Polska

Dwutlenek węgla (CO₂)

Właściwości ogólne

Ze względu na swoje właściwości termodynamiczne, CO2 nie jest zbyt dobrym czynnikiem chłodniczym. Posiada jednak kilka unikalnych właściwości termofizycznych:

  • Bardzo dobry współczynnik przejmowania ciepła
  • Jest stosunkowo niewrażliwy na straty ciśnienia
  • Bardzo niska lepkość

W praktyce systemy CO2 zapewniają bardzo wysoką wydajność, głównie ze względu na lepszą wymianę ciepła, bardzo niską moc pompowania w przypadku używania CO2 jako czynnika pośredniego, a w zimnym klimacie możliwość pracy przy bardzo niskim ciśnieniu skraplania w okresie zimowym.

Efektywność układów z CO2 zależy w większym stopniu od konkretnego zastosowania i klimatu niż w przypadku innych czynników chłodniczych. W przypadku wszystkich czynników chłodniczych obserwuje się spadek efektywności układu wraz ze wzrostem temperatury skraplania, a w przypadku CO2 spadek ten jest największy. Dobre właściwości termofizyczne CO2 mogą w pewnym stopniu zrekompensować tę wadę, ale istnieją pewne ograniczenia.

CO2 charakteryzuje się wysokim potencjałem energetycznym w wyższych temperaturach, a gdy ciepło to można odzyskać i wykorzystać do ogrzewania wody użytkowej lub podobnych zastosowań, efektywność całego systemu znacząco wzrasta.

Z punktu widzenia ochrony środowiska CO2 jest bardzo atrakcyjnym czynnikiem chłodniczym o zerowym ODP i współczynniku GWP wynoszącym 1. Jest to substancja występująca naturalnie w atmosferze w dużych ilościach.

CO2 jest wysokociśnieniowym czynnikiem chłodniczym, co oznacza, że do efektywnej pracy wymagane jest wysokie ciśnienie robocze. Podczas przestoju w temperaturze otoczenia bliskiej lub wyższej niż temperatura punktu krytycznego dwutlenku węgla, ciśnienie w układzie może również przekroczyć wartość ciśnienia krytycznego. Z tego powodu zwykle projektuje się układy, które wytrzymują ciśnienie do 90 bar, a czasem nawet montuje się w nich małe agregaty skraplające pracujące podczas przestoju w celu utrzymania nie za wysokiego ciśnienia.

Jednocześnie CO2 charakteryzuje się niskim stosunkiem sprężania (o 20 do 50% mniejszy niż dla HFC i amoniaku), co poprawia wydajność objętościową. Przy temperaturach parowania w zakresie od -55°C do 0°C, wydajność objętościowa CO2 jest od czterech do dwunastu razy większa niż w przypadku amoniaku, co pozwala na stosowanie sprężarek o mniejszej pojemności skokowej.

Punkt potrójny i punkt krytyczny CO2 są bardzo zbliżone do zakresu roboczego. Punkt krytyczny może zostać osiągnięty podczas normalnej pracy systemu. Podczas serwisowania systemu czynnik może osiągnąć punkt potrójny, na co wskazuje tworzenie się suchego lodu, gdy w elementach układu zawierających ciecz ciśnienie spadnie do poziomu ciśnienia atmosferycznego. Konieczne są specjalne procedury zapobiegające tworzeniu się suchego lodu podczas opróżniania układu na potrzeby serwisu.

CO2 nie reaguje z powszechnie stosowanymi metalami ani z elementami wykonanymi z Teflonu®, PEEK lub neoprenu. Jednakże dyfunduje on do elastomerów i może powodować pęcznienie gumy butylowej (IIR), gumy nitrylowej (NBR) i materiałów etylenowo-propylenowych (EPDM).

Gęstość ciekłego CO2 jest około 1,5 raza większa od gęstości amoniaku, co skutkuje większym wypełnieniem masowym w parownikach, takich jak duże płytowe wymienniki w agregatach chłodniczych w dużych instalacjach przemysłowych. Wyższa gęstość oznacza również wyższą cyrkulację oleju, co z kolei wymaga zastosowania skutecznych separatorów oleju w instalacjach przemysłowych.

CO2 jest produktem ubocznym w wielu gałęziach przemysłu, więc jego cena jest niska. Systemy CO2 są jednak zwykle droższe niż systemy tradycyjne ze względu na wyższe ciśnienie (w układach nadkrytycznych) lub większą złożoność (zarówno w układach nadkrytycznych, jak i podkrytycznych). Złożoność systemów wydaje się zmniejszać wraz z wejściem na rynek układów typu booster, a ponieważ liczba instalacji CO2 wzrosła, koszty zbliżają się do kosztów układów referencyjnych wykorzystujących HFC.

Duże, oparte na CO2 układy pośrednie, szczególnie w chłodnictwie przemysłowym, mogą być tańsze w budowie niż ich odpowiedniki, w których stosuje się glikol, więc cechują się mniejszymi kosztami początkowymi i kosztami cyklu życia.

W przeciwieństwie do większości innych czynników chłodniczych, CO2 jest stosowany w praktyce w trzech różnych obiegach chłodniczych:

  • podkrytycznym (układy kaskadowe), 
  • nadkrytycznym (układy oparte tylko na CO2),
  • medium pośredniczącego (CO2 używany jako czynnik pośredniczący). 

Wybór rozwiązania zależy od zastosowania i docelowej lokalizacji układu. Istnieje kilka zastosowań, w których CO2 stanowi atrakcyjne i już dziś szeroko stosowane rozwiązanie: 

  • Chłodnictwo przemysłowe. CO2 jest zazwyczaj stosowany w połączeniu z amoniakiem w systemach kaskadowych lub jako czynnik pośredniczący 
  • Chłodnictwo w branży spożywczej/dystrybucji żywności
  • Pompy ciepła
  • Chłodnictwo w transporcie

Danfoss uważa, że CO2 będzie głównym czynnikiem chłodniczym w komercyjnych wieloagregatowych systemach chłodniczych. Rozporządzenie w sprawie F-gazów wyraźnie skłania do działań w tym kierunku. 

Systemy CO2 mogą być również rozszerzone o układ odzysku ciepła. W wielu przypadkach dodatkowe inwestycje w odzyskiwanie ciepła są znikome.

Wszystkie informacje na temat układów zawierających CO2 można znaleźć na naszej stronie poświęconej sektorom dystrybucji żywności i chłodnictwa przemysłowemu

Zastosowanie CO₂ w sektorze dystrybucji żywności

Zastosowanie CO₂ w chłodnictwie przemysłowym

Przeczytaj, w jaki sposób Danfoss może pomóc oszczędzać energię i chronić środowisko dzięki naszym rozwiązaniom opartym na CO2

Oszczędzaj energię i chroń środowisko dzięki naszym rozwiązaniom opartym na CO₂

Danfoss Learning

Mobilna jednostka edukacji na temat zastosowań CO₂

Danfoss prezentuje mobilną jednostkę edukacji wyposażoną w urządzenia z CO2 oraz interaktywne moduły szkoleniowe, która jeździ po całym świecie, wspierając naszą globalną społeczność w kwestiach związanych z CO2.

Dowiedz się więcej o tej jednostce edukacji