В журнале Applied Thermal Engineering опубликован обзор, посвящённый применению воды (R-718) в качестве хладагента в высокотемпературных тепловых насосах (ВТТН) для промышленного теплоснабжения. Мохамед Эльвардани (Mohamed Elwardany), Я. Шива Кумар Редди (Y. Siva Kumar Reddy) и Набиль Насиф (Nabil Nassif) проанализировали теоретические модели, результаты численного моделирования и экспериментальные исследования.
По результатам моделирования, ВТТН на R-718 — прежде всего с двухвинтовыми и центробежными компрессорами — при температуре на выходе 130–250 °C обеспечивают коэффициент преобразования (COP) от 1,3 до 6,1. Температурный подъём при этом составляет примерно 20–100 К.
Компрессор — ключевой узел
Основная трудность связана не с температурой или давлением как таковыми, а с очень большими объёмными расходами: плотность водяного пара при давлении ниже атмосферного и умеренном давлении мала. Это требует компрессоров с большими проходными сечениями, а для центробежных машин — тщательной аэродинамической проработки. Дополнительные сложности создают высокие степени повышения давления и высокая температура нагнетания.
Среди способов их преодоления авторы рассматривают многоступенчатое сжатие, промежуточное охлаждение и впрыск воды. По данным обзора, впрыск воды позволяет повысить изоэнтропный КПД компрессора до 80 %, а многоступенчатые схемы увеличивают теплопроизводительность и COP.
Каскадные системы, в которых R-718 сочетается с хладагентами с низким потенциалом глобального потепления (ПГП) — например, R600 или R1234ze(Z), — обеспечивают температурный подъём до 180 К при COP от 1,5 до 4,5.
Сравнение с другими хладагентами
Экспериментальные данные, собранные в обзоре, показывают, что при температурах выше 100 °C системы на R-718 превосходят по эффективности установки на углеводородах, гидрофторолефинах (ГФО) и гидрофторуглеродах (ГФУ). Срок окупаемости для типичных промышленных применений авторы оценивают в 2–3 года.
Направлениями, требующими дальнейшей проработки, названы разработка компрессоров, оптимизация цикла, коррозия, образование отложений и работа при давлении ниже атмосферного. Потенциал глобального потепления и озоноразрушающий потенциал воды равны нулю. Авторы отмечают перспективы её применения для утилизации сбросной теплоты промышленных предприятий и получения высокотемпературного пара.
Источник: M. Elwardany, Y. S. K. Reddy, N. Nassif. Water (R-718) as a refrigerant for high-temperature heat pumps: opportunities, challenges, and future directions // Applied Thermal Engineering, 2026. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2026.132756
