Основные характеристики
По своим термодинамическим свойствам CO2 обладает рядом уникальных теплофизических свойств, таких как:
• высокий коэффициент теплопередачи;
• относительно низкая чувствительность к потерям давления;
• очень низкая вязкость.
На практике системы на CO2 обеспечивают очень высокую производительность, в основном благодаря более высоким показателям теплообмена, очень низкому расходу энергии на насосную циркуляцию при использовании CO2 в качестве вторичного хладагента и возможности использования режима очень низкого давления конденсации в зимнее время в холодных климатических условиях.
CO2 характеризуется высокой энергоемкостью при повышенных температурах, и при возможности утилизации выделяющегося тепла для нагрева воды в системе хозяйственно-бытового водоснабжения или иных аналогичных целей общая эффективность системы становится очень высокой.
Воздействие на окружающую среду
В отношении степени воздействия на окружающую среду CO2 является очень привлекательным хладагентом с нулевым ПОИ и ПГП, равным 1. CO2 является природным веществом, в избытке присутствующим в атмосфере.
Давление и температура
CO2 является хладагентом высокого давления и для обеспечения его эффективности требуются высокие рабочие давления. При перерывах в работе системы температура окружающей среды может достигать и превышать критическое значение, что может вызвать повышение давления в системе выше критического уровня. В связи с этим системы, как правило, рассчитываются на давление до 90 бар, а иногда даже оборудуются небольшим вспомогательным компрессорно-конденсаторным агрегатом, обеспечивающим низкий уровень давления в системе во время простоя.
Наряду с этим, CO2 характеризуется малой степенью сжатия в компрессоре (на 20-50% меньше по сравнению с ГФУ и аммиаком), что увеличивает объемную эффективность хладагента. При температурах кипения от -55 ºC до 0 ºC показатели объемной эффективности CO2, к примеру, в 4-12 раз выше, чем у аммиака, что обеспечивает возможность использования компрессоров с меньшим рабочим объемом.
Экономическая эффективность
CO2 является побочным продуктом многих отраслей промышленности, поэтому и цены на CO2 невелики. Вместе с тем, системы на CO2 являются, как правило, более дорогостоящими по сравнению с традиционными системами из-за использования более высоких давлений (транскритические системы) и повышенной конструктивной сложности систем (как транскритических, так и субкритических). С внедрением бустерных систем конструктивная сложность, кажется, уменьшается, и, как показывают данные, с увеличением количества действующих систем на CO2 их стоимость приближается к стоимости сравнимых систем на хладагентах группы ГФУ.
Кроме того, системы на CO2 большой производительности, в особенности это касается промышленных систем охлаждения, могут оказаться менее дорогостоящими по сравнению с их аналогами с гликолевым охлаждением, что обеспечивает уменьшение начальных затрат и снижение стоимости жизненного цикла.
Области применения
В отличие от большинства остальных хладагентов, CO2 на практике используется в трех различных циклах охлаждения:
• субкритический цикл (каскадные системы);
• транскритический цикл (системы только на CO2);
• как вторичный хладагент (CO2 используется в качестве летучего компонента рассола).
Используемая технология зависит от области применения и места размещения системы. Имеется несколько областей, в которых системы с использованием CO2 являются эффективными и широко применяются в настоящее время:
• Промышленные системы охлаждения. Как правило, CO2 используется в комбинации с аммиаком либо в каскадных системах, либо в качестве летучего хладагента рассола.
• Системы охлаждения пищевых продуктов/системы холодильного хранения в розничной торговле.
• Тепловые насосы.
• Транспортное холодильное оборудование.
В системах с транскритическим циклом CO2 охлаждается, но на выходе из охладителя не оказывается в жидком состоянии, оставаясь при температуре ниже критической.
Бустерной системой называется такая система, где есть две стадии сжатия одного хладагента: CO2 нагнетается низкотемпературным компрессором через промежуточный охлаждающий теплообменник на порт всасывания среднетемпературного компрессора.
Бустерные системы с транскритическим циклом CO2 считаются наиболее перспективным вариантом применения природных хладагентов в сегменте розничной торговли во всех странах, где климат не слишком жаркий.
Как правило, такая система делится на четыре секции разного давления:
На рынке представлены разные варианты систем и в том числе с пластинчатыми теплообменниками для повышения КПД системы и/или улучшения работы. Такие конфигурации системы стандартными не считаются, поэтому в данном случае они не рассматриваются.
ООО «МСК-Лидер» ©2020 все права защищены