнаружил, что замена традиционной гидравлической системы кондиционирования на охладитель с низким содержанием аммиака (R717) и конвекционный контур CO2 (R744) может снизить затраты, энергопотребление и выбросы парниковых газов.

EPRI заключила партнерские отношения с коммунальной компанией Southern California Edison (SCE) и японским производителем систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха Mayekawa для разработки прототипа и тестирования концепции. Результаты исследования «Разработка и оценка сжатия паров аммиака в сочетании с конвекционной петлей CO2» были представлены Роном Домитровиком, руководителем программы EPRI, на 14-й конференции МЭА по тепловым насосам в Чикаго, 15–18 мая.

Согласно исследованию, концепция оказалась технически реализуемой, и была успешно продемонстрирована «работоспособность системы».

В связи с ужесточением ограничений на синтетические хладагенты исследования EPRI сосредоточились на том, как природные хладагенты – особенно аммиак и CO2 – могут использоваться в коммерческих системах кондиционирования воздуха.

«Мы специально рассматривали возможность замены чиллеров, в которых используются традиционные хладагенты, и [систем с водяным контуром] в больших зданиях для кондиционирования воздуха», — объяснил Домитрович. «Идея заключалась в том, чтобы имитировать то, что иногда происходит в системах супермаркетов, где охладитель аммиака может быть соединен с системой распределения CO2».

«Идея заключалась в том, чтобы имитировать то, что иногда происходит в системах супермаркетов, где охладитель аммиака может быть соединен с системой распределения CO2».

Он отметил, что для использования в этом приложении команда проекта рассматривала повышенное давление и температуру для контура CO2, поскольку такие системы обычно используются при гораздо более низких температурах.

Прототип системы кондиционирования воздуха, разработанный и испытанный в лаборатории EPRI в Ноксвилле, штат Теннесси, включает аммиачный охладитель Mayekawa мощностью 28 кВт (8TR) для сжатия пара, контур конвекции CO2 и три внутренних удаленных блока обработки воздуха (AHU).

По словам Домитровича, серийный чиллер был оснащен теплообменником, чтобы обеспечить совместимость с охлаждением CO2, а не водой.

По его словам, поскольку система является первой в своем роде, не все ее компоненты были доступны.

«Не было подходящих расширительных клапанов, поэтому вместо них мы использовали игольчатые клапаны», - сказал он. «У нас также была ограниченная уверенность в способности перекачивать CO2 в таких условиях, но мы нашли [низкотемпературный] насос, который, по нашему мнению, также подходит для более высоких температуры и давления».

Для кондиционеров также были изготовлены специальные змеевики, подходящие для кондиционирования воздуха с использованием CO2, добавил он.

С точки зрения безопасности, низкий уровень заправки хладагента – менее 130 г аммиака на кВт холодопроизводительности (1 фунт/ТР) – в сочетании с тем фактом, что чиллер был установлен на открытом воздухе, помогает ограничить риск утечки аммиака, сказал Домитрович.

Контур CO2 работает при давлении 31–38 бар (450–550 фунтов на квадратный дюйм), и были использованы методы, обеспечивающие способность системы выдерживать гораздо более высокие давления, добавил он.

«Это относительно простая система, и ее относительно легко установить», — сказал Домитрович.

По сравнению с традиционной системой чиллера и водяного контура использование чиллера на основе аммиака и конвекционного контура CO2 дает множество преимуществ, сказал Домитрович во время своей презентации. Преимущества включают снижение затрат, повышение эффективности, снижение ПГП и повышение гибкости.

Потенциальная экономия средств достигается за счет сокращения расходов на трубопроводы, установку и электроэнергию, и все это становится возможным благодаря более высокой теплоемкости фазообразующего CO2 по сравнению с водой, пояснил он.

Снижение требований к перекачке приводит к пятикратному сокращению энергопотребления, добавил он.

Хотя анализ предполагает небольшую разницу между чиллерами на основе аммиака и ГФУ с точки зрения капитальных затрат на единицу установленной мощности, исследователи заявили, что аммиак с низкой заправкой предлагает более дешевую альтернативу хладагентам с высоким ПГП.

«Меньший размер труб, необходимых для конвекции CO2, дает потенциальную возможность экономии материалов и затрат на установку, что может помочь компенсировать любые капитальные затраты на этот новый тип оборудования», — заявила исследовательская группа.