Provocările esențiale în proiectarea sistemelor de înaltă precizie cu refrigeranți naturali
În cadrul acestui interviu, News Med discută cu Ken MacKenzie despre provocările ingineriei în utilizarea refrigeranților naturali precum R-290 și CO2 în sistemele de control al temperaturii de înaltă precizie.
Ce face ca refrigeranții naturali să fie o alegere viabilă pe termen lung pentru tehnologia de control al temperaturii? CFC-urile și HCFC-urile sunt eliminate treptat din cauza impactului lor negativ asupra mediului, în special asupra stratului de ozon. „Amendamentul Kigali”, „Regulamentele UE F-Gas” și „regulile de tranziție ale EPA din SUA” impun eliminarea acestor refrigeranți, ceea ce va face ca întreținerea și repararea sistemelor care îi utilizează să fie fie foarte costisitoare, fie imposibile.
De ce este atât de important regulamentul UE F-Gas pentru laboratoare și industrie? Acest regulament transformă tehnologia de refrigerare, răcire și pompe de căldură dintr-o piață în principal axată pe performanță într-una puternic influențată de politica climatică. Reglementarea încurajează puternic trecerea la refrigeranți naturali (NR) precum CO2 (R-744), propan (R-290) și amoniac.
Pentru clienții noștri, tipul de refrigerant utilizat este acum parte a planificării capitalului și gestionării riscurilor, inclusiv întreținerea.
Cum se compară refrigeranții naturali precum propanul R-290 și CO2 R-744 cu refrigeranții sintetici în ceea ce privește performanța? Refrigeranții naturali pot egala și chiar depăși refrigeranții sintetici. Propanul (R-290) are un coeficient de performanță (COP) ridicat, ceea ce înseamnă că necesită un consum de energie mai mic al compresorului și are caracteristici foarte eficiente de transfer de căldură. CO2 (R-744) este, de asemenea, un refrigerant foarte eficient, având proprietăți excepționale de recuperare a căldurii, deși necesită presiuni ridicate pentru operare.
Care sunt principalele provocări tehnice în proiectarea sistemelor de înaltă precizie cu refrigeranți naturali? Propanul (R-290) este inflamabil. În unitățile mai mici, cantitățile necesare pentru a încărca sistemul de refrigerare sunt foarte reduse și nu necesită considerații suplimentare de siguranță. Totuși, sistemele mai mari pot necesita senzori de detectare a scurgerilor. La Huber, folosim propan ca refrigerant din 1976.
CO2 necesită presiuni ridicate, ceea ce înseamnă că conductele din sistemul de refrigerare trebuie să fie capabile să funcționeze la aceste presiuni ridicate, cu o atenție deosebită la sudarea joncțiunilor tubulare.
Care este impactul negativ al unităților de control al temperaturii asupra mediului? Un atom de clor (Cl) dintr-un CFC poate distruge aproximativ 10.000–100.000 de molecule de ozon. Unele CFC-uri rămân active timp de 50–100+ ani, iar chiar și concentrațiile atmosferice foarte mici de CFC-uri pot provoca o depleție majoră a ozonului. Aceasta este motivul pentru care CFC-urile au devenit unele dintre cele mai dăunătoare chimicale industriale utilizate pe scară largă.
Ce rol joacă eficiența energetică în crearea unor sisteme de control al temperaturii mai durabile? Eficiența energetică a fost unul dintre cele mai importante aspecte în realizarea sistemelor de control al temperaturii la Huber. Îmbunătățirea eficienței reduce emisiile de gaze cu efect de seră, costurile operaționale, cererea asupra infrastructurii electrice și generarea de căldură reziduală. Pentru laboratoare și industrie, eficiența energetică este adesea la fel de importantă ca și alegerea refrigerantului.
De ce este importantă disponibilitatea pe termen lung a serviciilor și refrigerantului pentru clienții care investesc în echipamente noi? Disponibilitatea pe termen lung a serviciilor și refrigerantului este esențială deoarece echipamentele de control al temperaturii reprezintă de obicei o investiție de capital pe termen lung. Unitățile Huber au o durată de viață excepțional de lungă: adesea peste 20 de ani.
Dacă un sistem nu poate fi întreținut economic pe parcursul duratei sale de viață, costul total și riscurile operaționale pot deveni mult mai mari decât prețul inițial de achiziție.
În care aplicații de laborator sau industriale au cele mai mari efecte sistemele de control al temperaturii durabile? Aceste sisteme au cel mai mare impact în aplicații care sunt fie critice, fie necesită operarea unității 24/7. Exemple includ testarea stabilității termice pe termen lung, când o unitate trebuie să funcționeze pe o gamă largă de temperaturi timp de 12 luni; facilități de producție – în special în industria semiconductorilor – unde unitățile sunt operate pe linii automate de producție/testare; sau atunci când o unitate este utilizată ca sursă de apă răcită într-un laborator.
Ce înseamnă „100% viabil din punct de vedere al viitorului” din perspectiva științifică și ingineresc? CFC-urile și HCFC-urile devin din ce în ce mai puțin disponibile și se preconizează că vor fi eliminate în curând. Sistemele care utilizează acești refrigeranți vor deveni, cel puțin, foarte costisitoare de reparat pe măsură ce refrigeranții devin rari, sau imposibile de reparat, deoarece refrigerantul poate să nu mai fie disponibil. În schimb, sistemele care folosesc refrigeranți naturali respectă toate reglementările de mediu actuale (și previzibile pe viitor).
Ce inovații așteptați în continuare în tehnologia de refrigerare și control al temperaturii durabile? Îmbunătățiri în eficiență, cum ar fi creșterea puterii de răcire fără consum suplimentar de energie, și extinderea componentelor pentru sistemele bazate pe CO2. Aceste dezvoltări vor face posibilă extinderea sistemelor bazate pe CO2 la scale mai mici.
