Углекислый газ R744 (CO2) в качестве альтернативного хладагента и вторичного хладоносителя
CO2 как хладагент имеет давнюю историю и применяется холодильной технике с середины 19 века. У него нет озоноразрушающего потенциала, незначителен прямой потенциал воздействия на глобальное потепление (GWP = 1), он химически инертен, негорюч и нетоксичен в классическом понимании. Следовательно, на CO2 не накладываются строгие ограничения, например как на HFC (F-Gas Regulation), воспламеняющиеся или токсичные хладагенты. Однако по сравнению с HFC необходимо учитывать предельно допустимое содержание его в воздухе. Для закрытых помещений могут потребоваться специальные системы безопасности и обнаружения.
CO2 также имеет низкую стоимость и не требует восстановления или утилизации. Кроме того, он имеет очень высокую объемную холодопроизводительность: в зависимости от условий эксплуатации, примерно в 5-8 раз выше, чем у R22 и NH3.
Важной причиной его первоначальной широкой распространенности явились, прежде всего, его существенные для безопасности свойства. Основным применением, к примеру были Морские холодильные системы. С введением "(H)CFC Safety Refrigerants" (Безопасные хладагенты), CO2 стал менее популярным и почти исчез к 1950-м годам.
Основной причиной этого являются его относительно неблагоприятные термодинамические характеристики для обычных применений в холодильной технике и в системах кондиционировании воздуха.
Давление нагнетания CO2 чрезвычайно высоко, а критическая температура при 31°C (74 bar) слишком низка. В зависимости от температуры окружающей среды может потребоваться работа в транскритическом режиме с давлением много выше 100 bar. В этих условиях энергоэффективность зачастую ниже, чем при классическом парокомпрессионном цикле (с конденсацией), поэтому косвенный эффект в глобального потепления выше.
Тем не менее, существует ряд применений, в которых CO2 может использоваться очень экономично и с благоприятной эко-эффективностью. К ним относятся субкритические каскадные системы, а также транскритические системы, в которых можно с выгодой использовать высокую температуру на стороне высокого давления для утилизации тепла или если система допускает работу в субкритическом режиме в течение длительного периода времени. Следует также отметить, что коэффициенты теплопередачи CO2 значительно выше, чем у других хладагентов – возможен очень низкий перепад температур в испарителях, конденсаторах и в газоохладителях. Кроме того, необходимые размеры трубопроводов очень малы, а влияние перепада давления сравнительно невелико. Кроме того, при использовании в качестве вторичного хладоносителя энергопотребление циркуляционных насосов чрезвычайно низкое.
В следующем разделе представлено несколько примеров субкритических систем и результирующие критерии проектирования. Дополнительный раздел содержит подробную информацию по транскритическим применениям.
