Udržateľné, efektívne a bezpečné vykurovanie a chladenie propánom

Prírodné chladivá získavajú na význame v mnohých komerčných aplikáciách vykurovania a chladenia, keďže nové environmentálne pravidlá postupne ukončujú používanie chladív s vysokým potenciálom globálneho otepľovania (GWP). Najmä v Európe sa nariadením EÚ o F-plynoch zakážu chladivá s GWP nad 1 500 a mnohí očakávajú, že v budúcnosti sa usmernenia ešte sprísnia. Preto sa čoraz viac konštruktérov systémov obracia k uhľovodíkom, ako je propán (R290). Propán s hodnotou GWP iba 3 ponúka chladivo, ktoré je odolné voči budúcim prísnym predpisom, ktoré prídu v budúcnosti.

 

 

Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH, nemecký poskytovateľ tepelných riešení, je jednou zo spoločností, ktorá chcela svojim zákazníkom ukázať potenciál práce s propánom ako chladivom. Spolu so spoločnosťou Alfa Laval navrhli systém tepelného čerpadla pre švajčiarsky reťazec supermarketov založený na troch spájkovaných doskových výmenníkoch tepla Alfa Laval, ktoré sú mimoriadne veľké, majú veľmi vysoký výkon a ako chladivo používajú R290. Výsledkom bolo inovatívne riešenie vykurovania a chladenia, ktoré poskytuje najlepšiu záruku dlhodobej udržateľnosti, energetickej účinnosti a bezpečnej prevádzky.

Poslaním spoločnosti Simaka je vyvíjať pre zákazníkov systémy na mieru, ktoré presahujú požiadavky na tepelnú účinnosť, úroveň GWP a nákladovú efektívnosť. Spoločnosť v Argenbühli v nemeckom Baden-Württembergu sa už dlhé roky venuje zavádzaniu prírodných chladív a navrhovaniu inovatívnych tepelných čerpadiel pre priemyselné vykurovanie a chladenie. Spoločnosť má preto jedinečnú pozíciu na to, aby pochopila požiadavky súčasného trhu a výzvy, ktoré sú spojené s prechodom zákazníkov na alternatívy s nízkym obsahom GWP.

"Podľa môjho názoru predstavuje nariadenie o F-plynoch najväčší posun v oblasti zákazu chladív za posledných 30 rokov," vysvetľuje Karsten Uitz, výkonný riaditeľ spoločnosti Simaka. "Doteraz vždy existovala náhrada, ktorá spĺňala všetky príslušné bezpečnostné kritériá. Ako dodávateľ chladiacich zariadení však dnes nemôžete obísť horľavé chladivá, ako je propán alebo R1234ze. Musíte s nimi vedieť zaobchádzať."

Na čele prírodných chladív

Spoločnosť Simaka sa nachádza len 50 kilometrov od nemeckých hraníc so Švajčiarskom, krajinou, ktorá je lídrom v zavádzaní požiadaviek na chladivá s nižším GWP. Podniky pôsobiace vo Švajčiarsku preto považujú za veľmi pravdepodobné, že budúcnosť prinesie ešte prísnejšie ciele v oblasti udržateľnosti.

Tieto úvahy boli kľúčové pre veľký švajčiarsky reťazec supermarketov, ktorý v lete 2020 vyhlásil výberové konanie na tepelné čerpadlo s funkciou konštantného chladenia. Špecifikácie zákazníka vyžadovali celkový výkon 550 kW a, čo je rozhodujúce, použitie R290 ako hlavného chladiva. Vzhľadom na inovatívne zameranie spoločnosti Simaka na používanie prírodného chladiva, Uitz a jeho tím procesných inžinierov ochotne prijali túto výzvu - a porazili konkurenciu.

Zabezpečenie maximálnej účinnosti v každom detaile

"Účinnosť je vášňou spoločnosti Simaka a my vytvárame systémy, ktoré našim zákazníkom poskytujú tie najlepšie výhody až do najmenších detailov," hovorí Uitz. "Vieme, že ak tepelné čerpadlo nepracuje na zamýšľanej úrovni účinnosti, v konečnom dôsledku to znamená vyššie náklady na elektrickú energiu, ako aj vyššie emisie CO2. Zabezpečenie toho, aby náš systém dosahoval sľúbený výkon, bolo teda tímovou prácou so spoločnosťou Alfa Laval, pretože sa na ňu môžem stopercentne spoľahnúť, že nám optimálne dimenzuje a zostaví potrebné komponenty."

Pre švajčiarsky reťazec supermarketov vyvinula spoločnosť Simaka systém vykurovania a chladenia, ktorý je pripojený prostredníctvom veľkého spájkovaného doskového výmenníka tepla Alfa Laval AC1000 k hydraulickému chladiacemu okruhu a dvoch identických spájkovaných doskových výmenníkov tepla AC500 pripojených k dvom samostatným hydraulickým vykurovacím okruhom. Spájkované doskové výmenníky tepla AC500 sa používajú ako kondenzátory a každý z nich je naplnený 30 kg propánu. Spoločnosť Simaka navrhla systém s 50 % rezervou, aby sa zabezpečilo, že systém bude naďalej poskytovať polovicu celkovej kapacity, ak jeden chladiaci okruh zlyhá.

Okrem toho, dva samostatné kondenzátory umožňujú prevádzkovateľom prevádzkovať rôzne kondenzačné tlaky, a teda aj teploty v oboch chladiacich okruhoch. Napríklad jeden okruh môže pracovať pri nižšej teplote na výstupe, ktorú umožňuje nižší tlak, čo vedie k vyššej tepelnej účinnosti, a tým aj k energetickej efektívnosti.

Porovnanie chladív podľa spoločnosti Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH

 

Chladivo	R290 (propán)	R134a (tetrafluoretén)	R407c
GWP	3	1430	1770
Teplota odparovania [°C]	-17	-17	-17
Teplota kondenzácie [°C]	46	46	46
Vykurovací výkon [kW]	585.5	389	572
Chladiaci výkon [kW]	409.3	265.3	384.1
Spotreba elektrickej energie [kW]	299.8	124.2	188.2
Spotreba prúdu [A]	176.2	226.4	317.5
COP	3.32	3.13	3.04

Unikátne konštrukcie na splnenie vysokých požiadaviek

Veľké spájkované doskové výmenníky tepla AC1000 sú navrhnuté tak, aby spoločnosti Simaka pomohli naplno využiť dobrý objemový výkon systému R290. Výsledkom je, že vysokokapacitný systém tepelného čerpadla, ktorý skonštruovali, dokáže dodať požadovaných 550 kW v rámci kompaktnej, a teda nákladovo úspornej konštrukcie.

Vďaka jedinečnej asymetrickej konštrukcii dosiek FlexFlow™ od spoločnosti Alfa Laval a plne prispôsobenému integrovanému distribučnému systému Dynastatic™ zabezpečujú veľké spájkované doskové výmenníky tepla AC1000 vynikajúcu distribúciu chladiva a zároveň dosahujú nízke tlakové straty na strane hydraulického chladenia. Tým sa znižujú požiadavky na výkon čerpadla, čo znižuje spotrebu elektrickej energie, a to sa premieta do ešte väčšieho zníženia emisií CO2. Asymetria dosiek navyše zaručuje najlepší tepelný výkon aj pri čiastočnom zaťažení.

"U spoločnosti Alfa Laval vždy nájdeme konštrukčné know-how a skúsenosti potrebné na zabezpečenie optimálnych výmenníkov tepla pre naše systémy," hovorí Uitz. "Platí to od najmenších výkonov až po tie najväčšie, ktoré prevádzkujeme, a zahŕňa to aj také detaily, ako je spätné vedenie oleja, ako aj veľmi tesný teplotný prístup, takže nedochádza k žiadnym kompromisom v oblasti účinnosti. Do tohto projektu sme išli s vysokými požiadavkami a spoločnosť Alfa Laval navrhla veľké spájkované doskové výmenníky tepla AC1000 tak, aby ich presne spĺňali."

Spoľahlivý výkon a primeraná bezpečnosť

60 kg propánu použitého v systéme je vysoko nad limitom pre prevádzku bez špeciálnej ochrany proti výbuchu. Bezpečnosť bola preto kľúčovým faktorom pri konštrukcii systému a výbere komponentov spoločnosťou Simaka. To bol ďalší dôvod, prečo sa spoľahli na takú úzku spoluprácu so spoločnosťou Alfa Laval.

"Výmenníky tepla sú pri práci s horľavými chladivami základom a základom," hovorí Uitz. "Použité výmenníky tepla musia byť absolútne spoľahlivé, a to aj z dlhodobého hľadiska. Ani v tomto prípade nás kvalita spoločnosti Alfa Laval nikdy nesklamala. Nikdy sme nemali jedinú poruchu spôsobenú netesnosťou výmenníka tepla."

Redunančná konštrukcia je opäť výhodná, pretože znamená, že množstvo propánu v danom chladiacom okruhu sa zníži na polovicu. Ak by propán unikol, systém by sa okamžite vypol a ventilátor odolný proti výbuchu by ho odfúkol. To sa dá bezpečne vykonať, pretože systém je umiestnený na streche supermarketu, a nie vo vnútri budovy, a spoločnosť Uitz odporúča, aby sa každý systém takéhoto rozsahu, ktorý používa horľavé chladivá, inštaloval vonku práve z tohto dôvodu.

Tepelné čerpadlo typu SIMATRON WP550SW, v spoločnosti Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH.

Úspešné výsledky z úspešného partnerstva

Hoci mnohí zákazníci môžu mať stále obavy o bezpečnosť, spoločnosť Simaka je presvedčená, že propán a iné uhľovodíky budú v strednodobom horizonte na trhu naďalej získavať prevahu. "Z dlhodobého hľadiska sa už horľavým chladivám nevyhneme," uzatvára Uitz. "R290 umožňuje konštrukciu kompaktných a účinných systémov vďaka svojmu objemovému chladiacemu výkonu. To sa odráža v nízkych CAPEX a OPEX pre zákazníkov. Nízky GWP zároveň zaručuje, že bude spĺňať požiadavky legislatívy aj po roku 2030."

Vzhľadom na úspech projektu švajčiarskeho supermarketu sa spoločnosť Uitz pozerá pozitívne na vyhliadky do budúcnosti. "Pre nás to znamená mnoho zaujímavých projektov v úzkej spolupráci so spoločnosťou Alfa Laval v nasledujúcich rokoch," dodáva. "Tešíme sa na ne, pretože výsledkom našej profesionálnej spolupráce je mnoho skvelých nápadov, ktoré sa nám s podporou komplexných služieb spoločnosti Alfa Laval podarilo premeniť na dokonalú realitu."

Stiahnite si príbeh