Три климатических кита индустрии холода…

В конференции участвовали организации и высшие учебные заведения из Москвы, Санкт-Петербурга, Читы, Астрахани, Великого Новгорода, Улан-Удэ, Тюмени, а также Беларуси, Казахстана, Украины.

На мегафакультете «Биотехнологии и низкотемпературные системы» Университета ИТМО уже более 35 лет проводятся ежегодные конференции с международным участием, на которых обсуждаются актуальные проблемы низкотемпературной техники. Сегодняшняя конференция была совмещена с 45-й научной и учебно-методической конференцией Университета ИТМО, на которой были заслушаны доклады молодого поколения холодильщиков (магистрантов и аспирантов) по холодильной тематике.

Участников конференции приветствовал Президент МАХ профессор Бараненко А.В., который отметил, что холодильная техника играет все более существенную роль в жизни современного человека. Многие перспективные технологии не могут быть реализованы без использования низких и сверхнизких температур. Основными трендами развития современной низкотемпературной техники являются экологическая безопасность и энергоэффективность. Экологическая безопасность для искусственного холода связана с переходом на озонобезопасные рабочие вещества с нулевым или незначительным потенциалом глобального потепления.

2017 г в России объявлен годом экологии. Указом Президента № 642 от 1 декабря 2016 г утверждена Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации. Стратегия предусматривает переход на низкоуглеродную экономику и ориентацию на использование возобновляемых ресурсов, в том числе массовое использование тепловых насосов.

С докладом «Инверсионный портрет рабочих веществ техники низких температур в интерьере трех климатических соглашений» выступил О.Б.Цветков (Университет ИТМО). Не вдаваясь в детали трех климатических соглашений в Монреале, Киото и Париже, он выделил главное стратегическое направление — уменьшение парникового воздействия. Подобный подход означает отказ не только от гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ), но и от гидрофторзамещенных предельных углеводородов: хладагентов R134а, R410А, R407A/F, R507А, R404A, а в перспективе не исключен отказ вообще от синтетических рабочих веществ.

Восторги от замены ГХФУ и ГФУ на ГФО не прекращаются, но стоит, помня потрясения техники низких температур от очередных судьбоносных протоколов, понять, что все-таки главное — переход на природные хладагенты в обозримой перспективе. Диоксид углерода на порядок дешевле любых синтетических хладагентов, негорюч, без запаха, обеспечивает высокие коэффициенты теплоотдачи. Системы на СО2 более компактны, но и более дорогие. Высокие давления в циклах с диоксидом углерода означают повышенные требования к материалам холодильных установок, к их монтажу и, особенно, к кадровому сопровождению при эксплуатации.

Существенно дешевле углеводороды. Они горючи, взрывоопасны, но не токсичны. Разрешена заправка в герметичные системы не более 150 гр углеводородов, ожидают изменения стандарта EN 378 и увеличения заправки до 500 гр.

Доклад «Новая пропеллентная смесь на основе смеси хладагентов R22/R290» представили Новикова М.Д., Бабакин Б.С. (МПУ, Москва). Смесь R22 с R290 предназначена для использования в качестве пропеллента и порообразователя при производстве пенопластов: жестких полиуретанов, плиточного пенополистерола, фенольных пенопластов, полиизоционатов, полиолефинов. Характеристики смеси: потенциал разрушения озона ODP=0,05, потенциал глобального потепления GWP=1700, класс опасности 4, температура самовоспламенения 472°С. По степени воздействия на организм человека (в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76) смесь относится к 4 классу опасности. При нормальных условиях пропеллентная смесь является стабильным веществом. При высоких температурах (выше 400°С) она может разлагаться с образованием высокотоксичных продуктов.

«Смесевые хладагенты группы ГХФУ» рассмотрены в докладе Бабакина Б.С., Бабакина С.Б., Белозерова А.Г. и Данилина В.И. (МПУ, ВНИХИ). Переходные хладагенты — гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) в соответствии с решениями Монреальского протокола и поправками к нему в настоящее время еще используются почти в 90 странах. Производители холодильного оборудования оценивают годовые утечки хладагентов из систем в 4-5% от исходной заправки. Однако при сервисном обслуживании холодильного оборудования неквалифицированным персоналом утечки хладагента могут достигать 15%. Особенно это характерно для централизованных систем холодоснабжения супермаркетов с непосредственной системой охлаждения.

В настоящее время ряд фирм (Du Pont, ATOFINA, RHODIA, ICI и др.) до 2030 г могут производить смесевые хладагенты на основе ГХФУ, имеющие более низкие показатели ODP и GWP по сравнению с хладагентами R22, R500, R502. Международный институт холода (МИХ) планирует снижение энергопотребления холодильными системами с 2000 по 2020 гг на 30-50% с одновременным уменьшением эмиссии парниковых газов в 2 раза.

В докладе Бабакина Б.С., Белозерова А.Г., Бабакина С.Б. (МПУ, ВНИХИ) анализируются «Особенности хладагентов группы гидрофтоолефинов (ГФО)». Согласно принятому регламенту Евросоюза ЕС 517/2014, Европейская комиссия выделяет каждому производителю и импортеру хладагентов годовую квоту, которая будет постепенно снижаться. Кроме того новый регламент F-Gas II вводит механизм поэтапного сокращения применения гидрофторуглеродов (ГФУ) до 2030 г, в частности, предстоящее снижение квот выпуска ГФУ, начиная с 2018 г, на 37%. Для внедрения в холодильную технику и СКВ хладагентов с пониженным показателем ПГП разработаны хладагенты группы ГФО. В стандарт ANSI/ASHRAE 3 34-2007 внесены два дополнения для обозначения хладагентов этой группы.

В последние годы активно проводятся комплексные исследования в данном направлении, в частности, применение хладагентов R1234yf и R1234ze в кондиционерах и чиллерах. На сегодняшний день стоимость ГФО, смесей на их основе, отсутствие устойчивого спроса на холодильном рынке сдерживает их производство в промышленных масштабах.

«Исследование тепловой эффективности аккумуляторов холода» — тема доклада Сучкова А.Н., Воронина М.И., Бабакина Б.С. (МПУ, МГУПП). Одной из особенностей применения аккумуляторов холода является сглаживание неравномерностей тепловой нагрузки на холодильное и технологическое оборудование, что приводит к существенному уменьшению холодильной мощности установленного оборудования. Для разработки высокоэффективных аккумуляторов холода необходимо дальнейшее изучение процессов теплопереноса, что позволит создать новые конструкции аккумуляторов холода с пониженным энергопотреблением.

«Перспективы развития аддитивных технологий в производстве холодильных аппаратов» оценены в докладе Бабакина Б.С., Межевова А.В., Воронина М.И. (МГУПП).

«Разработка судовой инновационной стационарной диагностической установки для определения утечек хладагентов» рассматривается в докладе Бирина С.А. (АО «Гипрорыбфлот»).

В докладе Серякова А.В., Конькина А.В. (ООО «Рудетранссервис») проведено «Численное моделирование пульсационных течений в паровом канале коротких низкотемпературных тепловых труб при больших тепловых нагрузках».

В докладе Цоя А.П., Алимкешовой А.Х. (Алматинский ТУ) оценена «Энергоэффективность холодильной системы молочного предприятия, использующая радиационное охлаждение в космическое пространство». В связи с требованиями энергоэффективности и сокращения использования озоноопасных и парниковых газов в холодильных системах наблюдается стабильный интерес к пассивным способам охлаждения. Одним из таких способов является охлаждение за счет радиационного излучения в космическое пространство. Авторами исследуется энергоэффективность холодильной системы молочной промышленности, использующей радиационное излучение для условий резко континентального климата Казахстана и России.

Хлиева О.Я., Рябикин С.С., Гордейчук Т.В. (ОНАПТ) в своем докладе обсудили «Перспективы создания нового поколения нанохладоносителей». Обобщены многолетние исследования влияния добавок наночастиц оксидов металлов и веществ, регулирующих вязкость, на теплофизические свойства и интенсивность теплообмена при вынужденной конвекции перспективных для применения в холодильной техники хладоносителей на основе пропиленгликоля. Рассмотрена технология приготовления нанохладоносилей с использованием двухступенчатого метода, приведены результаты исследования стабильности полученных нанофлюидов.

Седойкин И.Е. (Астраханский ГТУ) в своем докладе оценил «Эффективность энергосберегающей системы на базе абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины для установок разделения воздуха». По данным энергетических балансов Росстата, наиболее энергоемким является промышленное производство, потребляющее более половины общего объема энергетических ресурсов.

В работе предложена энергосберегающая система на базе АБХМ, использующая тепло компримирования ВРУ, проведена оценка эффективности процесса на основе термодинамического анализа и моделирования в различных условиях эксплуатации.

Егорова О.А. (Университет ИТМО) представила сообщение «Фторолефины — перспективные хладагенты с низким GWP». Фторолефины — алкены, в составе которых атомы водорода частично или полностью замещены атомами фтора. Гидрофторолефины имеют низкий потенциал глобального потепления (GWP), для некоторых соединений — меньше единицы. В связи с этим они, а также их смеси, в последнее время стали использоваться в качестве рабочих веществ низкотемпературной техники. Одним из представителей гидрофторолефинов является HFO-1234ze. Анализируются теплофизические свойства некоторых HFO.

Носков А.Н., Вишнев В.В., Яковлева О.И. (Университет ИТМО) в своих сообщениях рассказали о «Работе холодильной машины с винтовым компрессором на озонобезопасных хладагентах в высокотемпературном режиме» и «Особенностях работы холодильного винтового компрессора на аммиаке». Выбор рабочих веществ паровых холодильных машин в значительной степени зависит от их термодинамических и теплофизических свойств, которые определяют конструкционные и эксплуатационные характеристики, в частности, винтовых компрессоров. В высокотемпературном режиме холодильная машина обычно работает в составе теплового насоса или СКВ. У холодильной машины на хладагенте R134a самые низкие давления кипения и конденсации, что делает возможным применение подшипников качения на всех режимах.

Рыков В.А., Кудрявцева И.В., Душин В.В. (Университет ИТМО) в своем докладе «Уравнение состояния хладагента R32» обсуждают метод построения единого фундаментального состояния R32, которое, в отличие от известных уравнений, описывает как регулярную часть термодинамической поверхности, так и область с сильно развитыми флуктуациями плотности (область критических состояний).

* Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 15-08-08503)