Zastosowanie CO 2 w systemach chłodzenia.

Podobne dokumenty
OCENA TECHNICZNO-EKONOMICZNA KASKADOWEGO SYSTEMU CHŁODZENIA OPARTEGO NA UKŁADZIE AMONIAK DWUTLENEK WĘGLA

Amoniakalne urządzenia chłodnicze Tom I

POLITECHNIKJA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

Rozwój pomp ciepła sprawność energetyczna i ekologia

Automatyzacja procesu odszraniania wentylatorowych chłodnic powietrza gorącymi parami czynnika w małych urządzeniach chłodniczych

SPIS TREŚCI TOMU I. Przedmowa 11. Wprowadzenie 15 Znaczenie gospodarcze techniki chłodniczej 18

Poligeneracja wykorzystanie ciepła odpadowego

Czynniki alternatywne - przyszłość chłodnictwa? Dr hab. inż. Artur Rusowicz Instytut Techniki Cieplnej Politechnika Warszawska

Lekcja 5. Parowniki. Parownik (lub parowacz)- rodzaj wymiennika ciepła, w którym jeden z czynników roboczych ulega odparowaniu.

Techniki niskotemperaturowe w medycynie

Ocena efektywności energetycznej sprężarkowych układów chłodniczych dwustopniowych

Lewobieżny obieg gazowy Joule a a obieg parowy Lindego.

Konstrukcja pompy ciepła powietrze/woda typu Split. Dr hab. Paweł Obstawski

Chłodnictwo i klimatyzacja / Kazimierz M. Gutkowski, Dariusz J. Butrymowicz. wyd. 2-1 dodr. (PWN). Warszawa, cop

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

Program szkolenia. dla osób ubiegających się o kategorię I lub II

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

OCENA TECHNICZNO-EKONOMICZNA KASKADOWEGO SYSTEMU CHŁODZENIA OPARTEGO NA UKŁADZIE AMONIAK DWUTLENEK WĘGLA

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów. Justyna Jaskółowska IMM. Techniki niskotemperaturowe w medycynie Gdańsk

Dobór urządzenie chłodniczego

GEA rozwiązania dla sektora rybnego

Klimatyzacja samochodowa na dwutlenek węgla

PL B1. OLESZKIEWICZ BŁAŻEJ, Wrocław, PL BUP 09/ WUP 12/16. BŁAŻEJ OLESZKIEWICZ, Wrocław, PL RZECZPOSPOLITA POLSKA

ZAMIENNIKI SERWISOWE CZYNNIKA R 22

NOWE SZKOLENIA w zakresie budowy i wykorzystania SPRĘŻARKOWYCH POMP CIEPŁA w systemach grzewczych, uruchomione w Gdańsku

EKSPERYMENTALNE OKREŚLENIE WPŁYWU DOBORU CZYNNIKA CHŁODNICZEGO NA MOC CIEPLNĄ CHŁODZIARKI SPRĘŻARKOWEJ**

Kurs początkowy i uzupełniający w zakresie substancji kontrolowanych

SpręŜarki Danfoss dedykowane do pomp ciepła poprawiają sezonową efektywność energetyczną o 10%!

Część II. Zastosowanie dwutlenku węgla R744 jako czynnika chłodniczego. I Wstęp. Historia CO2 jako czynnika chłodniczego

Informacja o pracy dyplomowej. Projekt stanowiska dydaktycznego opartego na spręŝarkowym urządzeniu chłodniczym, napełnionym dwutlenkiem węgla (R744)

Amoniakalne urządzenia chłodnicze Tom II

Czynniki chłodnicze DuPont TM ISCEON MO59 i MO79. Materiały informacyjne

Wykorzystanie ciepła odpadowego dla redukcji zużycia energii i emisji

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA ABSORPCYJNEJ POMPY CIEPŁA

INTEGRACYJNY WYMIENNIK CIEPŁA CONNECT III

Plan zajęć. Sorpcyjne Systemy Energetyczne. Adsorpcyjne systemy chłodnicze. Klasyfikacja. Klasyfikacja adsorpcyjnych systemów chłodniczych

Spis treści: 1. TZR budowa i zasada działania Zjawisko poślizgu temperaturowego.5 3. Wentylatorowe chłodnice powietrza 6 4. Podsumowanie.

STIEBEL ELTRON: Co to jest i jak działa pompa ciepła?

Alternatywne czynniki chłodnicze jako odpowiedź na harmonogram wycofywania F-gazów.

Lewobieżny obieg gazowy Joule a a obieg parowy Lindego.

Lekcja 13. Klimatyzacja

Technika Chłodnicza- Poradnik Tom II

Sorpcyjne Systemy Energetyczne

PL B1. Sposób geotermalnego gospodarowania energią oraz instalacja do geotermalnego odprowadzania energii cieplnej

POLITECHNIKA GDAŃSKA

WPŁYW ODZYSKU CIEPŁA NA DZIAŁANIE URZĄDZENIA CHŁODNICZEGO

Porównanie strat ciśnienia w przewodach ssawnych układu chłodniczego.

Pompa ciepła powietrze woda WPL 15 ACS / WPL 25 AC

Wykład 8 : Obiegi rzeczywisty w prowiantówce - awarie i niesprawności, oleje

Metody chłodzenia powietrza w klimatyzacji. Koszty chłodzenia powietrza

CO DALEJ Z CZYNNIKAMI SYNTETYCZNYMI

Część I. Katarzyna Asińska

Zastosowanie i perspektywy rozwoju adsorpcyjnych urządzeń chłodniczych w chłodnictwie i klimatyzacji

Skraplanie czynnika chłodniczego R404A w obecności gazu inertnego. Autor: Tadeusz BOHDAL, Henryk CHARUN, Robert MATYSKO Środa, 06 Czerwiec :42

Seminarium z Automatyki Chłodniczej i Klimatyzacyjnej/

Obieg Ackeret Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji

Pompy ciepła powietrze woda WPL 13/18/23 E/cool

Czynnik chłodniczy DuPont TM ISCEON M049. Materiały informacyjne

Spis treści. 2. Przemiany powietrza wilgotnego. Przygotowanie procesu Powietrze wilgotne Przemiany powietrza wilgotnego 16

Zastosowanie zasobników chłodu metodą poprawy efektywności energetycznej autobusów elektrycznych

MoŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii. w budynkach hotelowych. Warszawa, marzec 2012

BADANIE SPRĘŻARKOWEJ POMPY CIEPŁA

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

ZAMIENNIKI SERWISOWE CZYNNIKA R 22

BADANIE CHŁODZIARKI SPRĘŻARKOWEJ

Technologia lodu binarnego. - przełom w chłodzeniu akumulacyjnym

KONCEPCJA WYKORZYSTANIA CIEPŁA ODPADOWEGO DO WYTWARZANIA CHŁODU NA JEDNOSTKACH PŁYWAJĄCYCH

Techniki Niskotemperaturowe w Medycynie. Skraplarka Claude a i skraplarka Heylandta (budowa, działanie, bilans cieplny, charakterystyka techniczna).

Temat: Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

Fizykochemiczne własności skroplonego metanu i azotu

ZAGADNIENIA ODZYSKU CIEPŁA W URZĄDZENIACH CHŁODNICZYCH NA PODSTAWIE DOŚWIADCZEŃ FIRMY DK

Wysokoefektywne pompy ciepła Ciepło prosto z natury A++ LAT SYSTEM GWARANCYJNY

Pompy ciepła

WARSZTATY CHŁODNICZE WĘGLOWODORY

Czym w ogóle jest energia geotermalna?

Temat: Skraplarka La Rouge a i skraplarka Gersza. Karol Szostak Inżynieria Mechaniczno Medyczna

Pompa ciepła powietrze woda WPL 10 AC

Jak działa geotermiczna pompa ciepła?

SZKOLENIE podstawowe z zakresu pomp ciepła

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY. Seminarium z przedmiotu AUTOMATYKA CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA

Wienkra: Hydro Kit - Moduł centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej dla systemów MULTI V

Program i harmonogram szkolenia F GAZY

Ocena techniczna systemu FREE COOLING stosowanego w agregatach wody lodowej dla systemów klimatyzacji.

Pompy ciepła powietrze woda serii T-CAP, czyli stała wydajność grzewcza do temperatury zewnętrznej -15stC.

PL B1. GULAK JAN, Kielce, PL BUP 13/07. JAN GULAK, Kielce, PL WUP 12/10. rzecz. pat. Fietko-Basa Sylwia

SPOSOBY POSZANOWANIA ENERGII INNOWACJE ENERGETYCZNE W BUDOWNICTWIE

Podpisanie Protokołu Montrealskiego i podjęcie poszukiwań nowych ziębników syntetycznych

Ogrzewanie domu pompą ciepła Hewalex

Obieg Ackeret-Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) - podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji.

KSIĄŻKA SERWISOWA CHŁODZENIE SILNIKA UKŁAD KLIMATYZACJI SAMOCHODOWEJ

2

Wytwornice wody lodowej Chillery - rodzaje i klasyfikacja

Akademia R744 (CO2) wprowadzenie branży w chłodnictwo oparte na dwutlenku węgla.

SPOSÓB NA ZASTĄPIENIE KOTŁÓW OLEJOWO-GAZOWYCH W INSTALACJACH NOWYCH I MODERNIZOWANYCH

Agregaty Wody Lodowej (Chillery)

Alternatywne do R134a czynniki proponowane jako płyny robocze w klimatyzacji samochodowej i innych instalacjach chłodniczych o małej wydajności

OSUSZACZE POWIETRZA AQUA-AIR AQUA-AIR DR120, AQUA-AIR DR190, AQUA-AIR DR250, AQUA-AIR DR310, AQUA-AIR DR70

c = 1 - właściwa praca sprężania izoentropowego [kj/kg], 1 - właściwa praca rozprężania izoentropowego

APV Hybrydowe Spawane Płytowe Wymienniki Ciepła

Transkrypt:

Michał Nowakowski SUCHiKL Zastosowanie CO 2 w systemach chłodzenia. Dwutlenek węgla i amoniak po wielu latach znów stają się dominującymi płynami roboczymi. Technika chłodnicza powraca do swoich termodynamicznych korzeni. Spowodowane jest to szkodami, jakie środowisku naturalnemu wyrządzają powszechnie stosowane czynniki syntetyczne, wpływające na degradację warstwy ozonowej i pogłębiające tzw. efekt cieplarniany. Innym powodem powrotu do stosowania dwutlenku węgla jest konieczność ograniczenia ilości amoniaku w przemysłowych instalacjach chłodniczych, oraz bezpieczeństwo przechowywanego produktu. Najlepszym rozwiązaniem byłoby ograniczyć obecność amoniaku tylko do obszaru maszynowni chłodniczej, gdzie można w łatwy sposób zastosować odpowiednie środki bezpieczeństwa. Urządzenie chłodnicze stanowi układ zamknięty, w którym krąży określona ilość niskowrzącego płynu roboczego o odpowiednich właściwościach. Czynnik poddawany jest przemianom termodynamicznym, dzięki czemu ciepło ze środowiska chłodzonego jest przenoszone do otoczenia. Po przejściu każdego cyklu przemian w urządzeniu, czynnik osiąga stan końcowy, identyczny ze stanem początkowym. Za każdym razem przepływa on przez połączone przewodami rurowymi podstawowe elementy składowe instalacji chłodniczej: parownik, sprężarka, skraplacz oraz zawór rozprężny. Dwutlenek węgla można wykorzystać do pracy w dwóch obiegach teoretycznych: obieg chłodniczy podkrytyczny, którego zakres pracy mieści się w przedziale ciśnień od 5.7 bar (nieco powyżej punktu potrójnego) do 73 bar (nieco poniżej punktu krytycznego). Przekłada się to na następujący przedział

temperaturowy od 55ºC do 30ºC. Realizowany jest on za pomocą prostych układów chłodniczych, lecz jak widać jest mało korzystny z powodu ograniczeń wynikających z temperatur i wysokich ciśnień. Zazwyczaj układy realizujące obieg podkrytyczny pracują w przedziale ciśnień od 5.7 bar do 35 bar. obieg chłodniczy trans krytyczny wykorzystywany jest w małych, komercyjnych układach chłodniczych, takich jak: klimatyzacja samochodowa (wypiera powoli czynnik R 134a z zastosowania klimatyzacyjnego w samochodach), małe pompy ciepła, klimatyzacja komfortu oraz układy chłodzenia w supermarketach obieg dwustopniowy, to wykorzystanie w układzie chłodniczym obu poprzednich obiegów teoretycznych.

Układy chłodzenia oparte na dwutlenku węgla stosowane w obiektach przemysłowych typu chłodnia składowa, konstruowane są w większości przypadków jako urządzenia kaskadowe. Układ kaskadowy jest połączeniem ze sobą przynajmniej dwóch oddzielnych obiegów chłodniczych, przy czym skraplacz pierwszego stopnia jest w nich jednocześnie parownikiem kolejnego stopnia. Ciepło odbierane w parowniku z przestrzeni chłodzonej jest przekazywane do otoczenia za pośrednictwem kolejnego obiegu, stanowiącego następny stopień kaskady. W każdym ze stopni kaskady może być realizowany zarówno obieg jedno-, jak i dwustopniowy, ponadto każdy ze stopni można napełnić innym rodzajem czynnika chłodniczego. Możliwość różnicowania czynników pozwala na dobór najbardziej odpowiedniego płynu roboczego do danego zakresu temperatur pracy, co stanowi jedną z najważniejszych zalet układów kaskadowych. Przemiany termodynamiczne zachodzące w dwustopniowym układzie kaskadowym przedstawia rysunek: Widoczne są na nim dwie pary krzywych granicznych, po jednej dla każdego czynnika. Jak widać, temperatura skraplania w dolnym stopniu przewyższa temperaturę parowania w górnym stopniu, co jest wynikiem założonego kierunku przekazywania ciepła. System chłodzenia opary na układzie kaskadowym NH 3 CO 2 z dwutlenkiem węgla w części niskotemperaturowej. Układ chłodniczy niskotemperaturowy oparty na systemie kaskadowym z amoniakiem w górnym stopniu przedstawia rysunek:

Jak widać, dolny stopień kaskady napełniony dwutlenkiem węgla jest systemem pompowym. W systemie tym ciekły CO 2 pompowany jest z oddzielacza ciekłego czynnika do chłodnicy powietrza, gdzie częściowo odparowuje zanim powróci z powrotem do oddzielacza. Pary czynnika zasysane są i sprężane w sprężarce CO 2, i skraplają się w kaskadowym wymienniku ciepła CO 2 NH 3. Wymiennik ten jest skraplaczem dwutlenku węgla, i jednocześnie parownikiem amoniaku. Często spotykaną modyfi kacją tego typu rozwiązania technicznego, jest wykorzystywanie dodatkowej sprężarki dwutlenku węgla do oszraniania chłodnic powietrza gorącym gazem, co ilustruje rysunek:

Zalety: - mała zawartość czynnika chłodniczego, w porównaniu z tradycyjnym układem amoniakalnym (napełnienie układu można zmniejszyć o około 1/10) - duża niezawodność ruchu - dobra efektywność energetyczna, aczkolwiek gorsza niż w systemach bezpośrednich - możliwość zastosowania różnych rodzajów czynników syntetycznych i naturalnych np.: NH 3, izobutanu, propanu - objętość skokowa sprężarki CO 2 jest 10 razy mniejsza od odpowiedniej sprężarki niskiego stopnia NH 3 Wady: - dodatkowa energia niezbędna do napędu pomp - większa sieć przewodów wymagających izolacji zimnochronnej - większa liczba sprężarek - konieczność stosowania dodatkowego urządzenia chłodniczego do utrzymywania niskiej temperatury w oddzielaczu podczas postoju układu Pośredni system chłodzenia. Dwutlenek węgla jako czynnik pośredni w instalacji amoniaku. Pośredni system chłodzenia jest realizowany przez dwa obiegi chłodnicze: obieg pierwotny i obieg wtórny. Obieg pierwotny często ograniczony jest do maszynowni chłodniczej, natomiast obieg wtórny realizuje chłodzenie komór chłodniczych. Oba obiegi są sprzęgnięte ze sobą poprzez parownik obiegu pierwotnego i ochładzacz chłodziwa obiegu wtórnego. W tym miejscu instalacji dokonuje się schładzanie czynnika wtórnego powracającego obiegiem wtórnym z odbiorników chłodu. Schemat ideowy systemu pośredniego przedstawiono na rysunku:

W systemie tym ciekły CO 2 pompowany jest z oddzielacza ciekłego czynnika do chłodnicy powietrza, gdzie częściowo odparowuje zanim powróci z powrotem do oddzielacza. Pary CO 2 poprzez naturalny przepływ trafiają do wymiennika ciepła CO 2 NH 3, w którym następuje proces skraplania. Wymiennik ciepła jest ochładzaczem dwutlenku węgla i jednocześnie parownikiem amoniaku. Zalety - mała zawartość czynnika chłodniczego - mniejsze ryzyko przecieków - ewentualne przecieki ograniczone do maszynowni (są łatwiejsze do wykrycia) - łatwa i prosta obsługa - możliwość zastosowania czynników naturalnych np.: NH 3, izobutanu, propanu - możliwość zastosowania solanek i chłodziw zmieniających fazę (mieszanka lodowa, CO 2 ) - wysoka niezawodność ruchu Wady - zwykle niższa efektywność energetyczna niż w systemach bezpośrednich - dodatkowa energia potrzebna do pracy pomp przetłaczających czynnik wtórny - większa sieć przewodów - wyższy koszt instalacji spowodowany dodatkowymi elementami - konieczność stosowania dodatkowego urządzenia chłodniczego do utrzymywania niskiej temperatury w oddzielaczu podczas postoju układu. Układ chłodniczy z kilkoma poziomami temperatur parowania. Innym przykładem wykorzystania dwutlenku węgla jest układ kaskadowy, często wykorzystywany w instalacjach chłodniczych supermarketów, idealnie nadający się do instalacji obiektów przemysłowych o różnych poziomach temperatur parowania, co pokazuje rysunek:

Dwutlenek węgla został tu zastosowany jako czynnik chłodniczy bezpośredni dla komory chłodniczej (t o =-20ºC), jak również dla komory zerowej (t o =-7ºC). Odbiory zerowe, zasilane są ze zbiornika cieczy CO 2 przez pompy, natomiast odbiory minusowe zasilane są ciśnieniowo poprzez zawory rozprężne. Pary czynnika zasysane są przez sprężarkę CO 2 z odbiorów minusowych i tłoczone do wymiennika kaskadowego skraplacza. Pary mokre z komór zerowych wracają do zbiornika cieczy, skąd osuszona para przepływa do skraplacza CO 2. Skraplacz chłodzony jest poprzez obieg wysokiego ciśnienia mogący wykorzystywać czynniki naturalne (amoniak, propan,...), jak również czynniki syntetyczne (R 404A, R 134a,...). Zaletą zastosowania w takim systemie dwutlenku węgla jest, oprócz korzyści energetycznych, także ograniczenie o kilkadziesiąt procent napełnienia instalacji dość drogim drugim czynnikiem, np. freonem. Wnioski: Podejmując się oceny możliwości zastosowania dwutlenku węgla jako chłodziwa pośredniczącego należy zauważyć, iż cechuje się on korzystniejszymi właściwościami użytkowymi w porównaniu z tradycyjnymi solankami. Przewyższa je pod wieloma względami, a między innymi: wysokim ciepłem właściwym niską lepkością dynamiczną (10 razy mniejszą niż lepkość wody) nieszkodliwością dla zdrowia człowieka, produktów spożywczych i środowiska nie wywołuje korozji metali małą objętością właściwą wysokim współczynnikiem wydajności chłodniczej łatwą dostępnością i niską ceną Natomiast jako czynnik chłodniczy do układów bezpośrednich, dwutlenek węgla posiada następujące zalety: względnie mały stosunek sprężania w porównaniu z typowymi czynnikami całkowitą obojętność wobec materiałów konstrukcyjnych dobre warunki pracy z olejami smarnymi łatwą dostępność na rynku, niską cenę Do podstawowych trudności można zaliczyć wysokie ciśnienia robocze (50 bar przy +15ºC). Wymaga to stosowania bardziej zaawansowanych połączeń i konstrukcji. Podobny problem dotyczy wymienników, które muszą być dostosowane do pracy przy wyższych ciśnieniach. Wśród ekspertów zachodnich panuje opinia, że przy dobrze dobranym chłodziwie i starannie zaprojektowanym układzie, pośrednie urządzenia chłodnicze oparte na CO 2, energetycznie i cenowo nie będą ustępować układom freonowym bezpośredniego parowania, a nawet je przewyższą. Układ dwuczynnikowy NH 3 /CO 2 jest układem konkurencyjnym w porównaniu do układu NH 3 /CaCl 2. Podstawowymi zaletami takiego rozwiązania są: - nieszkodliwość dla środowiska obu czynników - małe średnice rur i zaworów - niewielkie gabaryty wymienników - a także brak korozji w całej instalacji