Чиллеры большой производительности на R410A.

Шишов В.В., главный инженер компании «Фармина»,
Клоков М.Ю., менеджер продаж компании «AHI Carrier»
(см. журнал "СОК", №3, 2005 г.)

Путь замены традиционных хладагентов на экологически чистые в кондиционировании был не так прост, как в коммерческом холоде. Первый шаг шаг в этом направлении – замена на R134а и R407С. В ближайшие годы при замене R22 будет лидировать R410А, несмотря на то, что требуется кардинально поменять весь "машинный парк" холодильных установок.

Известны этапы вытеснения хладагента R22 в Европе:
2004 год – запрет производства оборудования, использующего R22;
2010 год - запрет производства R22;
2015 год - запрет использования R22 для сервисных работ в Европе.

Уже несколько лет американские, европейские и японские фирмы производят небольшие бытовые кондиционеры, работающие на экологически чистом хладагенте R410А (около 12 различных брендов в кондиционировании и тепловых насосах выпускается в США и Канаде). Его коэффициент озоноопасности ODP = 0,00, коэффициент тепличного эффекта GWP =1890.

В системах, использующих зеотропные смеси с высоким температурным скольжением (R407С), более летучие компоненты покидают первыми установку при утечках во время стоянки (процесс фракционирования). Фракционирование значительно усложняет эксплуатацию, в том числе, процесс зарядки установки хладагентом.
R410A –квазиазеотропная смесь из двух гидрофторуглеродных (HFC) хладагентов R 32,
R 125, смешанных в равных массовых долях хладагенты (50/50).

Хладагент почти не имеет температурного скольжения - температурный глайд < 0,17 К. При атмосферном давлении (1.013 бар) точка кипения –51.51°C, точка росы –51.49°C.

Поэтому при утечке состав смеси в холодильной системе остается практически без изменений, что позволяет избежать полной регенерации хладагента после ремонта.

Заправку хладагента R410А, как и R407С, следует осуществлять в жидкой фазе.

Так же как и все новые смеси R410А не растворим в минеральном масле, и предполагает использование синтетического полиэфирного масла (POE).

Испытания новых коммерческих систем кондиционирования на R410A со спиральными и поршневыми компрессорами показали, что кондиционеры на 5÷6% эффективнее, чем работающие на R22, они также эффективны при использовании в режиме теплового насоса.

Новый хладагент характеризуется существенно более высокими значениями рабочих давлений - рабочее давление в системе на 60% выше, чем у R22 (см. рис.1).

Рис. 1.

Модернизация оборудования требует внесения конструктивных изменений для увеличения прочности - толщина стенок корпусов компрессоров и труб должна быть больше.

Степень сжатия π ниже - при стандартных условиях: R410A (2.65) < R22 (2.79) < R407C (3.17).

Теплоемкость выше, а плотность жидкого хладагента ниже (см. табл.1). Объемная холодопроизвордительность R410A больше чем у R22 и R407C примерно на 30%, поэтому диаметр трубопроводов меньше.

Испытания показали, что коэффициент теплоотдачи при кипении на 30% выше, чем у R22.

Потери давления в испарителе и конденсаторе на 40% ниже, чем у R22.

Следовательно, уменьшаются размеры холодильных линий, змеевиков испарителей и т.д.

В случае работы в условиях высоких температур конденсации перепад давлений большой, поэтому требуется другой ТРВ.

Хладагент относится к невоспламеняемым веществам, нетоксичный и стабилен при нормальных рабочих условиях. При экстремально высоких температурах может разлагаться на ядовитые и/или коррозионные продукты.

Плотность пара R410А в три раза выше плотности воздуха, поэтому возможно его скопление в помещении у пола.

До недавнего времени кондиционеры на R410А выпускались небольшой производительности. Компанией CARRIER в течение последнего времени проводились интенсивные исследования в области применения холодильного агента R410А на чиллерах большой производительности, и в итоге была разработана серия воздухоохлаждаемых холодильных машин серии AQUASNAP 30RB (см. рис.2).

Рис. 2.

В течение 2004 года прототипы машин указанной серии проходили ходовые испытания на объектах, расположенных в различных климатических зонах и частях света, и по результатам испытаний было принято решение о начале серийного производства холодильных машин данного типа.

Модельный ряд 30RB включает в себя 12 типоразмеров номинальной производительностью (по условиям ЕВРОВЕНТ) от 256 до 753 кВт. Это первый и, на сегодняшний день, единственный пример применения R410А на холодильных машинах подобной мощности. В холодильной машине 30RB применяются спиральные компрессоры Performer Maneurope двух типоразмеров (70 и 88квт производительности) с высоким холодильным коэффициентом для данного класса компрессоров (до 3,37).

В зависимости от типоразмера холодильная машина может включать до трех независимых хладоновых контуров - до 4-х компрессоров в каждом. Такое количество компрессоров позволяет осуществлять регулировку производительности по принципу пуск/остановка без потери показателей эффективности на неполных и малых тепловых нагрузках, т.к. при снижении производительности, холодильный коэффициент установки остается неизменным, чего не удается достичь в случае регулировки производительности другим путем. Например, в случае использования на холодильной машине одного двухвинтового компрессора с плавной регулировкой производительности, показатель потребления снижается всего лишь до 53% процентов от номинала при условии понижения холодпроизводительности до 33%, тогда как в случае применения комбинации из трех спиральных компрессоров потребление снизится пропорционально производительности и составит 33% от номинального потребления энергии. Для регулирования температуры конденсации применяются вентиляторы с приводом переменной частоты вращения, что позволяет использовать холодильную машину при низких температурах окружающей среды и повысить показатели эффективности на номинальных режимах.

В мае текущего года должно быть начато серийное производство модификации 30RQ c возможностью работы в режиме теплового насоса, а в июле исполнения с возможностью работы по принципу Free-Cooling . Таким образом, можно говорить о замене R407C в системах кондиционирования средней/большой производительности на эффективный и более удобный в эксплуатации и R410A.

Фирма Maneurope разработала следующие спиральные компрессоры, работающие с хладагентом R410А:
новая легкая коммерческая серия - SH090 (7,5ТR), SH120 (10ТR), SH140 (11,5ТR) и коммерческая серия - SH180 (15ТR), SH240 (20ТR), SH300 (25ТR).

Особенности компрессоров: меньше размер спирали, меньше степень сжатия и потери от внутренних перетечек газа.

Область применения этих компрессоров смотри на рис.3.

Рис. 3.

Ведутся работы по созданию винтовых компрессоров на R410А.