SV IIR SA PREZENTOVALO V TRONDHEIME - časť 2.

 

Pokračovanie, časť 2. (časť 1.)

1.4 Jednostupňové absorpčné chladiace zariadenie

Cieľom projektu bolo vyvinúť absorpčnú chladiacu jednotku (chiller) určenú pre účely klimatizácie rodinných domov. Cieľový chladiaci výkon bol okolo 10 kW. Návrh hlavných parametrov stroja zohľadňoval tento cieľ: Teplota vyparovania bola okolo 10°C a teplota zdroja tepla pod 100°C. Jednou z alternatív bol pohon tohto stroja pomocou tepelných solárnych panelov. Celkové rozmery stroja sú 850x670x1900 mm s hmotnosťou 120 kg, Mlynár, 2012. 

Konštrukcia chladiča vychádzala z jednostupňového absorpčného chladiaceho cyklu s rekuperáciou tepla medzi absorbérom a generátorom podľa schémy na obr. Použité pracovné tekutiny boli bromid lítny a voda. Stroj je mechanicky riešený ako dve samostatné valcové nádoby s vysokotlakovou a nízkotlakovou časťou, ktoré sú umiestnené v ráme nad sebou. 

Skutočný stroj dve čerpadlá - jedno na sprejovanie  teplovýmennej plochy výparníka chladivom a druhé na prívod pracovnej tekutiny z absorbéra do generátora. Obe sú umiestnené v spodnej časti rámu. Stroj je vyrobený prevažne z nehrdzavejúcej ocele. Výmenníky tepla generátora, absorbéra a rekuperačného výmenníka tepla sú vyrobené z tenkostenných flexi nerezových rúrok a kondenzátor a výparník sú z mäkkých medených rúrok. Počas všetkých experimentov bol ako zdroj tepla použitý zásobník vody s elektrickým ohrevom. Kondenzátor bol chladený malou chladiacou vežou, ktorá poskytovala vodu pri cca. 26 °C.

Experimentálne získané parametre absorpčného chladiča hodnotené Mlynárom, 2010:

  • Maximálne dosiahnuté COP: 0,44
  • Uvedené COP je vypočítané ako podiel chladiaceho výkonu a tepelného príkonu generátora. Príkon všetkých čerpadiel nebol uvažovaný (obe majú štítkový príkon 55W).
  • Najnižšia výstupná teplota chladiacej kvapaliny (výstup z výparníka): 14,3 °C
  • Vstupná teplota výparníka bola v rozsahu od 17,9 do 18, 1 °C počas všetkých meraní.
  • Maximálny chladiaci výkon: 7,42 kW
  • Najnižšia teplota hnacej kvapaliny (zdroja tepla) pri stabilnej prevádzke chladiča: 69,8 °C

 

1. 5 Tlakové straty pri prietoku chladiva CO2 piestovým kompresorom

Chladivo oxid uhličitý má vhodné termodynamické vlastnosti a malý vplyv na životné prostredie. Vykonali a simulácie tlakových strát cez sací filter a CFD simulácie prietoku cez tieto oblasti. Výsledky CFD simulácie sú porovnávané s experimentálnymi meraniami tlakových strát v sacom filtri. Experimentálne merania pokrývajú rôzne oblasti pracovnej obálky kompresora. Na základe CFD simulácií boli navrhnuté geometrické a konštrukčné úpravy sacieho filtra na analýzu zmien tlakových strát v prietoku chladiva. 

Konštrukcia súčasného sacieho filtra bola zmenená (obrázok) bez výmeny celej formy krytu statora. Možnosti boli teda obmedzené dostupným priestorom v kanáli krytu statora. Prvá alternatívna konštrukcia sacieho filtra (Alternatíva A) bola tenšia a dlhšia s o 8,6% väčšou plochou ako sériový filter a jeho spodná kruhová časť bola zmenšená na 2/3 pôvodného priemeru. Druhé prevedenie filtra (Alternatíva B) malo rovnakú dĺžku ako variant A, povrch bol o 6,5% menší ako v prípade sériového filtra a jeho spodná časť bola ukončená v tvare prírodného kužeľa.

Hlavným cieľom bolo preskúmať vplyv geometrických parametrov sacích filtrov na prietokové správanie a tlakové straty. Maximálna odchýlka medzi experimentálnymi údajmi a výsledkami vypočítanými z CFD simulácie bola ±17 %. Z experimentálnych meraní a CFD simulácie vyplýva, že najvýznamnejší vplyv na rýchlostné profily a tlakové straty má kruhový prierez v spodnej časti filtra, ktorý je kolmý na hlavný smer prúdenia. Ruman a kol., 2013.

1.6 Rotujúci magnetokalorický efekt 

Magnetokalorický efekt (MCE) sa nedávno stal stredobodom záujmu fyzikálnej a materiálovej vedy, Pecharsky, 1999. Úsilie je motivované hľadaním efektívnejšej a ekologickejšej alternatívy chladenia a klimatizácie. Konvenčný MCE je založený na ohreve (normálny MCE) alebo chladení (inverzný MCE) systému vystaveného rastúcemu vonkajšiemu magnetickému poľu. Pre kvantitatívnu expresiu MCE sú podstatné dva parametre, a to zmena izotermickej magnetickej entropie (ΔSM) a adiabatická zmena teploty (ΔTad). Okrem toho sa v posledných rokoch dostala do popredia téma rotačného MCE v oblasti magnetického chladenia, Balli, 2016. Chladenie vzorky sa dosiahne jednoduchou rotáciou magnetokalorického materiálu v konštantnom magnetickom poli z r. ľahká až tvrdá magnetizačná os. Rotácia magnetokalorického materiálu mení jeho entropiu, čo sa označuje ako zmena rotačnej entropie, ΔSR.

Centrum fyziky nízkych teplôt Univerzity P. J. Šafárika a Ústav experimentálnej fyziky SAV v Košiciach pripravili orientované zliatiny drahšiu Ni(en)(H2O)4SO4∙2H2O a lacnejšiu TmB4, KEr(MoO4)2, KTm(MoO4)2 CsGd(MoO4)2, CsDy(MoO4)2 , [Ni(C2H8N2)2NO2](BF4) atď. a skúmajte jeho rotujúci MCE. Experimentálne výsledky naznačujú, že táto zliatina s magnetickým poľom má veľký rotujúci MCE v nízkom poli pri nízkych teplotách (R. Tarasenko a kol., Magnetochémia 2022).

Obrázok Výsledné zmeny izotermickej entropie vyplývajúce z rotácie zliatiny s obsahomdrahších, dovozových komponentov Ni(en)(H2O)4SO4∙2H2O

Obrázok Zmeny izotermickej entropie vyplývajúce z rotácie monokryštálu KTm(MoO4)2 medzi osami a a b v konštantných magnetických poliach 1 , 2, 3, 4 a 5 T (UPJŠ Košice)

 

Experimentálna štúdia rotačného magnetokalorického efektu v lacnejšom monokryštále KTm(MoO4)2 pri teplotách nad 2 K spojená s rotáciou monokryštálu medzi magnetickou ľahkou a tvrdou osou v konštantných magnetických poliach do 5 T je znázornená na obrázku Magnetokalorické vlastnosti monokryštálov KTm(MoO4)2 sa skúmajú meraniami izotermickej magnetizácie. Maximálna zmena rotačnej entropie _ΔSR ≈ 9,8 Jkg-1K-1 je dosiahnutá pri 10K v magnetickom poli 5T, Tarasenko, 2018. Získané výsledky naznačujú použitie týchto materiálov v chladiacich procesoch pri nízkych teplotách. 

Magnetokalorický efekt (MCE) sa týka zmeny teploty v magnetickom materiáli spôsobenej zmenou vonkajšieho magnetického poľa v adiabatickom procese. Magnetické chladenie založené na MCE je atraktívnou technológiou chladenia pre svoju environmentálnu bezpečnosť a vysokú účinnosť, ktorá by mohla potenciálne nahradiť bežnú technológiu cyklu kompresie pár, ktorá sa v súčasnosti používa.

1.7 10TH IIR konferencia  o kompresoroch a chladivách

Konferencie o kompresoroch začali na Slovensku v roku 1995. Od roku 1995 sa na Slovensku uskutočnilo už 10 konferencií s približne 500 príspevkami o kompresoroch. S výrobou kompresorov sa začalo na Slovensku v roku 1949. Výroba začala v spoločnostiach Maneta a Calex. Neskôr začali s výrobou Samsung, Danfoss a nedávno aj Secop Compressors a Embraco Nidec. Slovensko je jedným z najväčších výrobcov kompresorov na svete s takmer dvoma kompresormi na obyvateľa ročne.

Svetová štatistika kompresorov výroby kompresorov zaznamenala v roku 2016 350 miliónov a v roku 2020 480 miliónov kompresorov.

Obrázok Vývoj predaja kompresorov sa od roku 2016 do roku 2020 zvýšil a nebol ovplyvnený pandémiou. Najvyšší rast zaznamenali rotačné kompresory používané v klimatizácii a polohermetické kompresory používané aj v CO2 technológiách, JARN marec 2017, 2021

10. ročník konferencie IIR o kompresoroch a chladivách sa konal online zo Slovenska 13. januára 2021. Videá z konferencie, abstrakty a zborníky príspevkov sú stále dostupné vo vestibule konferencie na www.szchkt.org. V najrušnejšom čase bolo v jednej relácii 219 účastníkov (vrátane neregistrovaných účastníkov) a najsledovanejšia relácia mala 800 zobrazení.

Šesť článkov odporúčaných na publikovanie v International Journal of Refrigeration (IJR) Recenzenti vybrali 6 článkov z takmer 50 článkov na publikovanie v IJR: 

  1. Cesar Deschamps et al, Čistenie bezolejového lineárneho kompresora
  2. Edmund Ervik a kol., Modelovanie dynamiky prstencových doskových ventilov v piestových kompresoroch pomocou spojených simulácií CFD-Fem
  3. Jan Bossányi a kol., Kvpalina v piestovom kompresore
  4. Ostephan Göbel a kol., Hodnotenie dynamiky recipročného kompresora
  5. Corberan a kol., Metodika charakterizácie pre vstrekovanie pár s premenlivou rýchlosťou
  6. Paolo Martins a kol., Konštrukcia tlmiča kompresora so zreteľom na interakciu s kvapalinou

 

1.8 Pamätné medaily profesora Aurela Stodolu

Aurel Stodola bol otcom parných a plynových turbín a konštruktérom w/w tepelného čerpadla v roku 1928 v Zürichu. Tieto medaily boli udelené najaktívnejším autorom v histórii konferencie za podporu konferencie s najvyšším počtom príspevkov a za nadviazanie na odkaz prof. Aurela Stodolu pri výchove mladých vedcov:

  • Didier Coulomb, riaditeľ IIR : Na podporu konferencie o kompresoroch a chladivách
  • Dáriusz Butrymowicz, profesor TU Bialystok, bývalý prezident konferencie
  • Armin Hafner, profesor NTNU Trondheim, prezident budúcej konferencie

Obrázok10. online konferencia IIR Kompresory a chladivá s 800 videniami si kládla za cieľ byť miestom stretnutia odborníkov zo západu a východu, aby sa pozreli na budúcnosť cez rozbúrené more informácií a nových výsledkov vo vede, výskume a výrobe

Najbližšia konferencia IIR: september 2024, Bratislava pod predsedníctvom prof. Armina Hafnera, z NTNU Trondheim.

 

2. ZÁVERY

Príspevok sumarizuje zameranie SV IIR vo vzťahu ku znižovaniu potreby chladív s vysokým skleníkovým potenciálom, ktorú plenárne prezentuje aj na tohto ročnej IIR konferencii Gustava Lorentzena v Trondheime. 

Uvedené zamerania sú výskumom v rámci technológií na Slovenskej technickej univerzite (STU) v Bratislave a na Univerzite Pavla Jozefa Šafaríka v Košiciach. 

SZ CHKT zabezpečuje platformu na prevádzku systému oznamovania údajov a spracovania údajov vo väzbe na certifikáciu osôb ako aj vzdelávanie v oblasti práce s chladivami a inštalácií chladiacich okruhov. 

SZ CHKT tiež realizuje medzinárodnú konferenciu IIR s názvom Compressors and Refrigerants.

Porovnanie veľkosti úniku podľa predpisov EÚ o F plynoch ukázalo, že realizované opatrenia umožnili zníženie spotreby chladiva, ako aj zníženie spotreby chladiva pridaného namiesto uniknutých chladív. 

Prezentovaný softvérový systém vrátane Leaklog umožňuje zaznamenávanie, hlásenie a agregáciu nielen súhrnných množstiev únikov, ale aj spotreby chladiva na chladiaci okruh a podľa kategórie použitia. Najnovšie rozšírenia Leaklogu umožňujú servisným spoločnostiam jednoducho zdieľať informácie z kontrol s operátormi a/alebo vlastníkmi chladiacich okruhov. Nahlásené údaje ukazujú, že trendy úniku pre všetky chladivá klesajú podľa očakávania. Je to pravdepodobne vďaka opatreniam vyplývajúcim z nariadení EÚ a nárastu alternatívnych chladív.

Miera úniku chladiva a kategórie použitia má tiež očakávaný klesajúci trend. Výnimkou je komerčné chladenie do roku 2017, kde sa väčšinou používalo chladivo R404A, pravdepodobne z dôvodu neohláseného zhodnocovania a recyklácie v zákazníckych predajniach, keďže je možné používať chladivo až do roku 2030. 

Medzi ďalšie skúmané riešenia, ktoré pomáhajú postupne znižovať chladivá s vysokým GWP, patrí ejektorový tepelne poháňaný chladiaci systém (ECS), rotačný magnetokalorický efekt, absorpčné chladenie, ktoré sú stále v štádiu vývoja. Agregáty s nízkou náplňou amoniaku zmiešaného s R723 sa vyrábajú a v praxi realizujú vo výkonovom rozsahu od 5 do 500 kW.

3. POĎAKOVANIE

Tento príspevok vychádza z aktivít členov Slovenského výboru pre spoluprácu s Medzinárodným inštitútom pre chladenie so sídlom v Paríži, ktorí poskytli podklady k tomuto príspevku na konferenciu prof. Gustáva Lorentzena v Trondheime. Aktivity Slovenského zväzu chladiacej a klimatizačnej techniky sú od roku 1998 s podporou Ministerstva životného prostredia SR. Elektronická dokumentácia bola vyvinutá z predchádzajúcej papierovej formy. Elektronická dokumentácia funguje od roku 2009.

 

O IIR konferencii Gustáva Lorentzena

Na konferencii odznelo takmer 200 príspevkov, ktoré boli zaradené do 34 sekcií , z ktorých dve sme viedli my a v jednej sme mali plenárnu prednášku. Konferencia sa zameriava na prírodné chladivá v duchu odkazu prof. Gustava Lorentzene s NTNU Trondheim, ktorý oživil návrat ku chladivu CO2.

Literatúra

Balli, M., Jandl, S., Fournier, P., Dimitrov, D.Z., 2016. Giant Rotating Magnetocaloric Effect at Low Magnetic Fields in Multiferroic TbMn2O5 Single Crystals. Applied Physics Letters 2016, 108, doi:10.1063/1.4943109.

Danylchenko P., Tarasenko R, Čižmár E., Tkáč V., Feher A., Orendáč M., Orendáčová, A., 2022. Experimental Study of Giant Rotational Magnetocaloric Effect in Ni(en)(H2O)4·2H2O. Magnetochemistry 2022 (will be published).

Masaryk, M., Mlynár, P., Strba, D., 2019: Design of Solar Powered Ejector Cooling System. Conference proceedings of the Institutes on Mechanical Engineering. Košice, pages 75-83, ISSN: 18984088

Mlynár, P., Masaryk, M., 2012. Optimization of small absorption cooling unit. Proceedings of the eighth international conference on Mechanical Engineering. In Gépészet. Budapest, Hungaria, May 24-25, 2012. Budapest University of Technology and Economics, 2012, s.361-365. ISBN 978-963-313-055-1.

Mlynár, P., Molotta, M., 2010. Cooling capacity and COP of the absorption chiller as a function of the mean arithmetic temperature of the generator. Conference proceedings of the Institutes on Mechanical Engineering.  Ostrava, s.201-204. ISBN 978-80-248-2244-0.

Pecharsky, V.K.; Gschneidner, K.A., 1999. Magnetocaloric Effect and Magnetic Refrigeration. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 1999, 200, 44–56, doi:10.1016/S0304-8853(99)00397-2.

Ruman R., Šustek, J., Tomlein P., 2013.Pressure losses in the suction filter in reciprocating compressor with CO2.Proceedings of the IIR Conference on Compressors 2013, Casta Papiernicka.

Svingal, J., 2019. Extreme low charge units with ammonia blend R723 applications in practice. Proceedings of the IIR Conference, Ohrid.

Tarasenko R., Tkáč V., Orendáčová A., Orendáč M., Feher A., Experimental study of the rotational magnetocaloric effect in KTm(MoO4)2. Physica B: Condensed Matter 2018, 538, 116-119, https://doi.org/10.1016/j.physb.2018.03.027 

Tomlein, P., et al, 2013. Inventory of refrigerants. In IIR Conference on Compressors, Papiernicka, 68-68.

Tomlein, P., M., M., 2017: Electronic Logging and Reporting System based on Company Certification.   KGB Congress, Belgrade.

Tomlein, P., M., M., 2019. Evaluation of Refrigerants Leakage Ratios based on Electronic Logging and Reporting. Proceedings of the IIR Congress, Montreal.

Strba, D., 2021: Solar ejector refrigeration systems. Dissertation work. STU SjF-104443-63324, Bratislava, 

Zaremski, W., 2016. Aktualisierter statusbericht über leckgeraten. VDKF-BranchenSW LEC. VDKF-Branchenbuch. 

Regulation of EP and C (EC) č. 842/2006 (Ú. v. EÚ L 161, 14.6.2006) version 517/2014/EÚ

Act of Slovak National Parliament from 19. June 2009, No. 286/2009 Z.z, 348/2015 Z.z. 

https://szchkt.org/a/front_page?locale=en_GB, https://leaklog.org/ 

https://szchkt.org/a/docs/news/792;http://kgh-ngres.rs/images/2017/Prezentacije/69.pdf

F gas regulations EU, Leak-Check (Germany), EPEE logbook, EN 378 1-4, statistics JARN March 2017, 2021

 

Viac informácií v časopise Správy 6/2022