W ramach projektu pilotażowego specjalistyczna firma chłodnicza CREA S.p.A. z Bellusco we Włoszech dokonała modernizacji szafy chłodniczej w supermarkecie należącym do jednej z włoskich sieci detalicznych. Średniotemperaturowy obwód chłodniczy w układzie hybrydowym działającym na bazie R404A/CO2 przezbrojono na nowy czynnik chłodniczy Opteon® XP40.

Czynnik chłodniczy R404A ma szerokie zastosowanie w chłodnictwie komercyjnym. Charakteryzuje go niezwykle wysoki współczynnik globalnego ocieplenia (wartość GWP: 3922 Zgodnie z raportem Assessment Report 4 (AR4), na którym oparte jest Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) Nr 517/2014 w sprawie fl uorowanych gazów cieplarnianych). Układy chłodnicze funkcjonujące w oparciu o ten czynnik zużywają relatywnie dużo energii. Nowe Rozporządzenie UE Nr 517/2014 w sprawie fluorowanych gazów cieplarnianych, które weszło w życie 1 stycznia 2015 r., pozwoli w okresie 15 lat na stopniową redukcję wyrażonej w tonach ilości ekwiwalentów CO2 dostępnych na rynku, a w efekcie – do ich ogólnego zmniejszenia o około 80% do roku 2030. Ponadto Rozporządzenie wprowadza z dniem 1 stycznia 2020 r. zakaz używania do celów serwisowych czynników HFC, dla których wartość GWP przekracza 2500, w większości zastosowań komercyjnych. Przezbrojenie układów chłodniczych z R404A na czynnik chłodniczy o niższej wartości GWP oznacza, iż takie układy będą mogły po tej dacie nadal funkcjonować.

W porównaniu z czynnikiem R404A wartość współczynnika globalnego ocieplenia (GWP) nowego czynnika Opteon® XP40 jest o 65% niższa, a sprawność energetyczna układu uległa znacznej poprawie. Oznacza to, że Opteon®XP40 może przyczynić się do znacznej redukcji ogólnej emisji CO₂ będącej skutkiem działania układów chłodniczych. W związku z pozytywnymi rezultatami programu pilotażowego planowane jest przezbrojenie urządzeń chłodniczych kolejnych supermarketów należących do wspomnianej sieci detalicznej na Opteon® XP40.

Wspomniany właściciel włoskiej sieci detalicznej stosuje w swoich supermarketach przede wszystkim układy kaskadowe z R404A dla obwodów średniotemperaturowych oraz CO₂ w przypadku zastosowań niskotemperaturowych. W związku z tym poszukiwał alternatywy dla R404A i zdecydował się na wypróbowanie Opteon® XP40 fi rmy DuPont. Wartość GWP tego czynnika chłodniczego wynosi 1397, wobec czego jego współczynnik globalnego ocieplenia jest o 65% niższy niż w przypadku R404A – co oznacza spełnienie wymogów wyżej wspomnianego Rozporządzenia. Opteon® XP40 jest odpowiednią alternatywą dla czynników R404A lub R507 zarówno w nowych, jak i istniejących komercyjnych i przemysłowych instalacjach chłodzenia i głębokiego mrożenia.

Średniotemperaturowy obwód chłodniczy (rys. 1) w Seregno, który został wybrany do projektu pilotażowego, składa się z 6 sprężarek śrubowych (pięciu jednostek Bitzer HSK 6451-50 i jednej Bitzer HSK 7471- 90). Zasila on 73 meble chłodnicze oraz 7 chłodni. Zawiera on także mały obwód chłodzący z termostatycznymi zaworami rozprężnymi (TEV) odpowiadający za schładzanie szafki elektrycznej mieszczącej przetwornicę częstotliwości, płytowy wymiennik ciepła ekonomizera (dochładzacz) oraz wymiennik ciepła do odzysku ciepła. Wszystkie odbiorniki chłodu oraz chłodnie, a także dwa płytowe wymienniki ciepła podłączające kaskadę CO2 posiadają elektroniczne zawory rozprężne (EEV, w sumie 80) i są sterowane za pomocą sterownika ADAP-KOOL® (EKC414A) firmy Danfoss.

Rys.1: Średniotemperaturowy hybrydowy układ chłodniczy pracujący na R404A/CO2 w Seregno, który w ramach projektu pilotażowego został przezbrojony na Opteon® XP40

Ekonomizer powoduje rozprężenie wprost na etapie pośredniego chłodzenia kompresora. Obwód CO₂ posiada kolejny (trzeci) płytowy wymiennik ciepła, który jest schładzany przez mały niezależny układ R404A, co oznacza, że obwód LT może działać w trakcie konwersji.

Procedura konwersji

Konwersja na Opteon® XP40 została przeprowadzona w nocy z 12 na 13 lipca 2014 r. Niezbędne prace wykonał Franco Bresolin, współwłaściciel CREA, w asyście Marka Hughesa, Managera ds. Rozwoju Biznesu firmy DuPont.

Przed przeprowadzeniem konwersji zawory EEV zostały przeprogramowane za pomocą oprogramowania Danfoss ADAP-KOOL® na nowe wartości dla Opteon® XP40 zgodnie tabelą 1. W tym samym czasie ładunek R404A (w sumie 1066 kg) został przeniesiony do butli recyklingowych, a następnie wymieniono wkładki fi ltra osuszacza, tak jak w przypadku rutynowej obsługi serwisowej. Przed napełnieniem czynnikiem Opteon® XP40 (wstępnie 1045 kg) układ został całkowicie opróżniony do 500 milibarów w ciągu ośmiu godzin. Następnie temperatura mebli chłodniczych i chłodni została obniżona do wymaganego poziomu (w około 45 minut). Do pracy z czynnikiem Opteon® XP40 zadane ciśnienie ssania zostało zredukowane z poprzedniej wartości 3,0 bara do 2,6 bara.

Ładunek nowego czynnika chłodniczego został również zoptymalizowany w trakcie dostrajania układu, przy czym jako zasadą można się kierować wartością gęstości cieczy w temperaturze otoczenia. W porównaniu z R404A, Opteon® XP40 ma o 4% wyższą gęstość w temperaturze 20°C. Zalecany ładunek dla Opteon® XP40 po konwersji jest zatem nieco większy niż ładunek początkowy.

Analiza danych systemowych

W celu porównania danych sprzed i po konwersji, CREA dostarczyła rejestry z pomiarów działania układu z R404A w okresie od czerwca do sierpnia 2013 r. oraz działania układu z Opteon®XP40 w okresie od 12 lipca do 28 sierpnia 2014. Oddzielenie danych zużycia mocy dla obwodów MT (średniotemperaturowego) i LT (niskotemperaturowego) nie było możliwe. Założono jednak, że skoro w obrębie obwodu LT nie wprowadzono żadnych modyfi kacji, to jakiekolwiek zmiany w zużyciu energii wynikają z wymiany czynnika chłodniczego w obwodzie MT.

Zestawienie danych wykazuje, iż zużycie mocy w przypadku układów z R404A i układów z Opteon® XP40 jest porównywalne w dniach chłodniejszych (rys. 2.). Natomiast, kiedy średnie wartości temperatury dziennej są wyższe, zużycie energii przez układy z Opteon® XP40 jest niższe o około 6÷7%. Jeżeli uwzględnić jedynie dni z wartością temperatury w zakresie od 19°C do 26°C, to oszczędność energii w stosunku do R404A sięga 9%. Ten pozytywny rezultat potwierdza wyniki wielu wcześniejszych testów laboratoryjnych i innych prób terenowych.

Rys. 2: Porównanie zużycia mocy przed konwersją (na czerwono) i po konwersji (na niebiesko). Dwie linie wykresu pokazują, że w szczególności w dni o wyższej średniej temperaturze, Opteon® XP40 zużywa o około 6 do 7% mniej mocy

W celu porównania parametrów operacyjnych przed konwersją i po niej zestawiono dane systemowe dla dni, kiedy średnia temperatura wynosiła 19°C, 24°C i 28°C. Temperatury kondensacji i parowania są porównywalne dla obu czynników chłodniczych, przy czym wartości dla Opteon® XP40 są nieco poniżej wartości dla R404A (tabela 2.).

W trakcie pracy nie zaobserwowano także znaczącej zmiany w temperaturze tłoczenia sprężarek. Niemniej jednak dokładniejsza analiza danych dowodzi, że temperatura przegrzania w sprężarce jest niższa w przypadku pracy z Opteon® XP40. To tłumaczy, dlaczego temperatura tłoczenia sprężarki okazała się niższa, niż przewidywano. Kolejną różnicą pomiędzy tymi dwoma czynnikami chłodniczymi jest wyższa wartość dochładzania w przypadku Opteon® XP40. Dane odnotowane dla podanych wyżej średnich wartości temperatur wykazują, iż układ chłodniczy zachowuje się normalnie i działa właściwie.

Uwzględniając dane z każdego z trzech dni, można obliczyć średnią wartość dla określonych parametrów. Na podstawie średnich wartości dziennych można również obliczyć cykl teoretyczny, co umożliwia wyciągnięcie wniosków odnośnie wydajności chłodniczej oraz współczynnika efektywności systemu (COP) w danych warunkach. Wykoanne obliczenia wykazują, iż wyższe dochłodzenie cieczy ma pozytywny wpływ na wydajność chłodniczą czynnika Opteon® XP40. W porównaniu z R404A Opteon® XP40 wykazuje znacząco wyższą wydajność chłodniczą (o ok. 8%) i współczynnik COP jest również znacznie wyższy. Te cechy również przyczyniają się do redukcji zużycia energii.

Podsumowanie

Kontrola przeprowadzona przed konwersją nie wykazała żadnych problematycznych kwestii odnośnie przezbrojenia układu na Opteon® XP40, a końcowe wyniki potwierdziły w praktyce słuszność tego założenia. Konwersja wymagała jedynie regulacji elektronicznych zaworów rozprężnych oraz regulatora ciśnienia ssania. Prace zostały przeprowadzone w ciągu nocy, dzięki czemu nie było żadnych zakłóceń w działaniu sklepu. Układ chłodniczy pracuje bezproblemowo, dlatego nie istnieją żadne przeciwwskazania do przeprowadzenia konwersji w pozostałych sklepach należących do sieci.

Joachim GERSTEL
Manager ds. Rozwoju Rynku, Refrigerants EMEA

Janusz KAŁUŻA
Country Leader,Specjalista w zakresie czynników
chłodniczych DuPont/ Chemours

Nicolas DIETL
– Specjalista ds. Marketingu Technicznego, Chemicals
and Fluoroproducts z firmy DuPont