Повышение эффективности холодильной системы в условиях современного магазиностроения

Опыт реализации транскритической установки на диоксиде углерода в магазине сети «Метро» в г. Солнцево.

В настоящее время в условиях повышенной конкуренции сети магазинов розничной торговли продуктами питания все больше уделяют внимания снижению эксплуатационных расходов. Также значительное внимание уделяется сроку окупаемости тех или иных энергосберегающих технологий и решений в сетевом ритейле.

Основным потребителем электроэнергии в магазине (порядка 58%) является холодильное оборудование (рис. 1)

Поэтому повышение эффективности его работы одна из наиболее важных задач для технических служб сети. Есть много различных энергоэффективных решений для фреоновых систем, и российские сети магазинов успешно их применяют. Среди таких технологий: адаптивные алгоритмы управления перегревом на испарителях, давлением кипения и конденсации; плавное регулирование производительности компрессоров и конденсаторов.

Более кардинальным способом комплексного снижения эксплуатационных расходов является переход на применение природных хладагентов. Для предприятий торговли это диоксид углерода. Применение СО2 становится все более актуальным и в связи с принятием международных правил по борьбе с глобальным потеплением. Наиболее значимым событием в этом направлении для России стало вступление в силу с 1 января 2019 г. Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу, согласно которой для каждой группы стран определяется график отказа от использования ГФУ-хладагентов, среди которых R404А, R507А и R134a. По данному соглашению Россия должна обеспечить снижение уровня потребления ГФУ-хладагентов на 35% от базового уровня начиная с 2025 г., а начиная с 2036 г. потребление должно снизиться на 85%. Таким образом, уже сегодня приобрел актуальность вопрос выбора альтернативных схемных решений, оптимальных с точки зрения безопасности, экологии, надежности, капитальных и эксплуатационных затрат.

Транскритическая холодильная установка, как одно из решений соответствующих указанным выше критериям, уже достаточно хорошо зарекомендовала себя в Европе, где к настоящему моменту уже работает более 14 тыс. «экологически чистых» систем. Такое распространение подобные системы получили отчасти из-за более жесткого европейского законодательства в плане отказа от ГФУ-хладагентов (например, оно подразумевает снижение потребления таких хладагентов на 37% к 2018 г.). Учитывая указанные выше факторы, некоторые российские компании заранее начали тестировать и осваивать СО2-технологии, благодаря чему в России уже есть примеры успешной реализации проектов магазинов с транскритическими системами. Сеть Metro Cash&Carry одной из первых приняла решение о планомерном переводе своих магазинов на диокид углерода. Первые магазины сети, оснащенные такими системами, были открыты в 2018 г. Еще один магазин бyдет открыт в феврале 2019 г. в г. Солнцево. Особенностью данного проекта является наличие системы использования теплоты, отбираемой от хладагента.

Отличительной чертой транскритического холодильного цикла является возможность получать существенно больше тепла по сравнению с фреоновым циклом, не приводя при этом к повышению существующих показателей потребления электроэнергии. В новом магазине тепло используется для получения горячей воды и нагрева воды для системы вентиляции (рис. 2).

Используемый бустерный компрессорный агрегат разработан для обеспечения потребителей холода трех температурных уровней:

• низкотемпературные витрины и камеры; 
• среднетемпературные витрины и камеры;
• охлаждение производственных и торговых помещений.

Холодильная машина с использованием средне-температурных и паралельных компрессоров транскритического сжатия, а также низкотемпературных бустерных компрессров общей холодильной мощностью 542 кВт дает максимальный эффект в части снижения энергопотребления.

Для охлаждения хладоносителя, подаваемого в воздухоохладители производственных помещений, в летнее время используется парожидкостная смесь хладагента после клапана высокого давления, а в зимний период времени охлаждение происходит полностью за счет фрикулинга. Таким образом достигается экономия энергоресурсов.

Система автоматизации холодильной установки, построенная на базе контроллеров Danfoss, с функциями специально разработанными для управления системами на СО2 и дополненными алгоритмами собственной разработки компании «Лэнд» обеспечивает максимально стабильную работу оборудования и позволяет заказчику не беспокоиться о сохранности продукта при любых внешних изменениях. В систему управления (рис. 3) входят контроллеры:

• АК-PC 781A – комплексное управление компрессорным агрегатом и газоохладителем в режиме оптимального энергопотребления;
• АК-СС 550А – комплексное управление воздухоохладителями витрин и камер с применением автоматических адаптивных функций для повышения эффективности работы охлаждающих приборов;
• МСХ – программируемый контроллер с уникальными алгоритмами для управления системой утилизации тепла и организации охлаждения производственных помещений.

Главный контроллер магазина – AK-SM 850 – отвечает за сбор и анализ данных от отдельных контроллеров для реализации централизованных энергосберегающих и координирующих алгоритмов, а также за обеспечение вспомогательных функций, необходимых для удобства эксплуатации системы. Любые отклонения от заданного режима работы отслеживаются специалистами компании «Лэнд» по средствам удаленного контроля, что позволяет сервисной службе максимально оперативно реагировать на возникающие проблемы.

Компрессорные агрегаты на базе компрессоров Dorin (рис. 4), станции рекуперации и насосные станции (рис. 5) для хладоносителя были собраны на российском заводе Elementum.

Монтажные и пусконаладочные работы выполнены компанией «Лэнд», которая имеет богатый опыт работы с диоксидом углерода, в том числе и в транскритических системах.

Согласно требованиям заказчика, первая система рекуперации теплоты, рассчитанная для нужд горячего водоснабжения, производит 75 кВт тепла (расход 31,2 м3/сут горячей воды с температурным режимом 15/65 оС); вторая система работает на отопление и производит 220 кВт тепла (расход 312 м3/сут горячей воды c температурным режимом 27/42 оС). Исполь- зование теплоты, отбираемой от хладагента, позволит снизить годовое энергопотребление почти на 80% по сравнению с вариантом нагрева воды ТЭНами. Наличие системы рекуперации не позволяет снижать давление в газоохладителе до минимальных значений в зимний и осенне-весенний период, что приводит к некоторому перерасходу электроэнергии, но даже в этом случае ожидается, что транскритическая система будет эффективнее фреоновой примерно на 40% при прочих равных условиях (учитывая, что в случае фреона потребуется догрев воды, например электрическими ТЭНами).

Роман Воробьев, менеджер по холодильным проектам компании Metro Cash&Carry сообщил следующее: «Наша компания уже несколько лет назад приняла решение о применении диоксида углерода. С одной стороны это было сделано, так как забота об окружающей среде является частью миссии компании. С другой стороны, мы видим в переходе на природные хладагенты возможность получить конкурентные пре- имущества в будущем. Начали мы с субкритических систем, где СО2 применяется только для низкотемпературных потребителей, что позволяло значительно снизить количество фреона в системе и подготовить плавный переход на транскритические системы. Сегодня мы видим, что транскритические технологии позволяют повысить уровень эффективности системы, обеспечивая при этом приемлемый срок окупаемости. Для компании Metro Cash&Carry магазин в Солнцево является хорошей возможностью на практике проверить теоретические расчеты, оценить особенности комплексного использования преимуществ транскритической системы на СО2 и принять решение об оптимальной конфигурации системы для последующих магазинов в рамках действующего графика снижения потребления ГФУ-хладагентов».