Design of a laboratory CO2 refrigeration unit for demonstration purposes

Počeci razvoja rashladne tehnike uključivali su korištenje prirodnih radnih tvari u koje između ostalih pripada ugljični dioksid, CO2 (R744). Kasnijem razvojem tehnologije, otkrivene se "nove" radne tvari koje su se tada pokazale bolje i jednostavnije od prirodnih radnih tvari. Ubrzo se došlo do zaključka da te radne tvari doprinose znatnom oštećenju ozonskog omotača kao i globalnom zatopljivanju. U tu svrhu doneseni su strogi zakoni u gotovo svim dijelovima svijeta koji ograničavaju i postupno zabranjuju korištenje radnih tvari s visokim potencijalom globalnog zatopljivanja i razaranja ozonskog omotača. Radna tvar koja se mora koristiti u demonstracijskom uređaju je CO2 koji zbog svojih specifičnih svojstava nije dobro poznat među stručnjacima rashladne tehnike u Hrvatskoj i zbog tog razloga većina proizvođača opreme kao i servisera nije naklonjena CO2 rashladnoj tehnologiji. Cilj rada je projektirati CO2 transkritični rashladni sustav koji će se koristiti u demonstracijske svrhe kako bi se ova tehnologija približila studentima, inženjerima, serviserima i svim ostalim zainteresiranim osobama. Sustav će biti smješten u laboratoriju za toplinu i toplinske uređaje na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu. Zbog nedovoljnog raspoloživog toplinskog opterećenja u laboratoriju, sustav je izveden tako da se otpadna toplina vrućih plinova koristi za zagrijavanje vode koja se zatim distribuira prema isparivaču rashladnog sustava u kojem se hladi. Na taj način je prisilno ostvareno toplinsko opterećenje na isparivačim rashladnog kruga. Ovakav način vođenja sustava omogućuje visoku fleksibilnost budući se promjenom temperature vode na ulazu u pločasti rekuperator može simulirati rad sustava pri ekstremno visokim temperaturama vanjskog zraka. U prvom dijelu rada navedene su karakteristike CO2 kao radne tvari u tehnici hlađenja i navedeni su rashladni sustavi koji se koriste u supermarketima s naglaskom na radnu tvar CO2. Zatim je opisano idejno rješenje sustava s opisom osnovnih komponenata i načinom rada demonstracijskog uređaja. Prilikom dimenzioniranja sustava napravljen je termodinamički proračun u kojem su detaljnije opisani pojmovi optimalnog tlaka u hladnjaku plina, utjecaj tlaka u sakupljaču/odvajaču na učinkovitost sustava i usporedba rezultata proračuna kada sustav radi u transkritičnom i podkritičnom području. Nakon dimenzioniranja sustava uključujući komponente rashladnog kruga i kruga vode odabrani su odgovarajući upravljači koji omogućuju rad sustava, tj. održavanje parametara u zadanim granicama