二氧化碳具有高密度和低粘度，其流動(dòng)損失小、傳熱效果良好，并且通過(guò)對傳熱作用的強化，可以彌補其循環(huán)不高的缺點(diǎn)。同時(shí)二氧化碳環(huán)境表現優(yōu)良、費用低易獲取、穩定性好、有利于減小裝置體積。*重要的是，其安全無(wú)毒，不可燃，這一點(diǎn)比R290具有明顯的優(yōu)勢。 

　　當然，采用二氧化碳為制冷劑也有缺點(diǎn)，二氧化碳高的臨界壓力和低的臨界溫度也給它做制冷劑帶來(lái)了許多難題。無(wú)論亞臨界循環(huán)還是跨臨界循環(huán)，二氧化碳制冷系統的運行壓力都將高于傳統的制冷空調系統，這必然會(huì )給系統及部件的設計帶來(lái)許多新的要求。同時(shí)現階段還存在二氧化碳制冷系統的效率相對較低的問(wèn)題。 

　　目前二氧化碳的研究和應用主要集中于三個(gè)方面：

　　一方面是汽車(chē)空調領(lǐng)域，由于制冷劑排放量大，對環(huán)境的危害也大，必須盡早采用對環(huán)境無(wú)危害的制冷劑；

　　第二方面是熱泵熱水器，二氧化碳在超臨界條件下放熱存在一個(gè)相當大的溫度滑移，有利于將熱水加熱到一個(gè)更高的溫度；

　　第三方面是考慮到二氧化碳良好的低溫流動(dòng)性能和換熱特性，采用它作為復疊制冷循環(huán)低溫級制冷劑。

　　在復疊式制冷系統中，二氧化碳循環(huán)在亞臨界條件下運行。此時(shí)二氧化碳用作低壓級制冷劑，高壓級用NH3作制冷劑。與其它低壓制冷劑相比，即使處在低溫，二氧化碳的粘度也非常小，傳熱性能良好，因為利用潛熱，其制冷能力相當大。

　　目前，歐洲在超市中已建立了幾個(gè)這種用二氧化碳作低溫制冷劑的復疊式制冷系統，運行情況表明技術(shù)上是可行的，這種系統還適用于低溫冷凍干燥過(guò)程。

　　當前關(guān)于R22制冷劑的替代國際上主要有兩種技術(shù)方案：

　　一種是以北歐和韓國為代表，其主張采用天然工質(zhì)作為替代物，如純工質(zhì)R290、R1270、R744、R600a、R600、R717等，以及HCs類(lèi)的混合物；

　　另一種是以美國和日本為代表的采用HFCs作為替代物，如美國聯(lián)合信號公司的非共沸混合物R410A、杜邦公司和I.C.I公司的混合物R407C，以及R32和R152a等，這些制冷劑的ODP均為0，能夠達到保護臭氧層的目的，但是會(huì )產(chǎn)生溫室效應。 

　　目前看來(lái)，二氧化碳在國內市場(chǎng)的前景，還有點(diǎn)像“霧里看花”，就像王立群所言，他們都了解它的好，但真正用的少。國內空調行業(yè)暫時(shí)看不到二氧化碳發(fā)展的影子，其在國內冷凍冷藏市場(chǎng)也才剛剛邁步，但在熱泵熱水器領(lǐng)域，國內即將出臺二氧化碳熱泵熱水器的核心配件標準――GB/T26181-2010。參與標準制定的上海日立電器有限公司熱泵推進(jìn)辦公室部長(cháng)樂(lè )紅勝認為，雖然在國內采用二氧化碳制冷劑的熱泵熱水器還沒(méi)問(wèn)世，核心部件壓縮機也處于研發(fā)階段，“但這一超前標準的制定，將會(huì )對產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣起到良好的作用。”


　　CO2制冷劑的性質(zhì)

　　（一）CO2制冷劑具有的主要優(yōu)勢

　　1．CO2是天然物質(zhì)，ODP=0，GWP=1。使用CO2作為制冷工質(zhì)，對大氣臭氧層沒(méi)有破壞作用，可以減少全球溫室效應，來(lái)源廣泛，勿需回收，可以大大降低制冷劑替代成本，節約能源，從根本上解決化合物對環(huán)境的污染問(wèn)題，具有良好的經(jīng)濟性。

　　2．CO2安全無(wú)毒、不可燃，并具有良好的熱穩定性，即使在高溫下也不會(huì )分解出有害的氣體。萬(wàn)一泄漏對人體、食品、生態(tài)都無(wú)損害。

　　3．CO2具有與制冷循環(huán)和設備相適應的熱物性。分子量小，制冷能力大，0℃的單位制冷量比常規制冷劑高5～8倍，因而對于相同冷負荷的制冷系統，壓縮機的尺寸可以明顯減小，重量減輕，整個(gè)系統非常緊湊；潤滑條件容易滿(mǎn)足，對制冷系統常見(jiàn)材料無(wú)腐蝕，可以改善開(kāi)啟式壓縮機的密封性能，減少泄漏。

　　4．CO2黏度小，0℃時(shí)CO2飽和液體的運動(dòng)黏度只是NH3的5.2%、R12的23.8%，流體的流動(dòng)阻力小，傳熱性能比CFC類(lèi)制冷劑更好，可以改善全封閉制冷壓縮機的散熱。

　　（二）CO2制冷劑存在的主要缺點(diǎn)及分析

　　1．CO2臨界壓力較高（7.38MPa），因此CO2跨臨界制冷循環(huán)的工作壓力較傳統的亞臨界兩相制冷循環(huán)的工作壓力高得多，約為傳統制冷工質(zhì)CFC或HCFC系統壓力的６～８倍。

　　所以制冷系統中工質(zhì)流經(jīng)的管路系統必須經(jīng)安全性分析。但是由于CO2的單位容積制冷量約為常規制冷劑的5～8倍，系統所需的CO2容積流量很小，而設備內氣體的爆炸能量為壓力與容積乘積的函數，所以雖然系統的工質(zhì)壓力高，但容積較小，其壓力和容積的乘積與常規工質(zhì)相差不大，設備內氣體的爆炸能量增加的并不多。

　　以可靠性理論為依據，根據CO2跨臨界制冷系統管道可靠性的不同影響因素及其變化規律，對不同管材情況下的可靠性進(jìn)行深入地研究與分析，得到的結論是：當管路系統的管外徑給定時(shí)，只要合理地選擇管材和管壁厚度，就能保證系統在給定壓力下運行的可靠性和安全性，CO2跨臨界循環(huán)較高的運行壓力是可以得到合理解決的；現有鋼管基本可以直接應用，而現有銅管則需根據管徑和壁厚經(jīng)安全性分析后選用。因此CO2運行工作壓力較高所引起的安全性問(wèn)題，并不會(huì )影響CO2作為環(huán)保制冷劑推廣應用的障礙。

　　2．CO2單級壓縮跨臨界循環(huán)的性能系數COP比相同溫度條件下的R12、R22、R134a等常規制冷劑的制冷性能系數都低。針對CO2制冷循環(huán)性能系數低的缺點(diǎn)，學(xué)者們經(jīng)研究探索發(fā)現，完全可以通過(guò)完善系統循環(huán)方式、優(yōu)化系統設備來(lái)解決，如采用雙級壓縮和采用膨脹機回收一部分膨脹功的措施加以改善，來(lái)提高制冷循環(huán)效率。有理論分析表明，采用膨脹機CO2跨臨界循環(huán)的效率要高于常規制冷工質(zhì)的節流膨脹循環(huán)。

　　CO2制冷劑的應用前景

　　自前國際制冷學(xué)會(huì )主席G．Lorentzen提出采用CO2作為環(huán)保制冷劑及跨臨界循環(huán)理論以來(lái)[7]，CO2在環(huán)保和性能上的優(yōu)勢越來(lái)越多地吸引了世界各國學(xué)者研究的注意力，其系統和部件的開(kāi)發(fā)也得到了很大的發(fā)展，現有研究結果表明，CO2系統在高環(huán)境溫度（45℃以上）時(shí)，制冷性能低于傳統系統，35～45℃間與傳統系統相近，35℃以下時(shí)性能更優(yōu)[5]。目前CO2跨臨界循環(huán)在汽車(chē)空調、熱泵、商用制冷裝置、食品冷藏冷凍等方面的應用前景都很好，性能都相當于甚至好于原來(lái)采用R22或R12或R134a的制冷裝置，特別適用于需要大的溫度變化的場(chǎng)合，而且在較低的蒸發(fā)溫度下性能較好。

　　CO2作為一種天然制冷工質(zhì)，就其物性特征而言，具有其他非天然工質(zhì)不可比擬的優(yōu)勢。伴隨著(zhù)CO2制冷系統研究工作的不斷深入，CO2作為新一代制冷工質(zhì)將會(huì )得到進(jìn)一步推廣，相信在不久的將來(lái)，汽車(chē)空調系統、商用制冷系統、住宅空調系統以及各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的熱泵干燥系統將會(huì )大量使用CO2替代現有制冷工質(zhì)。


　　作為制冷劑，人們希望它環(huán)保、高效、經(jīng)濟，但實(shí)際上并不存在一種十全十美的制冷劑。與其他制冷劑相比，CO2具有環(huán)保、安全、經(jīng)濟和單位容積制冷量等性能方面上的明顯優(yōu)勢，也有運行工作壓力和效率方面上的不足。目前的研究表明，只要合理選擇管材和管壁的厚度，可保證CO2系統在跨臨界壓力下運行的安全性和可靠性，而合理改善CO2跨臨界循環(huán)方式，可以有效地減少節流損失，提高系統的循環(huán)效率，CO2作為環(huán)保制冷劑之一，有著(zhù)很好的應用前景，隨著(zhù)制冷與空調技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展必將會(huì )得到廣泛應用。雪梅一直以來(lái)都走在技術(shù)前沿，我們公司積極參與項目實(shí)施、研發(fā)推廣節能產(chǎn)品、踐行節能減排承諾，開(kāi)發(fā)新型節能高效，采用自然工質(zhì)、環(huán)保可靠的二氧化碳壓縮機。