二氧化碳制冷装置的研究与应用成为行业关注的焦点

制冷快报讯：自蒙特利尔议定书签订来，关于CFSs和HCFCs替代物的广泛研究一直没有间断。虽然目前新的替代工质已经开始商业化生产，但人们发现新的替代工质并不能满足“长期”替代物的要求，大部分新工质都有较高的温室效应指数或者其它缺陷。因此，天然工质的应用引起了人们的重视，特别是对二氧化碳的利用。前国际制冷学会主席、挪威的G.Lorentzen就曾大力提倡使用自然工质，在对二氧化碳的研究与推广应用上起了很好的带头作用。从此二氧化碳制冷装置的研究与应用又一次成为在全球范围内受重视的热点。

据空调制冷大市场专家介绍，二氧化碳具有高密度和低粘度，其流动损失小、传热效果良好，并且通过对传热作用的强化，可以弥补其循环不高的缺点。同时二氧化碳环境表现优良、费用低易获取、稳定性好、有利于减小装置体积。最重要的是，其安全无毒，不可燃，这一点比R290具有明显的优势。

当然，采用二氧化碳为制冷剂也有缺点，二氧化碳高的临界压力和低的临界温度也给它做制冷剂带来了许多难题。无论亚临界循环还是跨临界循环，二氧化碳制冷系统的运行压力都将高于传统的制冷空调系统，这必然会给系统及部件的设计带来许多新的要求。同时现阶段还存在二氧化碳制冷系统的效率相对较低的问题。

目前二氧化碳的研究和应用主要集中于三个方面：一方面是汽车空调领域，由于制冷剂排放量大，对环境的危害也大，必须尽早采用对环境无危害的制冷剂；第二方面是热泵热水器，二氧化碳在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一个更高的温度；第三方面是考虑到二氧化碳良好的低温流动性能和换热特性，采用它作为复叠制冷循环低温级制冷剂。

在复叠式制冷系统中，二氧化碳循环在亚临界条件下运行。此时二氧化碳用作低压级制冷剂，高压级用NH3作制冷剂。与其它低压制冷剂相比，即使处在低温，二氧化碳的粘度也非常小，传热性能良好，因为利用潜热，其制冷能力相当大。目前，欧洲在超市中已建立了几个这种用二氧化碳作低温制冷剂的复叠式制冷系统，运行情况表明技术上是可行的，这种系统还适用于低温冷冻干燥过程。美国伊利诺伊大学（UIUC）空调和制冷中心的C.W.Bullard等对二氧化碳工质在家用空调、超市冷柜等方面的应用进行了广泛的理论与实验研究。

而超市的制冷剂替代也是当务之急。据制冷快报记者了解，超市消耗的能源中多达60%是用于制冷的。使用二氧化碳的制冷系统将大幅度减少这一数字。

由于认识到了这些事实，并且面临着法律上对于化学制冷剂的限制，越来越多的食品零售商正在投资于二氧化碳技术。在技术可行性与费用经济性方面，二氧化碳（R744）可能是最可行的解决方案，并且符合食品购买者日益增加的“绿色环保”趋势。最为重要的是，使用R744，将彻底杜绝由于有较高全球气候变暖危险的HFCs泄漏所造成额外的温室气体排放量。

发达国家为了鼓励企业和行业进行制冷剂的替代，政府和协会机构都会积极响应。日本就指定了推广补贴政策：凡是用天然制冷剂如二氧化碳替代CFCs、HCFCs和HFCs的项目都可以获得日本“使用天然制冷剂的高效制冷应用”的补贴。补贴对象包括冷库和食品加工厂的冷冻冷藏系统和空调系统，大型市场和批发中心用冷冻冷藏系统和空调系统，超市和便利店用冷冻冷藏系统、冷冻箱、陈列柜、空调系统和制冰设备等。

同时在欧盟的要求下，德国汽车工业协会（VDA）的成员共同决定,汽车空调系统采用二氧化碳而不是氟碳化合物作为制冷剂，这成为了氟碳工业的一个转折点。

2009年美国采暖、制冷和空调工程师协会（ASHRAE）首次公布了一份关于天然制冷剂的公开意见书。在意见书中，ASHRAE认为R744是一种完美的替代制冷剂。这份意见书详细阐述了R744的压强及温度特性，认可了高压二氧化碳系统所带来的优势。高压会导致气体密度高，这使得压缩机可以达到更好的制冷效果。文件总结称，在低温平板冻结机和多室速冻冷库中，R744可以确保系统的性能尤为卓越，R744也是一系列家用和工业用热水热泵设备的理想制冷剂。