Повышение эффективности холодильной системы в магазиностроении

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.

Рис 1. Распределение затрат магазина

Повышение эффективности работы холодильного оборудования — 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 производительностью компрессоров и конденсаторов.

Более кардинальным способом комплексного снижения эксплуатационных расходов является переход предприятий торговли на применение природных хладагентов, в первую очередь диоксида углерода (СО₂). Это 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 этой поправке Россия должна обеспечить снижение уровня потребления ГФУ-хладагентов на 35% начиная с 2025 г, а начиная с 2036 г, оно 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 работает более 14 тыс «экологически чистых» систем. Такое распространение подобные системы получили отчасти из-за более жесткого законодательства в плане отказа от ГФУ-хладагентов.

Учитывая указанные выше факторы, некоторые российские компании заранее начали тестировать и осваивать СО₂-технологии. Благодаря этому 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 диоксид углерода. Первые магазины сети, оснащенные такими системами, стали работать в 2018 г. Новый магазин 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 данном магазине тепло используется для получения горячей воды и нагрева воды для системы вентиляции (рис.2).

Рис 2. Транскритическая схема на диоксиде углерода для Metro Cash&Carry

Используемый бустерный компрессорный агрегат, разработан для обеспечение трех температурных уровней:

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

Холодильная машина с использованием среднетемпературных и параллельных компрессоров транскритического сжатия, а также низкотемпературных бустерных компрессоров 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 охлаждение происходит полностью за счет фрикулинга. Таким образом достигается экономия энергоресурсов.

Автоматизация 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 беспокоится о сохранности продукта при любых внешних изменениях. В систему управления 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.

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

Компрессорные агрегаты, станции рекуперации и насосные станции для хладоносителя были собраны на российском заводе Elementum на базе компрессоров Dorin (рис.3 и 4).

Рис. 3 Компрессорный агрегат производства Elementum для проекта Metro, Солнцево.

Рис. 4. Система управления транскритической установкой Metro, Солнцево

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

Согласно требованиям заказчика, первая система рекуперации теплоты, рассчитанная для нужд горячего водоснабжения, производит 75 кВт тепла с расходом 31,2 м³/сутки горячей воды с температурами 15/65^оС. Вторая система работает на отопление и производит 220 кВт тепла с расходом 312 м³/сутки и температурным режимом 27/42^оС. Использование 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 применения фреона потребуется догрев воды, например, электрическими ТЭНами).

Рис. 5. Насосная станция хладоносителя для производственных помещений

* * *

Роман Воробьев, менеджер по холодильным проектам компании Metro Cash&Carry:

«Наша компания уже несколько лет назад приняла решение о применении диоксида углерода. С одной стороны это было сделано, потому, что  забота об окружающей среде является частью миссии Metro Cash&Carry. С другой стороны, мы видим в переходе на природные хладагенты возможность получить конкурентные преимущества в будущем. Начали 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 очевидно, 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».