Пример из практики: моделирование снижения производительности системы

В новом техническом документе «Beyond the brochure: Exposing the reality of refrigeration product underperformance,» подготовленном Eurovent Certification, представлены результаты недавних исследований, основанные на испытаниях отдельного оборудования для отвода тепла, включая продукты, не сертифицированные по схеме третьей стороной на момент тестирования. Исследование показывает, что в определенных климатических условиях заявленные производителями характеристики и показатели, измеренные в лаборатории, могут значительно различаться. Действительно, испытания несертифицированных газовых охладителей CO₂ показали, что измеренная мощность отвода тепла может быть до 53% ниже заявленной в регионах Центральной и Северной Европы и до 37% ниже заявленной в регионах с теплым климатом.

Используя данные исследования газовых охладителей и результаты предыдущих исследований по производительности воздухоохлаждаемых конденсаторов на ГФУ, Eurovent Certification применила программное обеспечение для моделирования, чтобы оценить потенциальное влияние неэффективных компонентов отвода тепла на ГФУ и CO₂ на систему супермаркета в целом. Ниже приведены результаты этих моделирований.

Цели исследования

Целью было:

1) Определить потенциальное влияние неэффективной работы с точки зрения:

• Дополнительного потребления энергии
• Дополнительных эксплуатационных расходов
• Дополнительных выбросов CO₂.

2) Моделировать неэффективную работу с различной степенью неэффективности для оценки влияния в течение 1 года, 10 лет и 15 лет (весь жизненный цикл).

Метод

С помощью программного обеспечения для моделирования было рассчитано воздействие неэффективных устройств отвода тепла с использованием двух типичных технических решений для супермаркетов:

• Система 1: транскритическая установка на CO₂
• Система 2: установка на ГФУ со средней (MT) и низкой (LT) температурой.

Обе системы прошли ряд моделирований для расчета воздействия неэффективности на основе следующей конфигурации:

Размер системы:

• Средняя температура (MT): Teva = -8 °C; Qeva = 180 кВт

  • 112 кВт от витрин – 62%
  • 68 кВт от холодильных камер – 38%

• Низкая температура (LT): Teva = -30 °C; Qeva = 50 кВт

  • 23 кВт от шкафов – 46%
  • 27 кВт от холодильных камер – 54%

Базовый уровень: разница температур точки подхода +2K (выход конденсатора / газового охладителя – температура окружающей среды)

Климатический профиль [1]: Мюнхен (Германия)

Типология агрегата: усилитель CO₂ и R448a

Коэффициент выбросов [2]: 338 гCO₂/кВт·ч – среднее значение за 2020–2023 гг.

Стоимость электроэнергии: 0,18 €/кВт·ч

Рисунок 1: Годовая максимальная температура в день

Источники: [1] & [2] 

Пример системы 1: Транскритическая установка с использованием CO₂

В этой системе отвод тепла осуществляется с помощью газового охладителя CO₂. В ходе исследования, представленного в техническом документе, газовые охладители CO₂ тестировались в пяти рыночных условиях, причем наибольшее отклонение наблюдалось в условиях 3 и 4.

Таблица 1: Отклонения между заявленной и измеренной мощностью отвода тепла

Знак «-» означает снижение производительности

В данном примере из практики производительность оценивается в соответствии с различными условиями, перечисленными в таблице 2, которые основаны на среднем снижении производительности, полученном в ходе исследования, описанного в техническом документе.

Недостаточная производительность выражается как увеличение дельта T в расчетах. Это переводит потерю мощности в уменьшение перепада температур в газовом охладителе. В результате получается значительно более высокая температура на выходе, что может привести к повышению давления на высоком уровне и увеличению энергопотребления компрессора, а также снизить общую мощность и эффективность системы.

Таблица 2: Недостаточная производительность в зависимости от условий на основе результатов испытаний

Газоохладитель работает как конденсатор при температуре окружающей среды T ≤18 °C и в транскритическом режиме, когда T >18 °C.

Результаты

Производительность системы была смоделирована как в условии 3, так и в условии 4 с учетом снижения производительности при работе в субкритическом режиме (условие 5). В ходе моделирования были оценены дополнительное потребление энергии, дополнительные эксплуатационные расходы и дополнительные выбросы CO₂ за период в 1 год, 10 лет и 15 лет.

Таблица 3: Снижение производительности установки на CO₂ при работе в условиях 3 и 5

Таблица 4: Неэффективность установки CO₂ при альтернативных условиях 4 и 5

Система из примера 2: установка на основе ГФУ

В данном примере отвод тепла осуществляется конденсатором на основе ГФУ с использованием хладагента R448a с пониженной производительностью на 32%. Показатель пониженной производительности в 32% основан на предыдущем исследовании конденсаторов на основе ГФУ. Это приводит к снижению (штрафу) по температуре на выходе из конденсатора на +3,5 K при допущении, использованном в данном моделировании в течение всего года.

Результаты

Моделирование показало дополнительное потребление энергии, эксплуатационные расходы и выбросы CO₂ за 1-летний, 10-летний и 15-летний период следующим образом.

Таблица 5: Недостаточная производительность установки на ГФУ

Как для систем на ГФУ, так и для систем на CO₂, неэффективные компоненты отвода тепла приводят к дополнительному потреблению более 43 000 кВт·ч энергии в год, что обходится более чем в 7 800 € в год и приводит к увеличению выбросов CO₂ как минимум на 14,7 тонн в соответствии с допущениями, примененными в тематических исследованиях.

Рисунок 2: сравнение дополнительных выбросов CO₂ между неэффективными установками на ГФУ и CO₂

Измерение различных уровней неэффективности

Приведенные выше тематические исследования иллюстрируют неэффективность конденсаторов и газовых охладителей на основе выбора систем, демонстрирующих наибольшие отклонения в производительности, наблюдаемые в исследованиях, проанализированных Eurovent Certification. Чтобы обеспечить более широкий обзор воздействия на холодильные системы при различных уровнях неэффективности, для сравнительных и иллюстративных целей были смоделированы следующие сценарии:

Случай S1: хладагент CO₂, штраф -10% = +0,5K к температуре на выходе из конденсатора в транскритической фазе и +2,5K в субкритической фазе

Случай S2: хладагент CO₂, штраф -20% = +1K к температуре на выходе из конденсатора в транскритической фазе и +3K в субкритической фазе

Случай S3: хладагент CO₂, штраф -30% = +1,5K к температуре на выходе из конденсатора в транскритической фазе и +3,5K в субкритической фазе

Случай S4: хладагент R448a, штраф -10% = +2,5K к температуре на выходе из конденсатора в течение всего года

Случай S5: хладагент R448a, штраф -20% = +3K к температуре на выходе из конденсатора в течение всего года

Случай S6: хладагент R448a, штраф -30% = +3,5K к температуре на выходе из конденсатора в течение всего года

Результаты моделировались на 1, 10 и 15 лет, чтобы имитировать жизненный цикл конденсаторов на ГФУ и газовых охладителей на CO₂.

Рисунок 3: Процентная разница по сравнению с базовым уровнем

Таблица 6: Недостаточная производительность при различных условиях в течение 1 года.

Таблица 7: Недостижение показателей при различных условиях в течение 10-летнего периода.

Таблица 8: Недостижение показателей при различных условиях в течение 15-летнего периода.

Рисунок 4: Дополнительные выбросы CO₂

Результаты показывают, что даже небольшая неэффективность может иметь значительное влияние на протяжении всего жизненного цикла продукта.

Заключение

Eurovent Certification смогла рассчитать потенциальные последствия снижения эффективности оборудования для отвода тепла при применении в супермаркетах с системами на CO₂ и ГФУ. За 15-летний жизненный цикл оба типа оборудования с пониженной эффективностью могут:

• Потреблять не менее 650000 кВт·ч дополнительной энергии
• Стоить более 117000 € дополнительных затрат на эксплуатацию
• Произвести более 219 тонн предотвратимых выбросов CO₂.

И это без учета дополнительного потенциального влияния на надежность и долговечность системы, поскольку компоненты работают с большей нагрузкой, чтобы обеспечить требуемый отвод тепла в этих моделируемых условиях. Одним словом, анализ показал, что снижение производительности выходит за пределы отдельного агрегата, потенциально влияя на работу всей холодильной системы.

Узнайте больше об исследовании и последствиях низкой производительности системы, загрузив технический документ: «Beyond the brochure: Exposing the reality of refrigeration product underperformance».

Загрузите технический документ сейчас

Просмотреть сертифицированные теплообменники

Просмотреть информацию о программе сертификации