การออกแบบระบบทำความเย็นโดยใช้ CO2 คาร์บอนไดออกไซด์ เป็นสารทำความเย็น ต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่าง เนื่องจาก CO2 มีคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกที่แตกต่างเมื่อเปรียบเทียบกับสารทำความเย็นแบบเดิม เช่น R-404a , R507A ,R134a หรือแอมโมเนีย R717 CO2 ได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นเนื่องจากมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย เนื่องจากมีค่า GWP ในการทำให้โลกร้อนต่ำมาก และไม่ทำลายชั้นโอโซน ไม่เป็นพิษและไม่ติดไฟ อย่างไรก็ตาม CO2 ยังมีความท้าทายและข้อจำกัดหลายอย่าง เช่น เป็นสารทำความเย็นแรงดันสูง ลักษณะของระบบทำความเย็นโดยใช้สารทำความเย็น CO2 มีดังต่อไปนี้
1 ระบบทำความเย็นที่ใช้ CO2 หรือ R-744 เป็นสารทำความเย็นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม CO2 มี GWP ต่ำมาก ด้วยเหตุนี้ประเทศในยุโรปมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย
2 จุดทำงานของระบบทำความเย็นด้วยสารทำความเย็น CO2 มักได้รับการออกแบบในการทำงาน 2 ลักษณะ คือ
2.1 ทรานส์คริติคัล Transcritical สารทำความเย็น CO2 จะทำงานเหนืออุณหภูมิวิกฤต 31.1°C และความดันวิกฤต 73.8 Bars ซึ่งไม่มีการเปลี่ยนสถานะจากก๊าซเป็นของเหลวอย่างชัดเจน เพราะการทำงานด้านความดันสูงไม่ได้อยู่ในเส้นโดมที่มีสถานะเป็น mixture สภาวะนี้มักใช้ในสภาพอากาศที่อบอุ่นหรือการใช้งานอุณหภูมิสูง
2.2 ต่ำกว่าคริติคัล Subcritical สภาวะนี้ CO2 จะทำงานต่ำกว่าอุณหภูมิและความดันวิกฤต ซึ่งจะผ่านกระบวนการระเหย Evaporate และควบแน่น Condensate แบบปกติ สภาวะนี้ใช้ในสภาพอากาศที่เย็นกว่าหรือการใช้งานอุณหภูมิต่ำ ซึ่งส่วนใหญ่เราจะใช้ร่วมกับสารทำความเย็นแอมโมเนีย R717 โดยเป็นระบบ 2 สารทำความเย็นเรียกว่า ระบบคาสเคท Cascade NH3/CO2 ในประเทศยุโรปมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย
3 การออกแบบอุปกรณ์ต่างๆของระบบ
คอมเพรสเซอร์ ความสามารถในการรับแรงดันสูง CO2 ทำงานที่แรงดันสูงกว่าสารทำความเย็นทั่วไป ดังนั้นจึงต้องออกแบบคอมเพรสเซอร์ให้รับแรงดันสูงได้ ต้องใส่ใจเป็นพิเศษกับความสามารถของคอมเพรสเซอร์ในการจัดการกับแรงดันเหล่านี้และรักษาประสิทธิภาพ
ประเภทสำหรับระบบ CO2 สามารถใช้คอมเพรสเซอร์ลูกสูบ คอมเพรสเซอร์สโครล หรือคอมเพรสเซอร์สกรู ขึ้นอยู่กับขนาดและการใช้งานของระบบ
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (คอยล์เย็นและคอยล์ร้อน) การออกแบบคอยล์เย็น ได้รับการออกแบบมาเพื่อดูดความร้อนจากพื้นที่ที่ต้องการการทำความเย็น เช่น ห้องเย็นเก็บสินค้า คอยล์เย็นที่ใช้กับ CO2 มักจะมีขนาดเล็กกว่าระบบทำความเย็นของสารทำความเย็นแบบเดิม และทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงในสภาวะต่ำกว่าจุดวิกฤต (ที่อุณหภูมิต่ำ) เพื่อการทำความเย็น การออกแบบคอยล์ร้อน CO2 ในวงจรทรานส์คริติคัลจะไม่ควบแน่นอย่างสมบูรณ์ แต่ทำงานเป็นของไหลเหนือจุดวิกฤตแทน ดังนั้น คอนเดนเซอร์จึงต้องได้รับการออกแบบให้ระบายความร้อนออกสู่สภาพแวดล้อมภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจาก CO2 มีความสามารถในการนำความร้อนสูง คอยล์ร้อนในระบบ CO2 จึงต้องมีขนาดที่เหมาะสมระบายความร้อนได้ดี
ท่อและวาล์ว ส่วนประกอบแรงดันสูง ท่อ วาล์ว และอุปกรณ์ประกอบทั้งหมดที่ใช้ในระบบทำความเย็น CO2 จะต้องสามารถทนแรงดันสูง โดยทั่วไปคือ 130 บาร์หรือสูงกว่า เพื่อให้แน่ใจว่าปลอดภัยและคงทน มักใช้สแตนเลสและโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง
4 การปฏิบัติตามข้อบังคับด้านความปลอดภัยและกฎระเบียบ การปฏิบัติตามข้อบังคับ CO2 เป็นสารทำความเย็นที่ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่ต้องปฏิบัติตามมาตรฐานและกฎระเบียบด้านความปลอดภัย รวมถึงการจัดการแรงดันสูงและตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ป็นไปตามข้อกำหนดตามมาตราฐาน
5 ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการพิจารณาสิ่งแวดล้อม เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน เนื่องจากระบบ CO2 มักทำงานภายใต้แรงดันสูง จึงทำให้การใช้พลังงานอาจสูงกว่าสารทำความเย็นแบบเดิมได้ การกำหนดขนาดระบบที่เหมาะสม ส่วนประกอบที่เหมาะสม และการใช้ Inverter สำหรับคอมเพรสเซอร์สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้
การออกแบบระบบทำความเย็นด้วย CO2 ต้องพิจารณาคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกของสารทำความเย็น การทำงานภายใต้แรงดันสูง และส่วนประกอบของระบบอย่างรอบคอบ CO2 เป็นทางเลือกที่ยั่งยืน แต่ต้องมีคุณลักษณะการออกแบบเฉพาะ เช่น ส่วนประกอบแรงดันสูง ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีประสิทธิภาพ และระบบควบคุมขั้นสูง หากเน้นที่ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ความปลอดภัย และการปฏิบัติตามมาตรฐานด้านกฎระเบียบ เราสามารถออกแบบระบบทำความเย็นที่ใช้ CO2 ซึ่งให้การทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในประเทศไทยเราได้มีการนำมาใช้ในระบบเครื่องทำความเย็นมากขึ้น โดยเฉพาะห้องเย็นรับฝากแช่ขนาดใหญ่หรือศูนย์กระจายสินค้า เนื่องจากข้อดีในหลายๆด้านแต่ก็มีข้อจำกัดในบางเรื่อง ผู้ออกแบบหรือผู้ใช้งานควรทำความเข้าใจถึงเรื่องเหล่านี้ เพื่อกำหนดแนวทางและวางแผนในอนาคต ข้อเสียอีกอย่างคือไม่สามารถใช้กับอุปกรณ์ที่ใช้น้ำยาแบบเดิมได้ การดูแลหรือการเก็บอะไหล่จะต้องวางแผนให้ดี
แนะนำหรือต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับบทความนี้ ติดต่อสอบถามเราได้ทุกช่องทาง เราพร้อมให้คำปรึกษาจากทีมงานที่มีประสบการณ์ด้วยความซื่อสัตย์และจริงใจ Sincere with Trust