การเปรียบเทียบและข้อดีของคาร์บอนไดออกไซด์และสารทำความเย็นแบบดั้งเดิม

ประสิทธิภาพการทำความเย็นของเครื่องปรับอากาศที่ใช้คาร์บอนไดออกไซด์โดยทั่วไปจะต่ำกว่าระบบทำความเย็นที่ใช้สารทำความเย็นทั่วไปภายใต้สภาวะการทำงานเดียวกัน และต่ำกว่ามาก ส่วนเรื่องที่ว่าการทำความเย็นจะมีประสิทธิภาพมากกว่าจริงหรือไม่นั้นเป็นเรื่องที่น่าสงสัย ผมเคยเห็นข้อความนี้ในหลายที่ แต่ผมคิดว่ายังไม่มีข้อสรุปที่แน่ชัด และผมก็ยังไม่เคยเห็นการเปรียบเทียบที่น่าเชื่อถือจริงๆ ผมไม่เห็นใครใช้ระบบและส่วนประกอบที่ใกล้เคียงกันที่สุดมาเปรียบเทียบระหว่าง CO2 กับสารทำความเย็นที่ใช้กันทั่วไป หากคุณเปรียบเทียบผลลัพธ์ด้านประสิทธิภาพจากกลุ่มวิจัยต่างๆ โดยไม่คำนึงถึงว่าระบบและส่วนประกอบที่เลือกใช้นั้นเทียบเคียงกันได้จริงหรือไม่ ผลการเปรียบเทียบนั้นก็จะไม่มีความหมายมากนัก

การทำความร้อนมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับสารทำความเย็นทั่วไปมากกว่าการทำความเย็น และสภาวะอุณหภูมิต่ำมีประสิทธิภาพดีกว่าสารทำความเย็นทั่วไป หรือสามารถให้ความร้อนได้สูงกว่าสารทำความเย็นทั่วไป ผมคิดว่าข้อความเหล่านี้ค่อนข้างน่าเชื่อถือ

ข้อดีของการใช้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารทำงานในเครื่องปรับอากาศ/ปั๊มความร้อน:

1. ด้วยแรงดันสูงและความหนาแน่นสูง ระบบคาร์บอนไดออกไซด์จึงสามารถมีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบากว่า (เหมาะสำหรับยานพาหนะ) โดยยังคงรักษาความสามารถในการทำความเย็นและความร้อนได้เท่าเดิม

2. ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดต่ำและการสูญเสียการไหลน้อย

3. ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่ดี

4. ภายใต้สภาวะการทำงานเดียวกัน อัตราส่วนการอัดของคอมเพรสเซอร์จะต่ำกว่า และประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์จะสูงกว่า ซึ่งอาจแสดงให้เห็นถึงข้อดีในสภาวะการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของปั๊มความร้อน

5. อุณหภูมิสูงที่ทางออกของคอมเพรสเซอร์ (อาจสูงกว่า 100 องศา ซึ่งไม่ใช่เรื่องดีในกรณีส่วนใหญ่) สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในสิ่งที่ระบบทำความเย็นแบบเดิมทำไม่ได้ เช่น การละลายน้ำแข็งได้เร็วขึ้น ไม่ว่าจะเป็นกระจกรถยนต์หรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน นอกจากนี้ยังสามารถพบข้อดีในงานที่ต้องการอุณหภูมิสูง (เช่น เครื่องทำน้ำอุ่น)

6. ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำมาก ความดันอิ่มตัวของด้านความดันต่ำของสารทำความเย็นทั่วไปจะต่ำกว่าความดันบรรยากาศ ดังนั้นอากาศจึงสามารถเข้าสู่ระบบได้ แต่คาร์บอนไดออกไซด์จะไม่สามารถเข้าได้เนื่องจากความดันสูง ซึ่งนี่ก็เป็นข้อได้เปรียบอย่างหนึ่งในการใช้งานปั๊มความร้อนเช่นกัน

7. การใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายใน (IHX) และอีเจ็กเตอร์ (ejector) เพื่อนำพลังงานจากการขยายตัวกลับมาใช้ใหม่ จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้มากยิ่งขึ้น IHX อาจมีราคาไม่แพง แต่อีเจ็กเตอร์มีราคาแพง

8. การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันของด้านความดันสูงในวงจรทรานส์คริติคอลของคาร์บอนไดออกไซด์นั้นไม่ใช่เรื่องดีในตัวมันเอง แต่สำหรับการใช้งานที่ต้องการการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมาก (เช่น เครื่องทำน้ำอุ่น) หากเกิดขึ้นได้ ก็ถือว่าสอดคล้องกับสารทำความเย็นแบบดั้งเดิมแล้ว การสูญเสียประสิทธิภาพที่เกิดจากการหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันนั้นค่อนข้างน้อย และในบางการใช้งาน การช่วยเหลือนี้ยังสามารถช่วยให้ประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนคาร์บอนไดออกไซด์เข้าใกล้หรือแม้แต่สูงกว่าสารทำความเย็นแบบดั้งเดิมได้อีกด้วย