Одним из важнейших отличий холодильных установок на диоксиде углерода (СО2, R744) в сравнении с системами на традиционных хладагентах является их более высокая область рабочих давлений. В зависимости от назначения и типа установки проектные давления систем изменяются в диапазоне от 40 до 140 бар. Если в промышленном холоде крупных объектов преимущественно используются субкритические (каскадные) системы, то в коммерческом сегменте популярны как субкритические, так и транскритические установки.
Транскритические системы СО2, имеющие высокую популярность в коммерческих и полупромышленных холодильных установках (супермаркеты, склады, тепловые насосы), имеют диапазон проектных давлений от 120 до 140 бар. Верхний предел является практическим пределом и используется преимущественно в комбинации с установками рекуперации теплоты. В более крупных установках (без оттайки горячим газом) диапазон давлений составляет 42…46 бар субкритического цикла. Линией перехода между субкритическими и транскритическими системами считают давление 90 бар, что эквивалентно температуре +40…+45 °С. Системы, рассчитанные на такое давление, не требуют контроля во время остановки.
В крупных промышленных холодильных установках транскритические системы СО2 пока менее популярны из-за меньшей доступности оборудования для сверхвысокого давления. Однако, многими производителями оборудования ежегодно расширяется портфель производимой продукции для расширения зоны применения транскритических систем в сегменте крупных индустриальных установок. Субкритические каскадные системы (типа ГФУ / СО2 или NH3 / CO2) имеют диапазон давлений от 40 до 52 бар в зависимости от типа оттайки испарителей.
Первым шагом при определении давления в системах СО2, задаваемого при проектировании, является определение параметров установки. Проектное (расчетное) давление в промышленных холодильных установках СО2 зависит от следующих параметров:
Рабочее давление. Рабочее давление промышленных систем СО2 без оттаивания горячим газом обычно лежит в диапазоне от 6 до 35 бар (-55 до 0°C).
Стояночное давление. Большинство установок с традиционными хладагентами могут быть остановлены не опасаясь, что величина давления превысит максимальное рабочее значение для оборудования. Для системы с CO2 давление при простое может достигать величины 65-80 бар (+25°C…+30°C), что превышает величину максимального рабочего давления многих компонентов. Основными факторами, определяющими стояночное давление являются температура окружающей среды и степень заправки системы CO2. Давление жидкого CO2 соответствует давлению насыщения (при температуре окружающей среды +20°C, давление СО2 ≈ 57 бар). Давление же газовой фазы CO2 не соответствует давлению насыщения и растёт медленнее (при переходе CO2 в газовую фазу при 0°C, давление соответствует ≈ 35 бар). При дальнейшем повышении температуры до +30°C величина давления увеличится только до 42,5 бар.
Температура оттаивания. Самым эффективным способом оттаивания испарителей СО2 является оттаивание горячими парами хладагента. Так для достижения эффективной температуры оттаивания +10°С необходимо давление около 45 бар.
Пиковое давление. Для компенсации возможных пиков давления в работе холодильной установки, как правило, принимают запас около 5% от максимально рабочего давления.
Давление срабатывания предохранительных клапанов. Большинство представленных на рынке предохранительных клапанов полностью открываются до того, как давление в системе превысит на 10% давление уставки и полностью закрываются, как давление до 10% станет ниже уставки. При расчете проектного давления холодильных систем дополнительно учитывают запас 10% от давления уставки предохранительных клапанов.
Для каскадных аммиачно-углекислотных (NH3 / CO2) систем с оттаиванием испарителей горячим газом максимальное проектное давление, как правило, составляет 52 бар, а для систем без оттаивания горячим газом – 40 бар.
В случае невозможности проектирования промышленных углекислотных систем, способных выдерживать высокие стояночные давления, предусматривают способы предотвращения роста давления, среди которых вспомогательная холодильная система термостатирования и/или дополнительные выпускные системы СО2.