Применение

Диоксид углерода (углекислый газ, CO₂, хладагент R744) применяется в холодильной отрасли с XIX века. Пик популярности CO₂  как хладагента пришелся на 1920-30-е годы, после чего он был вытеснен с рынка фреонами. Лишь к концу XX века осознание вреда, наносимого фреонами окружающей среде, привело к возрождению интереса к применению CO₂  в системах охлаждения и кондиционирования.

CO₂  интересен не только экологической безопасностью (ОРП=0, ПГП=1), негорючестью и нетоксичностью. Заслуживают внимания и его термодинамические свойства:

• Высокая теплопроводность
• Относительно низкая вязкость
• Низкая критическая температура (31,1 ^°С, для сравнения, у ГФУ R134a эта температура составляет 101,2 ^°С)
• Высокая температура тройной точки (-56,6 ^°С у CO₂, -103 ^°С у R134a)
• Высокая плотность газа, обеспечивающая высокую эффективность теплообмена между хладагентом и воздухом и малую разницу температур хладагента и воздуха ΔT
• Высокие значения давления. Потеря давления в трубопроводе мало влияет на эффективность охлаждения. Это свойство используют при простое системы, когда из-за нагрева давление CO₂  в контуре растет. Во избежание превышения максимального давления, на которое рассчитаны компоненты системы, небольшое количество газа стравливают, снижая давление как за счет уменьшения количества газа, так и понижения температуры в результате расширения выпускаемого газа.
• Высокая объемная производительность, что позволяет уменьшить габариты системы.

Диоксид углерода используется в централизованных торговых холодильных системах, пищевой промышленности, небольших установках в торговом секторе (торговые автоматы) и тепловых насосах для снабжения горячей водой.

Крайне эффективными показали себя каскадные системы холодоснабжения больших супермаркетов, где CO₂  используется как хладагент в низкотемпературном контуре с давлением в трубопроводах и компонентах, не превышающим 2,5 МПа. Тепло конденсации низкотемпературного контура с CO₂  удаляется жидким теплоносителем в среднетемпературном контуре и затем выбрасывается наружу среднетемпературной компрессионной холодильной системой, заправленной традиционным фреоном. Эта технология позволяет при сохранении производительности уменьшить объем фреона в установке более чем в 7 раз (с 1,5 тонн до менее чем 250 кг). Кроме того, продолжается рост использования CO₂  в промышленных системах, включая плиточные морозильники, скороморозильные аппараты, холодильные камеры, катки, холодильные хранилища, системы охлаждения дата-центров, тепловые насосы. В Японии широкое распространение получили тепловые насосы для нагрева воды EcoCute, использующие в качестве хладагента CO₂.

Особенность большинства холодильных систем на диоксиде углерода — отсутствие фазового перехода хладагента при отдаче тепла, поэтому вместо конденсатора в таких системах используется газоохладитель. При прохождении через газоохладитель температура CO₂  понижается. Теплоемкость хладагента также изменяется. Это отличает газоохладитель как от водяных теплообменников, так и от конденсаторов.