Методика расчета техногенного воздействия на окружающую среду аппаратов бытовой холодильной техники
Методика расчета техногенного воздействия на окружающую среду аппаратов бытовой холодильной техники О.Б. Васылив, А.С. Титлов, Н.Д. Захаров, Д.С. Тюхай
Одесская государственная академия пищевых технологий (ОГАПТ), г.Одесса, E-mail: oleg@osaft.odessa.ua
В последние годы в мировой практике общепризнанными критериями техногенного воздействия на окружающую среду систем холодильной техники, в том числе и бытовой, являются ODP (Ozone Depletion Potential -потенциал разрушения озонового слоя) и GWP (Global Warming Potential - потенциал глобального потепления) [1, 2].
Вопросы перехода на озононеразрушающие хладагенты решаются на основе Монреальского протокола. С 1 января 1996 года запрещено использование рабочих тел с ODP?1, для менее озоноопасных (ODP
К озонобезопасным хладагентам (ODP=0) относятся, в частности, ВАР и R134a, являющиеся наиболее перспективными рабочими телами, соответственно, абсорбционных и компрессионных холодильных систем [1].
При анализе холодильных систем, наряду с ограничениями по озоновой опасности, в настоящее время рассматриваются ограничения по влиянию на парниковый эффект.
Учет прямого (через утечку хладагента в атмосферу) и косвенного вкладов (увеличение содержания углекислого газа при производстве электроэнергии) осуществляется при помощи критерия TEWI (Total Equivalent Warming Impact -полный эквивалент глобального потепления) [1, 2]:
(1)
где - параметры хладагента - рабочего тела;
- параметры хладагента - вспенивателя;
L - масса утечек хладагента при эксплуатации, кг.
n - установленный срок эксплуатации (для бытовой холодильной техники - 10 лет [2, 3]);
m1, m2 - масса хладагента, соответственно, рабочего тела и вспенивателя, кг;
- коэффициент возврата использованного холодильного оборудования (в странах ЕЭС составляет 0.75 [2], в странах СНГ равен нулю);
E - величина годового энергопотребления при эксплуатации, кВт.ч/год;
b - масса CO2, выделяющаяся при производстве 1 кВт.ч электроэнергии на электростанциях, кгCO2/ кВт.ч.
Первое слагаемое в формуле (1) учитывает утечки хладагента при эксплуатации, второе - утечки хладагента при невозврате использованного оборудования, третье- утечки вспенивающего хладагента из теплоизоляционных конструкций, четвертое - выделение CO2 при производстве электрической энергии на электростанциях. Первые три слагаемых представляют собой прямой вклад в TEWI, четвертое - косвенный вклад (энергетическая составляющая).
С учетом современных тенденций перехода компрессионной холодильной техники на R134a [1, 4], в том числе и при использовании его в качестве теплоизоляции [5], а также то, что в бытовых аппаратах используются герметичные компрессора и утечками при эксплуатации можно пренебречь, соотношение для TEWI будет иметь вид:
а) для КХ:
, (2)
б) для аппаратов на основе АДХМ:
, (3)
где индекс “Х” относится к R134a.
Для аппаратов на основе АДХМ, использующих в качестве источника энергии органическое топливо, выражение для TEWI:
, (4)
где B - годовой расход топлива, кг/год;
- масса CO2, выделяющаяся при сгорании 1 кг топлива, кгCO2/ кг топлива.
Сравнительный анализ абсорбционных и компрессионных систем проведен для современных моделей мирового уровня (таблица 1), представляющих различные типы бытового холодильного оборудования:
а) однокамерные с НТО (минус 12 0С), в дальнейшем - (**);
б) двухкамерные с МК(минус 18 0С), в дальнейшем - (***);
в) морозильные камеры (низкотемпературные камеры) с температурой - не выше минус 18 0С, в дальнейшем - МК(НТК).
При проведении анализа предполагалось, что:
1) в качестве вспенивателя всех моделей, а также рабочим телом компрессионных систем является R134a;
2) абсорбционные холодильные системы могут использовать как электрические, так и неэлектрические (путем прямого использования теплоты сгорания органического топлива) источники энергии [6, 7], при этом к.п.д. горелочных устройств фирм “Aladin” (Англия), “Junkers” (Германия) и “Sibir” при работе на природном газе и сжиженном пропан-бутане составляет 0,62…0.79 (средняя величина - 0.70), керосине, дизельном топливе - 0.77…0.90(0.83) [8].
В расчетах использовались приведенные к 1 дм3 полезного объема:
а) величина суточного электропотребления, которая учитывает различие объемов НТО и ХК:
, (5)
, - величина полезного объема НТО (МК) и полного, соответственно, дм3;
б) величина суточного расхода топлива:
, кг/(сут.дм3) (6)
где - теплота сгорания i-го органического топлива, кДж/кг;
- к.п.д. горелочного устройства при работе на i-м органическом топливе.
Соответственно приводились к 1 дм3 полезного объема и другие составляющие в формулах (2)-(4). И расчет проводился для n=10 лет.
Таблица 1. Характеристики абсорбционных и компрессионных моделей
Наименование моделей
Тип
Класс
Завод(фирма)
CF240
МК
А
Electrosuisse
4,000
EKS160A
***
А
Electrosuisse
2,350
RM-400
**
А
Electrolux
2,300
RV-240
***
А
Sibir
1,370
Киев-410-М АШ-160
***
А
ВЗХ
1,430
Кристалл-408-1 АШ-155
**
А
ВЗХ
1,630
Кристалл-408-3 АШ-155
**
А
ВЗХ/ОГАПТ
1,240
Стугна-101 МАЛ-180
МК
А
ВЗХ/ОГАПТ
2,640
Стугна-101-М МАЛ-180
МК
А
ВЗХ/ОГАПТ
2,180
CDP-240
***
К
Candy
1,200
HF271
МК
К
Vestfrost
1,560
NORD-214 КШ-280
***
К
АО NORD
1,920
NORD-417 КШ-140
**
К
АО NORD
0,948
Бирюса-8 КШ-150
**
К
Красмаш
0,960
Примечание 1. К - компрессионные модели; А - абсорбционные модели; - номинальная величина суточного расхода электроэнергии, кВт.ч/сут;
Результаты расчета показали, что расчетная величина критерия модернизированных абсорбционных моделей, работающих на органических теплоносителях, по сравнению с компрессионными, для различных типов холодильного оборудования:
а) (**) - ниже, как минимум, в Германии - на 26%, в Украине - на 38%;
б) (***) - ниже в Украине, по сравнению с отечественной моделью «NORD-214» на 33% и несколько выше (на 5%) в Германии (при сравнении с CDP-240);
в) МК(НТК) - соизмерима в Украине и выше в Германии на 21%.
Представленные результаты позволяют сделать следующие выводы:
а) в сложившихся условиях в Украине эксплуатация новых моделей на органическом топливе будет оказывать соизмеримое или меньшее, по сравнению с компрессионными, техногенное воздействие на окружающую среду, при этом в Германии, за исключением типа МК(НТК) ситуация аналогична;
б) стоимость эксплуатации новых моделей, работающих на природном газе, по сравнению с компрессионными, в Украине и Германии существенно (в среднем на 62%) ниже;
г) в странах ЕЭС экономически целесообразна эксплуатация новых моделей абсорбционных холодильников типа (**), имеющих полезный объем до 155дм3, на всех (используемых в анализе) видах органического топлива, а, за исключением дизельного топлива, и эксплуатация МК(НТК).
Следует также отметить, что несмотря на более высокую стоимость жидкого органического топлива, в условиях отсутствия электрических источников энергии, например, транспортных, аппаратам с АДХМ нет альтернативы.
Список литературы
1. Железный В.П., Жидков В.В. Эколого-энергетические аспекты внедрения альтернативных хладагентов в холодильной технике. -Донецк: Донбас, 1996. -144 с.
2. Perspectives in refrigerant development. -Bitzer Kuhlmachinenban, IKK93. - 1993. - №9306E -23 p.
3. Сводные данные товаров народного потребления: Часть 1. Холодильники и морозильники бытовые электрические, термостаты бытовые. -М.: Министерство общего машиностроения СССР, 1990.- 102 с.
4. Мазурин И.М. Выбор альтернативных хладагентов для бытовых холодильников //Холод. техника. -1995. -N1. -С.8-9.
5. Сапронов В.И. Озонобезопасная холодильная техника //Холод. техника. -1996. -N4. -С.10-12.
6. Терехов А.А. Ремонт холодильников абсорбционного типа. -М.:Легкая индустрия, 1973.- 70 с.
7. Schirp W. Diffusions-Absorptions-Heizwarmepumpe (DAWP) fur Wolraume. //Die Kalte und Klimatechnik. -1989. -N4. -S.168-175
8. Материалы международной выставки “Домотехника - 89″ -с. 23-65.