Fenntartható, hatékony és biztonságos fűtés és hűtés propánnal

A természetes hűtőközegek egyre nagyobb jelentőségre tesznek szert számos kereskedelmi fűtési és hűtési alkalmazásban, mivel az új környezetvédelmi szabályok fokozatosan megszüntetik a magas globális felmelegedési potenciállal (GWP) rendelkező hűtőközegek használatát. Különösen Európában az EU F-gáz rendelete betiltja az 1500 GWP feletti GWP-vel rendelkező hűtőközegeket, és sokan arra számítanak, hogy az irányelvek a jövőben még szigorúbbak lesznek. Ezért egyre több rendszerépítő fordul az olyan szénhidrogének felé, mint a propán (R290).

 

 

A Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH, egy német hőtechnikai megoldásokat kínáló vállalat szívesen megmutatta ügyfeleinek a propánban, mint hűtőközegben rejlő lehetőségeket. Az Alfa Laval-lal közösen egy svájci szupermarketlánc számára terveztek egy hőszivattyúrendszert, amely három Alfa Laval forrasztott lemezes hőcserélőre épül; ezek extra nagyméretűek, nagyon nagy kapacitásúak és R290 hűtőközeget használnak. Az eredmény egy olyan innovatív fűtési és hűtési megoldás lett, amely a legjobb biztosítékot nyújtja a hosszú távú fenntarthatóság, az energiahatékonyság és a biztonságos működés szempontjából.

A hőszivattyúba beépített, keményforrasztott Alfa Laval lemezes hőcserélők. Balra; AC500 kondenzátor, középen; AC1000 elpárologtató, és jobbra AC500 kondenzátor.

A Simaka küldetése, hogy az ügyfelek számára olyan testreszabott rendszereket fejlesszen ki, amelyek teljesítik a hőhatékonyság, a GWP-szint és a költséghatékonyság jövőbeni követelményeit. A németországi Argenbühlben, Baden-Württembergben található székhelyükön már évek óta terveznek innovatív hőszivattyúkat ipari fűtéshez és hűtéshez. 

Véleményem szerint az F-gázrendelet az elmúlt 30 év legnagyobb lépését jelenti a hűtőközegek betiltásával kapcsolatban" - magyarázza Karsten Uitz, a Simaka ügyvezető igazgatója. "Eddig mindig volt olyan helyettesítő anyag, amely megfelelt az összes vonatkozó biztonsági kritériumnak. Hűtőipari vállalkozóként azonban ma már nem lehet megkerülni az olyan gyúlékony hűtőközegeket, mint a propán vagy az R1234ze. Képesnek kell lenned kezelni őket."

A természetes hűtőközegek élvonalában

A Simaka mindössze 50 kilométerre található Németország svájci határától, amely ország élen járt az alacsonyabb GWP-értékű hűtőközegekre vonatkozó követelmények bevezetésében. Ennek eredményeként a Svájcban működő vállalkozások nagyon valószínűnek tartják, hogy a jövő még szigorúbb fenntarthatósági célokat fog hozni.

Ezek a megfontolások központi szerepet játszottak egy nagy svájci szupermarketlánc számára, amely 2020 nyarán pályázatot írt ki egy állandó hűtési funkcióval rendelkező hőszivattyúra. A megrendelő előírásai 550 kW összteljesítményt és - ami kritikus fontosságú - R290 fő hűtőközeg használatát írták elő. Tekintettel arra, hogy a Simaka innovatív módon összpontosít a természetes hűtőközeg használatára, Uitz és folyamatmérnökökből álló csapata lelkesen vállalta a kihívást - és kiütötte a versenytársakat.

A maximális hatékonyság biztosítása minden egyes részletben

A Simaka szenvedélye a hatékonyság. Olyan rendszereket építünk, amelyek a legapróbb részletekig a legjobb előnyöket biztosítják ügyfeleink számára - mondja Uitz. "Tudjuk, hogy ha egy hőszivattyú nem a tervezett hatékonysággal működik, akkor a későbbiekben több villamosenergia-költséggel, valamint magasabb CO2-kibocsátással jár. Annak érdekében, hogy rendszerünk az ígért teljesítményt nyújtsa,  az Alfa Laval-lal dolgoztunk együtt. 100%-ban számíthattam rájuk a komponensek optimális méretezésében és összeszerelésében."

A svájci szupermarketlánc számára a Simaka egy fűtési és hűtési rendszert fejlesztett ki, amely egy nagy Alfa Laval AC1000-es keményforrasztott lemezes hőcserélőn keresztül egy hidraulikus hűtőkörhöz, valamint két azonos AC500-as keményforrasztott lemezes hőcserélőn keresztül két külön hidraulikus fűtőkörhöz csatlakozik. Az AC500-as keményforrasztott lemezes hőcserélők kondenzátorként szolgálnak, és mindegyik 30 kg propánnal van feltöltve. A Simaka a rendszert 50%-os többlettel tervezte, hogy az egyik hűtőközegkör meghibásodása esetén a rendszer továbbra is a teljes kapacitás felét tudja biztosítani.

Ezenkívül a két különálló kondenzátor lehetővé teszi az üzemeltetők számára, hogy különböző kondenzációs nyomást, és ezáltal különböző hőmérsékleteket alkalmazzanak a két hűtőkörben. Például az egyik kör alacsonyabb nyomás mellett alacsonyabb kilépő hőmérsékleten működhet, ami nagyobb termikus hatásfokot és ezáltal nagyobb energiahatékonyságot eredményez.

Hűtőközeg-összehasonlítás a Simaka Energie- und Umwelttechnik által

 

Hűtőanyag	R290 (propán)	R134a (tetrafluoretán)	R407c
GWP	3	1430	1770
Párolgási hőmérséklet [°C]	-17	-17	-17
Kondenzációs hőmérséklet [°C]	46	46	46
Fűtési teljesítmény [kW]	585.5	389	572
Hűtőteljesítmény [kW]	409.3	265.3	384.1
Elektromos energiafogyasztás [kW]	299.8	124.2	188.2
Áramfogyasztás [A]	176.2	226.4	317.5
COP	3.32	3.13	3.04

Egyedi kialakítás magas követelmények teljesítéséhez

A nagyméretű AC1000 forrasztott lemezes hőcserélőket nagyon kis alapterületűek. Ennek eredményeképpen a tervezett nagy teljesítményű hőszivattyúrendszer kompakt és ezáltal költségtakarékos kialakításban képes a szükséges 550 kW teljesítményt biztosítani.

Az Alfa Laval egyedülálló FlexFlow™ aszimmetrikus lemezkialakításának és a teljesen testre szabott Dynastatic™ integrált elosztórendszernek köszönhetően a nagyméretű AC1000 forrasztott lemezes hőcserélők kiváló hűtőközegelosztást biztosítanak, ugyanakkor a hidraulikahűtés oldalon alacsony nyomásveszteséget érnek el. Ezáltal csökken a szivattyúk teljesítményigénye, ami csökkenti az elektromos energiafogyasztást - ez még alacsonyabb CO2-kibocsátást eredményez. Emellett a lemezek aszimmetriája garantálja a legjobb hőteljesítményt még részterhelés esetén is.

Az Alfa Laval rendelkezik a szükséges szakértelemmel és tapasztalattal ahhoz, hogy a rendszereinkhez az optimális hőcserélőket biztosítsuk - mondja Uitz. "Ez igaz a legkisebb kapacitástól a legnagyobbakig, amelyeket üzemeltetünk, és olyan részletekre is kiterjed, mint például a nagyon szoros hőmérséklet-megközelítés, így a hatékonyságot illetően nincs kompromisszum. Magas elvárásaink voltak és az Alfa Laval nagyméretű AC1000-es forrasztott lemezes hőcserélői pontosan megfeleletk ezeknek."

Megbízható teljesítmény és megfelelő biztonság

A rendszerben felhasznált 60 kg propán jóval meghaladja a külön robbanásvédelem nélküli üzemelés határértékét. A biztonság ezért kulcsfontosságú szempont volt a rendszer felépítésénél és a Simaka választásánál. Ez volt a másik ok, amiért az Alfa Laval-lal léptek szoros együttműködésre.

Amikor gyúlékony hűtőközegekkel foglalkozunk, az alkalmazott hőcserélőknek teljesen megbízhatónak kell lenniük, még hosszú távon is" - mondja Uitz. "Az Alfa Laval minőség ezen a téren sem okozott nekünk soha csalódást. Soha nem volt egyetlen meghibásodásunk sem szivárgó hőcserélő miatt."

A túlhatározott kialakítás ismét előnyös, hiszen így az adott hűtőkörben a propán mennyisége a felére csökken. Ha a propán kiszökne, a rendszer azonnal leállna, és egy robbanásbiztos ventilátor elfújná azt. Ez biztonságosan megtehető, mivel a rendszer nem az épület belsejében, hanem az áruház tetején található. Az Uitz azt javasolja, hogy minden ilyen méretű, gyúlékony hűtőközeggel dolgozó rendszert a szabadban kell telepíteni.

SIMATRON WP550SW típusú hőszivattyú a Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH-nál.

Sikeres eredmények egy sikeres partnerségből

Bár sok ügyfélnek még mindig lehetnek biztonsági aggályai, a Simaka bízik abban, hogy a propán és más szénhidrogének középtávon tovább fognak terjedni a piacon. "Hosszú távon a gyúlékony hűtőközegeket nem lehet megkerülni" - zárja Uitz. "Az R290 térfogathűtő kapacitása miatt kompakt, hatékony rendszerek építését teszi lehetővé. Ez az ügyfelek számára az alacsony CAPEX és OPEX költségekben mutatkozik meg. Ugyanakkor az alacsony GWP garantálja, hogy jóval 2030 után is megfeleljen a jogszabályi követelményeknek."

A svájci szupermarket-projekt sikerét tekintve az Uitz pozitívan tekint a jövőbe. "Számunkra ez sok izgalmas projektet jelent az Alfa Laval-lal szoros partnerségben" - teszi hozzá. "Már nagyon várjuk, hiszen szakmai együttműködésünknek köszönhetően számos nagyszerű ötlet született."

Esettanulmány letöltése