چیلر CO2

چیلر CO2 چیست و چه ویژگی دارد؟

چیلر CO2 چیلری است که مبرد مورد استفاده در سیکل آن ، دی اکسید کربن بوده که با نام R744 نیز شناخته می شود. در نخستین سال هایی که سیکل تبرید تراکمی ابداع شده بود ، آمونیاک و دی اکسید کربن (CO2) به عنوان مهمترین مبردها مورد استفاده قرار می گرفتند. ولی مشکل آمونیاک ، سمی بودن آن بود و مشکل مبرد CO2 این بود که برای اینکه در سیکل تبرید مورد استفاده قرار بگیرد باید فشار سیکل را بین 30 تا 200 اتمسفر (بار) رساند و به خاطر بالا بودن فشار ، دمای مبرد هنگام خروج از کمپرسور تا 160 درجه سانتی گراد افزایش می یابد. معمولا سیکل های تبرید دی اکسید کربن با فشار 90 بار طراحی و ساخته می شوند. بالا بودن دما و فشار به این معنی است که باید از قطعات بهتر و گران قیمت تری که تحمل بالایی برای کار در فشارها و دماهای بالا دارند در مدار دستگاه استفاده کرد.

خواص ترمودینامیکی خاص دی اکسید کربن :

1 . ضریب انتقال حرارت بالا

2 . حساس نبودن به افت فشار

3 . ویسکوزیته خیلی پایین

در شکل زیر نمودار فازی دی اکسید کربن نشان داده است. همانطور که مشاهده می کنید ، نقطه سه گانه (Triple Point) و نقطه بحرانی CO2 به محدوده کاری بسیار نزدیک است که در شرایط کاری نرمال می تواند به نقطه بحرانی برسد.

سیکل کاری چیلر CO2 و دیگر سیستم های سرمایشی مبتنی بر دی اکسید کربن همانند دیگر سیکل های تبرید تراکمی از چهار قسمت اصلی یعنی کمپرسور ، کندانسور ، اکسپنشن ولو و اواپراتور تشکیل می شود. کمپرسور چیلر CO2 مخصوص بوده و نمی توان از کمپرسورهایی که با مبردهای HFC کار می کنند در آن استفاده کرد. برای مثال کمپرسورهای نوع TN شرکت دانفوس یکی از بهترین گزینه ها برای کار با CO2 هستند. همچنین باید از اکسپنشن ولوهای فشار بالا در مدار این دستگاه استفاده کرد.

مزایای استفاده از دی اکسید کربن به عنوان مبرد در سیستم های سرمایشی و چیلر CO2

1 . دی اکسید کربن ماده ای است که به وفور در طبیعت یافت می شود.

2 . ارزان و در دسترس بودن (CO2 با خلوص 99.9 درصد را به راحتی می توان از شرکت های تولید کننده گازهای جوشکاری و در مخزن های 10 کیلویی و با قیمت حدودا 20 دلار تهیه کرد)

3 . غیر سمی بودن (بر خلاف آمونیاک که سمی است)

4 . غیر قابل اشتعال

5 . یکی از مهمترین مزایای استفاده از CO2 به عنوان مبرد این است که پتانسیل گرمایش جهانی (GWP یا Global Warming Potential) اون برابر 1 بوده و این در حالی است که GWP مبرد R134a برابر 1300 و R404a برابر 3260 است. یعنی اینکه مقدار مشخصی مبرد مثل R134a حدودا 1300 برابر دی اکسید کربن در گرمایش کره زمین تاثیر می گذارد و این یکی از دلایلی است که امروزه مجددا اقبال به استفاده از چیلر CO2 یا سیستم های سرمایش مبتنی بر دی اکسید کربن در حال افزایش است. درسته که مبردهای امروزی مثل R134a به لایه ازن آسیبی وارد نمی کنند ولی از نظر شاخص GWP در گرمایش کره زمین نقش بسزایی دارند.

6 . نسبت تراکم کمپرسورهای سازگار با مبردهای HFC حدودا با نسبت تراکم 8 به 1 طراحی می شوند که تقریبا نسبت تراکم بالایی محسوب می شود. هر چه نسبت تراکم بالاتر باشد ، مبرد ورودی از خط مکش ، موقع پایین رفتن پیستون ، بیشتر منبسط شده و خلا نسبی بیشتری در بالای پیستون به وجود می آید که یک نیروی منفی و در خلاف جهت حرکت پیستون ایجاد می کند و همچنین راندمان حجمی کاهش می یابد ولی با وجود اینکه چیلر CO2 در فشارهای بالایی کار می کند ، نسبت تراکم کمپرسور آن حدودا 3 به 1 طراحی می شود که در نتیجه خلا به وجود آمده در بالای پیستون (موقع کورس مکش) کمتر شده و نیروی منفی (در خلاف جهت حرکت پیستون) کمتر می گردد و همچنین راندمان حجمی آن افزایش می یابد. برای مثال در دمای اواپراتور منفی 55 تا صفر درجه سانتی گراد ، راندمان حجمی CO2 بین 4 تا 12 برابر بهتر از آمونیاک است که باعث کوچک تر شدن سایز کمپرسور در ظرفیت مشابه می شود.

مطالعه بیشتر درباره چیلرهای آمونیاکی در صفحه ⇐ چیلر آمونیاکی

7 . داشتن COP بالا (ضریب عملکرد یا همان COP یکی از شاخص های رایج برای اندازه گیری راندمان هیت پمپ ها است که چیلرهای CO2 ضریب عملکرد بین 4 تا 8 دارند که در مقایسه با چیلرهای تراکمی با مبرد HFC عدد قابل قبولی است.

مطالعه بیشتر درباره چیلرهای تراکمی با مبردهای HFC در صفحه ⇐ چیلر تراکمی

8 . قابلیت کار با فشارهای کندانس خیلی پایین در آب و هوای سرد (در سیکل گرمایش)

9 . دی اکسید کربن گنجایش انرژی بسیار بالایی در دماهای کاری بالا دارد و زمانی که گرمای قسمت کندانسور برای مصارفی مانند گرم کردن آب بهداشتی ساختمان یا … به کار برده شود ، راندمان کلی سیکل به شدت افزایش می یابد.

معایب و مشکلات استفاده از دی اکسید کربن به عنوان مبرد

1 . قیمت بالای تجهیزات دستگاه به علت کار در فشارها و دماهای بالاتر نسبت به سیکل های با مبرد HFC

مطالعه بیشتر درباره قیمت چیلرهای تراکمی در صفحه ⇐ قیمت چیلر

2 . افت راندمان زیادتر با افزایش دمای محیط نسبت به سیکل های با مبرد HFC (همانطور که می دانید با افزایش دمای محیط ، انتقال حرارت در کندانسور کمتر شده و راندمان سیستم کاهش می یابد که چیلر CO2 در مقایسه با سایر مبردها ، افت راندمان بیشتری دارد)

مطالعه و شناخت انواع چیلرها در صفحه ⇐ انواع چیلر

مهمترین منابع مورد استفاده در تهیه این مقاله آموزشی :

مقاله Carbon Dioxide Refrigerant شرکت دانفوس

مقاله Carbon Dioxide – The New Refrigerant