Różnice projektowe. Contents. dla czynników alternatywnych

Transkrypt

1 Różnice projektowe dla czynników alternatywnych Contents 1-Minimising leakage potential 2-R744 (Carbon dioxide) 3-R717 (Ammonia) 4-R32 5-R1234ze 6-R600a (Iso butane) 7- R290 and R1270 (Propane and Propene) 8-Appendix 1, Design Process for Flammable Refrigerant Systems 9-Self Test Questions

2 Copyright 2015 Instytut Chłodnictwa w Wielkiej Brytanii (ior@ior.org.uk) i partnerzy Wszelkie prawa zastrzeżone. Praca ta nie może być kopiowana, powielana lub rozpowszechniana w całości bądź części, bez pisemnej zgody wydawcy Publikacja powstała w ramach europejskiego projektu szkoleniowego REAL Alternatives, współfinansowanego z programu Leonardo Uczenie się przez całe życie. WYDAWCA: PROZON Fundacja Ochrony Klimatu Warszawa ul. Matuszewska 14, bud. B9 tel szkolenia@prozon.org.pl

3 WYDANIE I

4 Witamy w systemie szkoleń REAL Alternatives Niniejszy poradnik jest częścią programu edukacyjnego dla techników chłodnictwa, klimatyzacji i pomp ciepła. Dzięki przejściu kursu, można wzbogacić i usystematyzować wiedzę z zakresu instalacji pracujących z tzw. czynnikami alternatywnymi. Do dyspozycji kursantów są platforma e-szkoleń, poradniki drukowane, narzędzia, testy egzaminacyjne (dostępne dla centrów szkoleniowych) oraz e-biblioteka dodatkowych materiałów, zgłoszonych przez użytkowników na REAL Alternatives został stworzony przez konsorcjum instytucji i centrów szkoleniowych z Europy, przy dofinansowaniu z programu UE Lifelong Learning Programme, przy wsparciu branży. Tworzenie treści wsparli szkoleniowcy, producenci i projektanci z całej Europy. Materiały dostępne są w następujących językach: angielski, francuski, holenderski, niemiecki, polski i włoski. Real Alternatives Europe moduły szkoleniowe Wprowadzenie do czynników alternatywnych Alternatywne czynniki chłodnicze - różnice w projektowaniu Szczelność i wykrywanie wycieków w instalacjach na czynniki alternatywne. Konserwacja i naprawa instalacji na czynniki alternatywne. Przezbrajanie działających instalacji na czynniki alternatywne o niskim GWP Wymagania prawne przy pracy z czynnikami alternatywnymi Mierzenie finansowych, środowiskowych i biznesowych kosztów wycieków Narzędzia i przewodniki do prowadzenia badania na obiekcie. Ocena i informacja zwrotna. Można zapoznać się z każdym modułem osobno lub przejść cały kurs i podejść do egzaminu.

5 Więcej informacji dostępnych jest w e-bibliotece online. Na zakończenie każdego modułu podane są odnośniki do źródeł zawierających bardziej szczegółowe in formacje. Po zakończeniu modułu można też znaleźć więcej źródeł w e-bibliotece: Do ebiblioteki można też dodawać wartościowe źródła linki do stron www, instrukcje techniczne lub prezentacje. Moduł 6 programu szkoleniowego obejmuje pełną listę aktów prawnych i norm odnoszących się do zagadnień poruszanych w programie. Rejestracja na stronie umożliwi otrzymywanie aktualnych informacji dotyczących aktualizacji, wydarzeń i nowości w zakresie wydarzeń branżowych, zmian technologicznych, szkoleń etc. Możesz korzystać z materiałów do własnej nauki. Prawa autorskie do niniejszego poradnika i jego treści należą do Instytutu Chłodnictwa (UK) i Partnerów. Materiały można kopiować w całości lub części do celów szkoleniowych za pisemną zgodą konsorcjum REAL Alternatives (kontakt: Institute of Refrigeration ior@ior.org.uk, w Polsce: szkolenia@prozon.org.pl). Wszelkie pytania dotyczące programu szkoleniowego i jego zawartości także należy kierować pod adresy: ior@ior.org.uk, w Polsce: szkolenia@prozon.org.pl. Jak powstał program REAL Alternatives Program szkoleniowy powstał jako część dwuletniego projektu prowadzonego przez konsorcjum sześciu partnerów z całej Europy, dofinansowanego przez program UE Lifelong Learning Programme. Jego celem było wypełnienie luk kompetencyjnych techników chłodnictwa, klimatyzacji i pomp ciepła w zakresie alternatywnych czynników chłodniczych. Zapewnia niezależne i aktualne informacje, dostępne w czytelnej formie. Konsorcjum składa się instytucji, stowarzyszeń i centrów szkoleniowych. W tworzeniu treści uczestniczyli także pracodawcy, producenci, stowarzyszenia i instytucje branżowe, którzy przez cały czas przygotowywania platformy szkoleniowej recenzowali powstające zasoby. Samo konsorcjum składa się z sześciu partnerów: Association of European Refrigeration Air Conditioning and Heat Pump Contractors (AREA) Associazione Tecnici del Freddo, Włochy IKKE training centre Duisburg, Niemcy Institute of Refrigeration, Wlk. Brytania Limburg Catholic University College, Belgia London South Bank University, Wlk. Brytania PROZON Fundacja Ochrony Klimatu, Polska

6 Moduł 2 Różnice projektowe dla czynników alternatywnych Niniejszy moduł (2 z 8) wprowadza do zagadnienia różnic w projektowaniu instalacji z różnymi czynnikami alternatywnymi. Nie zastępuje ćwiczeń praktycznych i doświadczenia. Na końcu Modułu zamieszczone są linki do przydatnych informacji dodatkowych, wybrane przez partnerów projektu spośród licznych źródeł i stanowiące zalecane wskazówki techniczne dla zainteresowanych pogłębieniem wybranego tematu. W Module 2 zajmiemy się kluczowymi różnicami w projektowaniu nowych systemów z czynnikami alternatywnymi. We wszystkich przypadkach należy stosować zasady efektywnego wykonania instalacji. Charakterystyki czynników pokazane są w tabeli 1 jako różnice w odniesieniu do charakterystyki R404A. Pusta komórka oznacza, że nie ma znaczących różnic między danym czynnikiem a R404A w tym konkretnym obszarze. R404A wybrano dla celów ilustracyjnych, choć należy brać pod uwagę, ze jest to czynnik stosowany głównie w instalacjach niskotemperaturowych. Table 1, Własności, które wpływają na projektowanie instalacji Czynnik chłodniczy Ciśnienie R744 B. wysokie R717 Palność Średnie Toksyczność Wydajność chłodnicza Temp. krytyczna Temp. na tłoczeniu średnie Bardzo wysoka niska wysoka Wysokie wysoka R32 Wysokie Średnie Wysoka R1234ze Niskie Bardzo niskie Średnie Niska Bardzo niska R600a R290 R1270 Wysokie Materiały Bez miedzi lub stopów miedzi Wysokie Różnice w projektowaniu dla poszczególnych czynników opisano w kolejnym rozdziale. Różnice dotyczące R744 są bardziej znaczące niż dla innych czynników. W przypadku czynnika R717 i węglowodorów najistotniejsze są kwestie bezpieczeństwa. Zagadnienia dotyczące palności obejmują wszystkie czynniki, z wyjątkiem R744, zatem informacje te podano w Załączniku 1, co pozwala unikać powtarzania informacji w module. Dla wszystkich czynników podano typowe maksymalne dopuszczalne ciśnienia (PS). We wszystkich przypadkach, z wyjątkiem R744, ciśnienia te podane są dla maksymalnej temperatury zewnętrznej 32 C i maksymalnej temperatury skraplania 55 C. Ograniczenie możliwości wycieków

7 Niezależnie od rodzaju czynnika, ważne jest ograniczanie możliwości jego wycieków dlatego: Instalacja powinna być prosta; Należy ograniczać do minimum ilość połączeń; Należy ograniczać do minimum ilość części składowych; Należy sprzęgać system; Należy ograniczać do minimum ciśnienie robocze i postojowe; Należy ograniczać ilość punktów dostępu do instalacji i umieszczać je tam, gdzie są najbardziej przydatne; Należy unikać stosowania zaworów Schradera, a jeśli koniecznie trzeba zastosować zawór nadmiarowy, należy stosować zawór kulowy z (upewniając się, że jest zamknięty, gdy nie jest używany); Gdzie tylko to możliwe, należy unikać stosowania sprężarek z napędem otwartym. Jeśli trzeba je zastosować, muszą mieć uszczelnienia wału;, Należy prawidłowo mocować rury i wykluczać przenoszenie drgań; Należy zapewnić następujące informacje: Pokazujące położenie punktów dostępu na rysunku izometrycznym maszynowni; Wartości momentów obrotowego; Podczas projektowania należy uwzględnić łatwy dostęp serwisowy, co wspomoże wykrywanie wycieków, jak i inne czynności serwisowe. Więcej informacji dotyczących ograniczania możliwości wycieków czynników dostępnych jest w w Module 3 "Szczelność i wykrywanie wycieków". Poradnik 3 REAL Alternatives Szczelność i wykrywanie wycieków

8 1. R744 (Dwutlenek węgla) Na stosowanie R744 wpływają jego następujące własności: R744 Type Kluczowe GWP fakty Dwutlenek węgla, CO2 Wysokie ciśnienia 1 Temp. nasyce nia -78OC Typowe zastosowania Wszys tkie Urządzenia handlowe, pompy ciepła komponenty muszą być odpowiednie dla zastosowań wysokociśnieniowych, z powodu wysokich maksymalnych ciśnień roboczych i postojowych R744; R744 ma niższą granicą napełnienia niż większość czynników z grupy HFC, z powodu swojej niskiej toksyczności; Praktyczna granica stężenia dla czynnika oznacza najwyższe stężenie czynnika w przestrzeni zajętej, która nie wpływa negatywnie na warunki ewakuacji osób. Pełne informacje dostępne są w normie PN-EB 378-1, F3. R744 jest substancją duszącą Wydajność sprężarki i średnice rur są mniejsze, dzięki wysokiej wydajności czynnika w porównaniu do innych czynników. Przykładowo, wyporność sprężarek wynosi ok. 1/5 wyporności potrzebnej w przypadku R404; przykłady instalacji na R744 Niska temperatura krytyczna R744 skutkuje znacznymi różnicami w projektowaniu instalacji. Instalacje nadkrytyczne: instalacje te pracują w temperaturze powyżej krytycznej, po stronie wysokiej, przez cały lub część czasu pracy. Wśród nich są instalacje, w których ciepło jest usuwane do otoczenia, pracują więc jako nadkrytyczne, szczególnie, gdy temperatura otoczenia przekracza 21 do 25 C. Małe instalacje nadkrytyczne, jak chłodziarki napojów, znajdujące się w budynkach, zwykle pracują jako nadkrytyczne przez cały czas. Instalacje kaskadowe: instalacje te pracują przez cały czas jako podkrytyczne. R477 jest czynnikiem na stopniu niskim, a ciepło oddawane przez skraplający się czynnik absorbowane jest przez czynnik na stopniu wysokim. Stopień wysoki to zwykle konwencjonalna instalacja z zastosowaniem HFC, HC lub R717. W niektórych instalacjach R744 stosowany jest zarówno na stopniu niskim, jak i na wysokim. R744 na stopniu niskim zawsze jest podkrytyczny, ale na stopniu wysokim będzie nadkrytyczny w wysokiej temperaturze otoczenia. Instalacje wtórne: R744 jest stosowany jako płyn wtórny i pompowany jest przez wymienniki ciepła. Ze względu na lotność R477 może nastąpić częściowe odparowanie, ale czynnik nasycony opuści parownik (nie będzie przegrzewany, jak w instalacjach opisanych powyżej. R744 jest chłodzony przez agregat. Dla niskotemperaturowych instalacji nadkrytycznych stosowane jest sprężanie dwustopniowe, z powodu możliwych wysokich temperatur na tłoczeniu. W wielu instalacjach, gdzie z powodu konfiguracji instalacji temperatura cieczy jest niższa od temperatury otoczenia, stosuje się przechładzanie mechaniczne, takie jak stosowanie ssania do cieczowego wymiennika ciepła. Nie będzie wówczas zachodzić naturalne przechłodzenie cieczy. Wiele instalacji R744 łączy dwie lub więcej podanych rodzajów instalacji, np. układ kaskadowy może zawierać pompowy obieg wtórny i/lub może być chłodzony przez nadkrytyczną instalację R744.

9 Przykłady instalacji

10 2.1 Praca nadkrytyczna Temperatura krytyczna Główna różnica między R744 a wszystkimi innymi czynnikami polega na tym, że w wielu instalacjach pracuje on powyżej temperatury krytycznej (31 C). Większość instalacji R744, które wyrzucają ciepło do powietrza otaczającego, pracują powyżej punktu krytycznego przez cały czas lub przez pewien okres. W instalacjach tych skraplacz określany jest jako "chłodnica gazu", gdyż podczas pracy nadkrytycznej nie dochodzi w nim do skraplania czynnika. R477 zmienia się w ciecz tylko w przypadku obniżenia ciśnienia: instalacje R744 są podkrytyczne, jeśli temperatura skraplania jest niższa niż 31 C. instalacje R744 są nadkrytyczne, jeśli temperatura "chłodzenia gazu" jest wyższa niż 31 C. Instalacje HFC, z węglowodorami i R717 są zawsze podkrytyczne, ponieważ temperatura skraplania nigdy nie przekracza temperatury krytycznej (np. 101 C dla R134a). żródło

11 Prosta instalacja nadkrytyczna Na rysunku 1. pokazano prostą instalację nadkrytyczną. W takiej instalacji ciśnienie w chłodnicy gazu zależy od ilości czynnika w instalacji, zatem wydajność i sprawność znacząco się zmieniają. Więcej szczegółów dotyczących małych instalacji nadkrytycznych można znaleźć w opracowaniu Danfoss (na końcu Modułu). Rys. 1. Prosta instalacja nadkrytyczna

12 Wykres P-h, prosta instalacja Wykres ciśnienie-entalpia na rys. 2 pokazuje przykład instalacji R744, pracującej podkrytycznej przy niskiej temperaturze otoczenia (cykl różowy) i nadkrytycznie przy temperaturze otoczenia wyższej (cykl zielony). Wykres pokazuje, że wydajność chłodnicza na parowniku dla pracy nadkrytycznej jest znacznie niższa. Wykres ciśnienie-entalpia, pokazujący pracę nad- i podkrytyczną W stanie nadkrytycznym, czynnik nie skrapla się w chłodnicy, spada jego temperatura, zaś cieplo jest usuwane. Czynnik nie skrapla się aż do momentu, w którym jego ciśnienie spada poniżej ciśnienia krytycznego (72,8 bar g). W stanie nadkrytycznym, ciśnienie gazu w chłodnicy jest funkcją ilości czynnika w chłodnicy (chyba, że jest to regulowane). Temperatura płynu nadkrytycznego spada, gdy przechodzi on przez chłodnicę gazową, a jego temperatura na wylocie z chłodnicy jest funkcją wielkości chłodnicy i temperatury powietrza.

13 Wykres entalpii-ciśnienia, pokazujący trzy warunki ciśnienia w chłodnicy gazowej

14 2.1. Duża instalacja nadkrytyczna W typowej dużej instalacji nadkrytycznej wysokość ciśnienia jest regulowana. Rys. 3. pokazuje uproszczony obieg w takiej instalacji Rys. 3. Typowa instalacja nadkrytyczna 1. Sprężarka nadkrytyczna, przystosowana do wyższego ciśnienia i wyższej wydajności chłodniczej czynnika; 2. Chłodnica gazu podobna jest do konwencjonalnego skraplacza, choć średnice rur mogą być mniejsze, co będzie wymagało wytrzymałości na wyższe ciśnienia; 3. Zawór regulacyjny chłodnicy gazu sterowany jest przez ciśnienie w chłodnicy i utrzymuje ciśnienie optymalne (zwykle 90 bar g, kiedy instalacja pracuje jako nadkrytyczna - ma to miejsce zwykle wtedy, gdy temperatura otoczenia wynosi od 21 C do 25 C); 4. Odbiornik cieczy i odpowiedni rurociąg (oznaczony na zielono) pracują pod ciśnieniem pośrednim; 5. Zawór regulacyjny odbiornika sterowany jest przez ciśnienie w odbiorniku i ustawia ciśnienie pośrednie do poziomu określonego przez projektanta (zwykle z zakresu od 35 do 65 bar g).

15 2.2 Podkrytyczna instalacja kaskadowa R744 stosowany jest także w instalacjach kaskadowych, pokazanych poniżej Prosta instalacja kaskadowa 1. Sprężarka na R744 jest zwykle podobna do sprężarki na R410A (pracuje zwykle z podobnym ciśnieniem); 1. R744 skrapla się w kaskadowym wymienniku ciepła, wyrzucając ciepło do odparowującego czynnika na wyższym stopniu; 2. Instalacja na wyższym stopniu jest zwykle prostą instalacją, opartą o agregat wody lodowej, która pracuje z HFC, HC lub R717. Wyższy stopień może pracować także z R744 - w tym wypadku przez część czasu będzie pracował jako nadkrytyczny. Praca na wyższym stopniu jest zwykle sterowana przez ciśnienie w odbiorniku cieczy R744. Więcej informacji o instalacjach kaskadowych podano w linkach na końcu Modułu.

16 2.3 Obiegi wtórne R744 jest także stosowany jako czynnik wtórny Prosty obieg pompowy wtórny 1. Pompa cieczy R744 jest pompą odśrodkową, chłodzoną przez czynnik w stanie ciekłym. Ważny jest ciagły dopływ cieczy do pompy, co zapobiega kawitacji i wynikającemu z niej pogorszeniu trwałości i pracy pompy; 1. R744 skrapla się w wymienniku ciepła, wyrzucając ciepło do odparowującego czynnika chłodniczego na wyższym stopniu; 3. Instalacja na wyższym stopniu jest zwykle prostą instalacją, opartą o agregat wody lodowej, która pracuje z HFC, HC lub R717. Praca na wyższym stopniu jest zwykle sterowana przez ciśnienie w odbiorniku cieczy R744. R744 jest lepszy niż inne płyny wtórne: Będąc w stanie lotnym, częściowo odparowuje w wymienniku ciepła (parowniku), absorbując ciepło utajone. Zmniejsza to różnicę temperatury w wymienniku ciepła; Wysoka gęstość R744 oznacza, że mniejsze jest zapotrzebowanie pompy na moc. Niemniej jednak, ciśnienie R744 będzie znacznie wyższe niż dla innych płynów wtórnych. Na przykład, w temperaturze -3 C, ciśnienie wynosi ok. 30 bar g.

17 2.4 Ciśnienia Typowe ciśnienia instalacji na R744 pokazane są w tabeli 2. Tabela 2. Typowe ciśnienia R744 Typowe ciśnienia Bar g (MPa) Setting of PRV in high side of transcritical system (i.e. PS) High side of transcritical system, operating above the critical point Intermediate pressure in a transcritical system 120 (12) 90 (9) 35 to 65 (3.5 to 6.5) Setting of PRV in high side of the low stage of a cascade system (i.e. PS) 40 (4) High side pressure in the low stage of a cascade system 30 (3) Low temperature (LT) evaporator 15 (1.5) High temperature (HT) evaporator 30 (3) O Cylinder standing outside in an ambient of 5 C Plant at stand still in an ambient of 20 OC 40 (4) 55 (5.5) Wysokie ciśnienie R744 może prowadzić do wyższych wycieków, co zwiększa zużycie energii i pośredni wpływ na środowisko. By zmniejszyć ryzyko wycieków, rurociąg i wszelkie urządzenia muszą być odpowiednie dla części PS instalacji. W wielu przypadkach pociąga to za sobą stosowanie elementów innych niż w instalacjach na HFC, stosowanie rur z grubszą ścianką lub rur stalowych. Połączenia powinny być spawane lub lutowane, kiedy to możliwe należy unikać połączeń mechanicznych. Elementy takie jak kaskadowe wymienniki ciepła powinny móc działać przy dużej różnicy temperatury między wlotem a wylotem. Spowoduje to szok cieplny, co będzie prowadzić do wycieków, należy więc to brać pod uwagę dobierając elementy. Różnica temperatury może zostać ograniczona przez odprzegrzewanie gazu, zanim dotrze on do skraplacza. Straty czynnika następują także w związku z zaworami redukującymi ciśnienie (PRV). Między ciśnieniem maksymalnym (i ciśnieniem zaworu redukującego ciśnienie) i typowym ciśnieniem roboczym dla danej części instalacji powinna być odpowiednio wysoka różnica, co zapobiegnie ulatnianiu R744 przez zawory redukujące ciśnienie. W wielu instalacjach nie ma to miejsca i nawet niewielkie zwiększenie ciśnienia roboczego sprawia, że czynnik uwalnia się przez zawory redukujące ciśnienie. Co gorsza, ciśnienie R744 może gwałtownie wzrosnąć, powodując zadziałanie zaworu redukującego ciśnienie, zanim wyłącznik ciśnieniowy zadziała i odetnie instalację (jak w innych instalacjach, ciśnienie ustawione dla wyłącznika ciśnieniowego nie powinno być wyższe nić 90% ciśnienia maksymalnego). W przypadku wielokrotnych upustów, sprężyny zaworów mogą zostać osłabione, zwiększając przypadkowe upusty. Dodatkowo, przez zawory redukujące ciśnienie dochodzi do wycieków, jeśli nie wróciły do poprawnego położenia, nawet po pojedynczym upuście.

18 2.5 Wydajność chłodnicza Jak pokazano w module 1, wydajność chłodnicza R477 jest kilka razy wyższa niż w przypadku bardziej popularnych czynników. REAL Alternatives Poradnik 1 Wprowadzenie Ma to wpływ na: Wykonanie sprężarki - wymagane jest mniejsze displacement (w odniesieniu do wielkości silnika), stosuje się więc sprężarki specjalnie wykonane do pracy z R744; Dobór rur - średnica rury jest mniejsza; Wymienniki ciepła - mniejsze parowniki i skraplacze wystarczą do uzyskania takiej samej różnicy temperatury. Jeśli wielkości skraplacza i parownika nie są zmniejszone, różnica temperatury będzie mniejsza, co poprawi moc i sprawność instalacji. Nie należy mylić wydajności chłodniczej ze sprawnością. Wydajność chłodnicza określa ilość ciepła, które może pobrać czynnik w parowniku. Wydajność chłodnicza jest wysoka, w odniesieniu do innych czynników, sprawność jest porównywalna. Silnik Sprężarka R404A Silnik Sprężarka R744 Obie sprężarki zapewniają taką samą wydajność chłodniczą i zużywają porównywalną ilość energii.

19 2.6 Sprężanie dwustopniowe ( booster ) Nadmiernie wysokie temperatury tłoczenia mogą wystąpić w instalacjach niskotemperaturowych (mrożona żywność), które wyrzucają ciepło do otoczenia. By tego uniknąć, stosuje się sprężanie dwustopniowe. Dodatkowy stopień między sprężarkami na niskim i wysokim stopniu jest chłodzony gazem ze ssania o wysokiej temperaturze i gazem z zaworu redukującego ciśnienie w odbiorniku. Schemat na rys. 8 jest typową instalacją nadkrytyczną "booster", powszechnie stosowaną handlu. C1 EEV EEV C2 Gaz z parownika niskotemperaturowego wpływa do ssania sprężarki niższego stopnia (C1). Sprężarka ta tłoczy gaz do ssania sprężarki stopnia wyższego (C2). Gas cooler regulation valve Receiver pressure regulation valve Nadkrytyczna instalacja booster Do ssania sprężarki wysokiego stopnia (C2) wpływają też gaz o wysokiej temperaturze i gaz z zaworu regulującego ciśnienie w odbiorniku.

20 R717 (Ammoniak) Specyfika R717 wynika przede wszystkim z jego toksyczności, słabej palności, wysokiej temperatury tłoczenia, niekompatybilności materiałów i braku mieszania z olejem. Czynnik R744 Typ Amoniak, NH3 Kluczowe fakty GWP Temp. nasyce nia Typowe zastosowania Toksyczn ość i lekka palność 0-33OC Chłodnictwo przemysłowe Wielkość napełnienia ograniczona jest z powodu toksyczności. R717 zaliczany jest do grupy czynników B2. Niektóre urządzenia elektryczne przeznaczone są do stosowania w warunkach wybuchowych. Załącznik 1 zawiera więcej szczegółów, dotyczących projektowania instalacji, w których stosowany jest czynnik palny. Stosuje się to do czynników lekko palnych, jak R717; REAL Alternatives Poradnik 1 Wprowadzenie Typowe ciśnienie maksymalne w instalacji dla strony wysokiej wynosi 22 bar g, a dla strony niskiej - 11,4 bar g - nie są to szczególnie wysokie ciśnienia; Do zastosowań niskotemperaturowych (przetwarzanie i przechowywanie żywności zamrożonej) używa się sprężarki dwustopniowej, co pozwala unikać zbyt wysokiej temperatury tłoczenia; R717 ma korozyjny wpływ na miedź, zatem rurociąg i armatura są zwykle stalowe, stosuje się też sprężarki z otwartym napędem, specjalnie wykonanych dla R717; R717 nie miesza się ze smarem sprężarki, więc smar, który wpływa do strony niskiej instalacji, pozostaje jako warstewka oleju pod R717. Należy instalować urządzenia do odzysku smaru, najlepiej wewnętrzny system odzysku, który zbiera olej i zawraca go do zbiornika oleju. R717 jest toksyczny i ma bardzo niskie praktycznie stężenie graniczne (0,00035 kg/m3). Jeśli w wyniku wycieku miałaby zostać przekroczona ta wartość stężenia, należy stosować stały system wykrywania wycieków. Należy ustawić 500 ppm jako poziom niski - osiągnięcie tej wartości powinno uruchamiać wentylację mechaniczną i nadzorowany alarm dźwiękowy. Poziom wysoki należy ustawić na ppm, jego osiągnięcie powinno powodować zatrzymanie urządzeń i odłączenie urządzeń elektrycznych. Instalacje R717 o małym napełnieniu zaczynają pojawiać się w zastosowaniach w systemach komercyjnych, gdzie tradycyjnie używa się F-gazów. R32

21 R32 jest bardzo podobny do R410A, ale klasyfikowany jako słabo palny. W większości, elementy składowe systemu są takie same jak te stosowane dla R410A. Różnica wynika ze słabej palności: Ograniczona jest wielkość napełnienia, patrz tabele 5 i 6 w module 1 (R32 obecnie klasyfikuje się jako czynnik chłodniczy z grupy A2); Niektóre części elektryczne przeznaczone są do stosowania w atmosferach wybuchowych. Załącznik 1 zawiera więcej szczegółów na temat procesu projektowania instalacji z czynnikami palnymi. Odnosi się to także do czynników słabo palnych jak R32. Ciśnienia robocze i postojowe R32 są niemal identyczne jak w przypadku R410A, więc stosowane części muszą być odpowiednie dla takich ciśnień. Części odpowiednie dla instalacji z innymi F-gazami mogą się nie nadawać. Typowe ciśnienie maksymalne w instalacji po stronie wysokiej wynosi 34,2 bar g, a po stronie niskiej 19,3 bar g. Wydajność chłodnicza R32 podobna jest do wydajności R410A, więc można stosować części wymiarowane na R410A. Type R32 fluorowęglowodó r Kluczowe fakty Lekka palność GWP1 Temop. nas.2 Typowe zastosowanie OC Klimatyzacja split 1 GWP według rozporządzenia UE 517: Temp. nas. - temperatura nasycenia przy ciśnieniu atmosferycznym (1 bar g), z wyjątkiem R744, gdzie jest to temperatura powierzchni stałego R744 pod ciśnieniem atmosferycznym.

22 Przykład sprzętu na R32 (produkcja)

23 R1234ze Różnice projektowe dla R1234ze wynikają z jego słabej palności oraz niskiego ciśnienia i wydajności: Ograniczona jest wielkość napełnienia (więcej informacji w tab. 5 i 6 w Module 1 - R1234ze jest obecnie zaliczany do grupy czynników A2); Niektóre urządzenia elektryczne przeznaczone są do stosowania w warunkach wybuchowych. Załącznik 1 zawiera więcej szczegółów, dotyczących projektowania instalacji, w których stosowany jest czynnik palny. Stosuje się to do czynników słabo palnych, jak R1234ze; Typowe ciśnienie maksymalne w instalacji dla strony wysokiej wynosi 10,3 bar g, a dla strony niskiej - 5,1 bar g, więc urządzenia i rurociąg mogą być zaprojektowane na wyraźnie niższe ciśnienia niż pozostałe czynniki z grupy HFC; Wydajność chłodnicza wynosi około 75% wydajności R134a, a COP jest bardzo podobny. Sprężarka będzie miała więc silnik podobnej wielkości, ale wyporność o 30% wyższą niż dla R134a, by zapewnić tę samą wydajność. Obecnie jest bardzo mało sprężarek przystosowanych do stosowania R1234ze. R744 Type Kluczowe fakty GWP Temp. nasyce nia Typowe zastosowania Nienasycony HFC (hydrofluoorolefi na, HFO) Lekka palność 1-78OC Agregaty, klimatyzacja split, urządzenia integralne przykłady urządzeń na R1234ze

24 R600a (Izobutan) Specyfika R600a wynika przede wszystkim z jego wysokiej palności, bardzo niskich ciśnień i wydajności: Wielkość napełnienia jest ograniczona (tabela 5 i 6 w Module 1). R600a zaliczany jest do grupy czynników A3. Niektóre urządzenia elektryczne przeznaczone są do stosowania w warunkach wybuchowych. Załącznik 1 zawiera więcej szczegółów, dotyczących projektania instalacji, w których stosowany jest czynnik palny. Stosouje się to do czynników palnych, jak 600a; REAL Alternatives Przewodnik 1, Rys. 1 Typowe ciśnienie maksymalne w instalacji dla strony wysokiej wynosi 6,8 bar g, a dla strony niskiej 3,3 bar g, więc urządzenia i rurociąg mogą być zaprojektowane na wyraźnie niższe ciśnienia niż czynniki z grupy HFC Wydajność chłodnicza wynosi ok. 50% wydajności R134a, COP jest bardzo podobny. Zatem sprężarki mają większą wyporność, by zapewnić taką samą wydajność chłodniczą, lecz silnik o podobnej wielkości. Sprężarki na R600a są powszechne dla urządzeń domowych i małych urządzeń komercyjnych, ale nie dla większych instalacji. R600a Typ Kluczowe fakty GWP3 Temp. nas.4 Typowe zastosowania Izobutan, C4H10, węglowodór (HC) Palny 3-12OC Instalacje domowe i małe komercyjne 3 GWP według rozporządzenia UE 517: Temp. nas. - temperatura nasycenia przy ciśnieniu atmosferycznym (1 bar g), z wyjątkiem R744, gdzie jest to temperatura powierzchni stałego R744 pod ciśnieniem atmosferycznym.

25 R290 i R1270 (Propan and Propen) R290 i R1270 mają stosunek ciśnienia do temperatury oraz wydajność chłodniczą podobną do R404A. Główna różnica w stosowaniu wynika z wysokiej palności tych dwóch czynników: Wielkość napełnienia jest ograniczona (tabela 5 i 6 w Module 1). R290 i R1270 zaliczane są do grupy czynników A3. REALREAL Alternatives Alternatives Poradnik 1, Poradnik tabele 51and Rys.61. Niektóre urządzenia elektryczne przeznaczone są do stosowania w warunkach wybuchowych. Załącznik 1 zawiera więcej szczegółów, dotyczących projektowania instalacji, w których stosowany jest czynnik palny. Stosuje się to do czynników palnych, jak R290 i R1270. Typowe ciśnienia maksymalne w instalacji wynoszą odpowiednio: Dla strony wysokiej, 18,1 bar g dla R290 i 21,8 bar g dla R1270; Dla strony niskiej, 10,4 bar g dla R290 i 12,7 bar g dla R1270. REAL Alternatives Poradnik 1 Rys. 1. Typowe elementy instalacji na R404A mogą być stosowane także w instalacjach z R290 i R1270, z wyjątkiem urządzeń elektrycznych - patrz następny rozdział. Typ R290 R1270 Propan, C3H8, (HC) Propen (propylen), C3H6, (HC) Kluczowe fakty GWP5 Sat temp6 Typowe zastosowania Palny 3-42OC Agregaty, meble chłodnicze Palny 3-48OC Agregaty, meble chłodnicze Przykłady (Wlk. Brytania) instalacji supermarketowej na węglowodór. 5 GWP według rozporządzenia UE 517: Temp. nas. - temperatura nasycenia przy ciśnieniu atmosferycznym (1 bar g), z wyjątkiem R744, gdzie jest to temperatura powierzchni stałego R744 pod ciśnieniem atmosferycznym.

26 Case Study Mały, prosty system na węglowodór dla supermarketu w Wielkiej Brytanii W Wielkiej Brytanii, w ponad 100 supermarketach, jako alternatywę wobec dużych urządzeń centralnych, wykonano małe proste systemy chłodzenia węglowodorowego. Typowe instalacje obejmują witryny chłodnicze ze skraplaczami chłodzonymi wodą i monoblokowe instalacje chłodni, także ze skraplaczami chłodzonymi wodą. Glikolowe agregaty wody lodowej umieszczone na zewnątrz chłodzą glikol wymagany w witrynach i monoblokach (rys. 1). Zastosowano także chłodzone powietrzem klimatyzatory split. Instalację zaprojektowano do zastosowania R1270. Są to instalacje o małym napełnieniu, z wyjątkiem instalacji klimatyzacyjnych, które są fabrycznie napełnione i sprawdzone. Typowa wielkość wycieków to ok. 1% całkowitego napełnienia rocznie, w porównaniu do nawet 100% w przypadku instalacji centralnej. Podobnie, zwiększa się się zużycie energii, by unikać wycieków. Proste instalacje są także bardziej elastyczne np. mniej podatne na zmianę nastaw podczas pracy, co znacząco wpływa na zużycie energii. Planując instalację na węglowodory, warto rozważyć zastosowanie mniejszych instalacji o ograniczonym napełnieniu, co skutkuje znacznym obniżeniem wielkości wycieków. Prosty schemat szaf chłodzonych wodą i agregatu

27 Załącznik 1, Proces projektowy dla instalacji na czynniki palne W przypadku wycieku, wokół instalacji może powstać atmosfera wybuchowa. Może dojść do zapłonu, jeśli w tej przestrzeni znajdzie się źródło zapłonu. Należy spełnić następujące zasady zgodne z dyrektywą ATEX:7 Dla strefy zagrożonej wybuchem w przypadku wycieku; Dla urządzeń elektrycznych ze strefą zagrożoną wybuchem w przypadku wycieku. Załącznik niniejszy podaje więcej szczegółów dotyczących procesu projektowania instalacji na czynniki palne. W przypadku wycieku takich czynników, źródłem zagrożenia są źródła zapłonu, znajdujące się w strefie zagrożonej wybuchem. Istotne w projektowaniu jest więc zapewnienie, ze w strefie zagrożenia wybuchem nie ma potencjalnych źródeł zapłonu - uniemożliwienie wycieków zw strefie zagrożonej wybuchem lub usunięcie z niej źródeł zapłonu Szczegóły dostępne są w następujących normach: PN-EN Atmosfery wybuchowe - Klasyfikacja przestrzeni - gazowe atmosfery wybuchowe PN-EN : Elektryczny sprzęt do użytku domowego i podobnego -- Bezpieczeństwo użytkowania -- Część 2-89: Wymagania szczegółowe dotyczące komercyjnych urządzeń chłodniczych z wbudowaną lub wolnostojącą skraplarką lub sprężarką 7 ATEX 95 (94/9/EC - Sprzęt)

28 Proces projektowy Proces projektowy, który zapewnia bezpieczeństwo instalacji na czynniki palne podany poniżej dotyczy instalacji, które zawierają źródła zapłonu, niezależnie od wielkości napełniania. Krok 1.1 Przeprowadzić testy stref zagrożonych wybuchem (klasyfikacja powierzchni), by określić zasięg potencjalnej strefy zagrożenia wybuchem w przypadku wycieku. Krok 1.2. Zastąpić źródło zapłonu odpowiednim urządzeniem. Krok 1.3 Opcja1 lub Przenieść źródło zapłonu poza potencjalną strefę zagrożoną wybuchem. Norma PN-EN (Atmosfery wybuchowe Część 14: Projektowanie, dobór i montaż instalacji elektrycznych) wymaga, by tam gdzie to możliwe, urządzenia elektryczne w bezpiecznych obszarach. Opcja 2 lub Zastąpić źródło zapłonu odpowiednim urządzeniem Opcja 3 lub Zwiększyć przepływ powietrza i/lub zapewnić stały dopływ powietrza, by zmniejszyć strefę potencjalnie zagrożoną wybuchem. Opcja 4 Umieszczać źródła zapłonu w odpowiednich obudowach (dla małych instalacji jest to zwykle wykluczone z powodu kosztów i trudne do wykonania).

29 Test symulowanego wycieku Test symulowanego wycieku przeprowadza się, by określić zasięg strefy potencjalnie zagrożonej wybuchem w przypadku wycieku. Test powinna przeprowadzać osoba o odpowiednich kwalifikacjach. Przeprowadzenie testu powinno być zgodne z normą PN-EN :2009 Atmosfery wybuchowe Część 10-1: Klasyfikacja przestrzeni - Gazowe atmosfery wybuchowe. Poniżej przedstawiona procedura stanowi podsumowanie procesu, po pełną informację należy odwoływać się do normy. Krok 2.1 Krok 2.2 Określić potencjalne miejsca wycieku(ów). Określić wskaźnik uwalniania według normy PN-EN :2009 Atmosfery wybuchowe - Część 10-1: Klasyfikacja przestrzeni - Gazowe atmosfery wybuchowe, Aneks A, dla każdego miejsca. Należy wyznaczyć: Wielkość otworu wycieku; Czy wycieknie ciecz czy gaz; Maksymalne ciśnienie i temperaturę czynnika w punkcie wycieku. Krok 2.3 Zdecydować, czy będzie przepływ powietrza. Jeśli wentylatory pracują w sposób ciągły, mogą być uruchomione także podczas testu. Jeśli wentylatory wyłączają się, gdy wyłączana jest instalacja chłodnicza (np. z powodu temperatury), nie powinny pracować podczas testu - tak, by sprawdzić najgorszy scenariusz. Krok 2.4 Przeprowadzić test symulacji wycieku, mierząc stężenie HC tam gdzie są źródła zapłonu i wokół instalacji, by określić zasięg stref zagrożonych wybuchem. Krok 2.5 Zapisać wyniki testu w dokumentacji technicznej. Test symulowanego wycieku należy przeprowadzać w środowisku podobnym do tego, w którym instalacja rzeczywiście będzie pracować. Podczas testu, należy wziąć pod uwagę wielkość pomieszczenia i pobliskie wyposażenie z uwzględnieniem źródeł zapłonu.

30 Potencjalne punkty wycieków Możliwe punkty wycieku to zwykle połączenia, łuki większe niż 90 stopni, rury i części narażone na zniszczenie oraz wszelkie inne słabe punkty instalacji. Montaż źródeł wycieków (np. rurka podłączona do zbiornika HC, przez którą czynnik ucieka do otoczenia), ustawienie instalacji oraz sprzęt do pobierania próbek nie będą zauważalnie wpływać na wynik testów. Mierniki stężenia czynnika powinny odpowiednio szybko regować na zmiany stężenia (2-3 sekundy). Wszelkie miejsca, w których stężenie przekracza 50% dolnej granicy wybuchowości w dowolnym momencie testu, uznawane są za potencjalnie zagrożone wybuchem. Zastosowano współczynnik 0,5, gdyż wyciek czynnika palnego definiowany jest jako ucieczka wtórna. Test symulowanego wycieku określa także obszar wokół instalacji, w którym nie można umieszczać źródeł zapłonu. Jeśli strefa potencjalnie zagrożona wybuchem może wystąpić poza zakresem oddziaływania instalacji, istotne jest, by wszelki inne urządzenia umieszczone w tym obszarze nadawały się do stosowania w środowisku potencjalnie wybuchowym. Urządzenia elektryczne Test symulowanego wycieku pozwoli określić, czy źródła zapłonu nie znajdują się w strefie potencjalnie zagrożonej wybuchem. Urządzenia elektryczne w tej strefie nie mogą: tworzyć łuku lub iskry (chyba, że łuk lub iskra zabezpieczone są przed powodowaniem zapłonu, zgodnie z normą PN-EN Atmosfery wybuchowe - Zabezpieczenie urządzeń za pomocą budowy typu "n"); osiągać maksymalnej temperatury powierzchni, przekraczającej maksimum odpowiednie dla temperatury urządzenia (chyba, że zapewniona jest ochrona przed zapłonem, zgodna z normą PNEN ). Źródła zapłonu Źródła zapłonu związane z chłodnictwem obejmują zwykle:

31 Wyłączniki i włączniki lub styczniki Przekaźniki (np. do sterowania albo do spręzarek jednofazowych) Wyłączniki ciśnieniowe; Thermal overloads; Silniki wentylatorów; Termostaty; Pompki skroplin; Mini wyłączniki instalacyjne; Podgrzewacze odszraniania, jeśli temperatura powierzchni może przekroczyć temperaturę o 100 stopni Celsjusza niższą niż temperatura zapłonu danego czynnika, np. 360 stopni dla węglowodorów (maks. temperatura odszraniacza powinna być określona podczas testów w maksymalnie ciężkich warunkach otoczenia, zakładając, że nie powiodło się zakończenie odszraniania). Powierzchnie o temperaturze powyżej 360 stopni Celsjusza. Nie jest to kompletna lista, ale obejmuje najpowszechniejsze urządzenia elektryczne, które trzeba uwzględnić. Źródłami zapłonu nie są Oświetlenie (trzeba jednak uwzględnić włączniki, przełączniki i końcówki, nawet dla oświetlenia niskonapięciowego); Kondensatory (zaleca się wyposazenie ich w oporniki upływowe, co ogranicza zagrożenia powodowane przez wyładowania podczas obsługi); Cewki zaworów elektromagnetycznych; Okablowanie (przypadkowe rozłączenie, np. podczas obsługi, moze powodować powstanie iskry. By ograniczyć to ryzyko, zaleca się stosowanie końcówek zaciskowych, odpowiednio oznaczonych, których nie da się rozłączyć przypadkowo); Bezpieczniki (uważane za urządzenia nieiskrzące, jeśli są nieprzezwajalne, non-indicating cartridge types or indicating cartridge types, zgodnie z normą PN-EN :1997 Bezpieczniki topikowe niskonapięciowe. Wymagania dodatkowe dotyczące bezpieczników instalacyjnych przeznaczonych do stosowania przez osoby niewykwalifikowane (bezpieczniki głównie dla gospodarstw domowych i podobnych zastosowań8). Istnieją różne sposoby na rozwiązanie problemu źródeł zapłonu w strefach potencjalnie zagrożonych wybuchem (krok 1.3.). Przy wyborze opcji 2 ("odpowiednie urządzenia"), urządzenie powinni być zgodne z normą PN-EN Norma ta określa ochronę za pomocą budowy typu "n" jako taką, która w normalnych warunkach roboczych 8 EN :2010 Explosive atmospheres Equipment protection by type of protection n, 9.1

32 i w określonych warunkach nietypowych, nie powodują zapłonu otaczającej gazowej atmosfery wybuchowej. Budowa urządzeń elektrycznych umieszczonych w strefie zagrożonej wybuchem powinna być zatem yypu "n", zgodnie z normą PN-EN Atmosfery wybuchowe - Część 15: Zabezpieczenie urządzeń za pomocą budowy typu "n". Urządzenia typu "n" muszą być certyfikowane przez uprawnioną instytucję i odpowiednio udokumentowane. Połączenia elektryczne Połączenia elektryczne w strefie zagrożonej wybuchem stają się niebezpieczne, jeśli są rozdzielone, gdy pozostają pod napięciem. Wtyczki i gniazda, podłączone tylko do jednej części urządzenia, muszą być zabezpieczone mechanicznie, by zapobiegać przypadkowemu rozłączeniu lub wymagać minimalnej siły potrzebnej do rozłączenia 15 Nm. Urządzenie należy oznakować następująco: UWAGA - nie rozdzielać pod napięciem Bezpieczniki Obudowy bezpieczników powinny być zablokowane, aby bezpieczniki mogły być wymontowane lub wymienione tylko po odłączeniu zasilania lub obudowa powinna być oznakowana następująco: UWAGA - nie wyjmować bezpiecznika pod napięciem Nie należy stosować pojedynczych bezosłonowych żył kablowych, o ile nie są zainstalowane w tablicach rozdzielczych, obudowach lub rurach osłonowych. Wentylatory Wentylacja może wykluczać potrzebę zmian urządzeń elektrycznych lub obudów: Wentylatory skraplacza mogą pracować w sposób ciągły (np. nie wyłączać się, kiedy instalacja przestaje pracować). Zwiększa to zużycie mocy instalacji lub Może się włączać wentylator dodatkowy, jeśli wyłączony jest wentylator skraplacza. Odpowiedni strumień powietrza jest zwykle zapewniany przez wentylator mniejszy niż ten stosowany do chłodzenia skraplacza, więc zapotrzebowanie na moc w takim przypadku jest zwykle mniejsze niz w przypadku pracy ciągłej wentylatora skraplacza. Wydatek wentylatora dodatkowego musi być sprawdzony podczas testu symulacyjnego na przecieki, by upewnić się, ze strumień powietrza wystarczy do rozproszenia czynników z grupy HC. Należy zwrócić szczególną uwagę na zatkane skraplacze lub wadliwe silniki wentylatorów, co wyraźnie ogranicza strumień powietrza, szczególnie jeśli zastosowano sposoby ochrony pierwotnej dla źródeł zapłonu.

33 Test po module 2 Zapraszamy do sprawdzenia się poprzez odpowiedzi na poniższe pytania. Pytanie 1 Jakie jest ciśnienie R744 in a system which is at standstill in an ambient temperature of 20 OC? i. 4.9 bar g ii. 7.4 bar g iii. 55 bar g iv bar g Pytanie 2 Jaka jest przybliżona wydajność sprężarki pracującej na R600a, w porównaniu do sprężarki pracującej na R134a, by otrzymać taką samą wydajność chłodniczą? I. Siedem razy większa II. Dwa razy mniejsza III. Taka sama IV. Stanowi połowę Pytanie 3 Jaka jest temperatura skraplania, przy której instalacja R744 jest podkrytyczna? I. 55 C II. 43 C III. 31 C IV. 72 C Pytanie 4 Podczas stosowania R1270, powyżej jakiej temperatury gorące powierzchnie stają się powierzchniami zapłonu? I. 60 C II. 150 C III. 260 C IV. 360 C Odpowiedzi podano na końcu kolejnej strony.

34 Co dalej? Informacje w przewodniku stanowią wprtowadzenie do najpopularniejszych alternatywnych czynników chłodniczych. Więcej informacji dostępnych jest w e-bibliotece. Zainteresowanych certyfikatem REAL Alternatives prosimy o kontakt: szkolenia@prozon.org.pl lub wizytę na stronie: Kontynuuj samokształcenie w jednym z modułów programu Real Alternatives Europe! 1. Wprowadzenie do czynników alternatywnych bezpieczeństwo, wydajność, trwałość, dobre praktyki 2. Alternatywne czynniki chłodnicze - różnice w projektowaniu 3. Szczelność i wykrywanie wycieków w instalacjach na czynniki alternatywne 1- Konserwacja i naprawa instalacji na czynniki alternatywne 2- Przezbrajanie działających instalacji na czynniki alternatywne o niskim GWP 3- Wymagania prawne przy pracy z czynnikami alternatywnymi 4- Mierzenie finansowych, środowiskowych i biznesowych kosztów wycieków 5- Narzędzia i przewodniki do prowadzenia badania na obiekcie. Ocena i informacja zwrotna. Warunki korzystania Materiały e-learningowe REAL Alternatives dla uczestników szkoleń dostępne są za darmo do celów szkoleniowych i nie mogą być sprzedawane, drukowane, kopiowane lub reprodukowane bez wcześniejszi pisemnej zgody. Prawa autorskie do wszystkich materiałów: Instytut Chłodnictwa (UK) i partnerzy. Materiały zostały przygotowane przez ekspertów i poddane surowej recenzji użytkowników oraz testom, jednak Instytut i partnerzy nie ponoszą odpowiedzialności za błędy czy zaniedbania. IOR 2015 Prawidłowe odpowiedzi: Pyt.1 = iii, Pyt. 2 = ii. Pyt. 3 = iii, Pyt. 4 = iv.