Приоритетные направления развития индустрии холода и микроклимата в России

В энергобалансе стран с развитой экономикой доля энергии, потребляемой холодильными системами, составляет более 15%. Это свидетельствует о том, что ТНТ оказывает существенное воздействие на среду обитания. Помимо этого, как известно, многие распространенные на сегодняшний день хладагенты, к которым относятся в первую очередь фреоны, имеют достаточно высокие значения потенциала глобального потепления.

Естественно, важнейшими аспектами развития ТНТ являются взаимосвязанные между собой факторы — энергетическая эффективность и экологическая безопасность. Это актуально для любого вида техники.

При создании новых образцов холодильных агрегатов обеспечиваются уменьшение массо-габаритных характеристик, снижение заправки хладагентом на единицу вырабатываемого холода, повышение надежности, обеспечение автономной работы в течение длительного времени.

Энергетические показатели холодильных агрегатов повышаются совершенствованием основных элементов оборудования, к которым относятся компрессоры и теплообменные аппараты, применением современных средств регулирования и автоматизации.

Применяемые в настоящее время традиционные типы компрессоров в основном исчерпали ресурсы повышения эффективности. Развитие компрессоростроения пойдет по пути совершенствования отдельных узлов. В частности, в центробежных компрессорах смогут более широко применяться газовые подшипники, что позволит решить целый ряд эксплуатационных проблем.

Новым для холодильной техники является применение волновых компрессоров. В них использованы технологии, пришедшие из реактивной авиации, основанные на теории волновых колебаний компримируемой среды при высоких скоростях. Пока волновые компрессоры позиционируются как альтернатива центробежным и осевым, имеющим большую производительность. Здесь возможно достижение эффекта как по энергетическим, так и по массогабаритным показателям.

В области малой производительности перспективны линейные поршневые компрессоры, которые динамически уравновешены, бесшумны и успешно применяются за рубежом в домашних холодильниках. В перспективе возможно их использование в коммерческом холоде.

В целом же, с позиции повышения энергоэффективности, ведущую роль будет играть разработка совершенных двигателей и систем регулирования. К ним относится, в частности, инверторное регулирование работы компрессора, обеспечивающее до 30% экономии электроэнергии при его работе в различных режимах.

В последние десятилетия активно развивается направление создания теплообменных аппаратов с миниканалами, с гидравлическим диаметром канала 0,5-1,0 мм. Рядом фирм выпускаются миниканальные конденсаторы с воздушным охлаждением для фреоновых холодильных машин и кондиционеров. Применение таких конденсаторов позволяет уменьшить массу аппарата в 2-3 раза по сравнению с трубчато-ребристыми, сократить заправку системы хладагентом на 20%, повысить холодильный коэффициент агрегатов на 3-4 %. Ведутся работы по созданию аммиачных конденсаторов с миниканалами, а также миниканальных испарителей. Применение последних аппаратов еще больше сократит удельную заправку системы хладагентом.

Сегодня уже существуют агрегаты, в которых заправка хладагента составляет 0,18 кг/кВт холодопроизводительности. По оценкам американских исследователей, в случае применения миниканальных испарителей, масса хладагента в системе может быть сокращена до 0,1 кг/кВт холодопроизводительности.

Миниканальные испарители для охлаждения жидких сред следует рассматривать как следующее поколение известных пластинчатых. Вопрос сопоставления этих типов теплообменников до конца не изучен, хотя, по данным американских ученых, миникальные технологии позволят повысить теплопередачу до 20%.

Задача создания миниканальных испарителей существенно сложнее по сравнению с конденсаторами. Для обеспечения устойчивой и эффективной работы испарителей требуют решения вопросы равномерного распределения хладагента по каналам, число которых может быть достаточно большим. Необходимо исключить реверс потока, значительные колебания температуры и градиенты давления. Исследования в данной области ведутся во многих научных центрах различных государств, в том числе в ИХиБТ НИУ ИТМО.

Будущее холодильной техники в значительной степени связано с твердотельными охлаждающими системами. Термоэлектрические охладители достаточно давно известны и применяются в бытовых холодильниках, системах кондиционирования и для решения специальных задач. Их широкое применение сдерживается невысокой энергетической эффективностью. Новые материалы с использованием нанотехнологий дадут возможность значительно улучшить энергетические характеристики термоэлектрических систем и расширить область их применения. В последнее время активно ведутся фундаментальные и прикладные исследования по созданию охладителей на основе магнитокалорического и электрокалорического эффектов. Известен американский опыт использования электрокалорических систем в бытовых холодильниках.

К энергоэффективным технологиям относится использование возобновляемых и вторичных энергетических ресурсов, а также охлаждающего эффекта эффективного излучения в небесную сферу в ночное время. Тепловые насосы получают все большее распространение в различных странах мира. В Российской Федерации рынок ТН еще не развит в достаточной мере. Необходимы более активная пропаганда преимуществ систем с ТН, а также меры стимулирования использования ТН.

Экономию энергии может обеспечить применение для целей хладотеплоснабжения абсорбционных бромистолитиевых преобразователей теплоты, работающих на вторичных энергетических ресурсах. Этот вид техники требует к себе внимания с точки зрения научных исследований и организации выпуска на территории России агрегатов различной производительности с возможностью использования различных греющих сред.

Эффективное излучение в небесную сферу может применяться в районах с континентальным климатом для охлаждения аккумуляторов холода в ночное время. Лидером по применению подобной технологии являются США, где целый ряд фирм выпускает соответствующее оборудование для кондиционирования воздуха в зданиях. По данным испытаний в штате Нью-Мексико, применение подобных систем позволяет сократить расход электроэнергии на кондиционирование на 30-90%. Исследования в Казахстане на катке Медео показали, что за счет эффективного излучения разность температур воздуха и бетона ледового поля в среднем составляет 10°С.

Для промышленных холодильных систем экономию энергии обеспечивают применение современных методов автоматизации, эффективной изоляции охлаждаемых помещений, а также сокращение эксплуатационных теплопритоков.

Автоматизация холодильных установок в отдельных случаях сокращает расход потребляемой энергии до 40%.

Обследования, выполненные в Европе, показали, что удельное энергопотребление на 1 м³ объема холодильных терминалов отличается в десятки раз.

По данным 295 складов в 21 стране, удельное энергопотребление для холодильных складов находится в пределах от 4 до 250 кВтч/(м³год), для морозильных складов — от 6 до 250 кВтч/(м³год) и от 23 до 157 для комбинированных складов. Анализ показал, что осуществление энергосберегающих мероприятий позволит сократить удельное энергопотребление до 70%, при этом срок окупаемости составит преимущественно от одного до трех лет.

К сожалению, в РФ нет сведений по подобным исследованиям, хотя они, безусловно, необходимы.

К элементам надежности ТНТ относится пожарная безопасность.

По данным статистики, за последние 17 лет число пожаров на промышленных холодильных терминалах удалось сократить примерно в 3-3,5 раза: с 72 в 1995 г до 21 в 2012 г.

Число пожаров, источниками которых стала холодильная техника, на предприятиях торговли и общественного питания за 17 лет возросло примерно в 3,5 раза, с 69 до 231, пропорционально росту числа соответствующих предприятий с 525 тыс до 1660 тыс.

Доля пожаров от бытовых холодильников в общем числе пожаров от электроприборов составляет чуть более 2%. Для улучшения ситуации требуется разработка нормативного документа с современных позиций пожарной безопасности холодильных терминалов и коммерческой холодильной техники.

Для Российской Федерации предстоит сложный период перехода на новые хладагенты, по всей видимости, преимущественно на природные холодильные агенты. Требования технического регламента к аммиаку несколько упростились, но при этом по токсичности они остаются достаточно жесткими.

Актуальным для РФ остается производство на территории страны промышленного холодильного оборудования, в первую очередь компрессоров.

Системы кондиционирования — активно развивающийся инновационный сегмент инженерных систем зданий, сооружений и автономных объектов.

Объем российского рынка климатической техники, по данным Ассоциации предприятий индустрии климата, за последние десять лет увеличился более чем в 10 раз, ежегодно растет с темпом 12-15% и, по оптимистическому сценарию, может достигнуть 30%. Такой бурный рост связан с возрастанием требований к качеству жизни, а также с ухудшением качества окружающей среды.

В общем случае систему кондиционирования воздуха можно рассматривать как единый комплекс инженерных подсистем (вентиляции, отопления, охлаждения и пр.), обеспечивающий поддержание требуемых параметров внутренней среды (помещения, группы помещений, здания) вне зависимости от внешних климатических условий с учетом архитектурно-строительных и теплофизических характеристик ограждающих конструкций.

В РФ системами жизнеобеспечения, включая микроклимат, потребляется порядка 40% всей производимой электроэнергии. Поэтому энергоэффективность, сокращение энергопотребления для данной области также весьма актуальны.

Последние годы в стране нет устойчивого финансирования научных исследований для развития холодильной отрасли, что привело к сокращению научного потенциала, работающего в данной области. Высок средний возраст ученых, сократилось число защит диссертаций. Аспиранты после защит неохотно остаются в науке и на педагогической деятельности. Демографический кризис в стране, переход на двухуровневую систему подготовки лиц с высшим образованием обостряют дефицит специалистов в отрасли.

Для развития холодильной индустрии и микроклимата в РФ, в том числе подготовки специалистов для этих отраслей, требуется поддержка со стороны государства, консолидация усилий государственных учреждений, общественных организаций и специалистов.