Koaksialiniai šilumokaičiai CO2 (R744) šilumos siurblių sistemose: OĮG gamintojų projektavimo svarstymai

Sugriežtinus pasaulinius aušalo reglamentus dėl didelio{0}}GWP (globalinio atšilimo potencialo) HFC, CO2 (R744) tapo viena iš pirmaujančių natūralaus šaltnešio pasirinkimo naujos kartos -šilumos siurblio vandens šildytuvuose, komercinėse šaldymo sistemose ir pramoninių procesų šildymo įrenginiuose. OĮG gamintojams, perkeliantiems gaminių linijas prie CO2 sistemų, koaksialinis šilumokaitis atlieka dar svarbesnį inžinerinį vaidmenį nei įprastose subkritinėse šaltnešio sistemose -, nes CO2 šilumos siurbliai paprastai veikia transkritiniu ciklu ir iš esmės skiriasi nuo R410A, R32 ar kitų įprastų HFC ir HFO šaldymo medžiagų. Šiame straipsnyje aprašomi konkretūs projektavimo ir tiekimo aspektai, kuriuos OĮG komandos turėtų įvertinti, nurodydamos bendraašius šilumokaičius CO2 šilumos siurbliams.

1. Kodėl CO2 transkritiniai ciklai pakeičia šilumokaičio projektavimo problemą

Įprasto subkritinio šaldymo ciklo metu šaldymo agentas kondensuojasi esant pastoviai temperatūrai atmetant šilumą, išskirdamas latentinę šilumą esant beveik fiksuotai kondensacijos temperatūrai. Tačiau CO2 transkritinio ciklo metu aukštas -šoninis slėgis paprastai viršija kritinį CO2 slėgį (apie 7,4 MPa), o tai reiškia, kad šaldymo agentas nekondensuoja tradicine prasme šilumos atmetimo metu -, o vėsta kaip superkritinis skystis per tai, kas paprastai vadinama „dujų aušintuvu“, o ne per kondensatorių. Šis dujų aušinimo procesas pasižymi nuolat slystančios temperatūros profiliu, o ne pastovia kondensacijos temperatūra.

Būtent dėl ​​šios slystančios temperatūros koaksialiniai šilumokaičiai - su jiems būdinga tikroji skaitiklio-srauto konfigūracija - yra ypač gerai pritaikyti CO2 dujų aušintuvams. Prieš-srauto išdėstymas leidžia antrinio skysčio temperatūros kilimui tiksliai sekti šaltnešio slydimo temperatūros kritimą per visą šilumokaičio ilgį, taip sumažinant eksergijos nuostolius (negrįžtamumą), kuris kitu atveju atsirastų, jei abiejų skysčių srautai nesutaptų temperatūros profilyje - neatitikimas, kuris yra daug brangesnis už konstantos CO2 sistemos temperatūros efektyvumą{8}.

2. Aukšto slėgio{1}}projektavimo reikalavimai

Akivaizdžiausias CO2 koaksialinių šilumokaičių konstrukcijos skirtumas yra slėgio įvertinimas. Transkritinės CO2 sistemos veikia esant dujų aušintuvo slėgiui, kuris gali siekti 90–120 barų (maždaug 9–12 MPa), priklausomai nuo aplinkos sąlygų ir sistemos konstrukcijos, o tai yra žymiai didesnis nei R410A, R32 arba R134a sistemoms būdingas darbinis slėgis. Tai turi tiesioginių pasekmių:

Vamzdžio sienelės storis ir medžiagos pasirinkimas- CO2 koaksialiniams šilumokaičiams reikalingi vamzdeliai, kurių plyšimo slėgio ribos yra daug didesnės nei įprastiems šaltnešio ritiniams, o tai turi įtakos medžiagų rūšies pasirinkimui ir gamybos tolerancijai

Suvirinimo ir jungčių vientisumas- suvirinimo defekto pasekmės padidėja esant CO2 darbiniam slėgiui, todėl automatinis orbitinis suvirinimas ir griežtas slėgio bandymas (o ne rankinis litavimas) yra efektyviai privalomi, o ne pasirenkami šiai programai.

Slėginių indų sertifikavimas- CO2 šilumokaičiams, skirtiems rinkoms su slėginės įrangos taisyklėmis, paprastai reikia griežtesnių dokumentų ir sertifikavimo (ASME VIII skyrius, PED arba lygiaverčiai regioniniai standartai), atsižvelgiant į aukštesnę darbinio slėgio klasifikaciją

OĮG pirkėjai, įsigyjantys CO2 bendraašius šilumokaičius, turėtų vertinti slėgio įvertinimo patikrinimą kaip ne-nederėtiną kvalifikacinį ribą -, o ne tik specifikacijų lapo teiginį -, ir prašyti dokumentuotų sprogimo ir įrodymų -slėgio bandymo duomenų, būdingų CO2-įvertintų produktų linijai, nes gamintojas neabejotinai atitinka nelygiavertį standartą. CO2 sistemos slėgio reikalavimai be specialios konstrukcijos.

3. Sienelės storis, vamzdžio skersmuo ir nuolaida-su šilumos perdavimo efektyvumu

Atitikimas padidinto CO2 slėgio normos reikalavimams paprastai reiškia storesnes vamzdžių sieneles nei naudojant įprastus bendraašius šaltnešio ritinius. Storesnės sienelės sumažina šilumos laidumą vamzdžio sienelėje ir taip pat gali apriboti vidinį skersmenį, skirtą turbulenciją sukeliančiai geometrijai (spiraliniai grioveliai arba susukti{3}}vamzdžio profiliai) esant tam tikram išoriniam skersmeniui. Gamintojai, turintys patirties kuriant CO2-specifinį koaksialinį šilumokaitį, sprendžia tai iš naujo{8}}optimizuodami vamzdžio skersmenį ir vidinę geometriją, kad atitiktų CO2 slėgio ir srauto reikalavimus, o ne tiesiog storindami esamos įprastos šaldymo ritės konstrukcijos sieneles.

Tai svarbus techninio patikrinimo{0}}klausimas, kurį OĮG pirkimų komandos turi užduoti tiesiogiai tiekėjams kandidatams: ar bendraašis šilumokaitis nuo pat pradžių buvo sukurtas CO2 veikimo apvalkalui, ar tai yra esamos HFC/HFO produktų linijos-storis{3}}pritaikytas variantas? Labiau tikėtina, kad pirmasis užtikrins šilumos perdavimo efektyvumą ir ilgalaikį patikimumą, kurio reikalauja CO2 sistemos; dėl pastarosios gali sumažėti veikimas, sutrumpėti tarnavimo laikas arba, blogiausiu atveju, gali sumažėti slėgio{6}}reitingas, kuris bus aptiktas tik įdiegus.

4. Medžiagos pasirinkimas CO2 panaudojimui

CO2 bendraašių šilumokaičių medžiaga pasirenkama pagal panašią atsparumo korozijai{1}}logiką kaip ir įprastose aušinimo sistemose, tačiau papildomai atsižvelgiama į didesnį mechaninį įtempį dėl padidėjusio darbinio slėgio. Įprasti metodai apima:

Varisišlieka tinkamas naudoti daugelyje CO2 šilumos siurblių vandens šildytuvų, kur antrinis skystis yra gėlas vanduo, su sąlyga, kad vamzdžio sienelės storis ir klasė atitinka CO2 darbinį slėgį

Nerūdijantis plienasvis dažniau naudojamas CO2 dujų aušintuvams ir garintuvams, ypač komerciniams ir pramoniniams tikslams, atsižvelgiant į jo atsparumą slėgiui{1}}ir atsparumą korozijai.

Anglies plienasgali atsirasti kai kuriose pramoninio CO2 proceso šildymo regeneratoriaus arba ekonomaizerio grandinėse, kur taikant nereikia vario šilumos laidumo pranašumo

OĮG inžinieriai turėtų patvirtinti, kad gamintojo rekomendacijos dėl medžiagų, skirtų naudoti CO2, yra konkrečiai pagrįstos CO2 darbiniu slėgiu ir temperatūra, o ne bendra atsparumo korozijai -rekomendacija, perkelta iš įprastų šaltnešių naudojimo patirties.

5. Dydžių nustatymas slydimo temperatūros dujų aušinimui

Kadangi CO2 dujų aušintuvai veikia su nuolat slystančia aušalo temperatūra, o ne pastovia kondensacijos temperatūra, apskaičiuojant dydį reikia kitokio požiūrio nei tradicinis kondensatoriaus dydis. Vietoj vieno log-vidutinio temperatūros skirtumo apskaičiavimo, pagrįsto pastovia aušalo temperatūra, CO2 dujų aušintuvo dydžiui nustatyti paprastai reikia segmentinio arba integruoto metodo, pagal kurį būtų atsižvelgiama į besikeičiančią aušalo temperatūrą (taigi ir kintantį vietinį temperatūros skirtumą) per visą šilumokaičio ilgį.

Tai turi praktinės reikšmės originalios įrangos gamintojų pirkėjams: bendraašių šilumokaičių gamintojas, neturintis specialios CO2 taikymo inžinerijos patirties, pagal numatytuosius nustatymus gali taikyti įprastą kondensatoriaus dydžio nustatymo metodiką, pagal kurią įrenginys gali būti mažesnis - arba didesnis{2}}, palyginti su faktiniais CO2 dujų aušintuvo veikimo reikalavimais. Vertindamos CO2 taikomųjų programų tiekėjų kainas, OĮG komandos turėtų konkrečiai paklausti, kaip gamintojas atlieka dujinio aušintuvo dydžio skaičiavimus, ir prašyti įrodymų apie ankstesnę su CO2 susijusio naudojimo patirtį, o ne daryti prielaidą, kad bendroji šaldymo šilumokaičio patirtis tiesiogiai perduodama CO2 transkritinio naudojimo atveju.

6. Vandens šildymo programos: natūraliai tinka CO2 ir bendraašiam dizainui

CO2 šilumos siurblio vandens šildytuvai įgijo didelę trauką visame pasaulyje, ypač rinkose, kuriose pirmenybė teikiama natūraliems šaltnešiams ir aukštai karšto vandens išleidimo temperatūrai, nes transkritinio ciklo slydimo dujų aušinimo temperatūros profilis yra ypač tinkamas vandeniui šildyti nuo šaltos įleidimo temperatūros iki aukštos išleidimo temperatūros - scenarijus, kai priešpriešinis{2}}srauto konfigūracijos srauto dinaminis pranašumas yra koaksialinis. per pastovią-temperatūrą kondensuojantys dizainai. Šis derinys - CO2 šaltnešis ir priešpriešinis -srauto bendraašis šilumokaitis - vis dažniau yra didelio{9}}efektyvumo, aukštos{10}}temperatūros šilumos siurblio vandens šildymo produktų, patenkančių į rinkas su natūralaus šaltnešio skatinimo programomis arba F-dujų fazės sumažinimo{12}, architektūra.

Originalios įrangos gamintojams, kuriantiems ar plečiantiems CO2 šilumos siurblių vandens šildytuvų produktų linijas, bendraašių šilumokaičių tiekėjo pasirinkimas yra strateginis sprendimas, tiesiogiai susijęs su skirtingais veikimo reikalavimais (aukštesnė karšto vandens tiekimo temperatūra, didelis efektyvumas net esant šaltai aplinkos sąlygoms), dėl kurių CO2 sistemos pirmiausia yra komerciškai patrauklios.

7. CO2 bendraašių šilumokaičių tiekimo ir kvalifikacijos kontrolinis sąrašas

OĮG pirkimų ir inžinierių komandos, vertinančios CO2 taikomųjų programų tiekėjus, turėtų patvirtinti:

Speciali CO2 produktų linija arba inžinerinė patirtis-, o ne įprastą šaltnešio ritę, pritaikytą aukštesniam slėgiui

Dokumentuoti slėgio bandymo duomenysbūdingas CO2 vardinio vamzdžio ir jungties konstrukcijai, įskaitant atsparaus slėgio ir sprogimo slėgio ribas

Sertifikavimo derinimassu slėginės įrangos standartais, susijusiais su tiksline eksporto rinka (ASME, PED arba regioniniais ekvivalentais)

Dujinio aušintuvo dydžio nustatymo metodikatinkamas CO2 slydimo temperatūros dujų aušinimo elgsenai, o ne bendras kondensatoriaus dydis, perkeltas iš HFC / HFO

Medžiagos ir sienelės storio pagrindimasbūdingas padidėjusiam CO2 darbiniam slėgiui su patvirtinamaisiais inžineriniais dokumentais, o ne žodiniu patikinimu

Suvirinimo proceso valdymas- automatinis orbitinis suvirinimas su atsekamais kokybės įrašais, atsižvelgiant į padidėjusias jungties gedimo pasekmes esant CO2 darbiniam slėgiui

8. Aplinkos temperatūros jautrumas ir dujų aušintuvo/kondensatoriaus režimo perjungimas

Kitas CO2 transkritinėms sistemoms būdingas dizaino niuansas yra tas, kad optimalus aukštas{1}}šalinis darbo režimas priklauso nuo aplinkos temperatūros. Esant vėsesnei aplinkos sąlygoms, kai kurios CO2 sistemos gali veikti subkritiškai (su tikru kondensatu), o šiltesnėmis aplinkos sąlygomis sistema veikia transkritiškai, aušinant dujomis. Koaksialiniai šilumokaičiai, skirti naudoti CO2 naudojant įvairias klimato sąlygas, -, kaip dažnai būna originalios įrangos gamintojams, parduodantiems kelioms eksporto rinkoms -, turėtų būti vertinami pagal našumą visame veikimo diapazone, o ne tik vieno dizaino{8}}taško aplinkos temperatūroje. OĮG inžinierių komandos turėtų kartu su gamintojais kandidatais patvirtinti, ar našumo duomenys buvo patvirtinti tiek subkritiniuose, tiek transkritiniuose veikimo režimuose, jei tikslinis produktas bus naudojamas klimato zonose, kurios apima šį perėjimą.

9. Komponentų sąsajos svarstymai: CO2 bendraašių ritinių integravimas į sistemos dizainą

Be paties šilumokaičio, OĮG inžinieriai, integruojantys CO2 koaksialinį šilumokaitį į gatavą sistemą, turėtų glaudžiai bendradarbiauti su gamintoju šiais klausimais:

Sujungimo ir montavimo dizainasįvertintas padidintam CO2 slėgiui, užtikrinant suderinamumą su originalios įrangos gamintojo pasirinktu išsiplėtimo vožtuvu, kompresoriaus išleidimo linija ir kitais sistemos komponentais, nesukeliant slėgio -vardinio silpnosios sąsajos vietos

Instrumentuotės nuostatos- Daugeliui CO2 sistemų konstrukcijų reikia didesnio slėgio ir temperatūros jutimo nei įprastoms šaltnešio sistemoms, kad būtų galima valdyti transkritinio ciklo valdymo logiką, o šilumokaičio fizinė konstrukcija turėtų būti pritaikyta jutiklio išdėstymui nepažeidžiant konstrukcijos ar slėgio vientisumo.

Izoliacijos ir kondensato valdymas- CO2 garintuvas-kai kurių sistemų konfigūracijų šoniniams paviršiams gali prireikti kitokio izoliavimo metodo nei įprastose šaltnešio sistemose, atsižvelgiant į skirtingas CO2 darbinės temperatūros ir slėgio charakteristikas

Gamintojai, turintys tikrosios CO2 naudojimo patirties, paprastai yra geriau pasirengę patarti šiais sistemos lygio integravimo klausimais, o ne traktuoti šilumokaitį tik kaip izoliuotą komponentą, parduodamą be platesnio pritaikymo inžinerinio palaikymo.

10. Rinkos kontekstas: kodėl CO2 įvedimas spartėja

Reguliuojamas spaudimas aukštiems -GWP šaltnešiams -, įskaitant fazinius-mažinimo grafikus, turinčius įtakos įprastiems HFC keliose pagrindinėse rinkose -, ir toliau skatina OĮG produktų gaires link natūralaus šaltnešio alternatyvų, o CO2 yra viena iš komerciškai brandžių šilumos siurblio vandens šildymo ir tam tikrų komercinių šaldymo sistemų. Ši reguliavimo trajektorija reiškia, kad originalios įrangos gamintojai, kuriantys CO2 taikomųjų programų inžinerijos kompetenciją dabar -, įskaitant kvalifikuotą bendraašių šilumokaičių tiekimo grandinę -, yra geriau pasiruošę toliau plėsti natūralių šaltnešių produktų linijas, o ne reakcingai plėtoti šią galimybę, kai tik reguliavimo terminai priverčia pereiti greičiau. Pirkimo grupėms dėl to ankstyvos investicijos į CO2 galinčio naudoti bendraašių šilumokaičių gamintoją yra strateginis tiekimo grandinės sprendimas, o ne tik komponentų įsigijimas, susietas su vieno produkto pristatymu.

11. Santraukos palyginimas: įprastinio šaltnešio ir CO2 bendraašio šilumokaičio reikalavimai

Šis palyginimas pabrėžia, kodėl OĮG komandos neturėtų svarstyti CO2 koaksialinio šilumokaičio tiekimo sprendimo kaip paprastos medžiagos ar slėgio{1}}patobulinimo į esamą įprastą šaltnešio produktų liniją, o kaip atskirą programą, kuriai reikalingas specialus gamintojo inžinerinis patvirtinimas.

Išvada

CO2 (R744) šilumos siurblių sistemos yra vienas iš sparčiausiai augančių natūralaus šaltnešio perėjimo segmentų, o koaksialiniam šilumokaičiui būdinga priešpriešinio srauto Tačiau CO2 taikymas reikalauja iš esmės kitokio inžinerinio požiūrio nei įprastoms bendraašioms šaldymo spiralėms - aukštesni slėgio rodikliai, iš naujo optimizuota vamzdžių geometrija, CO2-specifinė dydžio metodika ir griežtesni suvirinimo ir slėgio bandymo standartai, taip pat kruopštus dėmesys nuo aplinkos{}{10} integracija. OĮG gamintojai, pradedantys arba plečiantys CO2 šilumos siurblių gaminių linijas, turėtų kvalifikuoti koaksialinių šilumokaičių tiekėjus, ypač atsižvelgdami į CO2 naudojimo patirtį ir dokumentais patvirtintą slėgio efektyvumą, o ne manyti, kad bendrosios šaldymo šilumokaičių žinios perduodamos tiesiogiai – tai skirtumas, turintis tiesioginių pasekmių gaminio saugai, sertifikavimo atitikčiai ir diferencijuotiems efektyvumo teiginiams, dėl kurių CO2 sistemos yra komerciškai pirmaujančios.