Ассоциация International Association of Refrigerated Warehouses (IARW) – Международная Ассоциация Холодильных Складов периодически проводит мониторинг своих членов на предмет энергопотребления и оценивает их в удельных показателях по типу кВт*ч на 1м3 охлаждаемого помещения за год. За 2015 год в среднем по складам это значение в среднем 39,6 кВт*ч/м3. Среди прочих членов ассоциации компания  HCS (Henningsen Cold Storage) за 2017/2018 год декларировала по своим складам в среднем 17 кВт*ч/м3, а на относительно недавно запущенных складах с аммиачной системой даже 10,6 кВт*ч/м3. В таблице 1 они любезно показали этот же параметр для некоторых своих складов. В январе 2018 года HCS ввело в эксплуатацию свой новый склад замороженных продуктов 9 300 м2 емкостью 20 000 паллет  при температуре минус 20⁰С и 1000 м2 рампы с температурой +4⁰С в котором они планируют побить собственный рекорд энергоэффективности.

Аммиачный холод проиграл СО2? Сравнение систем по ключевым показателям. Часть 1

Таблица 1. HCS годовое потребление электроэнергии, в пересчете на кВт*ч/м3 охлаждаемого помещения

 2017 год2018 год
Склад 126,327,2
Склад 214,114,1
Склад 311,010,6
Склад 411,417,5
Склад 539,336,0
Склад 620,119,5
Склад 719,722,6
Склад 817,917,5
Склад 99,09,6
Склад 1037,340,0
Склад 1112,712,3
Склад 120,09,3
Среднее16,617,0

Процесс принятия решения

Руководство HCS на ранней стадии планирования поставило задачу рассмотреть возможность перехода от аммиака к альтернативным холодоагентам / холодоносителям. На предыдущих объектах они ставили себе за цель снижение общей заправки системы аммиаком сохранив при этом эффективность системы, и они даже с ней удачно справлялись. В общем, руководство поставило задачу, и мы предлагаем вам оценить какие шаги были приняты менеджментом компании для формулировки цели и шагов по её достижению:

1) В первую очередь: уменьшить колличество аммиака в системе до 227 кг либо вообще уйти от него (справка: по американскому законодательству если у вас храниться более 500 фунтов (227 кг) аммиака, то вы подпадаете под местную программу контроля за опасными веществами)

2) Определить дальнейшие варианты для сравнения:

          а) Аммиачный чиллер

          б) Чиллер на синтетическом хладоагенте

          в) CO2/NH3 каскадная система

          г) Транскритическая CO2 система

          д) Централизированная аммиачная система с уменьшенной заправкой аммиака

3) Определить параметры по которым будет проведено сравнение

          а) Капитальные затраты, включая околопроизводственные расходы

          б) Энергоэфективность и комунальные расходы

          в) Затраты на обслуживание и эксплуатацию

          г) Краткострочная и долгосрочная надежность системы

          е) Время на строительство

          ж) Стоимость получения разрешения на ввод в эксплуатацию

4) Разработать лист с вопросами  по  специфике работы для каждого варианта

5) Получить ответы на вопросы по каждому варианту от следующих источников

          а) Экспертов индустрии

          б) Конечных пользователей обладающих опытом эксплуатации

          в) Независимых инженерных компаний

          г) Публикаций и справочников

          д) Диллеров, торговых представителей и их технических консультантов

          е) Производителей.

6) На основе полученных данных разработать сравнительную таблицу в которой учесть

          а) Преимущества каждой опции по каждому варианту

          б) Недостатки каждой опции по каждому варианту

          в) Ключевые пункты которые сразу вынудят отказаться от опции

7) Обозначить важность каждого вопроса что поможет принять решение

Некоторые варианты отпали уже на первых стадиях рассмотрения, так к примеру, некоторые системы на синтетических хладоагентах по следующему ряду причин: в последнее время ужесточился контроль за их применением, они менее энергоэффективны, цена на эти хладоагенты постоянно растет и в ближайшем будущем их будет проблематично купить.

Даже CO2/NH3 каскадная система была отброшена, но уже по другому ряду причин: её применение не дает никаких послаблений в прохождении контролирующих органов, минимальные преимущества в вопросах безопасности персонала над обычной аммиачной системой, сложность системы, большее енергопотребление чем у существующей аммиачной системы, более высокие капитальные затраты, бОльшие эксплуатационные затраты. Так, в итоге, осталось три основных варианта:

          а) Аммиачный чиллер

          б) Транскритическая CO2 система

          в) Централизированная аммиачная система с уменьшенной заправкой аммиака

Оценка капитальных затрат

Результаты первоначального анализа показали, что наиболее перспективным типом системы стала «традиционная» централизированная аммиачная система (с конструктивными особенности для повышения эффективности и уменьшения объема заправки) и транскритическая СО2 система. Особенности аммиачной системы были хорошо известны HCS, и её стоимость можно было бы достаточно точно оценить  по примеру их существующих объектов. В то время как к новой транскритической системе CO2 относились с недоверием. Было достаточно тяжело точно спрогнозировать расходы на систему с новой и не совсем понятной технологией.

Потребление электроенергии

В придачу к указанным выше системам для сравнения потребляемой энергии была добавлена фреоновая система с воздушным конденсатором, электрической оттайкой испарителей т.к. она была наиболее дешевой и к тому же наглядно показала преимущества энергоэффективности. Результаты в таблице 2.

Таблица 2. Прогнозируемое энергопотребление склада для HFC, NH3 и CO2 системы.

Тип системыкВт*ч за годотношение кВт*чза год кВт*ч/м3*
Современная аммиачная система717 652,0100%6,0
Транскритическая СО2 система868 462,0121%7,3
Традиционная фреоновая система2 620 859,0365%21,9

* отметьте, что в данном случае удельный показатель выводился исходя только из электроенергии потребляемой холодильной системой, а не всеми потребителями как в таблице 1

Подробное сравнение по энергопотредления будет опубликовано в отдельной статье.

По итогу сравнение видим, что транскритическая система СО2 потребляет больше чем аммиачная, но не критично. Но не будем забывать что  рассматриваемая система имеет множество наворотов, на которых HCS уже набили руку, таких как плавающие давления всасывания и нагнетания, поплавковая система оттайки горячими парами, частотные преобразователи на всех вентиляторах,  и как минимум на одном винтовом компрессоре, осушители воздуха на док-шлюзах. СО2 система также была хорошо укомплектована. Фреоновая система была представлена только для сравнения, а потому без дополнительных опций повышающих энергоэффективность.

Потребление воды

Вот где СО2 система выигрывает у аммиачной, так это в потреблении воды. А дело в том, что зачастую на аммиачных системах устанавливают испарительный конденсатор, а у СО2 системы охладитель газа охлаждается воздухом, в данном примере для него применили адиабатическое охлаждение, что несомненно удорожало систему, но существенно улучшило энергоэффективность. Система располагается в относительно сухом климате с температурой мокрого термометра около  21 ⁰С, хотя температура по сухому термометру летом не редко превышает 38⁰С. Таким образом адиабатическая система установленная на охладитель газа позволяет держать температуру паров в охладителе газа ниже критической точки СО2 (31⁰С).Сравнение в потреблении воды в таблице 3.

Таблица 3. Прогнозируемое потребление воды склада для NH3 и CO2 систем.

СистемаИспарение, м3/годУтечки м3/годВсего за год м3/год
NH3526724977901
CO29913261317
Разница427623076583

Стоимость здания

Строительство холодильного склада процедура весьма затратная, а аммиачное машинное отделение которое соответствует всем нормам — съедает большую долю от этих затрат. У американцев тоже есть свои нормы по пожарной безопасности Fire Code и IIAR 2, свои нормы по обнаружению аммиака и требования к вентиляции. Оборудование должно быть расположено на фундаментах, а трубопроводы закреплены на опорах. А вот транскритическая  СО2 система устанавливается в агрегатированном состоянии и может быть даже вынесена за пределы здания склада. Трубопроводы у такой системы меньше и легче аммиачных, зачастую используется нержавейка вместо толстостенных черных труб. Также отсутствуют большие вентильные гребенки а почти все вентиля расположены внутри компрессорной. Так, по оценке HCS постройка склада под СО2 систему обошлась бы на $300 000 дешевле, чем под NH3 систему.

Холодильная система

Еще одно преимущество которое оказалось на стороне СО2 – это стоимость самой системы в ставнении с NH3. Итого, стомость системы CO2 составила на $534 000 чем для системы NH3. Еще один важный фактор — время монтажа, также на 5-6 недель короче для СО2 системы.

Прочие различия

Следующие пункты затрат также могут говорить в пользу системы СО2

  • Затраты на страхование
  • Уменьшение числа обслуживающего персонала
  • Затраты на соответствие нормам
  • Тренинги по безопасности для сотрудников

Таблица 4. Сравнение факторов влияющих на капитальные затраты NH3 и CO2 систем включая строительство и монтаж

Традиционная NH3 система

Транскритическая СО2 система

Многочисленные основные компоненты монтируются по месту

Всего два компонента по высокой стороне – компрессорный агрегат и газоохладитель

Отдельное машинное отделение со специфичными требованиями

Более простой подход для установки в пределах здания холодильного склада и возможность установки на улице

Большие магистральные трубопроводы с ответвлениями к каждому испарителю

Индивидуальный трубопровод к каждому испарителю, нужны только две трубы даже для оттайки гарячим газом, СО2 трубы меньше диаметром

Громоздкие опоры для крепления гребенок и вентилей

Более легкие трубы меньшие диаметры труб и вентилей

Сложная система противокоррозионной защиты и изоляции трубопроводов

Нержавеющие трубы нуждаются только в теплоизоляции

Сложная процедура получения разрешительной документации (хладоагента класса В2 класса опасности по местному законодательству)

Более простая процедура получения разрешительной документации (хладоагента класса А1 класса опасности по местному законодательству)

Расчет системы сброса аварийного давления и оборудование системы дорогими предохранительными клапанами

Более простая система сброса аварийного давления

Регулярный надзор контролирующими органами

Сравнительно простоя процедура контроля

Когда подсчитали итоговые стоимости, транскритическая система CO2 одержала убедительную и неожиданную победу. Несмотря на более высокое предполагаемое энергопотребление, она смогла предложить более низкие капитальные затраты, меньшие затраты на воду, и более низкие эксплуатационные затраты. Так что по итогу HCS было принято решение о строительстве СО2 системы, факторы на которые они опирались сведены в таблицу 5.

Таблица 5. Система сравнения

МетрикаСО2NH3
Стоимость системына $ 534 000 меньшедороже
Стоимость строительствапримерно на $ 300 000 дешевледороже
Продолжительность строительных работна 5-6 недель быстреедольше
Эффективностьна $13 000 больше потребление в годэффективнее
КоммунальныеМеньшее потребление воды и скидыванияы стоковна $ 20 000 потребления воды и стоков в год
Согласование в контролирующих органахДешевлеДороже
ВодоподготовкаНе требуетОбязательно
Надежность системыВысокаяВысокая

В следующей статье мы опишем детали СО2 системы и как проводили сравнения капитальных и операционных затрат.