ОПТИМІЗАЦІЯ ВМІСТУ R744 У СУМІШАХ З R290, R600, R600A, R170 ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ХОЛОДИЛЬНОЇ СИСТЕМИ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2024.4.01Ключові слова:
бінарні суміші, R744, R290, R600, R600a, R170, енергоефективність, COP, об’ємна холодопродуктивністьАнотація
У даній роботі здійснено загальний теоретичний аналіз бінарних сумішей холодоагентів на основі R744 (вуглекислий газ) у поєднанні з певними вуглеводнями, зокрема R290 (пропан), R600 (бутан), R600a (ізобутан) та R170 (етан). Основною метою дослідження було визначення оптимальних мольних співвідношень для кожної з сумішей, що забезпечують максимізацію коефіцієнта перетворення (COP) – показника, який характеризує енергоефективність системи охолодження. Крім того, було проведено аналіз об'ємної холодопродуктивності (qν), що є важливим критерієм для оцінки загальної ефективності роботи холодильних систем.
В рамках дослідження проаналізовано роботу холодильних систем з урахуванням як докритичних, так і надкритичних режимів. У якості початкових параметрів для побудови математичної моделі використовувалися температури кипіння та конденсації/відведення тепла, що визначалися як середні значення температур процесів у теплообмінних апаратах. Такий підхід дозволив забезпечити точне підтримання заданої температури в холодильній камері.
Найкращі результати були отримані для сумішей R744/R600 та R744/R600a. R744/R600 за пропорції 58.5/41.5 % має COP на 36.6 % вищий, ніж у чистого R600, а об'ємна холодопродуктивність збільшилася у 10,2 раза. Аналогічні успішні результати продемонструвала суміш R744/R600a з оптимальним співвідношенням 93/7 %, що показала приріст COP на 39.2 % та збільшення об'ємної холодопродуктивності у 16.8 раза порівняно з чистим R600a.
Проте, дослідження показало, що використання суміші R744/R290 виявилося менш ефективним через порівняно нижчі показники COP та об'ємної холодопродуктивності порівняно з чистим R744. Подібні висновки були зроблені для суміші R744/R170, яка також продемонструвала нижчу ефективність порівняно з чистим R744. Водночас зазначено, що в більшості співвідношень компонентів суміш працює в надкритичному режимі. Це свідчить про недоцільність застосування таких сумішей холодоагентів за заданих вихідних параметрів для підвищення енергоефективності. Даний результат підкреслює важливість ретельного підбору компонентів сумішей для досягнення оптимальних показників.
Загалом результати дослідження демонструють, що використання сумішей R744 з R600 і R600a може стати перспективною альтернативою для підвищення енергоефективності холодильних систем. Оптимізація молярних часток дозволяє досягти значного покращення COP і суттєвого збільшення об'ємної холодопродуктивності, що робить такі суміші перспективними кандидатами для практичного застосування. Однак, для остаточного підтвердження цих висновків потрібна подальша розробка поглибленої математичної моделі, що буде наближена до реальних умов експлуатації, а також проведення експериментальних досліджень, що дозволять перевірити фактичні показники ефективності цих сумішей і виявити можливі обмеження їх використання.
Посилання
UN Climate Change Conference – United Arab Emirates // UNFCCC: [Veb-sayt]. Dubai, 2023. URL: https://unfccc.int/process-and-meetings/conferences/un-climate-change-conference-united-arab-emirates-nov/dec-2023/about-cop-28 (data zvernennya: 09.09.2024).
Performance Analysis of CO2/Natural Refrigerants for Cascade Refrigeration Sys-tem / Laguri V. ta in. // Zb. mat-v kon-tsiy / The sixth International Conference on Polygener-ation. Sarahosa: Engineering Research Institute of the Universidad de Zaragoza, 2021. 219 p. 1–10.
Thermodynamic Study on Blends of Hydrocarbons and Carbon Dioxide as Zeo-tropic Refrigerants / Yelishala S. ta in. // Journal of Energy Resources Technology, Transac-tions of the ASME. 2020., vip. 8 T. 142. P. 1–29.
Niu B., Zhang Y. Experimental study of the refrigeration cycle performance for the R744/R290 mixtures // International Journal of Refrigeration. 2007., vip. 1 T. 30. P. 37–42.
Thermodynamic comparision of R744/R600A and R744/R600 used in mid-high temperature heat pump system / Fan X. W. ta in. // Thermal Science. 2014., vip. 5 T. 18.
P. 1655–1659.
Performance Investigation of Cascade Refrigeration System Using CO 2 and Mix-tures / Jemni N. ta in. // International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration. 2015., vip. 3 T. 23. 1550022 P. 1–9.
Thermoeconomic Optimization of Cascade Refrigeration System Using Mixed Carbon Dioxide and Hydrocarbons at Low Temperature Circuit / Nasruddin N. ta in. // Makara Journal of Technology. 2016., vip. 3 T. 20. P. 132–138.
Ganesan P., Eikevik T.M. New zeotropic CO2-based refrigerant mixtures for cas-cade high-temperature heat pump to reach heat sink temperature up to 180 °C // Energy Con-version and Management: X. 2023., T. 20. 100407 P. 1–16.
Vaccaro G., Milazzo A., Talluri L. A proposal for a non-flammable, fluorine-free, CO2-based mixture as a low TEWI refrigerant // International Journal of Refrigeration. 2023. T. 158. P. 158–163.
Khmel`nyuk M. H. Smesi uhlekisloty s uhlevodorodami kak natural`nye khla-dahenty kholodil`nykh mashin // Kholodil`naya tekhnika i tekhnolohiya. 1998., vip. 59 T. 92. P. 63–68.
Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP Version 10.0 [Elektronniy resurs]: Standard Reference Data Program / Lemmon E. W. ta in. / The National Institute of Standards and Technology. Gaithersburg, 2018. Povna litsenziia.
Refrigerant Glide and Effect on Performances Declaration // ASERCOM: [Veb-sayt]. Bryussel`, 2021. URL: https://asercom.org/wp-content/uploads/2021/01/Refrigerant-Glide-and-Effect-on-Performances-Declaration.pdf (data zvernennya: 09.09.2024).
