Технико-экономическое обоснование
Из всех многочисленных факторов при внедрении новых технологий, в частности, при выборе холодильных агентов и схем их использования, одними из важнейших являются экономические показатели, а именно объем первоначальных инвестиций и эксплуатационные расходы. Большую часть эксплуатационных расходов составляет потребление электроэнергии.
Сегодня около 10–15 % используемой во всем мире электроэнергии приходится на выработку холода. При этом супермаркеты — одни из крупнейших потребителей электроэнергии. Половина потребляемой ими энергии расходуется на холодильную обработку продуктов, 30 % из нее на работу компрессоров.
Распределение потребления электроэнергии в супермаркете
Годовые расходы электроэнергии в больших супермаркетах могут составлять около 1 % от общего дохода. Причем сокращение энергопотребления на 50 % приводит к увеличению прибыли на 15 %. Кроме того, не стоит забывать и постоянно растущих ценах на энергоресурсы. Ежегодный рост цен на электроэнергию составляет 2–11 %.
Расчеты и исследования показали, что в субкритическом режиме (температура ниже 31,2 °С) система на СО2 по эффективности превосходит оборудование с синтетическими хладагентами. В закритическом режиме эксплуатации (при температуре более 31,2 °C) системы с CO2 менее эффективны. Но если исходить из расчета за год, то в умеренном климате холодильные установки на CO2, на 10–30 % энергоэффективнее установок с синтетическими хладагентами, так как значительную часть года системы работают при докритических температурах.
СОР транскритической системы на СО2 в сравнении с системой на R404a
Практически вся территория России попадает в зону, в которой применение транскритических систем на СО2 экономически выгодно.
Немаловажным фактором является высокая относительная объемная холодопроизводительность хладагента R744. Данный фактор влияет на размеры трубопроводов и массогабаритные характеристики компрессоров, от которых, в свою очередь, зависит снижение стоимости расходных материалов и комплектующих, а также уменьшение размеров машинного зала.
Еще один существенный фактор — возможность эффективно использовать рекуперацию тепла для ГВС и отопления в транскритических системах на СО2. В отличие от фреоновых машин, где есть проблемы, связанные с получением высокопотенциального тепла, у транскритических холодильных машин на СO2 таких проблем нет.
И последний фактор — стоимость заправки холодильной установки. СО2 широко используется в промышленности, он легко доступен и поэтому имеет очень низкую стоимость по сравнению с синтетическими хладагентами.
Сравнение расчетных экономических показателей разных холодильных систем на основе среднестатистического гипермаркета торговой площадью 1000 м2, расположенного в г. Бугульма
Для сравнения эффективности различных типов систем рассмотрим типовой действующий магазин, расположенный в центре России, а именно в республике Татарстан, г. Бугульма.
| Климат Бугульмы | |||||||||||||
| Янв. | Фев. | Март | Апр. | Май | Июнь | Июль | Авг. | Сен. | Окт. | Нояб. | Дек. | Год | |
| Средняя температура, °C | –11,5 | –11,1 | –5,3 | 4,7 | 12,3 | 17,3 | 18,8 | 16,2 | 10,9 | 3,6 | –5,2 | –10 | 3,5 |
Существующая система
- Хладагент: R404a
- Температура конденсации: +45 °С
- Ступенчатое регулирование компрессоров и вентиляторов конденсатора
- ТРВ механические
Среднетемпературное оборудование (Ткип = 10 °С):
- торговое оборудование — 25 единиц;
- холодильные камеры — 13 единиц;
- общее холодопотребление — 218 кВт.
Низкотемпературное оборудование (Ткип= 35 °С):
- торговое оборудование — 12 единиц;
- морозильные камеры — 4 единицы;
- общее холодопотребление — 30 кВт.
Сравним энергопотребление существующих ЦХМ с холодильными машинами на том же хладагенте с плавным регулированием производительности, ЕС-вентиляторами конденсатора, плавающей точкой конденсации, а также с транскритической бустерной централью на СО2.
Энергопотребление систем на различных хладагентах
| Месяц | R404a (Tcconst=45 °С) | R404a (Tcvar, ΔT=30 °С) | R744 | Экономия по сравнению с R404a (Tcconst=45 °С), % | Экономия по сравнению с R404a (Tcvar, ΔT=30 °С), % |
| Январь | 69289,9 | 31553,6 | 17469,1 | 74,8 | 44,6 |
| Февраль | 62499,5 | 28437,6 | 15597,2 | 75 | 45,2 |
| Март | 69351,4 | 31614,6 | 18174,3 | 73,8 | 42,5 |
| Апрель | 66817,3 | 32927,5 | 25488,2 | 61,9 | 22,6 |
| Май | 69983,8 | 40717,3 | 40572,4 | 42 | 0,4 |
| Июнь | 68687 | 45379 | 49593,3 | 27,8 | -9,3 |
| Июль | 70821,4 | 48786 | 56031,8 | 20,9 | -14,9 |
| Август | 70730,4 | 45475,7 | 49581,3 | 29,9 | -9 |
| Сентябрь | 66903,6 | 36412,6 | 34064,6 | 49,1 | 6,4 |
| Октябрь | 69373,8 | 32697,7 | 24322,3 | 64,9 | 25,6 |
| Ноябрь | 67253,71 | 30660,8 | 17782,3 | 73,6 | 42 |
| Декабрь | 68817,8 | 31319,9 | 17386,2 | 74,7 | 44,5 |
| Всего за год | 820529,61 | 435983,1 | 366063 | 55,4 | 16 |
Как видно из таблицы, в годовом исчислении транскритическая система на СО2 показывает лучшие показатели энергопотребления. И лишь в течение 3 месяцев она проигрывает фреоновой системе, оснащенной современным дополнительным оборудованием для повышения эффективности.
На графике приведено энергопотребление разных систем по месяцам (по сравнению с таблицей добавлена каскадная машина на R134а/СО2).
Из графика следует:
- энергоэффективность каскадной машины на R134a/CO2 сравнима с современными системами на R404a;
- в условиях г. Бугульма энергопотребление оборудования на CO2 на 16 % меньше, чем у аналогичного оборудования на R404a (при условии использования плавающей точки конденсации с (T=30 °С);
- в условиях г. Бугульма энергопотребление оборудования на CO2 на 55 % меньше, чем у аналогичного оборудования на R404a (при условии использования постоянной точки конденсации TС=45 °С);
- при первоначальной разнице в стоимости оборудования 20 % общие затраты на конец периода эксплуатации оборудования (7–10 лет) равны;
- при использовании систем утилизации тепла общие затраты за период эксплуатации 4–5 лет равны.