Kuldioxid (CO₂)

Generelle egenskaber

Set ud fra de rent termodynamiske egenskaber er CO2 ikke særligt velegnet som kølemiddel. CO2 har imidlertid flere unikke termofysiske egenskaber:

  • Meget god varmeoverførselskoefficient
  • Relativt upåvirket af tryktab
  • Meget lav viskositet

I praktiske applikationer har CO2-systemer en meget høj ydeevne, hvor de vigtigste årsager er, at varmeudvekslingen er bedre, pumpekraften er meget lav, når CO2 bruges som sekundær væske, og i kolde klimaer er der mulighed for at køre med et meget lavt kondenseringstryk om vinteren.

Effektiviteten af systemer med CO2 afhænger i højere grad af applikationen og klimaet end ved andre kølemidler. Ved alle kølemidler er der et fald i systemeffektiviteten, når kondenseringstemperaturerne stiger, og CO2 er blandt de kølemidler med det stejleste fald. De gode termofysiske egenskaber ved CO2 kan kompensere til en vis grad, men der er en grænse.

CO2 har et højt energiindhold ved højere temperaturer, og når denne varme kan genindvindes til opvarmning af brugsvand eller lignende applikationer, bliver hele anlæggets effektivitet meget høj.

Miljøpåvirkning

Fra et miljømæssigt perspektiv er CO2 et meget attraktivt kølemiddel med et ODP-niveau på nul og et GWP-niveau på 1. Det er et naturligt forekommende stof, og der er rigeligt af det i atmosfæren.

Tryk og temperatur

CO2 er et højtrykskølemiddel, hvorfor høje driftstryk er nødvendige for en effektiv drift. Under stilstand kan omgivelsestemperaturen nå og overskride den kritiske temperatur, og trykket kan overskride det kritiske tryk. Derfor er anlæg typisk udviklet til at modstå tryk op til 90 bar, eller de er nogle gange udstyret med et lille stilstandskondenseringsaggregat for at holde trykkene lave.

Samtidig har CO2 et lavt kompressionstrykforhold (20 til 50 % lavere end HFC'er og ammoniak), hvilket forbedrer den volumetriske effektivitet. Med en fordampningstemperatur på mellem -55 ºC og 0 ºC er den volumetriske ydelse for CO2 eksempelvis fire til tolv gange bedre end for ammoniak, hvilket giver mulighed for at bruge kompressorer med mindre slagvolumen.

Tripelpunktet og det kritiske punkt for CO2 ligger meget tæt på driftsområdet. Det kritiske punkt kan nås under normal drift af anlægget. I forbindelse med service af anlægget kan tripelpunktet nås, hvilket indikeres af dannelsen af tøris, når de væskebærende dele i anlæggene udsættes for atmosfærisk tryk. Det er nødvendigt med særlige procedurer for at forhindre dannelsen af tøris under udluftning i forbindelse med service.

Materialeinteraktion

CO2 reagerer ikke med almindelige metaller eller med Teflon®, PEEK eller komponenter i neopren. Det spredes imidlertid til elastomerer og kan føre til, at materialer i butylgummi (IIR), nitrilgummi (NBR) og ætylen-propylen (EPDM) svulmer op.

Flydende CO2's massefylde er ca. 1,5 gang ammoniaks, hvilket medfører højere mængdefyldning i fordampere, såsom store plade-chillere i store industrielle anlæg. Højere massefylde betyder også højere oliecirkulation, hvilket til gengæld kræver effektive olieudskillere til industrielle anlæg.

Omkostningseffektivitet

CO2 er et biprodukt i en række brancher, så prisen på CO2 er lav. Men CO2-systemer er ofte dyrere end traditionelle anlæg pga. højere tryk (i transkritiske anlæg) eller større kompleksitet (i både transkritiske og subkritiske anlæg). Anlæggenes kompleksitet ser ud til at aftage med indførelsen af boostersystemer, og idet antallet af CO2-installationer er steget, har historien vist, at prisen nærmer sig prisen for referencesystemer, der anvender HFC'er.

Sekundære, store CO2-systemer, særligt inden for industrikøling, kan være mindre dyre at bygge end deres modstykker med glykol, og resultatet er således en både lavere anskaffelsespris og levetidsomkostninger.

Applikationer

I modsætning til andre kølemidler anvendes CO2 i praksis i tre forskellige kølekredsløb:

  • Subkritiske (kaskadesystemer) 
  • Transkritiske (systemer kun med CO2)
  • Sekundær væske (CO2 bruges som flygtig brine) 

Den anvendte teknologi afhænger af applikationen og den tiltænkte placering af systemet. Der er adskillige applikationer, hvor CO2 er attraktivt og allerede anvendes i dag: 

  • Industrikøling. CO2 bruges generelt i kombination med ammoniak i enten kaskadesystemer eller som flygtig brine 
  • Køling i food retail
  • Varmepumper
  • Transportkøling

Danfoss mener, at CO2 vil blive det primære kølemiddel i multipakanlæg til kommerciel køling. F-gas-forordningen er et tydeligt skub i denne retning. 

CO2-systemer kan også udvides, så de omfatter varmegenvinding. I mange tilfælde er den ekstra investering til genvinding af affaldsvarmen ubetydelig, hvilket flere tilfælde har bevist.

CO<sub>2</sub>-applikationer i food retail og industrikøling

Læs alt om CO2-applikationer på vores dedikerede websted til food retail og industriel køling

CO₂-applikationer i food retail

CO₂-applikationer i industrikøling

Spar energi, og beskyt miljøet

Læs, hvordan Danfoss kan hjælpe dig med at spare energi og beskytte miljøet med vores CO2-løsninger

Spar energi, og beskyt miljøet med vores CO2-løsninger

Mobil uddannelsesenhed til CO₂-applikationer

Danfoss præsenterer den mobile uddannelsesenhed, der er udstyret med CO2-løsninger og interaktive læringsmoduler, som kan transporteres rundt i verden, så vores globale fællesskab kan få støtte til at tage hånd om de tiltagende bekymringer om CO2.