Węglowodory jako czynniki chłodnicze Cz. 3. Zastosowania węglowodorów i wymagania bezpieczeństwa |
Data dodania: 02.11.2015 |
W ramach studium badawczego realizowanego w Centralnym Ośrodku Chłodnictwa dla potrzeb własnych, poddano analizie zbiór materiałów źródłowych znajdujących się w dyspozycji Ośrodka Informacji COCH, pod kątem perspektyw i warunków potencjalnych zastosowań węglowodorów w chłodnictwie. Artykuł jest kontynuacją tematyki podjętej w lipcowym i wrześniowym numerze.
Wybrane przykłady zastosowań węglowodorów
Chłodziarki domowe i chłodnicze meble handlowe [40] Od czasu wprowadzenia w 1990 r. na rynek chłodziarek i zamrażarek domowych na R600a, ich zastosowanie w Europie Północnej i Zachodniej uległo rozpowszechnieniu. O tego czasu wyprodukowano ponad 150 mln sztuk tych urządzeń.
Powodem preferowania izobutanu R600a jest, oprócz niższego globalnego potencjału cieplarnianego, również wyższa efektywność w porównaniu z R134a a także niższe ciśnienia robocze, które przyczyniają się do obniżenia głośności instalacji w trakcie eksploatacji.
Stosunkowo mała objętościowa wydajność chłodzenia R600a powoduje jednak konieczność ograniczenia zastosowań do domowego wyposażenia chłodniczego i małych mebli handlowych ze względu na nadmierne gabaryty sprężarek wymagane przy większej wydajności chłodniczej.
Jeżeli napełnienie urządzenia czynnikiem chłodniczym nie przekracza 150 g (wg wymagań norm bezpieczeństwa), to nie ma żadnych ograniczeń co do miejsca usytuowania urządzenia. Producent musi jednak spełniać określone wymagania w zakresie temperatury powierzchni wewnętrznych i zewnętrznych urządzenia oraz jego szczelności – ze względu na palność czynnika.
Chłodziarki butelek do celów handlowych mają zwykle wydajności powyżej 500 W, co ogranicza zastosowanie w nich izobutanu, ze względu na konieczność stosowania sprężarek o zbyt dużej wydajności objętościowej. Dlatego do dużych, autonomicznych chłodziarek stosuje się propan.
Instalacje powtarzalne dla obiektów handlowych
Scentralizowane instalacje dla supermarketów
W literaturze występuje mało przykładów takich zastosowań: 1) W poz. [40] przytoczono dwa jednostopniowe rozwiązania instalacji systemu pośredniego z zastosowaniem propylenu w obiegach sprężarkowych i z czynnikami ciekłymi w obiegach pośredniczących. Instalacje te były wykonywane w latach 1996 do 2002 przez fi rmę Linde. W trakcie budowy w/w instalacji stosowano projekt normy DIN – 2003.
Rys. 1. Schemat instalacji na propylen do obsługi supermarketów w zakresie NT i LT wg [6]
Instalacje na propylen wymagają stosowania zabiegów wynikających z wymagań norm bezpieczeństwa, a w szczególności:
Instalacja taka może być stosowana również z użyciem propanu zamiast propylenu.
2) W poz. [40] przytoczono dwa rozwiązania instalacji handlowych z zastosowaniem propanu w górnym stopniu kaskady i CO2 w dolnym. Schematy tych instalacji przedstawiono na rysunkach 2. i 3. Instalacje te były oferowane w 2008 r. przez firmę J&E Hall (W.Br.).
Rys. 2. Schemat instalacji kaskadowej propan/R744 z użyciem R744 jako czynnika pośredniczącego w obiegu NT wg [40]
Rys. 3. Schemat instalacji kaskadowej propan/R744 z użyciem standardowego czynnika pośredniczącego w obiegu NT wg [40]
W rozwiązaniu tym instalacja niskotemperaturowa (LT) – dla parowania czynnika przy -32°C, była opracowana na zakres wydajności 70÷350 kW, instalacja normalno-temperaturowa (NT) – dla parowania czynnika przy -10°C – na zakres wydajność 15÷60 kW.
Pierwsza z tych instalacji charakteryzuje się tym, że skraplacz górnego stopnia jest chłodzony roztworem glikolu etylenowego jako czynnikiem pośredniczącym, a dolny obieg, średniotemperaturowy jest obsługiwany czynnikiem pośredniczącym R744, ochładzanym w parowaczu górnego obiegu.
Druga instalacja posiada usytuowany na zewnątrz skraplacz górnego obiegu, chłodzony powietrzem, z częściowym odzyskiem ciepła skraplania i dwa parowacze w górnym obiegu, z których jeden zasila obieg średniotemperaturowy czynnikiem pośredniczącym a drugi – obieg sprężarki niskotemperaturowej na CO2.
Taki wariant instalacji chłodniczej z pośrednim parowaniem, został zastosowany w supermarkecie FAKTA w Danii w m. Beder. Przy czym wydajność obiegu średniotemperaturowego wynosiła 21 kW a niskotemperaturowego 10 kW. Napełnienie instalacji wynosiło 10 kg propanu i 6 kg R744.
Instalacja R290 jest umieszczona w szczelnie zamkniętej, wentylowanej i monitorowanej komorze ustawionej w maszynowni.
Przy wydajności 70 kW NT napełnienie agregatów J&E Hall wynosi 2 x 15 kg a przy 350 kW – 2 x (40÷50) kg w jednym zintegrowanym wykonywanym fabrycznie agregacie do ochładzania cieczy, przeznaczonym do usytuowania na zewnątrz obiektu.
Pompy ciepła do ogrzewania domów
W Polsce oferowane są propanowe pompy ciepła [9] do ogrzewania domów mieszkalnych, o zakresie wydajności od 6 do 20 kW. Przystosowane są do wykorzystywania dolnych źródeł ciepła za pomocą kolektorów gruntowych, studni wody gruntowej oraz sond pionowych na głębokość 70÷150 m.
Urządzenia jednostkowe projektowane indywidualnie
Przemysłowa pompa ciepła [17]
Pompa została przeznaczona do współdziałania z kotłem gazowym o wydajności 425 kW obsługującym 46 pomieszczeń szkolnych zespołu szkolnego Limmat w Zurychu. Źródłem dolnym pompy ciepła jest woda odpadowa o temp. 14°C, pobierana z kolektora zbiorowego obsługującego jedną z dzielnic miasta. Ciepło jest pobierane z wody za pośrednictwem obiegu pośredniego.
Gorąca woda podgrzewana w skraplaczu pompy jest odprowadzana do zbiornika pośredniego wody o pojemności 2,4 m3 i z niego przepompowywana do obiegu.
W skład obiegu pompy ciepła wchodzą 3 sprężarki semihermetyczne f-my Goeldner. Jako skraplacze i parowacze zostały dobrane wymienniki płytowe.
Cała instalacja wykonana jest w postaci zblokowanej, zamknięta w szczelnej obudowie. Temperatury skraplania przewidziano w przedziale od 55 do 65°C.
Dane techniczne pompy ciepła:
Urządzenie chłodniczo-grzewcze (pompa ciepła) Omawiane urządzenie, które może być traktowane jako przemysłowa pompa ciepła, stanowi jeden z podstawowych zespołów nowego Centrum Badawczo-Rozwojowego pomp ciepła w Wiedniu [18].
Zadaniem tej pompy ciepła jest z jednej strony bilansowanie dolnego źródła ciepła badanej pompy przez dostarczanie ciepła grzewczego dla pokrycia ciepła odbieranego przez badaną pompę, z drugiej strony bilansowanie górnego źródła ciepła badanej pompy ciepła przez odbieranie ciepła skraplania wytwarzanego przez badaną pompę.
Dane techniczne pompy ciepła:
Pompa ciepła jest wyposażona w dwie semihermetyczne sprężarki firmy Bitzer.
Wymienniki ciepła – parowacz (ochładzanie solanki niskotemperaturowej do -24°C), skraplacz (podgrzewanie wody do 50°C), wymiennik ciepła przegrzania (podgrzewanie wody do temperatury 60°C) – wykonane są jako aparaty płytowe, lutowane. Zblokowana instalacja pompy ciepła jest usytuowana na dachu obiektu, w zamkniętej komorze z płyt warstwowych, w której utrzymywane jest podciśnienie, przy użyciu wentylatorów wywiewnych, w wykonaniu przeciwwybuchowym.
Stan atmosfery wewnątrz komory jest monitorowany w sposób ciągły za pomocą dwóch czujników stężenia propylenu. Nadmiar ciepła grzewczego w badanej pompie ciepła może być przekazywany do atmosfery.
Inne przykłady badanych prototypów pomp ciepła do ogrzewania domów o mocy około 20 kW, przedstawione są w poz. [7, 20].
Podstawowe wymagania bezpieczeństwa
(...)
Zagrożenia występujące przy użyciu węglowodoru jako czynnika chłodniczego
(...)
Przepisy prawne związane ze stosowaniem węglowodorów
(...)
Warunki doboru wielkości napełnienia instalacji chłodniczej
(...)
Wentylacja pomieszczeń zawierających instalacje z czynnikiem chłodniczym
(...)
Zagadnienia bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych w pomieszczeniach zawierających instalacje z czynnikiem chłodniczym
(...)
Systemy wykrywania emisji węglowodorów z instalacji chłodniczych (nieszczelności)
(...)
Wnioski końcowe
Wg [25] obecnie stosowane techniki zabezpieczania oraz rozwój technologiczny zapewniają spełnienie wszelkich wymagań dotyczących bezpieczeństwa eksploatacji instalacji węglowodorowych. Stosowanie zmniejszonego napełnienia pośrednich węglowodorowych systemów chłodniczych znacznie zwiększa bezpieczeństwo ich użytkowania. W celu zwiększenia bezpieczeństwa w maszynowni i innych pomieszczeniach z instalacjami zawierającymi węglowodory (powyżej 150 g), należy stosować urządzenia wyciągowo-nawiewne, współpracujące z systemem wykrywania wycieku czynnika. Przy napełnieniu agregatu węglowodorem w ilości nieprzekraczającej 150 g, hermetyczne urządzenie chłodnicze może być instalowane w dowolnym pomieszczeniu, w którym jest zapewniona wystarczająca wentylacja naturalna.
Usytuowanie całej instalacji, zawierającej węglowodór, na otwartej przestrzeni wymaga wyznaczenia stref zagrożenia wybuchem, w otoczeniu urządzenia.
Instalacja chłodnicza z węglowodorem, o hermetycznej konstrukcji i odpowiedniej budowie elementów wyposażenia elektrycznego i automatyki, umożliwia bezpieczną eksploatacje oraz spełnia wymagania odpowiednich przepisów.
dr inż. Wiesław WARCZAK
LITERATURA: [1] AFFEI T., REINER H.: The hydrocarbaon revival. The natural trend for European heat pumps and refrigerators. IEA Heat Pump Centre Newsletter. 1996 t.14. nr 2. ss.20–22. [2] GRANRYD E.: Hydrocarbons as refrigerants – an overview. International Journal of Refrigeration. 2001. nr 24. ss.15–24. [3] PALIWODA A.: Propan w samochodach-chłodniach. Chłodnictwo i Klimatyzacja. 2002. t. 7. nr 3. ss. 12–13. [4] ZHELEZNYJJ V. P., KHLIEVA O. Ja., BYKOVEC N. P.: Perspektivy i problemy primenenija uglevodorodov v kachestve khładagentov. Khołodilnaja Tekhnika. 2002. nr 7. ss. 14–16. [5] BELJAEVA O. V. i in.: Vybor uglevodorov v kachestve khładagentov. Khołodilnaja Tekhnika. 2002. nr 7. ss. 17–18. [6] HAAF S., HEINBOKEL B.: Supermarktkälteanlag en mit natürlichen Kältemitteln. Kälte u.Klimatechnik. 2002. t. 55. nr 9. ss. 32, 34, 37, 38–39. [7] Une pompe a chaleur réversible tres performante. Revue Pratique du Froid. 2002. nr 907. ss. 62–64. [8] JÜRGENSEN H., TIEDEMANN T.: Propan in hermetischen Kältegeräten und Wärmepumpen. Einfl uss und Entwicklungsstand der Normung. Ki Luft u.Kältetechnik. 2003. t. 39. nr 3. ss. 121–124. [9] Propanowe pompy ciepła. NEURA. Rynek Instalacyjny. 4/2003. [10] PEARSON S. F.: Natural Refrigerants for Heat Pumps. IEA Heat Pump Centre Newsletter. 2004. t. 22. nr 1. ss.13–16. [11] Savoir faire Techniques des Fluids frigorifi ques. Revue Pratique du Froid. 2004. nr 922. s. 71. [12] PALIWODA A.: Docelowe substytuty R12/R134a w małych urządzeniach chłodniczych i klimatyzacyjnych. Chłodnictwo i Klimatyzacja. 2004. t. 7. nr 10. ss. 49–51. [13] MADSEN K. B. i.in.: Equipment au CO2 / propane de locaux de stoskage dans un restaurant McDonald’s Revue Pratique du Froid. 2005. nr 1054. ss. 29–30. [14] PALM B., ANDERSSON K., LUNDQUIST P., SAMOTEVA O.: Designing a heat pump for minimum refrigerant charge. IEA Heat Pump Centre. Newssletter. 2005. nr 2. ss. 17–21. [15] LUNDQUIST P.: Mitigation of greenhouse gases i refrigeration. IEA Heat Pump Centre. Newssletter. 2005. nr 2. ss. 22–24. [16] PEARSON S. F.: Amoniak – wczoraj, obecnie i na zawsze. Chlodnictwo. 2005. nr 12. ss. 18–21. [17] OCHSNER E.: Abwasserwärmepumpe mit Propan. Kälte u.Klimatechnik. 2006. t. 59. nr 6. ss. 36, 38, 40–41. [18] Kälteanlage mit Kältemittel Propen beim neuen Wärmepumpen-Testzentrum. Arsenal research ™sterreich. Kälte u.Klimatechnik. 2006. t. 59. nr 8. ss. 38, 40–44. [19] GERMANUS J., FEJA S.: Eignungsuntersuchungen eines Kohlendioxid-Propen-Gemisches als Low-GWP-Kältemittel. KI Kälte Luft Klimatechnik. 2009. t. 45. nr 11. ss. 16–19. [20] COLASSON S., MARÉCHAL A., VACHER S.: Exemples de développements de pompe a chaleur aux flu-ides naturels: Cas du propane et du CO2. Revue Générale du Froid. 2010. t. 100. nr 1102. ss. 41–46. [21] KARIN J.: Okhłażdienije biez ushcherba dla klimata – na uglevodorodach. Khołodilnaja Tekhnika. 2010. nr 1. ss. 46–48. [22] VITT M.: Prirodnye khładagenty: sostojanie voprosa i tendencii. Khołodilnaja Tekhnika. 2010. nr 10. ss. 45–46. [23] NANOWSKI D.: Eksploatacja okrętowych urządzeń chłodniczych i klimatyzacyjnych. Część 3. Regulacja wydajności chłodniczej systemu etylenowego z kaskadą dla mieszaniny propan-etan – część 1. Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna. 2011. t. 18. nr 9. ss. 451–454. [24] KAUFFELD M.: Kohlenwasserstoff e – die Zukunft der Kältetechnik? KI Kälte Luft Klimatechnik. 2011. t. 47. nr 6–7, ss. 42–46. [25] STĘPLEWSKA U., WRÓBEL-JĘDRZEJEWSKA M., KULETA P., Polak E.: Propan jako czynnik chłodniczy na tle obowiązujących przepisów. Technika Chłodnicza i klimatyzacyjna. 2012. t. 19. nr 12. ss. 563–566. [26] STĘPLEWSKA U., WRÓBEL-JĘDRZEJEWSKA, SENDER W.POLAK E.: Zagadnienia bezpieczeństwa w propanowych instalacjach chłodniczych. Chłodnictwo. 2012. t. 47. nr 11. ss. 24–26. [27] KUIJPERS l. i.in.: Current status and trends in HCFC replacement in refrigeration and air conditioning equipment. IEA Heat Pump Centre. Newsletter. 2011. t. 29. nr 4. ss. 21–23. [28] Working fluids. EPA approuves three hydrocarbon alternatives. IEA Heat Pump Centre. Newsletter. 2012. t. 39. nr 1. s. 7. [29] PEARSON A.: High temperature Heat Pumps with natural refrigerants. IEA Heat Pump Centre. Newsletter. 2012. t. 30. nr 1. ss. 33–35. [30] HIHARA E.: Risk assessment study of mildly fl ammable refrigerants. IEA Heat Pump Centre. Newssletter. 2013. nr 3. ss. 26–30. [31] OTTERSDORF T., BRAUNGARDT S., SOMMER C.: Refrigerant charge in Heat Pumps – Part I – Charge Inventory Analysis and the advent of charge reduction. Part II – Charge Reduced Heat Pump Design. IEA 2013. nr 3. ss. 15–25. nr 4. ss. 31–34. [32] WANG X., AMRANE K.: Highlights of North America’s Heat Pumps Research. Working Fluids. IEA Heat Pump Centre. Newssletter. 2014. nr 2. ss. 20–22. [33] PLANK R.: Handbuch der Kaltetechnik. Band IV. Kaltemittel. Springer-Verlag. Berlin. 1956. [34] ŚWIERŻEWSKI M.: Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Stowarzyszenie Elektryków Polskich. Sekcja Instalacji i Urządzeń Elektrycznych. Warszawa 2008. [35] ŚWIERŻEWSKI M.: Urządzenia elektryczne w obszarach zagrożonych wybuchem. Stowarzyszenie Elektryków Polskich. Sekcja Instalacji i Urządzeń Elektrycznych. Warszawa 2010. [36] WOLFF B.: Zagadnienia techniczne wynikające z dyrektywy ATEX137. Tessa Biuro Inzynierskie. Kraków. 2010. [37] KWASIGROCH M.: Dyrektywa ATEXi znak EX. Matriały szkoleniowe. ASTE. Gdańsk. 2006. [38] BONCA Z. i.in.: Czynniki chłodnicze i nośniki ciepła. Wyd. MASTA. Gdańsk. 1997. [39] Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć. :European Commission DG TREN: Preparatory Studies for Eco-design Requirements of EuPs. Lot 12: Commercial refrigerators and freezer. Draft Final Report. 8/2007. [40] http://www.umweltbundesamt.de: Vergleichende Bewertung der Klimarelevanz von Kälteanlagen und greaten. nr 12/2008. [41] a) http://ozone.unep.org/teap/Reports/RTOC/index.shtml: Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer. UNEP. 2010 REPORT OF THE REFRIGERATION, ATR CONDITIONNING AND HEAT PUMPS TECHNICAL OPTIONS COMMIITTE. 2010 Assessment. Nairobi. Ozone Secretariat. February. 2011. b) http://ozone.unep.org/teap/Reports/RTOC/index.shtml: Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer. UNEP. 2014 ASSESSMENT REPORT OF THE TECHNOLOGY AND ECONOMIC ASSESSMENT PANEL. REFRIGERATION, ATR CONDITIONNING AND HEAT PUMPS TECHNICAL OPTIONS COMMIITTE. 2014 Assessment. Nairobi. Ozone Secretariat. April. 2015. [42] 94/9/EU ATEX100a Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23.03.1994 r. w sprawie ujednolicenia przepisów prawnych państw członkowskich dotyczących urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. [43] 99/92/EC ATEX137 z dnia 16 grudnia 1999 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i ochrony zdrowia pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa. [44] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków i innych obiektów budowlanych i terenów (DzU nr 109/2010, poz. 719). [45] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 8 lipca 2010 r. w sprawie minimalnych wymagań, dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy, związanych z możliwością wystąpienia w miejscu pracy atmosfery wybuchowej (DzU nr 138/2010, poz.931). [46] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 22 grudnia 2005 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem (DzU nr 263/2005, poz. 220). [47] PN-EN 60079-10: 2003 Urządzenia elektryczne w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Część 10. Klasyfikacja obszarów niebezpiecznych (ważna do 2012.03.01). [48] PN-EN 60079-10-1: 2009 Atmosfery wybuchowe. Część 10-1. Klasyfi kacja przestrzeni. Gazowe atmosfery wybuchowe. [49] PN-EN 378-1: 2010 Instalacje chłodnicze i pompy ciepła. Wymagania dotyczące bezpieczeństwa i ochrony środowiska. Część 1. Wymagania podstawowe, defi nicje, klasyfi kacja i kryteria wyboru. [50] PN-EN 378-2+A1: 2010 Instalacje chłodnicze i pompy ciepła. Wymagania dotyczące bezpieczeństwa i ochrony środowiska. Część 2. Projektowanie, wykonanie sprawdzanie i dokumentowanie. [51] PN-EN 378-3: 2010 Instalacje chłodnicze i pompy ciepła. Wymagania dotyczące bezpieczeństwa i ochrony środowiska. Część 3. Usytuowanie instalacji i ochrona osobista. [52] PN-EN 1127-1: 2007 Atmosfery wybuchowe. Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem. Część 1: Pojęcia podstawowe i metodyka. [53] DIN 7003. Refrigerating Systems and Heat Pumps with Refrigerants of Group L3 – Safety Requirements. |
POLECAMY WYDANIA SPECJALNE
-
Pompy ciepła 2023-2024
-
Pompy ciepła 2021-2022
-
Pompy ciepła 2022-2023
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023
-
Pompy ciepła 2020-2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020
-
Pompy ciepła 2019-2020
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019