Выбор хладагента для применения в холодильных машинах для охлаждения жидкости (чиллерах)

Обоснование. Холодильные установки для охлаждения жидкостей (чиллеры) широко используются в промышленности. Основную область их применения можно определить следующим образом: чиллеры применяются в случае невозможности охлаждения продукта через непосредственный теплообмен между кипящим хладагентом и охлаждаемой средой. В качестве причины может выступать и стоимость хладагента, когда при большой длине магистралей хладагента требуется большое количество дорогостоящего вещества, и применение токсичных и пожароопасных хладагентов, когда утечка хладагента может привести к человеческим жертвам. Для данной категории холодильных машин можно условно выделить три области: высокотемпературную (производство изделий из пластика, центры обработки данных и т. д.), среднетемпературную (чиллеры для систем кондиционирования и т. д.) и низкотемпературную (чиллеры для ледовых полей, хранения пищевых продуктов).

Поскольку области применения чиллеров обширны, а объем их производства высок, то проектирование эффективного оборудования является важной задачей.

Цель работы — дать обоснование применению хладагентов с точки зрения эффективности и долговечности работы холодильного оборудования.

Методы. Проведено исследование потерь чиллеров, предназначенных для работы в разных отраслях промышленности (температуры хладоносителя (вход в испаритель / выход из испарителя): плюс 26°С / плюс 20°С (ВТ); плюс 12°С / плюс 7°С (СТ); минус 10°С / минус 13°С (НТ)), работающих с холодильными агентами R134a, R410A, R404A и R1270 энтропийно-статистическим методом термодинамического анализа [1]. R1270 включен в анализ как перспективный хладагент для использования в моноблочных чиллерах, поскольку для чиллеров моноблочного исполнения, устанавливаемых в открытом пространстве, ограничения по заправке отсутствуют [2].

Результаты. Из рассматриваемых хладагентов высокие показатели степени термодинамического совершенства на режиме ВТ получены для чиллеров с хладагентом R1270 — на 11,97% данный показатель выше, чем у чиллера с хладагентом R404A, на 2,15% чем у чиллера с хладагентом R134a и на 5,48% выше, чем у чиллера с хладагентом R410A.

На режиме СТ чиллер с хладагентом R1270 продемонстрировал лучшие показатели степени термодинамического совершенства — на 14,13% данный показатель выше, чем у чиллера с хладагентом R404A, на 3,04% чем у чиллера с хладагентом R134a и на 3,41% выше, чем у чиллера с хладагентом R410A.

На режиме НТ чиллер с хладагентом R1270 продемонстрировал также лучшие показатели степени термодинамического совершенства — на 21,95% данный показатель выше, чем у чиллера с хладагентом R404A, на 29,73% чем у чиллера с хладагентом R134a и на 11,44% выше, чем у чиллера с хладагентом R410A.

Применение хладагентом R410A и R134a при работе на НТ режиме ограничивается температурой нагнетания при действительном процессе сжатия — для R410A она составляет 116,94°С, для R134a — 114,63°С, что снижает срок службы оборудования. Самую низкую температуру при действительном сжатии 84,63°С можно получить, используя хладагент R404A. Температура нагнетания при использовании хладагента, несмотря на высокие показатели эффективности, составляет 96,84°С, что является достаточно высокой величиной.

Заключение. Результаты анализа показали области применения определенных хладагентов в чиллерах, а также перспективность применения природного хладагента R1270, который производится на территории Российской Федерации.