Чиллеры большой производительности на R410A

Для хладагента R22 в Европе уже определены несколько этапов вытеснения:

1. 2004 г. — запрет производства оборудования, использующего R22;
2. 2010 г. — запрет производства R22;
3. 2015 г. — запрет использования R22 для сервисных работ в Европе.

Уже несколько лет американские, европейские и японские производители выпускают небольшие бытовые кондиционеры, работающие на экологически чистом хладагенте R410А. Его коэффициент озоноопасности ODP = 0,00; коэффициент тепличного эффекта GWP = 1890. В системах, использующих зеотропные смеси с высоким температурным скольжением (R407С), более летучие компоненты первыми покидают установку при утечках во время простоя (процесс фракционирования).

Фракционирование значительно усложняет эксплуатацию, в т.ч. процесс зарядки установки хладагентом. R410A — квазиазеотропная смесь из двух гидрофторуглеродных (HFC) хладагентов R32 и R125, смешанных в равных массовых долях (50/50). Хладагент почти не имеет температурного скольжения — температурный глайд менее 0,17 К. При атмосферном давлении (1,013 бар) точка кипения — 51,51°C; точка росы — 51,49°C.

Поэтому при утечке состав смеси в холодильной системе остается практически без изменений, что позволяет избежать полной регенерации хладагента после ремонта. Заправка хладагента R410А, так же как и R407С, производится в жидкой фазе. Как и все новые смеси, R410А нерастворим в минеральном масле, и предполагает использование синтетического полиэфирного масла (POE). Испытания новых коммерческих систем кондиционирования на R410A со спиральными и поршневыми компрессорами показали, что они на 5–6 % эффективнее, чем работающие на R22, они также более эффективны при использовании в режиме теплового насоса.

Новый хладагент характеризуется существенно более высокими значениями рабочих давлений — оно на 60 % выше, чем у R22 (рис. 1). Модернизация оборудования требует внесения конструктивных изменений для увеличения прочности — толщина стенок корпусов компрессоров и труб должна быть больше. Степень сжатия πниже — при стандартных условиях: R410A (2,65) < R22 (2,79) < R407C (3,17).

Теплоемкость выше, а плотность жидкого хладагента ниже (табл. 1). Объемная холодопроизвордительность R410A больше, чем у R22 и R407C примерно на 30 %, поэтому диаметр трубопроводов меньше. Испытания показали, что коэффициент теплоотдачи при кипении на 30 % выше, чем у R22. Потери давления в испарителе и конденсаторе на 40 % ниже, чем у R22. Следовательно, уменьшаются размеры холодильных линий, змеевиков испарителей и т.д.

В случае работы в условиях высоких температур конденсации перепад давлений большой, поэтому требуется другой ТРВ. Хладагент относится к невоспламеняемым веществам, он нетоксичен и стабилен при нормальных рабочих условиях. При экстремально высоких температурах может разлагаться на ядовитые и/или коррозионные продукты. Плотность пара R410А в три раза выше плотности воздуха, поэтому возможно его скопление в помещении у пола.

До недавнего времени кондиционеры на R410А выпускались небольшой производительности. Компанией CARRIER в течение последнего времени проводились интенсивные исследования в области применения холодильного агента R410А для чиллеров большой производительности, и в итоге была разработана серия воздухоохлаждаемых холодильных машин серии AQUASNAP 30RB (рис. 2). В течение 2004 г. прототипы машин указанной серии проходили ходовые испытания на объектах, расположенных в различных климатических зонах и частях света, и по результатам испытаний было принято решение о начале серийного производства холодильных машин данного типа. Модельный ряд 30RB включает в себя 12 типоразмеров номинальной производительностью (по условиям ЕВРОВЕНТ) от 256 до 753 кВт.

Это первый и на сегодняшний день единственный пример применения R410А на холодильных машинах подобной мощности. В холодильной машине 30RB применяются спиральные компрессоры Performer Maneurope двух типоразмеров (70 и 88 кВт производительности) с высоким холодильным коэффициентом для данного класса компрессоров (до 3,37). В зависимости от типоразмера холодильная машина может включать до трех независимых хладоновых контуров — до 4 компрессоров в каждом.

Такое количество компрессоров позволяет осуществлять регулировку производительности по принципу пуск/остановка без потери показателей эффективности на неполных и малых тепловых нагрузках, т.к. при снижении производительности, холодильный коэффициент установки остается неизменным, чего не удается достичь в случае регулировки производительности другим путем.

Например, в случае использования одного двухвинтового компрессора с плавной регулировкой производительности показатель потребления снижается всего лишь до 53 % от номинала при условии понижения холодпроизводительности до 33 %, тогда как в случае применения комбинации из трех спиральных компрессоров потребление снизится пропорционально производительности и составит 33 % от номинального энергопотребления. Для регулирования температуры конденсации применяются вентиляторы с приводом переменной частоты вращения, что позволяет использовать холодильную машину при низких температурах окружающей среды и повысить показатели эффективности на номинальных режимах.

В мае текущего года планируется запуск серийного производство модификации 30RQ c возможностью работы в режиме теплового насоса, а в июле — исполнения с возможностью работы по принципу Free-Cooling. Таким образом, можно говорить о замене R407C в системах кондиционирования средней/большой производительности на эффективный и более удобный в эксплуатации и R410A.

Фирма Maneurope разработала следующие спиральные компрессоры, работающие с хладагентом R410А: новая легкая коммерческая серия SH090 (7,5ТR), SH120 (10ТR), SH140 (11,5ТR) и коммерческая серия SH180 (15ТR), SH240 (20ТR), SH300 (25ТR). Особенности этих компрессоров: меньший размер спирали, более низкие показатели степени сжатия и потерь от внутренних перетечек газа. Область применения этих компрессоров показана на рис. 3. В настоящее время проводятся работы по созданию винтовых компрессоров на R410А.