二氧化碳制冷应用领域

随着中国“双碳”目标的提出与逐步落地,“二氧化碳制冷”已成为业界关注的焦点之一，本文主要介绍其应用现状和优缺点。

CO2的应用现状

一是汽车空调领域，由于制冷剂排放量大，对环境危害大，须尽早采用环保制冷剂；

典型的CO2汽车空调系统与R134A汽车空调系统一样，主要部件包括压缩机、换热器、节流机构以及气液分离器。此外为了利用蒸发器出口的低温气体对气冷器出口的高温气体进一步冷却, CO2汽车空调系统中一般还设有中间换热器(回热器)。

二是热泵热水器，CO2的超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移，有利于将热水加热到更高温度65-95℃；

CO2在热泵热水器中的运用都是采用跨临界循环，由于其较高的压差，膨胀过程的不可逆损失是CO2热泵系统的主要损失，因此，减少不可逆损失是CO2热泵系统的研究热点。循环性能的提高有如下一种或者几种方法的结合:多级压缩、增加回热器、回收膨胀功。

三商用制冷系统，CO2良好的低温流动和换热特性，超市食品的保鲜存储和冷藏及低温冰冻。此外，CO2还作为冷却剂或第二制冷剂用于食物展柜等对安全性有严格要求的制冷系统中。CO2作为低温级制冷剂也广泛应用在商用复叠式制冷系统中。超市制冷，特别是大、中型超市的制冷应用是CO2在商用制冷上最主要的应用领域。

CO2在大、中型的超市制冷系统上的应用主要有三种基本方式:

(1 )作第二制冷剂用于主制冷循环的二次回路，或称有相变的二次回路。

(2 )作主制冷剂，应用于亚临界系统，采用亚临界循环。一般与其它独立的中温回路一起组成复叠系统运行。

(3)作主制冷剂，应用于跨临界系统，采用跨临界循环。

CO2作为载冷剂的流程

从储液器流出的液体CO2经液泵加压后流经热负载(展示柜或库房冷风机盘管)，吸热汽化后形成一定干度的气液两相流体，回到主制冷系统的蒸发器内重新冷凝为液体后回到CO2储液器，进行下一次循环。

1. CO2液体粘性小。特别在低温区，常规载冷剂的粘性随温度的下降而明显增大，采用CO2能明显节约液泵耗功。

2.CO2为相变换热，换热系数很高，并且汽化潜热大，同样换热量的CO2质量流量和液泵耗功较小，可以减小输送管径和液泵。

3.由于CO2换热系数很高，在同样换热量下可以提高，主制冷回路的蒸发温度以提高整个系统的效率。

尽管二氧化碳制冷技术的优越性与可靠性较好，但目前依然是多种制冷方式并存,传统制冷方式为主的现状。

与氟利昂和氨制冷相比,二氧化碳制冷的优势

一、绿色安全可靠。二氧化碳臭氧破环潜值ODP为0,全球变暖潜值GWP为1,远低于氟利昂制冷剂。同时二氧化碳无毒,不可燃,化学性质稳定,设备运行过程中可确保人员和食品安全。未来也不存在制冷剂回收处理的问题。

二、换热性能好,结构紧凑,设备占地面积小。

三、二氧化碳作为工业产品生产的副产品,获取容易,其价格只有常规氟利昂的十分之一。对比现在的替代制冷剂,其价格十分低廉。

CO2作为制冷剂有2个较为明显的缺点 :

制冷系统的运行压力高和制冷效率相对较低，由此出现的技术难题和成本增加，成为制约CO2技术发展的主要原因。

CO2跨临界制冷循环的工作压力约为传统制冷工质CFC或HCFC系统压力的６～８倍，因此在设计制造和安装压缩机、换热设备、附属设备、阀门、管路及管件等过程中需要保证其耐压强度。对于效率方面在压缩机、气体冷却器、蒸发器等关键部件的设计开发上还需进一步加强。目前跨临界循环中用膨胀机回收节流损失能量以提高制冷循环效率的方式使用较为普遍。在其它附件的研究方面，引入节能器、喷射器等来提高系统性能。