Научно-техническая конференция с международным участием

В Институте холода и биотехнологий (ИХиБТ) Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО) 3 февраля 2016 г прошла научно-техническая конференция с международным участием «Энерго- и экологически эффективные рабочие вещества в технологиях генерации холода и теплоты».

Организаторы конференции: Международная академия холода (МАХ), рабочая группа «Свойства хладагентов и теплоносителей» Национального комитета по теплофизическим свойствам веществ РАН, ИХиБТ Университета ИТМО. Генеральные спонсоры конференции: ЗАО «Инженерные системы охлаждения», ООО «А и Т» и «Инженерный центр энергоэффективных холодильных технологий и автоматики» (Санкт-Петербург).

В конференции участвовали организации и высшие учебные заведения: ГНУ «Объединенный институт энергетических и ядерных исследований — Сосны» Национальной академии наук Беларуси, Алматинский технологический университет (Казахстан), Одесская государственная академия пищевых технологий (Украина), Кельнский университет (Германия), Нантский университет (Франция), Технологический университет Локосса, Университет Абомей-Калави (UAC) (оба — Республика Бенин), Забайкальский государственный университет (Чита), Астраханский технический университет, ОАО «НПП «Старт» (Великий Новгород), ФГБНУ ВНИХИ, Московский машиностроительный университет (МАМИ), ООО «Ривсмаш», НИУ МЭИ (ТУ), ОАО «Красная Звезда» (все — Москва), ОАО «Гипрорыбфлот», ФГУП «Российский научный центр «Прикладная химия», НИУ СПбПУ, Университет ИТМО (все — Санкт-Петербург), преподаватели, научные сотрудники, аспиранты, докторанты, магистранты и бакалавры старших курсов.

Приветствуя участников конференции, директор Института холода и биотехнологий Университета ИТМО, президент МАХ Бараненко А.В. отметил, что техника искусственного холода с годами играет еще более значимую роль в жизни человечества. Многие судьбоносные технологии не могут быть реализованы без низких температур. Появились новые, альтернативные парокомпрессорному, технологии охлаждения, основанные на электро- и магнитокалорическом эффектах, термоэлектическом, термоакустическом охлаждении и др.

Институт холода и биотехнологий Университета ИТМО, Рабочая группа «Свойства хладагентов и теплоносителей» Национального комитета РАН и Международная академия холода на своих ежегодных конференциях, которые проходят в нашем городе почти 35 лет, постоянно рассматривают актуальные проблемы низкотемпературной техники, в частности, переход в нынешних условиях на экологически безопасные и энергетически эффективные рабочие вещества.

С докладом «СОР-21. Иного не дано» выступил Цветков О.Б. (Университет ИТМО). В декабре 2014 г прошло заседание 20-й сессии сторон (СОР-20) при Рамочной конвенции ООН в Лиме (Перу). 21-я сессия сторон (СОР-21) прошла в рамках Климатического саммита в декабре 2015 г (Париж). Эти два события могут стать ключевыми, определяющими на десятилетие развитие техники низких температур, прежде всего, в плане рабочих веществ, влияющих на процессы глобальных климатических изменений.

С 2020 г практически уходят из обращения озоноразрушающие хладагенты R21, R22, R123, R124, R141b, R142b. К 2031 г Европа планирует расстаться с любым хладагентом, потенциал глобального потепления которого превышает 150 (GWP>150). До 2025 г Евросоюз еще разрешил применение хладагентов с GWP<2500. Исчезают из обращения R134а, R125, R404А, R407С, R507А, R410А, в перспективе даже R32. Настало время гидрофторолефинов R1336mzz, R1234yf, R1234ze, R1233zd, потенциал глобального потепления которых в ряде случаев меньше единицы. Освоено производство смесевых хладагентов на их базе: R513А, L41, L41b, R448A, R449A, R450A и др.

Кандидат на ретрофит R22 — R438A с парниковым эффектом, равным 2265, пожароопасностью и температурным глайдом 6,19°C, а также R32, R290 и смеси R32 с гидроолефинами.

Турбулентности с хладагентами в индустрии холода нарастают. Выход, пожалуй, однозначен — осваивать природные хладагенты, тем более, что нужно эффективно решить проблемы импортозамещения.

В сообщении Бирина С.А. (ОАО «Гипрорыбфлот») дано обоснование выбора воздушной холодильной машины (ВХМ) для судового морозильного аппарата. В настоящее время наметилась тенденция увеличения объемов производства на судах рыбопромыслового флота замороженной продукции с применением температур до -60°C для замораживания, хранения и транспортировки. Произведенная по данной технологии продукция, при условии, что она и хранится при такой же температуре, обладает всеми характеристиками свежего сырья. Преимуществами подобной «технологии суперзаморозки» являются гарантии качества, безопасности, а также эффективности.

R22 в настоящее время является одним из основных хладагентов для холодильных установок рыбопромысловых судов. В случае возникновения проблем с поставками R22 некоторые суда просто могут быть выведены из эксплуатации. Возникла острая необходимость применения на судах альтернативных, экологически безопасных способов получения холода, в результате чего ОАО «Гипрорыбфлот» прорабатывает возможность применения ВХМ.

Бабакин Б.С. (МАМИ), Белозеров Г.А. (ФГБНУ ВНИХИ), Данилин В.И. (МАМИ) представили доклад «Хладагенты, техногенные газы и их воздействие на окружающую среду». Приводятся сведения по механизму парникового эффекта.

Подробно рассматривается влияние парниковых газов СО₂, СH4, N2О, ХФУ, ГФУ, ГХФУ и др. на температуру окружающей среды. Дан усредненный Радиационно-тепловой баланс атмосферы. Приводятся данные об изменении уровня концентрации озона в Антарктиде и Арктике, подтвердившие существование химического механизма разрушения озонового слоя.

Анализируются доводы исследователей-геофизиков о причинах образования озоновой дыры, в частности, за счет процессов изменения атмосферной циркуляции, периодического роста солнечной активности и космического излучения. Приводятся результаты прямого и косвенного воздействия эмиссии хладагентов из холодильных систем и систем кондиционирования на парниковый эффект.

Представлены сведения по одно- и многокомпонентным смесевым хладагентам группы ГХФУ, регулируемые Монреальским протоколом. Даны результаты замены хладагентов группы ГХФУ на хладагенты группы ГФУ и природные рабочие вещества. Приводятся данные по однокомпонентным и смесевым хладагентам группы ГФУ, регулируемым Киотским протоколом.

«Естественный холод как энерго- и экологически эффективное рабочее вещество для предотвращения деградации многолетней мерзлоты в основании линейных сооружений» — тема доклада Кондратьева В.Г., Бронникова В.А., Валиева Н.А. и Кондратьева С.В. (Забайкальский ГУ). В криолитозоне, области с вечной мерзлотой и глубоким сезонным промерзанием горных пород, занимающей значительную часть территории России, эксплуатация автомобильных и железных дорог, а также магистральных трубопроводов сопряжена со значительными, все возрастающими и часто непроизводительными материальными и трудовыми затратами на строительство, текущее содержание и ремонты дорог и трубопроводов. Наиболее часто это обусловлено многочисленными деформациями земляного полотна и трубопровода вследствие осадок при оттаивании льдистых многолетнемерзлых грунтов основания, которое вызывается увеличением количества поглощенной его поверхностью солнечной радиации по сравнению с естественной поверхностью, инфильтрацией летних осадков через тело насыпи и в массив грунта с подземным трубопроводом, увеличении толщины снежного покрова у основания насыпи или над подземным трубопроводом.

Изложены результаты опытно-экспериментальных работ по дополнительному охлаждению массива многолетнемерзлых грунтов с подземным нефтепроводом в Якутии в 2013-2015 гг и земляного полотна БАМ в 2009-2015 гг путем регулирования охлаждающих и отепляющих природных факторов таким образом, чтобы уменьшалось поступление теплоты и увеличивался ее отток, сохранялись и дополнительно охлаждались многолетнемерзлые грунты в основании нефтепровода или дороги (с помощью солнцеосадкозащитных навесов, противофильтрационной пленки, светлого щебня и снегоочистки).

«Базовые технические решения термостабилизаторов пластичномерзлого грунта» рассмотрели Ананьев В.В., Шамин Г.П. (ООО «Ривсмаш»). Обобщен опыт строительства объектов газоконденсатнонефтяных месторождений Ямала и Таймыра с применением сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ) в комплекте с холодильными агрегатами различного типа, мобильными холодильными машинами контейнерного арктического исполнения, аппаратами воздушного охлаждения — фрикулерами. Даны базовые технические решения СОУ — стабилизатора пластично-мерзлого грунта зонального охлаждения с плавниковым оребрением испарителя и перспективы повышения эксплуатационных показателей термостабилизаторов, изготовливаемых ООО «Ривсмаш». На предприятии завершен переход на заполнение систем охлаждения и замораживания грунтов с синтетических хладагентов на природные рабочие вещества, в том числе углеводороды высокой чистоты.

Тема доклада Железного В.П., Мороза С.А., Хлиевой О.Я., Лукьянова Н.Н. (ОНАПТ) — «Экспериментальная оценка перспектив использования в качестве рабочих тел холодильного оборудования растворов изобутан/компрессорное масло/фуллерены C60». Одним из перспективных направлений повышения энергетической эффективности парокомпрессионного холодильного оборудования является применение так называемых нанохладагентов — рабочих тел, состоящих из растворов хладагента с компрессорным маслом, в которое добавлено определенное количество наночастиц оксидов металлов. Экспериментальные исследования подтвердили увеличение холодильного коэффициента рассматриваемых систем при добавке в компрессорное масло подобных наночастиц. Добавка фуллеренов в компрессорное масло холодильных машин является достаточно перспективной идеей. В настоящее время экспериментально подтверждено снижение потерь на трение в системах с использованием минеральных масел с фуллеренами.

Рассмотрена технология приготовления компрессорного масла с примесями фуллеренов C60 и показана хорошая агрегативная стабильность полученного образца наномасла. Приведены результаты экспериментального исследования значений концентраций масла и фуллеренов в рабочем теле в различных узлах компрессорной системы.

Представлены результаты экспериментального исследования холодопроизводительности и мощности потребляемой компрессором холодильной компрессорной системы на рабочих телах R600а/компрессорное масло (V40=19,5 сСт) и R600а/компрессорное масло (V40=19,5 сСт) / фуллерены C60 при разных расходах рабочего тела. Показано, что добавка 0,0036 гр фуллеренов C60 на 1 гр рабочего тела, заправленного в компрессорную систему, не приводит к заметному изменению холодопроизводительности, но способствует снижению потребляемой компрессором мощности и увеличению холодильного коэффициента. Полученные результаты исследования позволяют сделать вывод, что включение в состав рабочего тела фуллеренов является важными фактором, который способствует повышению эффективности холодильных машин.

Бараненко А.В., Малинина О.С., Бакалкина И. (Университет ИТМО) представили доклад «Влияние внешних параметров на эффективность гелиохолодильной абсорбционной бромистолитиевой установки». Выполнен анализ влияния температуры греющего источника на эффективность термодинамических циклов при различных схемных решениях абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины в зависимости от относительной влажности воздуха. В качестве альтернативного (возобновляемого) источника теплоты выбрана энергия Солнца. Расчеты сделаны при следующих исходных данных: температура наружного воздуха 30°C, относительная влажность воздуха изменялась от 30% до 70%, температура греющего источника варьировалась в интервале 90-70°C. Получены значения температуры греющего источника, при которых могут осуществляться процессы кондиционирования воздуха и получения влаги из него. Показано, что применение каскадной схемы позволяет понизить температуру теплоносителя в среднем на 15°С.

Особенности работы холодильного винтового компрессора на хладагенте R134а рассмотрены в докладе Носкова А.Н., Каржаубаева А.А. (Университет ИТМО) Выбор рабочих веществ паровых холодильных машин в значительной степени зависит от тех их свойств, которые влияют на конструкционные и эксплуатационные характеристики винтовых компрессоров. Проведены расчеты параметров работы паровой холодильной машины с маслозаполненным винтовым компрессором (ВКМ) на R134a в высокотемпературных режимах. При этом работа ВКМ характеризуется самыми низкими реакциями на опорах ведущего винта, что делает возможным применение подшипников качения на всех режимах с целью повышения экономичности работы компрессора.

«Тепловые насосы на диоксиде углерода» — тема доклада Мотрева А.А., Цветкова О.Б., Лаптева Ю.А. В современных тепловых насосах в качестве хладагентов чаще всего используются озонобезопасные гидрофторуглероды (ГФУ), потенциал глобального потепления (ПГП) которых не менее 1300. Применение этих хладагентов будет запрещено уже к 2025 г. В качестве замены предлагаются хладагенты с более низкими показателями ПГП, например, R32, R1234yf, R290, R600a, их смеси, которые, однако, являются горючими веществами, что, естественно, накладывает ограничения на их применение, Все это вызывает все больший интерес к применению диоксида углерода — природного, негорючего хладагента с показателем ПГП равным 1.

Основным недостатком диоксида углерода, как хладагента тепловых насосов, можно считать низкую нормальную температуру кипения, обусловливающую высокий уровень давлений в системе. Однако низкая критическая температура СО₂ позволяет реализовать в установках газожидкостные термодинамические циклы, которые позволяют повысить энергоэффективность теплового насоса. При использовании диоксида углерода в теплообменных аппаратах увеличиваются коэффициенты теплоотдачи, появляется возможность вместо дросселя использовать детандер. Двухступенчатые тепловые насосы на диоксиде углерода показывают эффективность, сравнимую с синтетическими хладагентами, при этом обеспечивая нагрев теплоносителя до более высоких температур.

Председатель Рабочей группы «Свойства хладагентов и теплоносителей» Национального комитета по теплофизическим свойствам веществ РАН и секции «Теоретические основы холодильной и криогенной техники» МАХ Цветков О.Б. информировал собравшихся об одобрении отчета Рабочей группы Национальному комитету РАН в декабре 2015 г, планах на 2016 г и перспективах встречи в начале 2017 г.

Отчет дан в сокращении.
Журнал «Империя Холода» — информационный спонсор конференции