Zastosowania w chłodnictwie oraz rodzaje czynników chłodniczych

W przyszłości, kiedy limity GWP będą się zmniejszać z powodu programów stopniowego wycofywania, a wymagania w zakresie efektywności energetycznej (MEPS) będą rosnąć, specjaliści w dziedzinie HVAC-R skoncentrują się na podzespołach, które pozwalają na zastosowanie możliwie najmniejszej ilości czynnika oraz na rozwiązaniach o najlepszym stosunku kosztów do wydajności dla poszczególnych rodzajów czynników chłodniczych.

Poniżej znajdziesz więcej informacji na temat ważnych zastosowań:

• Agregaty chłodnicze
• Zmienny przepływ czynnika chłodniczego (VRF)
• Chłodnictwo przemysłowe
• Chłodnictwo komercyjne i dystrybucja żywności

Agregaty chłodnicze

Ogólnie rzecz biorąc, pod względem czynników chłodniczych agregaty chłodnicze dzielą się na dwie kategorie: o niskim/średnim ciśnieniu (L/M) oraz o średnim/wysokim ciśnieniu (M/H). Dzięki wykorzystaniu jednorodnych substancji HFO (R1233zd i R1234ze) w agregatach chłodniczych L/M można uzyskać współczynniki GWP bliskie zeru. Wskaźnik łatwopalności jest bardzo niski i nie przekracza limitów, zwłaszcza w przypadku systemów instalowanych na zewnątrz lub w maszynowniach. Można się spodziewać, że w perspektywie krótko- do średnioterminowej w tego typu systemach będą stosowane czynniki chłodnicze o bardzo niskim współczynniku GWP. Górne wartości GWP dla dużych agregatów chłodniczych L/M mogą osiągnąć poziom 630, co odpowiada współczynnikowi GWP mieszaniny HFO R513A wymienionej w rozporządzeniu EPA-SNAP z lipca 2015 roku, podczas gdy R134a będzie wycofywany od 2024 roku.

W przypadku agregatów chłodniczych M/H substancje alternatywne o średnim GWP mieszczą się w zakresie 125–750 GWP, ale użytkownicy muszą być gotowi zaakceptować klasę łatwopalności A2L. Powyższe standardy powinny być akceptowalne w przypadku systemów instalowanych na zewnątrz lub w maszynowniach. Rynek prawdopodobnie zwróci się ku alternatywom o niskim GWP oferującym najlepszy kompromis między ceną a wydajnością systemu. Przewidujemy, że wybierane będą czynniki chłodnicze o wysokiej gęstości/wysokim ciśnieniu z GWP na poziomie około 500–750.

• Dowiedz się więcej na temat rozwiązań Danfoss dla agregatów chłodniczych

Systemy VRF

Układy VRF wykorzystują stosunkowo duże ilości czynnika chłodniczego na jednostkę w porównaniu z urządzeniami kanałowymi, ze względu na ich zdecentralizowane parowniki i rozległą sieć rurociągów. Ograniczenie rozmiarów rurociągów wymaga zastosowania czynników chłodniczych o średniej lub dużej gęstości. W takim przypadku jedynymi alternatywami dla R410A są czynniki chłodnicze klasy A2L, np. R32 lub DR55.

Zastosowanie czynników chłodniczych klasy A2L ściśle wiąże się z normami bezpieczeństwa EN378 oraz ISO5149, w których dopuszczalne ilości czynnika chłodniczego klasy A2L znacznie zwiększono w najnowszych wydaniach. Grupa robocza ASHRAE15 również przygląda się przyszłym zapotrzebowaniom na czynniki chłodnicze o niskim GWP. Chociaż te standardy bezpieczeństwa są konieczne, same w sobie nie są jednak wystarczające. Wiele lokalnych przepisów przeciwpożarowych stanowi poważne przeszkody w stosowaniu czynników chłodniczych A2L. Zestaw innowacyjnych, alternatywnych płynów roboczych krążących w układach jest stale uzupełniany – jeśli chodzi o obiegi pośrednie, woda jest oczywistym wyborem, zaproponowano nawet CO₂. Niedawny okres stopniowego ograniczania stosowania HFC związany z Protokołem Montrealskim wywarł nacisk na ujawnianie możliwości i zagrożeń związanych z używaniem czynników chłodniczych A2L. Najbliższe lata prawdopodobnie wyraźniej wskażą kierunek wyboru czynników chłodniczych w systemach VRF.

• Dowiedz się więcej na temat rozwiązań Danfoss dla systemów VRF

Chłodnictwo przemysłowe

Na pierwszy rzut oka wydaje się, że chłodnictwo przemysłowe (IR) jest łatwym sektorem w odniesieniu do czynników chłodniczych o niskim GWP. Nadal jednak widzimy potencjalne problemy oraz pole dla innowacji. NH₃ (amoniak) jest preferowanym czynnikiem chłodniczym w chłodnictwie przemysłowym ze względu na doskonałą wydajność i jest nadal stosowany w miarę wzrostu zapotrzebowania na zrównoważone czynniki chłodnicze. Względy bezpieczeństwa mogą jednak poważnie ograniczyć sukces NH₃ ponieważ jest on toksyczny. W ostatniej dekadzie doszło do kilku poważnych wypadków, które nauczyły nas, że w tej branży należy unikać dużych ilości czynnika i starannie planować lokalizację dużych instalacji. Doprowadziło to do opracowania nowych, innowacyjnych sposobów na zredukowanie ilości czynnika w branży chłodnictwa przemysłowego. Jednym ze sposobów ograniczenia ilości czynnika w układzie przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności jest połączenie obiegów NH₃ i CO₂: CO₂ pełni rolę nośnika ciepła i jest stosowany w układach większych magazynów.

• Dowiedz się więcej na temat rozwiązań Danfoss dla chłodnictwa przemysłowego

Chłodnictwo komercyjne i dystrybucja żywności

Zastosowania komercyjne w chłodnictwie i dystrybucji żywności są bardzo zróżnicowane pod względem rodzajów systemów i wykorzystywanych czynników chłodniczych. Obejmują one komory chłodnicze, witryny i wyspy chłodnicze w systemach scentralizowanych lub typu plug-in – hermetycznych lub autonomicznych układach chłodniczych z agregatami skraplającymi. 

Zastosowania komercyjne w chłodnictwie i dystrybucji żywności dzielą się na trzy główne kategorie. 

Hermetycznie zamknięte instalacje są przystosowane do wykorzystania czynników chłodniczych o niskim współczynniku GWP, które są bezpieczne ze względu na niewielką ilość czynnika. Wiele z tych systemów wykorzystuje już węglowodory, np. R600a i R290, a w związku z przyjętym przez UE planem stopniowego wycofywania F-gazów wymaga się, aby od 2016 r. wartości GWP wynosiły mniej niż 150.

W agregatach skraplających ilość czynnika chłodniczego waha się zazwyczaj od 5 do 20 kg, a bezpieczeństwo związane z łatwopalnością jest kluczowe, ponieważ wiele z tych systemów jest ogólnodostępnych.

Czynniki chłodnicze o wysokim GWP, np. R404A, były wykorzystywane przez wiele lat. Nowa alternatywa, HFC o klasie A1, ma jednak współczynnik GWP niższy o 60% w porównaniu do R404A. Niemniej jednak pojawiły się nowe wyzwania, takie jak wpływ wyższych temperatur tłoczenia sprężarki na zakres pracy oraz wpływ poślizgu temperaturowego czynnika chłodniczego na wydajność chłodniczą. Sądzimy, że rynek szybko osiągnie średni poziom GWP na poziomie około 1500, a następnie zacznie stopniowo szukać lepszych rozwiązań o niższym poziomie GWP, takich jak CO₂, R290 (węglowodory) lub mieszaniny HFO.

Centralne układy bezpośredniego odparowania z zasilaniem ciśnieniowym (DX) są jak dotąd rozwiązaniem o najwyższym zużyciu czynnika chłodniczego ze względu na dużą ilość czynnika i wysoki współczynnik wycieków. Szacuje się, że w przyjętym przez UE planie stopniowego ograniczania stosowania F-gazów układy te będą wykorzystywać ponad 40% początkowej ilości czynnika chłodniczego rekomendowanej w ramach tego okresu. W ciągu ostatnich dziesięciu lat CO₂ stał się powszechnym czynnikiem chłodniczym, który może być stosowany w różnych konfiguracjach systemu:

• Układy nadkrytyczne, w których CO₂ jest stosowany we wszystkich obiegach (MT i LT). Układy nadkrytyczne z CO₂ stymulują rozwój zintegrowanych systemów ogrzewania i chłodzenia, gdzie rodzaj czynnika chłodniczego jest powiązany z rodzajem układu.
• Systemy pośrednie, w których urządzenia w rodzaju agregatów chłodniczych wykorzystujące czynnik HFC, HC lub NH₃ schładzają CO₂ w zbiorniku cieczy, a następnie dwutlenek węgla krąży w układzie MT. W układzie LT CO₂ skrapla się bezpośrednio w agregacie chłodniczym lub w układzie CO₂ MT. 
• Systemy kaskadowe, w których CO₂ jest używany tylko w układzie LT chłodzonym przez wysoki stopień MT, w którym wykorzystywany jest czynnik HFC. W tego rodzaju instalacjach nadal wykorzystuje się około 80% czynnika chłodniczego HFC stosowanego w układzie konwencjonalnym.

Położenie geograficzne wpływa na efektywność energetyczną każdego systemu ze względu na zewnętrzną temperaturę otoczenia. Nadkrytyczne układy CO₂ charakteryzują się niezwykłą wrażliwością na temperaturę zewnętrzną. Jednakże najnowsze osiągnięcia w dziedzinie układów strumienicowych przyczyniły się do znacznego zwiększenia efektywności układu CO₂ nawet w bardzo ciepłym klimacie i oczekujemy, że w najbliższych latach nastąpi przełom na rynku.

• Dowiedz się więcej na temat rozwiązań Danfoss dla chłodnictwa komercyjnego
• Dowiedz się więcej na temat rozwiązań Danfoss w zakresie dystrybucji żywności