二氧化碳具有高密度和低粘度，其流動損失小、傳熱效果良好，并且通過對傳熱作用的強(qiáng)化，可以彌補(bǔ)其循環(huán)不高的缺點(diǎn)。同時(shí)二氧化碳環(huán)境表現(xiàn)優(yōu)良、費(fèi)用低易獲取、穩(wěn)定性好、有利于減小裝置體積。*重要的是，其安全無毒，不可燃，這一點(diǎn)比R290具有明顯的優(yōu)勢。
當(dāng)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了許多難題。無論亞臨界循環(huán)還是跨臨界循環(huán)，二氧化碳制冷系統(tǒng)的運(yùn)行壓力都將高于傳統(tǒng)的制冷空調(diào)系統(tǒng)，這必然會給系統(tǒng)及部件的設(shè)計(jì)帶來許多新的要求。同時(shí)現(xiàn)階段還存在二氧化碳制冷系統(tǒng)的效率相對較低的問題。
目前二氧化碳的研究和應(yīng)用主要集中于三個(gè)方面：
一方面是汽車空調(diào)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(dāng)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性能和換熱特性，采用它作為復(fù)疊制冷循環(huán)低溫級制冷劑。
在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)中，二氧化碳循環(huán)在亞臨界條件下運(yùn)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?yàn)槔脻摕?，其制冷能力相?dāng)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(fù)疊式制冷系統(tǒng)，運(yùn)行情況表明技術(shù)上是可行的，這種系統(tǒng)還適用于低溫冷凍干燥過程。
當(dāng)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(dá)到保護(hù)臭氧層的目的，但是會產(chǎn)生溫室效應(yīng)。
目前看來，二氧化碳在國內(nèi)市場的前景，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(nèi)空調(diào)行業(yè)暫時(shí)看不到二氧化碳發(fā)展的影子，其在國內(nèi)冷凍冷藏市場也才剛剛邁步，但在熱泵熱水器領(lǐng)域，國內(nèi)即將出臺二氧化碳熱泵熱水器的核心配件標(biāo)準(zhǔn)――GB/T26181-2010。參與標(biāo)準(zhǔn)制定的上海日立電器有限公司熱泵推進(jìn)辦公室部長樂紅勝認(rèn)為，雖然在國內(nèi)采用二氧化碳制冷劑的熱泵熱水器還沒問世，核心部件壓縮機(jī)也處于研發(fā)階段，“但這一超前標(biāo)準(zhǔn)的制定，將會對產(chǎn)品的市場推廣起到良好的作用。”
CO2制冷劑的性質(zhì)
?。ㄒ唬〤O2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)，對大氣臭氧層沒有破壞作用，可以減少全球溫室效應(yīng)，來源廣泛，勿需回收，可以大大降低制冷劑替代成本，節(jié)約能源，從根本上解決化合物對環(huán)境的污染問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。
2．CO2安全無毒、不可燃，并具有良好的熱穩(wěn)定性，即使在高溫下也不會分解出有害的氣體。萬一泄漏對人體、食品、生態(tài)都無損害。
3．CO2具有與制冷循環(huán)和設(shè)備相適應(yīng)的熱物性。分子量小，制冷能力大，0℃的單位制冷量比常規(guī)制冷劑高5～8倍，因而對于相同冷負(fù)荷的制冷系統(tǒng)，壓縮機(jī)的尺寸可以明顯減小，重量減輕，整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊；潤滑條件容易滿足，對制冷系統(tǒng)常見材料無腐蝕，可以改善開啟式壓縮機(jī)的密封性能，減少泄漏。
4．CO2黏度小，0℃時(shí)CO2飽和液體的運(yùn)動黏度只是NH3的5.2%、R12的23.8%，流體的流動阻力小，傳熱性能比CFC類制冷劑更好，可以改善全封閉制冷壓縮機(jī)的散熱。
?。ǘ〤O2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(tǒng)的亞臨界兩相制冷循環(huán)的工作壓力高得多，約為傳統(tǒng)制冷工質(zhì)CFC或HCFC系統(tǒng)壓力的６～８倍。
所以制冷系統(tǒng)中工質(zhì)流經(jīng)的管路系統(tǒng)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(guī)制冷劑的5～8倍，系統(tǒng)所需的CO2容積流量很小，而設(shè)備內(nèi)氣體的爆炸能量為壓力與容積乘積的函數(shù)，所以雖然系統(tǒng)的工質(zhì)壓力高，但容積較小，其壓力和容積的乘積與常規(guī)工質(zhì)相差不大，設(shè)備內(nèi)氣體的爆炸能量增加的并不多。
以可靠性理論為依據(jù)，根據(jù)CO2跨臨界制冷系統(tǒng)管道可靠性的不同影響因素及其變化規(guī)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(jié)論是：當(dāng)管路系統(tǒng)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(tǒng)在給定壓力下運(yùn)行的可靠性和安全性，CO2跨臨界循環(huán)較高的運(yùn)行壓力是可以得到合理解決的；現(xiàn)有鋼管基本可以直接應(yīng)用，而現(xiàn)有銅管則需根據(jù)管徑和壁厚經(jīng)安全性分析后選用。因此CO2運(yùn)行工作壓力較高所引起的安全性問題，并不會影響CO2作為環(huán)保制冷劑推廣應(yīng)用的障礙。
2．CO2單級壓縮跨臨界循環(huán)的性能系數(shù)COP比相同溫度條件下的R12、R22、R134a等常規(guī)制冷劑的制冷性能系數(shù)都低。針對CO2制冷循環(huán)性能系數(shù)低的缺點(diǎn)，學(xué)者們經(jīng)研究探索發(fā)現(xiàn)，完全可以通過完善系統(tǒng)循環(huán)方式、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備來解決，如采用雙級壓縮和采用膨脹機(jī)回收一部分膨脹功的措施加以改善，來提高制冷循環(huán)效率。有理論分析表明，采用膨脹機(jī)CO2跨臨界循環(huán)的效率要高于常規(guī)制冷工質(zhì)的節(jié)流膨脹循環(huán)。
CO2制冷劑的應(yīng)用前景
自前國際制冷學(xué)會主席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[7]，CO2在環(huán)保和性能上的優(yōu)勢越來越多地吸引了世界各國學(xué)者研究的注意力，其系統(tǒng)和部件的開發(fā)也得到了很大的發(fā)展，現(xiàn)有研究結(jié)果表明，CO2系統(tǒng)在高環(huán)境溫度（45℃以上）時(shí)，制冷性能低于傳統(tǒng)系統(tǒng)，35～45℃間與傳統(tǒng)系統(tǒng)相近，35℃以下時(shí)性能更優(yōu)[5]。目前CO2跨臨界循環(huán)在汽車空調(diào)、熱泵、商用制冷裝置、食品冷藏冷凍等方面的應(yīng)用前景都很好，性能都相當(dāng)于甚至好于原來采用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CO2制冷系統(tǒng)研究工作的不斷深入，CO2作為新一代制冷工質(zhì)將會得到進(jìn)一步推廣，相信在不久的將來，汽車空調(diào)系統(tǒng)、商用制冷系統(tǒng)、住宅空調(diào)系統(tǒng)以及各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的熱泵干燥系統(tǒng)將會大量使用CO2替代現(xiàn)有制冷工質(zhì)。
作為制冷劑，人們希望它環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)，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(jì)和單位容積制冷量等性能方面上的明顯優(yōu)勢，也有運(yùn)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(tǒng)在跨臨界壓力下運(yùn)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(jié)流損失，提高系統(tǒng)的循環(huán)效率，CO2作為環(huán)保制冷劑之一，有著很好的應(yīng)用前景，隨著制冷與空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展必將會得到廣泛應(yīng)用。雪梅一直以來都走在技術(shù)前沿，我們公司積極參與項(xiàng)目實(shí)施、研發(fā)推廣節(jié)能產(chǎn)品、踐行節(jié)能減排承諾，開發(fā)新型節(jié)能高效，采用自然工質(zhì)、環(huán)保可靠的二氧化碳壓縮機(jī)。
