Akademia R744 (CO2) wprowadzenie branży w chłodnictwo oparte na dwutlenku węgla. Grzegorz Brak Paweł Kącki Andrzej Styrna LINUS Eco Sp. z o.o.
PLAN PREZENTACJI 1) R744 (CO 2 ) jako czynnik chłodniczy 2) Podstawowe obiegi chłodnicze na R744 (CO 2 ) 3) Zasady bezpieczeństwa 4) Napełnianie i opróżnianie instalacji 5) Regulacja ciśnienia w skraplaczu/schładzaczu gazu 6) Podsumowanie
R744 a może CO 2? Dwutlenek węgla chłodniczy R744 jest gazem: - czystym (99,9% czystości), - suchym (<5 ppm wagowo wilgoci), Dwutlenek węgla techniczny CO 2 jest gazem: - posiadającym czystość ok. 99,5%, - poziom wilgoci nie jest określany.
Wady i zalety R744 Zalety przy stosowaniu CO 2 jako czynnika chłodniczego: - małe przekroje rur - małe straty ciśnienia, - lepszy w porównaniu z innymi czynnikami chłodniczymi współczynnik wymiany ciepła, - GWP < 150 - czynnik chłodniczy dopuszczony do obrotu na najblizsze lata, - brak konieczności sprawozdań do Bazy Danych Sprawozdań (BDS) o SZWO i F-gazach, - mniejsze zużycie prądu w stosunku do HFC. Wady: - wysokie ciśnienie pracy - do 90-100 bar (maksymalnie 130 bar), - wysokie ciśnienie podczas postoju instalacji, - konieczność stosowania dużej ilości zaworów bezpieczeństwa, - Konieczność stosowania systemów kontrolujących COP w wysokich temperaturach, - koniecznosć stosowania systemów monitorujacych poziom dwutlanku węgla w powietrzu, - problemy z odolejaniem dwutlenku węgla, - Ciągle wyższa cena komponentów w porównaniu do tradycyjnych instalacji.
Porównanie R744 z innymi czynnikami chłodniczymi Czynnik chłodniczy R134A R404A NH3 CO2 Substancja naturalna nie nie tak tak Potencjał niszczenia warstwy ozonowej ODP 0 0 0 0 Potencjał tworzenia efektu cieplarnianego GWP 1300 3260-1 Ciśnienie krytyczne w Punkt potrójny w [bar] [ o C] [bar] [ o C] 40.7 101.2 0.004-103 37.3 72 0.028-100 113 132.4 0.06-77.7 Palność lub wybuchowość nie nie tak nie Toksyczność nie nie tak nie 73.6 31.1 5.18-56.6
=1 x Podstawowe systemy chłodnicze na R744 2' PC 3 2 Skraplacz Regulator ciśnienia Skraplacz 3' Zawór rozprężny TCE Sprężarka zbiornik cieczy 4 8 PC 9 Sprężarka 1' 5 Regulator ciśnienia 1 4' Parownik TCE Zawór rozprężny 6 Parownik 7 Układ chłodniczy freonowy jednostopniowy Układ chłodniczy transkrytyczny na R744 P [MPa] K P [MPa] 12 3 K CO 2 2 2 3' R 134 a 2' 3,5 5 4 8 0,1 4' 1' 6 9 7 1 x=0 x=0 x=1 h h
Podstawowe systemy chłodnicze na R744 Zbiornik R407f Zawór rozprężny 2 TCE 3 Skraplacz Parownik średniotemperaturowy Skraplacz obiegu głównego Sprężarka freonowa Kaskadowy wymiennik ciepła 1 4 3 Zbiornik cieczy 7 PC Zawór wysokiego ciśnienia TCE 2 Skraplacz Zawór PC 4 wtrysku par 5 6 Parownik średniotemperaturowy CO 2 8 9 1 Sprężarka średniotemperaturowa Zbiornik CO 2 Skraplacz niskotemperaturowy TCE 6 7 8 Zawór rozprężny Parownik CO 2 Sprężarka R744 Układ chłodniczy kaskadowy 5 Zawór rozprężny TCE Zawór rozprężny 10 Parownik niskotemperaturowy CO 2 Sprężarka niskotemperaturowa Układ chłodniczy transkrytyczny na R744 12 11 P [MPa] 2 1 0,1 x=0 2 6 R 744 K FREON 3 4 7 8 x=1 1 5 P [MPa] rozrężanie do temp. parowania -10 o C rozprężanie do temp. parowania -30 o C rozprężanie poprzez ICMT (kontrola ciśnienia w zależności od temperatury) 8 10 7 8 12 2 3 4 rozdzielenie gazu od cieczy w zbiniku. 5-10 o C parowanie -30 o C parowanie chłodzenie gazu 11 6 9 chłodzenie gazu 12 1 sprężanie wysokociśnieniowe ciśnienie w zbiorniku kontrolowane przez ETS sprężanie niskociśnieniowe h h
Porównanie systemów chłodniczych transkrytycznych z kaskadowymi R744 Parametry obiegu Podkrytyczny Transkrytyczny Strona wysokiego ciśnienia wymiennik oddający ciepło Skraplacz para skrapla się przy stałym ciśnieniu Ciśniecie tłoczenia HFCs: od 10 40 bar od 90 130 bar Gas cooler R744 jest schładzany w zmiennym zakresie temperatur Ciśnienie ssania HFCs: od 2 9 bar od 25 50 bar zależnie od zastosowania Temperatura tłoczenia czynnika Zazwyczaj mniej niż 95 o C zależne od rodzaju freonu Do 140 o C Rola elementu rozprężnego Kontrola przegrzania w parowniku stosowane również do kontroli wysokiego ciśnienia R744 w gascoolerze i ciśnienia w ziorniku Kontrola wysokiego ciśnienia Ciśnienie nie kontrolowane, powiązane z temperaturą skraplania maksymalnie 40 bar Wymagana kontrola do 130 bar Stan czynnika przy postoju Częściowo ciecz i częściowo para Mieszania pary i cieczy przy temperaturze zewnętrznej < 31oC, para powyżej 31oC, ciało stałe P < 5.2 bara
Porównanie systemów chłodniczych transkrytycznych z kaskadowymi R744 System Zalety Wady Transkrytyczny - Jeden czynnik chłodniczy - Lepsza wydajność niż tradycyjnych systemów freonowych - w klimacie umiarkowanym i zimnym. - Stosowanie systemów niskotemperaturowych wymaga zastosowania systemu BOOSTER - Wysokie ciśnienie pracy, - wysoki koszt inwestycyjny, - Mniejsza wydajnośc układu R744 w strefach ciepłego klimatu. Kaskadowy - Zbudowany z dwóch prostych systemów - Standardowe podzespoły zarówno dla części nisko jak i średniotemperaturowej, - Lepsza wydajność w strefie umiarkowanego klimatu. - Dwa czynniki chłodnicze, - Błędy awarie w układzie średniotemperaturowym wpływają na działanie układu niskotemperaturowego.
Ciśnienia pośrednie w systemach R744 Ciśnienie pośrednie 40 bar Zalety - Mniejsze niebezpieczeństwo wycieku czynnika, - W przypadku wycieku mniejsza czynnika ucieknie do atmosfery, - Podzespoły są tańsze i ogólnodostępne. Wady - Większa możliwość rozprężania gazu w zaworach rozprężnych z powodu braku możliwości naturalnego dochłodzenia cieczy w rurach. - Ciśnienie postojowe szybko osiąga wartość powyżej nastaw zaworów bezpieczeństwa. 60 bar - Ciśnienie postojowe jest poniżej nastawy zaworów bezpieczeństwa dla większości sklepów/obiektów. - W przypadku nieszczelności możliwość ucieczki większej ilosci gazu - Większa możliwość nieszczelności, - Większy koszt instalacji i robocizny, - Materiały i komponenty trudniej dostępne.
Toksyczność R744 Stężenia CO2 i odpowiadający im wpływ na zdrowie dorosłej osoby. 0,04% Naturalne stężenie w powietrzu atmosferycznym, 2,0% Przyspieszenie oddechu o 50%, 3,0% Maksymalny czas wystawienia na działanie to 10min. 100% wzrosty szybkości oddechu, 5% Przyspieszenie oddechu o 300%, mogą wystąpić nudności i bóle głowy po około 1h od czasu wystawienia na działanie (zakres jeszcze tolerowany przez większość osób), 8,0% Granica krótkotrwałego wystawienia na działanie, 8-10,0% Bóle głowy po ok. 10-15min. Łzawieni oczu, wzrost ciśnienia krwi, wysoki puls, pobudzenie, nudności, osoby mniej odporne na działanie śmierć, 10-18,0% Po kilku minutach mrowienie, szok, gwałtowne spadki ciśnienia krwi. Osoby narażone należy natychmiast przenieść na świeże powietrze., 18-20% Symptomy podobne do apopleksji.
Elementy układu chłodniczego R744 detekcja gazu (wycieku) System detekcji R744 Czujniki R744 zlokalizowane w komorze chłodniczej Sprężarkownia z widoczną centrala chłodniczą i kanałem wyciągowym. Wentylator musi mieć możliwość ręcznego załączenia.
Wykrywanie wycieku R744 Zastosowanie: o Pomieszczenia zamknięte o Komory chłodnicze/mroźnicze o Maszynownie o Sala sprzedaży (2-3 czujniki) Sygnalizator świetlny i dźwiękowy powinien być umieszczony na zewnątrz i wewnątrz pomieszczenia. - po przekroczeniu 1500 ppm (pierwszy próg) sygnalizacja świetlna (w przypadku sprężarkowni włącza się również pierwszy bieg wentylatora wyciągowego). - po przekroczeniu 3000 ppm (drugi próg) włącza się sygnalizacja dźwiękowa (w przypadku sprężarkowni włącza się drugi bieg wentylatora wycigowego). Po aktywacji sygnału dźwiękowego i świetlnego należy opuścić pomieszczenie, ewentualnie nie wchodzić.
Materiały instalacyjne wykorzystywane w instalacjach R744 Zależnie od ciśnienia w instalacji należy stosować: Elementy armatury (trójniki, kolanka, nyple) powinny mieć taką sama wytrzymałość jak rury chłodnicze. - Część transkrytyczna instalacji rury nierdzewne, - Część średniociśnieniowa instalacji - rury o podwyższonej wytrzymałości np. Wieland K65, - Po stronie niskiego ciśnienia można stosować rury tradycyjne chłodnicze miedziane.
Napełnianie czynnikiem chłodniczym układu z R744 Aby napełnić układ R744 należy: Wykonać próżnię w instalacji jak dla tradycyjnego układu, Dopuścić R744 w postaci pary do ciśnienia powyżej punktu krytycznego (np. 6 bar), Dopuścić ciecz R744 do wymaganego poziomu, Zwrócić uwagę na zawory bezpieczeństwa zamontowane na systemie, W przypadku systemów kaskadowych najpierw przygotować do pracy układ freonowy, W przypadku układów transkrytycznych zwrócić uwagę aby ciśnienie w układzie było niższe od tego w butli.
Usuwanie R744 z systemu chłodniczego Część instalacji zawierajace parę Raczej bez problemu - może formować się szron - nie powinno dojść do zatykania zaworu (ilość szronu w stosunku do pary wypływającej przez zawór jest mała) Cześć instalacji zawerajacej ciecz Przy uwalnianiu formuje się szron (przy spadku cisnienia poniżej punktu potrójnego ok. 5 bar). Aby zapobiec zatkaniu się miejsca wylotu R744 (np. zaworu) należy rozpatrzeć 4 możliwości: - przekierować ciekły R744 do innej części instalacji, - odciąć zasilania i pozostawić wyjścia czynnika wolne, - odparować parę znad stałego R744 i pozostawić stały R744 w serwisowanej części, - można usunąć ciekły R744 bezpośrednio do atmosfery pamiętając aby zawór otworzyć bardzo szybko.
Usuwanie R744 z systemu chłodniczego - przykład W przypadku odciniania wymiennika np. parownika należy wykonać czynności jak poniżej: - Odetnij zawór A na wejściu gdy zawór elektromagnetyczny C jest otwarty, - Pozostaw zawór B oraz zawór C otwary i odessij czynnik sprężarką z wymiennnika, - Monitoruj ciśnienie w wymienniku, - Zakręć zawór B gdy masz pewność, że cały czynnik został odessany z wymiennika.
Kontrola ciśnienia w schładzaczu gazu współczynnik wydajności chłodniczej - COP Wpływ ciśnienia gazu na wydajność chłodniczą systemu System chłodniczy może pracować na maksymalną wartość COP lub na maksymalną wartość wydajności chłodniczej. W obecnie produkowanych urządzeniach priorytetem (nastawa fabryczna) jest maksymalne COP (względy energetyczne).
Kontrola ciśnienia w schładzaczu gazu zawór rozprężny wysokiego ciśnienia Pierwszym producentem zaworu kontrolującego ciśnienie w gass coolerze dla optymalizowania COP (lub Q o ) zależnie od temperatury na wyjściu z gass coolera była firma Danfoss z zaworem ICMT.
Kontrola ciśnienia w schładzaczu gazu zawór rozprężny wysokiego ciśnienia W przypadku funkcjonowania urządzenia z założeniem na maksymalne COP ciśnienie w gass coolerze zostanie tak dobrane by COP systemu było maksymalne (dla każdej wartości temperatury zewnętrznej dobrane zostaje optymalne ciśnienie poprzez zawór rozprężny wysokiego cieśnina). gdzie: P H,opt optymalne ciśnienie pracy systemu, To temperatura parowania, t G2 temperatura na wyjściu z gass collera.
Kontrola ciśnienia w schładzaczu gazu zawór rozprężny wysokiego ciśnienia
Test szczelności i próba wytrzymałościowa Próba wytrzymałościowa 130 bar prze 15 min dla układów pracujacych z ciśnieniem rzędu 90 bar Próba szczelności Ciśnienie = maksymalnemu dopuszczalnemu ciśnieniu Próbe przeprowadzać przez 24h Zrobić próżnię, usunąć wilgoć i gazy nieskraplające się.
Podsumowanie 1) Systemy na R744 (CO 2 ) stanowią alternatywę dla układów freonowych, 2) Należy rozpatrywać dwa układy: kaskadowe i transkrytyczne, 3) Należy przestrzegać wymogów bezpieczeństwa, 4) Brak jest wykwalifikowanej kadry, 5) Dostawcy podzespołów powinni szybciej reagować na potrzeby rynku, 6) Niezbędne są kursy gdzie technologia ta zostanie szerzej przedstawiona.
Real Alternatives Europe jest platformą e-szkoleniową stawiającą na edukacje w dziedzinie chłodnictwa. Na swojej stronie proponuje szereg profesjonalnie wykonanych kursów w różnych wersjach językowych skierowanych do odbiorców z całego świata.
Proponujemy Państwu współpracę w zakresie: Wykonywania instalacji chłodniczych na R744 (CO2). Kaskadowych jak i transkrytycznych, Wykonywania instalacji freonowych, Projektowania oraz wykonywania systemów odzysku ciepła z układów chłodniczych zarówno dla celów c.o. jak i c.w.u., Budowy komór chłodniczych, Wykonywania systemów monitoringu chłodnictwa, Pomożemy w sprawach formalnych związanych z F-Gazami. Linus Eco Sp z o.o. Grzegorz Brak Biuro: ul. Ogłęczyzna 20 31-589 Kraków tel: (12) 307 10 08 e-mail: biuro@linuseco.pl