CO₂ als natuurlijke koudemiddel

Met de opkomst van natuurlijke koudemiddelen zoals CO₂, propaan en ammoniak is het assortiment aan koudemiddelen flink uitgebreid. Maar wat zijn nu precies de voordelen van deze koudemiddelen, en welke eigenschappen bezitten ze? In deze blogserie gaan we drie verschillende koudemiddelen met elkaar vergelijken en de voor- en nadelen ervan uitlichten. Vandaag nemen we R744 of CO₂ onder de loep.

 

Uitgangspunten CO₂ als natuurlijke koudemiddel

CO₂ wordt al sinds de begindagen van de koeltechniek in de 19e eeuw gebruikt en is niets anders dan het natuurlijke gas koolstofdioxide. Van nature aanwezig in de atmosfeer van de aarde en cruciaal voor al he leven, bestaat CO₂ uit één koolstofatoom en twee zuurstofatomen.
Alle uitgangspunten zijn hetzelfde voor elk koudemiddel, inclusief de temperaturen hieronder:

• Verdampingstemperatuur: -10°C
• Condensatietemperatuur: 25°C
• Oververhitting 20K
• Onderkoeling 5K

Thermodynamische eigenschappen – R744

Het eerste wat opvalt bij R744 is de lage kritieke temperatuur en hoge drukken. Het kritieke punt bevindt zich aan de top van de curve (zie figuur 1). Boven deze temperatuur en druk kan een condensor het koudemiddel niet condenseren en is een gascooler nodig.

• Verdampings- en condensatietemperatuur
  R744 heeft een temperatuurbereik met zijn kritieke punt op 31,1°C, dus het koudemiddel kan subkritisch toegepast worden voor toepassingen bij lagere temperaturen. In regio’s met hogere omgevings- of (zee)watertemperaturen moet het systeem ontworpen zijn voor transkritische toepassing.
• Verdampings- en condensatiedruk
  Een ander opvallend kenmerk zijn de hoge drukken, vooral in vergelijking met conventionele koudemiddelen. Bij -10°C is de druk al rond de 25 bar, oplopend tot 65 bar bij 25°C.
• Latente warmtecapaciteit
  R744 heeft een goede latente warmtecapaciteit, vooral in vergelijking met R22 en R404a. Volg de -10°C lijn in figuur 1 en je ziet een enthalpieverschil van 258 kJ/kg.

CO₂ footprint

CO₂ scoort hoog op de duurzaamheidsranglijst. Met lage GWP- en ozonafbraakwaarden hebben lekkages nauwelijks effect op het milieu.

• GWP & ozonafbraak
  Het wereldwijde opwarmingspotentieel van CO₂ is 1. Het draagt verwaarloosbaar bij aan het broeikaseffect in vergelijking met andere koudemiddelen. De ozonafbraakcapaciteit is gelijk aan 0, dus emissies hebben geen effect op de ozonlaag.
• Energie-efficiëntie
  De energie-efficiëntie is afhankelijk van het ontwerp bij specifieke temperaturen. Voor een nauwkeurige vergelijking gebruiken we dezelfde temperatuurwaarde voor elk koudemiddel zoals hierboven gespecificeerd. Op basis van deze omstandigheden is de EER 3,2, wat het laagst is in de rij. Dit kan natuurlijk verbeterd worden met slim systeemontwerp.

CO₂ als natuurlijke koudemiddel

CO₂ is enigszins lastig te vergelijken met andere koudemiddelen. Wanneer gebruikt met de lage zeewatertemperaturen zoals in de Noord-Atlantische Oceaan, Noordzee en Oostzee, is het systeem vergelijkbaar met conventionele koudemiddelen. Bij hogere zeewatertemperaturen moet de installatie echter ontworpen zijn voor transkritische toepassingen. Dit vereist een compleet ander en veel geavanceerder apparaat. CO₂ is niet ontvlambaar of giftig en heeft weinig tot geen impact op het milieu.
Let op: de waarden en berekeningen in dit artikel zijn vereenvoudigd om je een algemeen overzicht te geven van alle voor- en nadelen van dit koudemiddel. Voor een gedetailleerde berekening is meer specifieke informatie nodig en we raden je ten zeerste aan om contact op te nemen met een van onze ingenieurs als je overweegt natuurlijke koudemiddelen te gebruiken.