Ulaz za korisnike

Ekonomičan rashladni uređaj

|
Ekonomičan rashladni uređaj
 
Ekonomičan rashladni uređaj
Poboljšanje energetske učinkovitosti moguće je ostvariti nizom tehničkih mjera. Ono započinje MSR-tehnikom, poboljšanjem komponenata, a osobito je učinkovito kod prilagodbe rashladnih kružnih tokova

 

Treba pretpostaviti da se kod nabavke, pored nabavnih troškova, vrednuje i ekonomičnost pogona. No, usprkos stalno rastućim energetskim troškovima ta je pretpostavka rijetko ispunjena. Referent nabave često ignorira kasnije previsoke pogonske troškove. Investicijski i pogonski troškovi podmiruju se iz različitih blagajni, a na taj se način oživljuju tradicije koje su odavno prevladane. Potrebno je promišljanje o troškovima približiti realnosti, s obzirom na činjenicu da godišnji pogonski troškovi uglavnom daleko premašuju jednokratne nabavne troškove.

Državni su apeli za visokom energetskom učinkovitošću opravdani i potrebni. Ali oni sami mogu utjecati malo, kao i zahtjev za smanjenjem emisije CO2 u atmosferu. Pogonski menadžment je tražen, a potrebno je i prosvjećenje. Moguće je instaliranje dodatne opreme postrojenja (uređaja), ali kod novih se investicija mora jasno promijeniti trend filozofije nabave. Energetska učinkovitost pretvorila se od sporadične stvari u nužnost.

U Saveznoj Republici Njemačkoj rashladni i klimatizacijski uređaji sudjeluju 14% u potrošnji električne struje u pogledu završne energije. U nekim branšama prehrambene industrije, npr. u pekarnicama, mesnicama ili supermarketima rashladna tehnika se ubraja u najveće energetske potrošače.

Poboljšanje energetske učinkovitosti moguće je ostvariti nizom tehničkih mjera. Ono započinje MSR-tehnikom, poboljšanjem komponenata, a osobito je učinkovito kod prilagodbe rashladnih kružnih tokova, na što skrećemo pozornost u ovom prilogu. No, do pravog proboja može doći tek onda kada se raspoložive tehničke mjere poprate komercijalnim strategijama.

To je moguće contractingom energije i preko benchmarkinga, dakle usporedbom karakterističnih znamenki. U rashladnoj tehnici za to postoji tzv. koeficijent rashladne snage E0, a kod uporabe topline od pregrijavanja tlačnih plinova postoji koeficijent grijanja EH. Kondenzacijska toplina dodatno se upotrebljava za prethodno grijanje vode koja se koristi, ali bi se zbog niske temperaturne razine smjela koristiti samo za sanitarne uporabe.

Nastajanje i djelovanje pare rasterećenja

Ključ za uštedu novca – a to je ono bitno - nalazi se u redukciji pare rasterećenja u ekspanzijskom ventilu. Ta para nastaje ispred isparivača, u jednostavnom procesu nikako ne sudjeluje u proizvodnji hladnoće, ali se mora na isti način povratno zgusnuti kao i udio pare koji efektivno «proizvodi» hladnoću, tj. odvodi toplinu. Dakle, para rasterećenja uzrokuje izravno povećanje energetskih potreba stlačivanja, što se može izbjeći.

Glavni put za štednju novca i energije, a i redukcije emisije CO2 u atmosferu, treba se pokazati redukcija udjela pare rasterećenja. Para rasterećenja nastaje kada tekućina prije rasterećenja pokazuje višu temperaturu nego nakon rasterećenja. Sadržina topline te tekućine isporučuje energiju za stvaranje pare rasterećenja.

Postoje dvije metode za redukciju pare rasterećenja:

1. Pothlađivanje ukapljenoga rashladnog sredstva preko uporabe prijenosnika topline.

2. Produktivno rasterećenje rashladnog sredstva preko dopunske strojne tehnike.

Naravno, moguće su i kombinacije obiju metoda. Kod produktivnog rasterećenja u stroju višak topline tekućega rashladnog sredstva potroši se neadijabatnim postupkom dobivanja snage, tako da se formira samo još malo pare rasterećenja.

Ali ovaj način pretpostavlja da se na rashladni kompresor može spojiti jednostavan uređaj za rasterećenje, npr. rotirajuće kolo (rotor).Ali, to jednostavno rješenje još ne postoji i morat ćemo još dugo čekati dok se na tržištu ne pojavi učinkovit proizvod.

Osim predtemperature rasterećenja relativni udio pare rasterećenja ovisi o entalpiji isparavanja rashladnog sredstva. Od ovoga „profitira“ rashladno sredstvo amonijak sa svojom enormnom entalpijom isparavanja (prije se to zvalo specifična toplina isparavanja).

Količina pare rasterećenja kod amonijaka kao rashladnog sredstva proizlazi u iznosu 10 do 20% cirkulirajuće količine rashladnog sredstva, a to je udio koji možemo tolerirati i koji bi se pothlađivanjem mogao i trebao još reducirati. Jednostavna shema optoka (kružnog toka) može se, dakle, preporučiti samo za amonijak, ali s određenom distancom i za CO2 i R22. Za CO2 zbog enormnih tlakova vrijede neki posebni uvjeti.

Rashladna sredstva male entalpije isparavanja (R404a, R507 itd.) kod isparavanja uz nisku temperaturu bez pothlađivanja rashladnog sredstva dosegla bi do > 60%. Ovdje je očigledno da se shema kružnog toka mora modificirati s ciljem maksimalnog pothlađivanja.

Potencijal uštede kod oblikovanja kružnog toka

Pothlađivanje tekućega rashladnog sredstva prema može se odmah realizirati raspoloživim komponentama. Vrlo je rasprostranjen economizer-sklop , koji se može koristiti ako kompresor kod međutlaka prima jedan dio količine pare rashladnog sredstva, dakle pri uporabi vijčanih i scroll-kompresora. Economizeri se izvode kao pločasti prijenosnici topline i modu se realizirati uz povoljne troškove.

U efektu pothlađivanja rashladnog sredstva barem je jednakovrijedna izvedba unutarnjeg prijenosnika topline koji kod rashladnih sredstava malim izentropijskim „eksponentom k“ vodi jasnom poboljšanju koeficijenta rashladne snage E0. Male k-vrijednosti uvjetuju, kao što je poznato, mala povišenja temperatura kod stlačivanja. To samo po sebi isključuje snižavanje temperature (hlađenje) «tlačnog plina» za dobivanje ogrjevne topline jer je temperaturna razina preniska.

Unutarnji prijenosnik topline rješava i taj problem te dovodi do povišenja temperaturne razine u tlačnom plinu i istodobno do povećanja toplinske snage koja se može dobiti snižavanjem temperature odnosno hlađenjem (slika 4). Uporaba je moguća neovisno o vrsti stlačivanja za sva rashladna sredstva niskim izentropijskim eksponentom k, dakle npr. R404a, R507, R134a, R290, R407c, R125, R143a. Daljnja smanjenja količine pare rasterećenja dobivaju se kombinacijom economizera i unutarnjeg prijenosnika topline. Već je višestruko izvedena kombinacija

● ECO na toplom kraju

● iW na hladnom kraju.

Ova se varijanta može prakticirati i za rashladna sredstva, koja pokazuju nešto viši izentropijski „eksponent k“. Spomenuti se mogu npr. R410a, R409a.

Za rashladna sredstva k-vrijednosti blizu vrijednosti 1 logičniji je obrnuti slijed, pogotovo kada je dobivanje ogrjevne topline poželjno.

Najbolje vrijednosti za uštedu energije i koeficijente snage dobivaju se kombinacijom economizera i unutarnjeg prijenosnika topline. Tu se unutarnji prijenosnik topline raspodjeljuje na strani tekućine na «topli» i «hladni» dio. Tekući se kondenzat nakon napuštanja «toplog» dijela na izvana obješenom ECO-u pothlađuje i pohranjuje natrag u hladni dio unutarnjeg prijenosnika topline. Tekuće rashladno sredstvo prolazi kroz serijsko trenutno uklapanje (neovisno ručno pokretanje). Pretpostavka je uporaba protustrujnoga unutarnjeg prijenosnika topline. Na raspolaganju stoje te vrste izvedbe.

Primjeri uštede energije i novca

U tabeli 1 navedeni su rezultati usporedbe za različite varijante oblikovanja kružnog toka s izrazito različitim pothlađivanjem tekućega rashladnog sredstva. Kao rashladno sredstvo odabran je R404a, koji se može upotrijebiti i za duboko hlađenje ispod - 40° C. Trima procesnim varijantama i trima temperaturama isparavanja pokazuje se kako se energetske karakteristične znamenke poboljšavaju stupnjem pothlađivanja i kako se reducira cirkulirajuća količina rashladnog sredstva, te količina pare rasterećenja X0.

Uštede električne energije tako su uvjerljive da se viši izdaci za prijenosnike topline amortiziraju rebrima na strani pare za vrijeme prve pogonske godine. Investicijski troškovi porast će prijenosom topline. Ali, mora se uzeti u obzir da enormno reduciranje cirkulirajuće količine rashladnih sredstava može dovesti i do manjih kompresora ili do manjeg broja kompresora. To znači da se i rashladna snaga znatno povisuje, ako broj kompresora ostaje isti i ako se u danom slučaju povisuje kapacitet ukapljivanja. Kod potrebnog povećanja kapaciteta naknadno je opremanje i poduzimanje mjera za pothlađivanje rashladnog sredstva često najpovoljniji način.

Potrebno je mijenjanje dosadašnje filozofije kupovanja i uvažavanje ne samo investicijskih troškova (nabavne cijene), već i pogonskih troškova, kao što su to poučavali klasici energetike. Groteskno je uspoređivati samo nabavne troškove, kada je poznato da ih već za godinu dana nadilaze pogonski troškovi. Dakle, cilj mora biti ekonomičan rashladni uređaj. Energetska se učinkovitost isplati!

Na slici 6 prikazane su količine rasterećenja pare X01 i relativna ušteda pogonske energije ∆Pi / P1. Uštede pogonske snage za kompresor osobito su važne kod uporabe najnižih temperatura. Za temperature isparavanja iznad -15 ° C i kod malih snaga može se preporučiti zadovoljavanje unutarnjim prijenosnikom topline ili economizerom odnosno jednostavnom kombinacijom obaju njih.

Korištenje topline od grijanja

Rashladni uređaji ne produciraju samo hladnoću, nego i snižavanjem temperature (hlađenja) i ogrjevnu toplinu, a uporabom kondenzacijske topline i sanitesku toplinu (voda za uporabu). Ogrjevna toplina i toplina uporabne vode mogu se odnositi na koeficijent rashladne snage i na potrebnu snagu kompresora. Tako dodatno dobivamo ogrjevni koeficijent EH i eventualno sanitetski koeficijent topline ES. Preko iste referentne veličine ti se koeficijenti mogu zbrojiti u totalni koeficijent snage rashladnog procesa:

E tot. = E0 + EH + ES

Za primjer tabele 1 određen je, osim koeficijenta rashladne snage E0, koeficijent grijanja EH, a i totalni koeficijent E tot. Kondenzacijska toplina ocijenjena je kao neupotrebljiva. U tabeli 1 proizlaze naznačeni koeficijenti EH i E tot. Time se unutarnja optimalizacija smisleno dopunjava pothlađivanjem rashladnog sredstva preko tzv. vanjske optimalizacije dobivanja topline grijanja. Čak i kada se ogrjevna toplina koristi otprilike 7 mjeseci godišnje, takva mjera daljnjim troškovnim rasterećenjem od 7 do 15 % pridonosi poboljšanju ekonomičnosti.

Može se predvidjeti da će u budućnosti smanjivanje temperature tlačnog plina u svrhu proizvodnje ogrjevne topline postati nešto što se samo po sebi razumije, jer ovdje su moguće predtemperature od 70° C, bez povišenja završnog kompresorskog tlaka, i dobivanje ogrjevne topline bez emisije CO2 u atmosferu i još k tomu manjim proizvodnim troškovima. I za to su već na raspolaganju potrebne komponente. U prikazima kružnih tokova slike 3 i slike 5 stoga je opcionalno prikazano smanjenje temperature tlačnog plina, jer dobivanje ogrjevne topline preko bankovnih obavijesti o odobrenju za korisnu toplinu pridonosi ekonomičnosti.

Efikasnost korištenja topline od pregrijavanja tlačnog plina osigurana je sigurnosnim rashladnim sredstvima bez klora, ako se istodobno koriste unutarnji prijenosnici topline

Tablica 1

OSNOVNI PROCES Poboljšanje energetske učinkovitosti preko pothlađivanja u odnosu na osnovni proces

1 – Osnovni proces

2 – Rashladni kružni tok s unutarnjim prijenosnikom topline

3 – Kombinirano pothlađivanje

Rashladno sredstvo R404a; rashladna snaga 100 kW Na toplom kraju: ∆t = 15 K, ∆tc = 3 K, tc = 47° C Izlazak pare: ηs = 0,8; ηm = 0,8 Uštede se odnose na efektivnu pogonsku snagu osnovnog procesa 1

Prepreke i ono što je vrijedno promišljanja

Nije moguće preko noći očekivati promjenu navika koje su se razvijale desetljećima. Ali, promjene cijena energije zasigurno će nužno utrti nove putove. Vrijeme je da se započne s tim. I naknadno opremanje ima smisla. Pri tome se mora misliti na sve. Drastična reduciranja količina rasterećene pare omogućuju npr. odabir manjih ekspanzijskih ventila.

Kod klipnih kompresora jedva da će biti problema u pogledu konačnih temperatura. Ipak, kod uporaba niskih temperatura može doći do kompresijskih konačnih temperatura koje se približavaju dopustivim graničnim temperaturama. U tim slučajevima temperaturne se razlike, osobito mala temperaturna razlika na toplom kraju unutarnjeg prijenosnika topline, mogu podići od15 K na npr. 18 K ili više.

Usklađivanja s proizvođačima treba uzeti u obzir kod obračuna. Za klipne kompresore i rashladna sredstva niske K-vrijednosti proizvođači kompresora propisuju u pravilu temperature usisnog plina od 25 ° C kao graničnu vrijednost. Time je postavljen važan kriterij.

Kod vijčanih se kompresora ne želi dopustiti da kompresijska temperatura prjeđe 80 °C jer kod viših temperatura ne uspijeva izlučivanje ulja iza kompresora kako je poželjno.

Ti problemi «izbacivanja ulja» načelno su riješeni za amonijak i R 22. Može se pozvati na to. Za to postoje sljedeća rješenja:

● snažnije povratno hlađenje ulja

● vraćanje ulja nakon snižavanja temperature (prstenasti kanali-snižavači temperature rade kao ciklonalni izlučivač, nije im potreban dodatni izlučivač nakon hlađenja).

● snižavanje temperature u zračno hlađenoj sekciji priključnim uljnim izlučivačem.

Postoje i ograničenja koja nastaju uporabom starijih prospekata ili iz još neaktualiziranog softvera. To se npr. tiče ograničenja pregrijavanja, dakle temperaturne razlike iznad temperature isparavanja koja se djelomice propisuje još s 10 ili 12 K. Jedan takav preduvjet neopravdano bi ograničio efektivno pothlađivanje rashladnog sredstva. Iskustva koja su dovela do toga potječu od uporabe R22.

On je već isključen za unutarnji prijenos topline. Daljnji razvoj mora se orijentirati prema već spomenutim sigurnosnim rashladnim sredstvima bez klora s K-vrijednostima blizu 1 i prema maloj entalpiji isparavanja. Za njih može vrijediti isti kriterij kao i za klipne i scroll-kompresore, tj. temperatura usisnog plina od 20 do 30 °C, pri čemu za uporabe niskih temperatura na raspolaganju stoje već spomenute mjere za ograničenje konačne temperature stlačivanja i izbacivanja ulja. Možemo reći da se mogu ispuniti svi uvjeti za uvođenje takvih mjera energetske učinkovitosti.

Na kraju treba upozoriti i na to da će proizvođači komponenata dati svoj doprinos i u drugim vrstama regulacije, poput MSR-a. Za unutarnje prijenosnike topline i kombinacije aparati odmah stoje na raspolaganju. Termodinamički zadani ciljevi za dimenzioniranje tih prijenosnika topline zahtijevaju još neka programiranja. Na slici 7 prikazani su ti protustrujni plinsko-tekući prijenosnici topline tipa «prstenastog kanala» kratko vrijeme prije isporuke.

www.masmedia.hr

Materijali