Технология охлаждения с использованием CO2

Как работает охлаждение на CO2

Охлаждение основано на принципе поглощения и отдачи тепла через циклический процесс с использованием хладагента. Хладагент поглощает тепло из среды с низкой температурой и отдает его в среду с более высокой температурой, тем самым охлаждая первую. Этот процесс регулируется принципами термодинамики, в частности законами сохранения энергии и энтропии.

Системы на CO2 работают в двух основных циклах: транскритическом и субкритическом.

• Транскритический цикл: В этом цикле CO2 работает выше своей критической температуры (30,98°C) и давления (73,8 бар) на части цикла. В системе используется газовый охладитель вместо конденсатора, где CO2 охлаждается, но не конденсируется. Этот цикл особенно полезен в условиях высоких температур окружающей среды.
• Субкритический цикл: Здесь CO2 остается ниже своей критической температуры и давления на протяжении всего цикла. Этот цикл более эффективен в более прохладных климатах и включает традиционный конденсатор, где CO2 конденсируется в жидкость.

CO2, также известный как R744, обладает уникальными термодинамическими свойствами, делающими его подходящим для охлаждения. Он имеет высокую объемную охлаждающую способность, отличные свойства теплопередачи и работает под более высоким давлением по сравнению с другими хладагентами. Эти характеристики позволяют системам на CO2 быть компактными и эффективными, особенно в коммерческих и промышленных приложениях.

Преимущества охлаждающих систем на CO2

CO2 является натуральным хладагентом с GWP равным 1, что значительно ниже, чем у HFCs и HFOs. Он не оказывает воздействия на озоновый слой, что делает его экологически безопасным выбором. Использование CO2 способствует снижению общего углеродного следа охлаждающих систем, соответствуя глобальным целям устойчивости.

Системы на CO2 высокоэффективны, особенно в прохладных климатах. Они обеспечивают выдающуюся производительность с точки зрения энергопотребления, что приводит к снижению операционных расходов. Эффективность систем на CO2 может быть дополнительно повышена за счет модификаций цикла, таких как подохлаждение и использование эжекторов.

CO2 нетоксичен и не горюч, что повышает безопасность охлаждающих систем. В отличие от аммиака, который токсичен, и углеводородов, которые горючи, CO2 представляет минимальные риски для здоровья и безопасности человека.

Недостатки и вызовы

Одной из основных проблем охлаждающих систем на CO2 является высокое рабочее давление, которое может превышать 100 бар в транскритических циклах. Это требует более тщательного проектирования системы и компонентов высокого давления, что приводит к увеличению начальных затрат и затрат на техобслуживание.

Установка и обслуживание систем на CO2 могут быть дороже по сравнению с традиционными системами, использующими HFC или HFO. Высокое давление компонентов и необходимость специализированной подготовки техников способствуют этим затратам.

Системы на CO2 более эффективны в прохладных климатах и могут сталкиваться с проблемами производительности в более теплых регионах. Это ограничивает их применимость в некоторых географических районах и требует использования гибридных систем или дополнительных техник охлаждения для поддержания эффективности.

Несколько отраслей успешно перешли на охлаждающие системы на CO2. Например, супермаркеты в Европе перешли на системы CO2 для своих нужд в охлаждении, достигнув значительного снижения энергопотребления и выбросов парниковых газов. Секторы переработки пищевых продуктов и холодного хранения также демонстрируют успешное внедрение, подтверждая универсальность и эффективность систем на CO2.