альтернативный хладагент диоксид углерода

СО2Альтернативный хладагент CO2  (R744) — бесцветный газ, без запаха, негорючий и тяжелее воздуха. Хотя на него падает основная ответственность за глобальное потепление, вызванное человеческой деятельностью, количество CO2, необходимое для холодильной системы, имеет пренебрежимо малое влияние на изменение климата при его утечках в атмосферу. Диоксид углерода нетоксичен в низких концентрациях, но может быть вреден в более высоких концентрациях. Предельно допустимая концентрация (ПДК) на рабочем месте составляет 5000 ppm, или 0,5 % по объему в воздухе. Непосредственная опасность для жизни или здоровья существует при концентрации CO2 в воздухе выше 4 % (40000 ppm). При концентрации в воздухе более 10 % CO2 оказывает наркотическое (обездвиживаюшее) действие и он смертелен при концентрации более 30 %.

Рабочее давление CO2 выше, чем у других хладагентов. В тепловых насосах для нагрева воды и транскритических холодильных системах для супермаркетов давление CO2 достигает 130 бар. Высокие рабочие давления требуют более прочных конструкционных материалов и/ или более толстых стенок. С другой стороны, объемная удельная холодопроизводительность CO2 гораздо выше, чем у традиционных хладагентов, что позволяет уменьшить объемы оборудования и диаметры труб. Таким образом, несмотря на большую толщину стенок из-за повышенных давлений. расход материалов на трубопроводные системы ниже, чем при использовании других хладагентов. Меньший объем цилиндра необходим для обеспечения нужной холодопроизводительности. Падение давлений ведет к меньшей разности температур при кипении и меньшим энергетическим потерям. Благодаря более высокому коэффициенту теплоотдачи температура кипения, например, может быть повышена примерно на 2 К по отношению к ГФУ.

Так как критическая температура CO2 невелика (31 °C), при повышенных температурах окружающей среды системы на CO2 работают большую часть времени в транскритическом режиме. В этом случае отвод теплоты осуществляется охлаждением суперкритического сжатого рабочего вещества на стороне высокого давления, постоянно понижающим его температуру. На стороне низкого давления при нормальной работе условия остаются субкритическими. Обычно энергоэффективность транскритической холодильной системы ниже, чем у классической, где хладагент конденсируется на стороне высокого давления. Этот недостаток может частично компенсироваться применением внутреннего теплообменника, позитивное влияние которого на энергетическую эффективность заметнее в случае использования транскритического CO2, чем других хладагентов. Выбор значения высокого давления также оказывает большое влияние на энергоэффективность. На стороне высокого давления существует его оптимум для каждой температуры газа на выходе из газоохладителя. Так, значение высокого давления для достижения максимального СОР должно быть установлено в зависимости от температуры охлаждающего воздуха или воды. Регулирование холодильной системы на CO2 должно учитывать эту характеристику и постоянно «уточнять» высокое давление, чтобы обеспечить низкое энергопотребление. Электронное регулирование способно обеспечить в широком диапазоне рабочих условий эксплуатацию системы с самым низким энергопотреблением.

При температуре окружающей среды около 26 °С стандартная холодильная система на CO2 c воздушным охлаждением конденсатора может достичь энергоэффективности‚ сравнимой с эффективностью системы непосредственного охлаждения на ГФУ. При более низкой температуре окружающей среды (ниже 24 °С) система на CO2 даже более энергоэффективна. Новые разработки, такие, как малые системы с механическим переохлаждением и системы с эжектором в качестве расширительного устройства (с параллельным сжатием), увеличивают эту температуру до приблизительно 30 °С для механического переохлаждения и 40 °С для эжекторного цикла.

Так как СО, имеет очень хорошую энергоэффективность при низких температурах конденсации и кипения, очень часто его выбирают для низкотемпературной ветви в коммерческих и промышленных каскадных холодильных установках, где в верхней ветви используются углеводороды или аммиак. Регламент Евросоюза по Р-газам явно поддерживает применение каскадных систем для центрального холодоснабжения супермаркетов с использованием в верхней ветви каскада хладагентов с GWP до 1500, таких, как R134a. Многие производители холодильных систем предлагают такие каскадные системы как часть их стандартной продуктовой линейки. Такие системы конкурентоспособны по вложенным инвестициями, особенно в гипермаркетах. В каскадных системах в этой области применения типичная температура конденсации СО2 обычно около О °С и, следовательно, максимальное рабочее давление около 40 бар. Каскадные системы с СО2 в нижней ветви имеют хорошую энергоэффективность, особенно при применении аммиака или углеводородов верхней ветви.