Обзорная статья оценивает воду (R718) в качестве хладагента для промышленных тепловых насосов выше 100 °C

Обзорная статья, опубликованная в Applied Thermal Engineering (том 304, 2026, статья 132756) авторами Elwardany, Siva Kumar Reddy и Nassif из Университета Цинциннати (США) и Университета Ассюта (Египет), систематизирует результаты теоретического моделирования, численных расчётов, экспериментальных работ и демонстраций прототипов, посвящённых применению воды (R718) в качестве хладагента в высокотемпературных тепловых насосах (ВТТН). Статья доступна в открытом доступе.

Область применения и целевые задачи

Обзор охватывает архитектуры ВТТН, обеспечивающих технологическое тепло при температурах от 100 °C до приблизительно 250 °C. Рассматриваются одноступенчатые, многоступенчатые и каскадные конфигурации систем, включая каскады, в которых R718 сочетается с другими хладагентами с низким ПГВ, такими как R600 или R1234ze(Z). Выявленные секторы применения — пищевая переработка, химическая промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность и сети district heating, где утилизация промышленной отходящей теплоты и обеспечение технологического тепла являются основными энергетическими потребностями, которые в настоящее время в значительной степени покрываются за счёт ископаемого топлива.

Почему вода привлекательна

R718 — природный хладагент с нулевым потенциалом глобального потепления, нетоксичный и негорючий, широко доступный и обладающий высокой удельной теплотой парообразования. Согласно рассмотренным в обзоре исследованиям, системы на R718 способны обеспечивать конкурентоспособную эффективность при высоких температурах, особенно в сочетании с передовыми компрессорными технологиями и оптимизированными циклами.

Инженерные барьеры и перспективные решения

Несмотря на перечисленные преимущества, низкое давление пара и большой удельный объём воды требуют компрессоров, способных обрабатывать большие объёмные расходы, а также передовых систем уплотнения. Условия работы с высокотемпературным паром предъявляют дополнительные требования к совместимости материалов и коррозионной стойкости, а для стабильной и эффективной работы необходимо точное управление.

В обзоре подчёркивается, что прогресс в области двухвинтовых, центробежных и турбокомпрессоров, технологий впрыска воды, а также многоступенчатых и каскадных конфигураций помогает преодолеть эти ограничения и расширить достигаемый температурный диапазон. Экспериментальные прототипы всё чаще подтверждают численные результаты, однако авторы отмечают, что для более широкого промышленного внедрения ВТТН на R718 необходимы дальнейшие разработки в области проектирования компонентов, материалов, систем управления и демонстраций в промышленном масштабе.

Экономические перспективы

Рассмотренные в статье экономические оценки указывают на то, что системы на R718 могут обеспечивать привлекательные капитальные затраты и сроки окупаемости при подходящих условиях промышленной эксплуатации.

Дополнительная ссылка

Применение воды в качестве рабочего тела в ВТТН также рассматривается в 61-м Техническом брифе IIR по технологиям холодильной техники «Высокотемпературные тепловые насосы для промышленной декарбонизации».

Источники:

[1] Elwardany, M., Siva Kumar Reddy, Y., Nassif, N., 2026. Water (R-718) as a refrigerant for high-temperature heat pumps: opportunities, challenges, and future directions. Applied Thermal Engineering 304 (2026) 132756. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.132756