Пропан VS R22. Опыт индийской компании Godrej group

В декабре 2010 года было подписано трехстороннее соглашение между Правительством Индии, Германским обществом международного сотрудничества (GIZ) и индийской компанией Godrej group, занимающейся производством бытовой техники. Документ предусматривал строительство завода по производству кондиционеров (оконных и сплит-систем), использующих в качестве хладагента пропан (R-290). В апреле 2012 года с конвейера предприятия сошла пилотная партия продукции.

При разработке серийной модели бытового кондиционера на пропане пришлось столкнуться с рядом сложностей, связанных как с требованиями безопасности, так и с необходимостью повышения энергоэффективности.

Количество хладагента в контуре

Ограничение количества хладагента в контуре кондиционера, установленное стандартом EN 378, стало существенной проблемой для разработчиков. Документ устанавливает допустимый максимум количества хладагента, используемого установленным в помещении оборудованием, согласно следующей формуле:

m_max = 2.5 x LFL^5/4 x h₀ x A^1/2,

где А – площадь помещения в м², LFL – нижний предел воспламеняемости в кг/м³, h₀ – высота установки оборудования в м.

Для типичной сплит-системы мощностью 5 кВт максимальное количество хладагента (если использовать пропан) будет равно:

m_max = 2.5 x 0,038^5/4 x 2.3 x 14^1/2= 361 г.

В то же время сравнительные тесты показали, что при использовании пропана холодопроизводительность устройства снижается на 6% (по сравнению с применением ГХФУ-22), COP повышается на 14%, энергопотребление уменьшается на 17,8%. Для заправки холодильного контура требуется на 50% меньше хладагента – в среднем 575 г.

Если заправить пропаном кондиционер с компрессором, номинальная мощность которого на 10% выше, чем у кондиционера, заправленного ГХФУ-22, то результаты будут выглядеть так:

Холодопроизводительность пропанового кондиционера на 4,3% выше;
COP выше на 7%;
Энергопотребление ниже на 3,5%;
Количество хладагента составляет 51% – в среднем 585 г.

В обоих случаях количество заправленного пропана превышает установленное EN 378 значение.

Одним из путей решения проблемы стало применение конденсатора с меньшим диаметром трубок – 5 мм вместо 7 мм. При этом холодопроизводительность пропанового кондиционера по сравнению с аналогом на ГХФУ-22 уменьшается всего на 0,5%, COP вырастает на 21%, энергопотребление снижается на 18%, количество хладагента в контуре составляет 355 г.

Однако имеется проблема с доступностью конденсаторов с трубками диаметром 5 мм, так как их производит лишь одна компания.

Второй путь – применение микроканальных теплообменников. Использование 50-канального конденсатора вместе с более эффективным компрессором позволяет добиться следующих результатов:

Холодопроизводительность ниже на 3%;
COP выше на 16,5%;
Энергопотребление ниже на 20%;
Количество хладагента – в среднем 360 г.

Безопасность при разработке и производстве

Так как пропан – легковоспламеняющееся вещество, то в исследовательской лаборатории, где изучалась возможность его применения в бытовых кондиционерах, были приняты меры по обеспечению безопасности:

датчики, способные обнаружить утечку газа в любой части тестовой камеры; автоматически включающаяся вытяжная система, способная снизить концентрацию газа до безопасного уровня менее чем за 10 минут;
электрооборудование имеет взрывозащищенное исполнение, для защиты от статического электричества используется заземление, двери снабжены резиновыми уплотнителями;
на случай возгорания в помещении установлена система водяного пожаротушения, а также углекислотные огнетушители;
в лаборатории размещены предупреждающие надписи, а также инструкции по безопасности.

На производстве газовые датчики и системы оповещения об утечке установлены:

В хранилище хладагента
На линии заправки хладагента
В камере тестирования продукции
В ремонтном цеху

Кроме того, на линии заправки хладагента, в камере тестирования продукции и в ремонтном цеху имеется система принудительной вентиляции.

Анализ и снижение рисков

Имитация утечек показала, что в самом наихудшем случае из контура выходит лишь 65-75% хладагента. При выключенном устройстве, срабатывание газового датчика, включающего вентилятор внутреннего блока при концентрации пропана, равной 20% от нижнего предела воспламеняемости, позволит избежать риска возгорания.

Использование соленоидных клапанов, перекрывающих линию жидкого хладагента, способно уменьшить утечку до 20% от общего количества пропана в контуре.

Сравнительные характеристики кондиционеров на ГХФУ-22 и R-290

Характеристика	ГХФУ-22	R-290
Номинальная мощность	5,19 кВт	4,83 кВт
Номинальный COP (охлаждение)	3,08	3,60
Тип испарителя	Оребренная труба	Оребренная труба
Объем блока испарителя	5,45 л	5,45 л
Количество труб испарителя, контуров	32,3	32,3
Воздушный поток испарителя	850 м³/ч	850 м³/ч
Тип конденсатора	PFC	PFC
Объем конденсаторного блока	6,06 л	6,03 л
Рабочий объем компрессора	5,27 м³/ч	5,39 м³/ч
Число труб конденсатора	52	52
COP компрессора	3,10	3,38
Капиллярная трубка	0,8 м, 3,0 мм	0,65 м, 3,2 мм
Заправка хладагента	0,75 кг	0,36 кг

При увеличении наружной температуры разница холодопроизводительности кондиционеров на ГХФУ-22 и пропане увеличивается: если при 35^оС холодопроизводительность пропанового кондиционера меньше, чем у модели на ГХФУ-22 на 7%, то при 52^оС – уже на 10%. Так же с ростом температуры уменьшается преимущество пропановых кондиционеров по COP.

Выводы

Пропан обеспечивает приемлемую эффективность работы кондиционера, при этом риски, связанные с воспламеняемостью, могут быть сведены к минимуму.

Испытания пропановых кондиционеров показывают, что при высоких температурах COP и производительность моделей на R290 сравнимы с показателями моделей на ГХФУ-22, что подтверждает возможность использования пропана как хладагента в странах с жарким климатом.

Дополнительная информация

Презентация компании Godrej group

Правила использования статей