Rafał Anioł Część II I Wstęp Zastosowanie dwutlenku węgla R744 jako czynnika chłodniczego. Historia CO2 jako czynnika chłodniczego Dwutlenek węgla nie jest innowacyjnym czynnikiem, znany jest juŝ od połowy XIX w (rysunek poniŝej pokazuje historie stosowania róŝnych czynników od 1850r.) Dość powszechnie uŝywany był jeszcze w latach 50 przede wszystkim na statkach dalekomorskich, jednak ze względu na stosunkowo niska wydajność przy pracy w wyŝszych temperaturach został wyparty przez czynniki syntetyczne. W dzisiejszych czasach dwutlenek węgla powraca do łask i zaczyna być szerzej stosowany w instalacjach chłodniczych, umoŝliwiają to coraz bardziej zaawansowane technologie jak równieŝ poŝądane właściwości- szczególnie w dziedzinie ochrony środowiska. 1
Środowisko W dzisiejszych czasach mamy do czynienia z postępującym w kaŝdej dziedzinie gospodarki, a szczególnie przemysłu, ekologicznym lobby. W dziedzinie chłodnictwa naciski te koncentrują się na wypieraniu czynników chlorowych i zastępowaniem ich alternatywnymi bezchlorowymi czynnikami. Wpływowe organizacje działające przy ONZ i UE doprowadziły do zakazu stosowania czynników chlorowych (dyskusyjną pozostaje kwestia czy na pewno czynniki chlorowe są takimi winowajcami za jakie uwaŝają je ekolodzy) oskarŝając je o współudział w tworzeniu dziury ozonowej i efektu cieplarnianego. W efekcie zostały wycofane popularne i tanie czynniki chlorowe takie jak: R11, R12, a poszukuje się nowych czynników, które by sprostały narzuconym, ostrym wymaganiom ekologów. W ten sposób sięgnięto po dwutlenek węgla, który pod względem ekologicznym osiąga bardzo dobre wyniki: jest nietoksyczny współczynnik tworzenia efektu cieplarnianego GWP ponad 1000 krotnie mniejszy niŝ np. dla R507 biorąc pod uwagę większa wydajność (zgodnie z zapewnieniami producentów) instalacji z R744 i mniejsze koszty eksploatacyjne, całkowity równowaŝnik efektu cieplarnianego TEWI równieŝ jest korzystniejszy łatwość pozyskiwania- brak zanieczyszczeń atmosfery podczas procesów technologicznych przy pozyskiwaniu jak to ma miejsce przy produkcji czynników syntetycznych- równieŝ tych ekologicznych 2
II. Analiza przydatności R744 w instalacjach chłodniczych poprzez zestawienie i analizę jego zalet i wad. Zalety stosowanie R744 Na podstawie poprzedniego rozdziału, śmiało moŝemy powiedzieć, Ŝe pod względem ochrony środowiska dwutlenek węgla jest czynnikiem niemalŝe idealnym. Przyjrzyjmy się bliŝej przydatności czynnika technice chłodniczej poprzez pryzmat jego zalet i wad. Jak zapewniają producenci- szczególnie z Holandii, która przoduje w produkcji instalacji na CO2, układy z dwutlenkiem węgla mają wyŝszą wydajność niŝ czynniki freonowe czy syntetyczne. układy z R744 pozwalają na zastosowanie mniejszej ilości czynnika przez co zmniejsza się np. moc napędowa potrzebna do eksploatacji urządznia Mniejsze gabaryty instalacji chłodniczych. Mniejsze spręŝarki wymagane dla układu Bardzo dobra wydajność przy temperaturze parowania <-35stC Mniejsza wraŝliwość układu na spadki ciśnień (dla przykładu moŝna z instalacją amoniakalną, gdzie spadek o 0.1 bara przy tem -40stC to spadek temperatury o 2,5K a dla R744 o 0,15K. Jak podają producenci, układy pracujące w systemie kaskadowym zuŝywają od 10 do 15% mniej energii w stosunku do instalacji pracującej z samym amoniakiem niska cena, gdyŝ dwutlenek węgla moŝe być produktem odpadowym w róŝnych procesach technologicznych 3
Wady stosowania R744 Rozpatrując wady, juŝ na samym początku moŝemy wysnuć przypuszczenie, Ŝe muszą one być znaczące skoro pomimo tylu zalet i tak dobrych własności ekologicznych nie jest on jeszcze powszechnie stosowany: DuŜą wadą stosowania CO2 jest fakt, Ŝe nie są dokładnie poznane zaleŝności opisujące wymianę ciepła przy wrzeniu i skraplaniu. Wysoko połoŝony punkt potrójny, w związku z czym zalecane jest stosowanie mieszanek np. R744+R41; R744+R23. DuŜe ciśnienia robocze (100barów). Obecnie uŝywane komponenty w instalacjach nie są przygotowane do pracy przy takich ciśnieniach. DuŜe straty wywołane procesem dławienia; moŝna je zmniejszyć stosując rozpręŝanie zamiast dławienia lub stosując RWC. Dość niska efektywność wymiany ciepła po stronie skraplacza. Gorsza wydajność przy temperaturze parowania wyŝszej od -35stC. Dlatego CO2 stosowany jest w tych częściach instalacji gdzie temperatura nie przekracza -10stC. Znacznie wyŝsze koszty inwestycyjne. W najbardziej efektywnym systemie kaskadowym NH3/CO2 koszty inwestycyjne są około 20% wyŝsze niŝ w przypadku instalacji amoniakalnej. 4
III Zastosowanie R744 Układ kaskadowy. Ze powodu specyficznych na właściwości dwutlenku węgla, korzystnie jest ze względów ekonomicznych stosować go w układach mieszanych. Takim układem jest układ kaskadowy NH3/CO2. Najczęściej stosowanym układem kaskadowym jest układ bezpośredni jak na rysunku. Jest to system NH3/CO2 ze spręŝarką czynnika R744 w części instalacji napełnionej dwutlenkiem węgla. Skraplacz kaskadowy jest połączeniem pomiędzy stroną wyŝszej temperatury (NH3) a stroną niŝszej temperatury (CO2). Z oddzielacza CO2 ciecz jest pompowana do parowników, gdzie jej część odparowuje, a następnie w postaci pary mokrej wraca z powrotem do oddzielacza. W rzadziej stosowanym systemie pośrednim nie ma procesu spręŝania w części instalacji napełnionej dwutlenkiem węgla. 5
Pierwsze w Polsce zastosowanie instalacji chłodniczej z R744 w systemie kaskadowym. Pierwszym miejscem w Polsce gdzie zainstalowano dwutlenek węgla w instalacji chłodniczej w systemie kaskadowym jest firma zajmująca się hodowlą norek. Było to w 2006 roku. Zleceniodawca chciał przede wszystkim poprawić jakość pokarmu podawanego zwierzętom, poprzez szybsze zamraŝanie tegoŝ pokarmu. A przy okazji zmniejszyć ilość zamraŝarek płytowych oraz obniŝyć koszty eksploatacyjne tychŝe zamraŝarek. Wykonawca firma Grasso zdecydowała się na zastosowanie systemu kaskadowego NH3/CO2 aby osiągnąć wyŝej wymienione wymagania. Według zapewnień firmy po zainstalowaniu nowej instalacji chłodniczej uzyskano następujące rezultaty: zmniejszenie temperatury parowania z -40 do -50stC zmniejszenie czasu zamraŝania ze 150 do 90 minut dla mięsa drobiowego zmniejszono liczbę zamraŝarek płytowych o 4 w stosunku do pierwotnej instalacji amoniakalnej obniŝenie kosztów eksploatacyjnych 6
III Podsumowanie. Podsumowując zalety i wady dwutlenku węgla jako czynnika chłodniczego, wszystko wskazuje na to, Ŝe znaczenie go będzie rosło, przede wszystkim w duŝych instalacjach przemysłowych. Dodatkowym argumentem mogącym zawaŝyć na szybkim rozwoju instalacji chłodniczych pracujących z R744 jest jego ekologiczność, co sprawia, Ŝe projekty z wykorzystaniem dwutlenku węgla są chętnie współfinansowane przez rządy państw. Optymistyczne holenderskie prognozy (Holendrzy są przodownikami jeŝeli chodzi o produkcje i wdraŝanie instalacji z R744) mówią, Ŝe juŝ w 2007 roku znaczna część (niestety autor publikacji źródłowej nie sprecyzował co to znaczy znaczna ) instalacji przemysłowych będzie pracować na CO2. Moim zdaniem jaka będzie rzeczywistość to zaleŝy przede wszystkim od efektów jakie będą dawać zainstalowane juŝ urządzenia. IV Literatura (częściii) 1. Technika chłodnicza i klimatyzacyjna wyd. Masta 2. Nowe czynniki chłodnicze - poradnik wyd. Masta 3. materialy reklamowe zawarte na stronie www.grasso.pl 7