Диоксид углерода — хладагент для будущего

С начала года ГФУ-хладагенты (R-134a, R-404A, R-410A и другие) подорожали в России более чем в 10 раз. Исполняя требования Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу, направленной на сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу, Российская Федерация ограничила доступный объем ГФУ на рынке. Ожидается, что цены на ГФУ продолжат расти. Кроме того, нарушения в работе мировой системы логистики, вызванные пандемией COVID-1 и усугубленные сложной геополитической обстановкой, могут привести к перебоям с поставками грузов из-за рубежа (практически весь объем ГФУ на российском рынке – это импорт).

Дефицит хладагентов, в свою очередь, затрудняет обеспечение бесперебойной работы холодильного оборудования, в том числе – задействованного в жизненно важных отраслях.

В сложившихся условиях растет интерес к возможным альтернативам ГФУ, одной из которых является природный хладагент – диоксид углерода.

Преимущества и особенности CO2

Диоксид углерода (CO2, R744) — один из немногих хладагентов для холодильных систем, актуальный с точки зрения как эффективности, так и безопасности для окружающей среды.

В условиях ограничений, вводящихся в отношении традиционных (синтетических) хладагентов в России и мире, применение природных хладагентов, таких как диоксид углерода, обеспечивает более долгий срок эксплуатации холодильных систем без необходимости их реконструкции в ближайшие 5-7 лет.

Эффективность CO2 как хладагента обусловлена такими его свойствами, как:

• высокая теплопроводность;
• относительно низкая вязкость;
• низкая критическая температура, высокая температура тройной точки;
• высокая энергоэффективность (более низкое энергопотребление по сравнению с системами на ГФУ);
• высокая объемная холодопроизводительность:
  • меньший объем заправки хладагента (по сравнению с ГФУ);
  • уменьшение габаритов и материалоемкости системы;
• высокая плотность газа, что обеспечивает высокую эффективность теплообмена между хладагентом и воздухом и малую разницу температур хладагента и воздуха ΔT;
• высокие значения давления, что с одной стороны, накладывает требования к прочности компонентов системы, с другой, снижает зависимость эффективности охлаждения от потери давления в трубопроводе.

При этом CO2 не горюч и не токсичен, а также безвреден для окружающей среды: его озоноразрушающая способность (ОРС) равна нулю, а потенциал глобального потепления (ПГП) — единице, что в сотни и даже тысячи раз меньше, чем у популярных ГФУ-хладагентов.

Наконец, в отличие от ГФУ, которые в России практически не производятся, CO2 широко представлен в ассортименте российских производителей, а объем его производства и потребления не ограничивается требованиями международного и национального экологического законодательства. При этом CO2 отличается низкой стоимостью и стабильностью цены, ГФУ же стоят почти в 100 раз больше, и продолжают стремительно дорожать.

Область применения

Холодильные установки на диоксиде углерода могут быть применены в любом климате и практически во всех секторах промышленности:

• Логистика и ритейл
• Хранение овощей, фруктов и ягод
• Химическая отрасль
• Фармацевтика
• Машиностроительная промышленность
• Холодоснабжение спортивных объектов
• Переработка пищевых продуктов
• Рыбная, мясная и молочная промышленность
• Кондитерское и хлебопекарное производство
• Атомная промышленность

Наиболее перспективно применение диоксида углерода в диапазоне холодильных мощностей от 10 кВт до 1 МВт, то есть, в сфере так называемого «коммерческого холода». Большее высокую мощность можно обеспечить путем децентрализованной установки нескольких холодильных машин на диоксиде углерода, что имеет свои преимущества перед централизованным холодоснабжением.

Ниже указанного диапазона применение диоксида углерода экономически неоправданно, там предпочтительнее использовать углеводороды (пропан, изобутан), выше данного диапазона безусловным лидером является аммиак.

Ключевое преимущество машин на диоксиде углерода — высокая энергоэффективность. В центральных и северных областях России их применение позволяет уменьшить потребление энергии по сравнению с системами на ГФУ на 15-30%, а в южных регионах — на 5-15%. Это значит, что дополнительные 20-40% капитальных затрат, связанные с применением CO2 вместо ГФУ, окупятся уже через 3-4 года.

Помимо потребляемой электроэнергии значительной статьей расходов является дозаправка холодильных систем хладагентом в течении всего срока эксплуатации, и в данном случае холодильная машина на диоксиде углерода является безусловным лидером, так как в силу свойств хладагента объем ее заправки на 20-50% меньше, а хладагент в десятки раз дешевле ГФУ.

Распространение технологии

Холодильная индустрия стран ЕС с 2020 года практически полностью перешла на природные хладагенты: углеводороды, CO2, аммиак. Системы на CO2 заняли нишу «коммерческого холода» вместо ГФУ. Применение систем на ГФУ ограничивается Кигалийской поправкой, а также экологическим законодательством ЕС (Регламентом по Ф-газам и другими нормами).

В Российской Федерации пилотный проект с использованием холодильной машины на CO2 в транскритическом цикле реализован компанией „НОРД“ в 2016 году (супермаркет «Магнит»).

На сегодняшний день на территории РФ эксплуатируются более 100 объектов на CO2 в диапазоне мощностей от 50 кВт до более чем 1,5 МВт. Большая часть объектов введена в эксплуатацию в последние 3 года.

Одним из наиболее ярких примеров является крупнейший в России логистический центр Maersk – проект охлаждения которого с использованием CO2 реализован компанией „ИНГЕНИУМ“. Применение CO2 позволило снизить энергозатраты на 25%, а также значительно уменьшить эксплуатационные расходы и сократить срок окупаемости этого проекта. По результатам мониторинга операционных затрат, после реконструкции холодильной системы экономия составила около 30%.

32 гипермаркета одной из самых крупных торговых сетей в России – Metro — используют CO2, 23 из них имеют субкритические системы, девять—транскритическиe).

Препятствия для CO2 в России

Холодильные машины на CO2 отличны от традиционных холодильных машин на ГФУ и ГХФУ в силу свойств хладагента, что требует производства либо поставки специальных компонентов для их сборки. Кроме того, необходима соответствующая подготовка специалистов. В России такая подготовка ведется с 2014 года. Например, в учебных центрах ООО «ИНГЕНИУМ» и ООО «НОРД-СМ» желающие могут пройти обучение с использованием действующих транскритических установок на CO2.

Пионером перехода на диоксид углерода являлся Евросоюз, соответственно, основное производство компонентов для систем на CO2 сосредоточено в государствах ЕС, тогда как в России и странах Азии оно находится на стадии становления.

Экономические санкции, введенные странами Запада в отношении России, а также уход ряда крупных международных технологических компаний с российского рынка, в равной степени негативно сказываются и на сегменте холодильного оборудования на ГФУ, и на сегменте природных хладагентов.

Например, очередной пакет санкций, введенный Постановлением Совета ЕС №2022/428 от 15 марта 2022 года, в числе прочего предусматривает запрет на поставки в Россию бытового холодильного и климатического оборудования дороже 750 евро за единицу, включая моноблочные кондиционеры воздуха оконного, настенного, потолочного или напольного типа, а также сплит-системы, холодильники и морозильники различных типов. Используемый в приборах хладагент не имеет значения.

Не делают различий в зависимости от типа хладагента и зарубежные производители, в силу санкционного давления прекращающие или ограничивающие поставки в Россию компонентов компрессорной группы, теплообменников, а также (что вызывает наибольшую озабоченность) элементов автоматики, линейных компонентов, приводной техники для холодильных машин.

Несмотря на то, что ряд европейских поставщиков (в частности, компании из Италии, Испании, Германии) продолжает работать с Россией, обеспечить весь ассортиментный ряд компонентов становится все сложнее, что приводит к срыву сроков производства холодильных машин как на CO2, так и ГФУ.

Пути решения проблем

Очевидно, что России необходимо развивать собственное производство компонентов холодильных систем на CO2. Однако этот процесс требует времени, поэтому проблему ограниченности компонентной базы следует решать путем поиска альтернативных поставщиков в Турции и азиатских странах.

Кроме того, необходимо пытаться договариваться с европейскими компаниями, убеждая их возобновить и не прекращать поставки ключевых компонентов холодильных систем на территорию РФ.

Наконец, важным направлением, нуждающимся во всесторонней поддержке в том числе и со стороны государства, является организация профессиональной подготовки специалистов для работы с природными хладагентами, в том числе – CO2.