В настоящее время в некоторых схемах низкотемпературных сушильных установок на базе теплового насоса дополнительно к подогреву в конденсаторе теплового насоса используется энергетически более затратный подогрев электронагревателем. Это обусловлено, в ряде случаев, высокой требуемой температурой сушильного агента (например, при сушке чайного листа она составляет 1050С) и неспособностью ее достижения современными тепловыми насосами. Энергозатраты на электронагреватель могут составлять большую часть общих энергозатрат на установку.
В качестве альтернативы использования электроподогрева может служить применение диоксида углерода в качестве рабочего вещества тепловых насосов.
В парокомпрессионных фреоновых тепловых насосах применяются рабочие вещества среднего давления (например, R134a), и чаще низкого давления (например, R142b).
Диоксид углерода (R744) относится к рабочим веществам высокого давления. Его применение делает невозможным применение существующего оборудования (компрессоров, теплообменной аппаратуры, приборов автоматики). Появляется необходимость создания их оригинальных конструкций.
Диоксид углерода обладает некоторыми уникальными термодинамическими и теплофизическими свойствами. Прежде всего, это низкая критическая температура, которая приводит к тому, что процесс конденсации заменен охлаждением газообразного R744 в надкритической области. Достаточно высокая температура газа после компрессора и значительное изменение температуры при охлаждении газообразного диоксида углерода позволяет нагревать сушильный агент на большую разность температур с небольшими потерями энергии.
Необходимо отметить особенности диоксида углерода как рабочего вещества тепловых насосов, считая их преимуществами:
- малое отношение давлений в цикле создает эффективные условия для работы компрессора;
- малый удельный объем v//и высокая удельная объемная производительность qv обуславливают небольшие размеры компрессора;
- высокая доля работы расширения в работе цикла создает условия для использования детандера с целью повышения коэффициента преобразования теплового насоса.
При близкой энергетической эффективности фреоновых тепловых насосов и тепловых насосов на R744, последние не имеют следующих негативных факторов фреоновых тепловых насосов:
- ограничение температур нагрева сушильного агента выше 800С (применение веществ низкого давления, высокие степени сжатия);
- большие габариты и масса компрессоров, что влияет на их стоимость;
- разрушающее действие на озоновый слой и высокий потенциал глобального потепления;
- высокая стоимость фреонов.
Учитывая сказанное, при довольно большой тепловой мощности использование фреоновых тепловых насосов в низкотемпературных сушильных установках окажется неконкурентоспособным в сравнении с тепловыми насосами на R744.