Udržitelné, účinné a bezpečné vytápění a chlazení propanem

Přírodní chladiva nabývají na významu v mnoha komerčních aplikacích vytápění a chlazení, protože nová ekologická pravidla postupně ukončují používání chladiv s vysokým potenciálem globálního oteplování (GWP). Zejména v Evropě budou podle nařízení EU o F-plynech zakázána chladiva s GWP vyšším než 1500 a mnozí očekávají, že v budoucnu budou směrnice ještě přísnější. Proto se stále více výrobců systémů obrací k uhlovodíkům, jako je propan (R290). Díky GWP pouhých 3 nabízí propan řešení chladiva, které bude v budoucnu vyhovovat novým přísným pravidlům.

 

 

Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH, německý dodavatel tepelných řešení, je jednou ze společností, která svým zákazníkům ochotně ukázala možnosti práce s propanem jako chladivem. Společně se společností Alfa Laval navrhla pro švýcarský řetězec supermarketů systém tepelného čerpadla, jehož základem jsou tři pájené deskové výměníky tepla Alfa Laval; ty jsou mimořádně velké, mají velmi vysoký výkon a jako chladivo používají R290. Výsledkem bylo inovativní řešení vytápění a chlazení, které nabízí nejlepší záruku dlouhodobé udržitelnosti, energetické účinnosti a spolehlivosti.

Posláním společnosti Simaka je vyvíjet pro zákazníky systémy na míru, které překračují požadavky na tepelnou účinnost, úroveň GWP a nákladovou efektivitu. Společnost v Argenbühlu v německém Baden-Württembergu se již mnoho let věnuje vývoji inovativních tepelných čerpadel pro průmyslové vytápění a chlazení a jako první začala používat přírodní chladiva. Společnost má proto jedinečnou pozici, aby pochopila požadavky dnešního trhu a výzvy, které pro zákazníky představuje přechod na alternativy s nízkým obsahem GWP.

"Podle mého názoru představuje nařízení o F-plynech největší odklon související se zákazem chladiv za posledních 30 let," vysvětluje Karsten Uitz, generální ředitel společnosti Simaka. "Až dosud vždy existovala náhrada, která splňovala všechna příslušná bezpečnostní kritéria. Jako dodavatel chladicích zařízení však dnes nemůžete obejít hořlavá chladiva, jako je propan nebo R1234ze. Musíte s nimi umět zacházet."

V čele přírodních chladiv

Společnost Simaka se nachází pouhých 50 kilometrů od německých hranic se Švýcarskem, zemí, která je lídrem v zavádění požadavků na chladiva s nižším GWP. Podniky působící ve Švýcarsku proto považují za velmi pravděpodobné, že budoucnost přinese ještě přísnější cíle v oblasti udržitelnosti.

Tyto úvahy byly klíčové pro velký švýcarský řetězec supermarketů, který v létě 2020 vypsal výběrové řízení na tepelné čerpadlo s funkcí stálého chlazení. Specifikace zákazníka požadovaly celkový výkon 550 kW a, což bylo rozhodující, použití R290 jako hlavního chladiva. Vzhledem k inovativnímu zaměření společnosti Simaka na využití přírodního chladiva, Uitz a jeho tým procesních inženýrů tuto výzvu ochotně přijali - a porazili konkurenci.

Zajištění maximální účinnosti je v každém detailu

"Účinnost je vášní společnosti Simaka a my vytváříme systémy, které našim zákazníkům poskytují ty nejlepší výhody až do nejmenších detailů," říká Uitz. "Víme, že pokud tepelné čerpadlo nepracuje na zamýšlené úrovni účinnosti, v konečném důsledku to znamená vyšší náklady na elektřinu a také vyšší emise CO2. Zajištění toho, aby náš systém poskytoval slíbený výkon, bylo tedy týmovou prací se společností Alfa Laval, protože se na ni mohu stoprocentně spolehnout, že pro nás optimálně dimenzuje a sestaví potřebné komponenty."

Pro švýcarský řetězec supermarketů vyvinula společnost Simaka systém vytápění a chlazení, který je prostřednictvím velkého deskového pájeného výměníku tepla Alfa Laval AC1000 připojen k hydraulickému chladicímu okruhu a dvou identických pájených deskových výměníků tepla AC500 připojených ke dvěma samostatným hydraulickým topným okruhům. Pájené deskové výměníky AC500 jsou použity jako kondenzátory a každý z nich je naplněn 30 kg propanu. Společnost Simaka navrhla systém s 50% rezervou, aby bylo zajištěno, že systém bude i nadále poskytovat polovinu celkové kapacity v případě výpadku jednoho chladicího okruhu.

Dva oddělené kondenzátory navíc umožňují provozovateli provozovat různé kondenzační tlaky, a tedy i teploty v obou chladicích okruzích. Například jeden okruh může pracovat při nižší teplotě na výstupu, což je umožněno nižším tlakem, což vede k vyšší tepelné účinnosti, a tím i energetické efektivitě.

Srovnání chladiv podle společnosti Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH

 

Chladivo	R290 (propan)	R134a (tetrafluorethane)	R407c
GWP	3	1430	1770
Teplota odpařování [°C]	-17	-17	-17
Teplota kondenzace [°C]	46	46	46
Topný výkon [kW]	585.5	389	572
Chladicí výkon [kW]	409.3	265.3	384.1
Spotřeba elektrické energie [kW]	299.8	124.2	188.2
Spotřeba proudu [A]	176.2	226.4	317.5
COP	3.32	3.13	3.04

Unikátní konstrukce pro splnění vysokých požadavků

Velké pájené deskové výměníky tepla AC1000 jsou navrženy tak, aby společnost Simaka mohla plně využít dobrého objemového výkonu systému R290. Výsledkem je, že jimi zkonstruovaný systém tepelného čerpadla s vysokým výkonem může dodávat požadovaných 550 kW v kompaktním, a tedy nákladově úsporném provedení.

Díky jedinečné asymetrické deskové konstrukci FlexFlow™ společnosti Alfa Laval a plně přizpůsobenému integrovanému distribučnímu systému Dynastatic™ zajišťují velké pájené deskové výměníky tepla AC1000 vynikající distribuci chladiva a zároveň dosahují nízkých tlakových ztrát na straně hydraulického chlazení. Tím se snižují požadavky na výkon čerpadla, což snižuje spotřebu elektrické energie, a to se promítá do ještě většího snížení emisí CO2. Asymetrie desek navíc zaručuje nejlepší tepelný výkon i při částečném zatížení.

"U společnosti Alfa Laval vždy najdeme konstrukční know-how a zkušenosti potřebné k zajištění optimálních výměníků tepla pro naše systémy," říká Uitz. "To platí od nejmenších výkonů až po ty největší, které provozujeme, a zahrnuje to detaily, jako je zpětné vedení oleje, stejně jako velmi těsné přiblížení teplot, takže nedochází k žádným kompromisům v účinnosti. Do tohoto projektu jsme šli s vysokými požadavky a společnost Alfa Laval navrhla velké pájené deskové výměníky tepla AC1000 tak, aby je přesně splňovaly."

Spolehlivý výkon a odpovídající bezpečnost

Množství 60 kg propanu, které se v systému používá, výrazně překračuje limit pro provoz bez speciální ochrany proti výbuchu. Bezpečnost byla proto klíčovým hlediskem při konstrukci systému a výběru komponent společnosti Simaka. To byl další důvod, proč vsadili na tak úzkou spolupráci se společností Alfa Laval.

"Výměníky tepla jsou při práci s hořlavými chladivy tím nejlepším," říká Uitz. "Použité výměníky tepla musí být naprosto spolehlivé, a to i z dlouhodobého hlediska. Ani zde nás kvalita společnosti Alfa Laval nikdy nezklamala. Nikdy jsme nezaznamenali jedinou poruchu způsobenou netěsností výměníku tepla."

Redunantní konstrukce opět přináší výhodu, protože znamená snížení množství propanu v daném chladicím okruhu na polovinu. Pokud by propan unikl, systém se okamžitě vypne a ventilátor s ochranou proti výbuchu jej odfoukne. To lze provést bezpečně, protože systém je umístěn na střeše supermarketu, nikoli uvnitř budovy, a společnost Uitz doporučuje, aby každý systém takového rozsahu používající hořlavá chladiva byl právě z tohoto důvodu instalován venku.

Tepelné čerpadlo typu SIMATRON WP550SW, u společnosti Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH.

Úspěšné výsledky úspěšného partnerství

Ačkoli mnoho zákazníků může mít stále obavy o bezpečnost, společnost Simaka je přesvědčena, že propan a další uhlovodíky budou ve střednědobém horizontu na trhu nadále převládat. "Z dlouhodobého hlediska se hořlavým chladivům nevyhneme," uzavírá Uitz. "R290 umožňuje díky svému objemovému chladicímu výkonu konstrukci kompaktních a účinných systémů. To se odráží v nízkých CAPEX a OPEX pro zákazníky. Zároveň nízký GWP zaručuje, že bude splňovat požadavky legislativy i po roce 2030."

Vzhledem k úspěchu projektu švýcarského supermarketu se společnost Uitz dívá pozitivně na výhled do budoucna . "Pro nás to znamená mnoho zajímavých projektů v úzké spolupráci se společností Alfa Laval v následujících letech," dodává. "Těšíme se na ně, protože výsledkem naší profesionální spolupráce je mnoho skvělých nápadů, které se nám s podporou komplexního servisu společnosti Alfa Laval podařilo proměnit v dokonalou realitu."

Stáhnout příběh