مقارنة ومزايا ثاني أكسيد الكربون والمبردات التقليدية

تُعدّ كفاءة التبريد في مكيفات الهواء التي تعمل بثاني أكسيد الكربون أقل عمومًا من كفاءة أنظمة التبريد الشائعة في ظل ظروف التشغيل نفسها، بل وأقل بكثير. أما فيما يتعلق بكفاءة التدفئة، فالأمر محل شك. لقد اطلعت على هذا الرأي في مصادر عديدة، ولكن لا أعتقد أنه تم التوصل إلى إجماع بشأنه، ولم أرَ مقارنة مقنعة حقًا. لا أرى أي جهة تستخدم أنظمة ومكونات متطابقة قدر الإمكان لمقارنة ثاني أكسيد الكربون بأنظمة التبريد الشائعة. فإذا اقتصرت المقارنة على نتائج كفاءة مجموعات بحثية مختلفة دون مراعاة مدى تطابق النظام والمكونات المستخدمة، فإن نتائج المقارنة تصبح غير ذات جدوى.

تُعدّ كفاءة التسخين أقرب إلى كفاءة المبردات الشائعة منها إلى كفاءة التبريد، كما أن ظروف درجات الحرارة المنخفضة تُحقق أداءً أفضل من المبردات الشائعة، أو قد تُوفر درجات حرارة أعلى منها. أعتقد أن هذه التصريحات أكثر موثوقية نسبيًا.

مزايا استخدام ثاني أكسيد الكربون كسائل تشغيل لمكيفات الهواء/مضخات الحرارة:

1. بفضل الضغط العالي والكثافة العالية، يمكن أن يكون نظام ثاني أكسيد الكربون أكثر إحكاما وأخف وزنا (مناسب للمركبات) مع نفس متطلبات سعة التبريد والتدفئة.

2. معامل لزوجة منخفض وفقدان تدفق ضئيل.

3. أداء جيد في نقل الحرارة.

4. في ظل نفس ظروف التشغيل، تكون نسبة ضغط الضاغط أقل، وكفاءة الضاغط أعلى؛ وهذا قد يظهر مزايا في ظروف التشغيل ذات درجة الحرارة المنخفضة لمضخة الحرارة.

٥. يمكن استخدام درجة الحرارة المرتفعة عند مخرج الضاغط (والتي قد تتجاوز ١٠٠ درجة، وهو أمر غير مرغوب فيه في معظم الحالات) لأداء بعض المهام التي لا يمكن تحقيقها باستخدام دورات التبريد التقليدية. قد يشمل ذلك إزالة الصقيع بشكل أسرع، سواءً لنوافذ السيارة أو المبادل الحراري. كما يمكن الاستفادة من هذه التقنية في التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية (مثل سخانات المياه).

6. في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة للغاية، سيكون ضغط التشبع لجانب الضغط المنخفض للمبردات الشائعة أقل من الضغط الجوي، بحيث يمكن للهواء أن يدخل النظام، لكن ثاني أكسيد الكربون لن يدخل بسبب الضغط العالي؛ وهذا أيضًا ميزة محتملة في تطبيقات المضخات الحرارية.

7. باستخدام المبادل الحراري الداخلي (IHX) وجهاز طرد الغازات (ejector) لاستعادة طاقة التمدد، يمكن تحسين الكفاءة بشكل أكبر. قد لا يكون المبادل الحراري الداخلي مكلفًا، لكن جهاز طرد الغازات مكلف.

8. إن انخفاض درجة حرارة الجانب عالي الضغط من دورة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة ليس أمراً جيداً في حد ذاته، ولكن بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب تغييرات كبيرة في درجة الحرارة (مثل سخانات المياه)، إذا حدث ذلك، مقارنةً بالمبردات التقليدية، فإن فقدان الكفاءة الناتج عن تجنب انخفاض درجة الحرارة يكون صغيراً نسبياً، وهذا يساعد في تطبيقات محددة، ويمكن أن يساعد أيضاً في جعل كفاءة مضخات الحرارة التي تعمل بثاني أكسيد الكربون تقترب من كفاءة المبردات التقليدية أو حتى تتجاوزها.