二氧化碳製冷劑介紹及冷凍油選用

  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，並且通過對傳熱作用的強化，可以彌補其循環不高的缺點。同時二氧化碳環境表現優良、費用低易獲取
、穩定性好、有利於減小裝置體積。最重要的是
，其安全無毒
，不可燃
，這一點比R290具有明顯的優勢。

  當(dang)然(ran)，采(cai)用(yong)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)為(wei)製(zhi)冷(leng)劑(ji)也(ye)有(you)缺(que)點(dian)
，二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)高(gao)的(de)臨(lin)界(jie)壓(ya)力(li)和(he)低(di)的(de)臨(lin)界(jie)溫(wen)度(du)也(ye)給(gei)它(ta)做(zuo)製(zhi)冷(leng)劑(ji)帶(dai)來(lai)了(le)許(xu)多(duo)難(nan)題(ti)。無(wu)論(lun)亞(ya)臨(lin)界(jie)循(xun)環(huan)還(hai)是(shi)跨(kua)臨(lin)界(jie)循(xun)環(huan)，二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)製(zhi)冷(leng)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)壓(ya)力(li)都(dou)將(jiang)高(gao)於(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)製(zhi)冷(leng)空(kong)調(tiao)係(xi)統(tong)，這(zhe)必(bi)然(ran)會(hui)給(gei)係(xi)統(tong)及(ji)部(bu)件(jian)的(de)設(she)計(ji)帶(dai)來(lai)許(xu)多(duo)新(xin)的(de)要(yao)求(qiu)。同(tong)時(shi)現(xian)階(jie)段(duan)還(hai)存(cun)在(zai)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)製(zhi)冷(leng)係(xi)統(tong)的(de)效(xiao)率(lv)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)的(de)問(wen)題(ti)。

  目前二氧化碳的研究和應用主要集中於三個方麵：

  第一方麵是汽車空調領域，由於製冷劑排放量大，對環境的危害也大，必須盡早采用對環境無危害的製冷劑;(選用多元醇酯冷凍油SP-100)

  第二方麵是熱泵熱水器
，二氧化碳在超臨界條件下放熱存在一個相當大的溫度滑移，有利於將熱水加熱到一個更高的溫度;(選用多元醇酯冷凍油SP-68)

  第三方麵是考慮到二氧化碳良好的低溫流動性能和換熱特性，采用它作為複疊製冷循環低溫級製冷劑。(選用多元醇酯冷凍油SP-32)

  在複疊式製冷係統中，二氧化碳循環在亞臨界條件下運行。此時二氧化碳用作低溫側製冷劑(選用多元醇酯POE冷凍油)，高溫側用氨作製冷劑(選用礦物油MO)。二氧化碳與其它低壓製冷劑相比，即使處在低溫，粘度也非常小，傳熱性能良好，因為利用潛熱
，其製冷能力相當大。

  目(mu)前(qian)，歐(ou)洲(zhou)在(zai)超(chao)市(shi)中(zhong)已(yi)建(jian)立(li)了(le)幾(ji)個(ge)這(zhe)種(zhong)用(yong)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)作(zuo)低(di)溫(wen)製(zhi)冷(leng)劑(ji)的(de)複(fu)疊(die)式(shi)製(zhi)冷(leng)係(xi)統(tong)
，運(yun)行(xing)情(qing)況(kuang)表(biao)明(ming)技(ji)術(shu)上(shang)是(shi)可(ke)行(xing)的(de)

，這(zhe)種(zhong)係(xi)統(tong)還(hai)適(shi)用(yong)於(yu)低(di)溫(wen)冷(leng)凍(dong)幹(gan)燥(zao)過(guo)程(cheng)。

  熱泵熱水器領域，國內即將出台二氧化碳熱泵熱水器的核心配件標準——GB/T26181-2010。參can與yu標biao準zhun製zhi定ding的de上shang海hai日ri立li電dian器qi有you限xian公gong司si熱re泵beng推tui進jin辦ban公gong室shi部bu長chang樂le紅hong勝sheng認ren為wei
，雖sui然ran在zai國guo內nei采cai用yong二er氧yang化hua碳tan製zhi冷leng劑ji的de熱re泵beng熱re水shui器qi還hai沒mei問wen世shi
，核he心xin部bu件jian壓ya縮suo機ji也ye處chu於yu研yan發fa階jie段duan

，“但這一超前標準的製定，將會對產品的市場推廣起到良好的作用。”

  CO2製冷劑具有的主要優勢

  1.CO2是天然物質，ODP=0

，GWP=1。使用CO2作(zuo)為(wei)製(zhi)冷(leng)工(gong)質(zhi)
，對(dui)大(da)氣(qi)臭(chou)氧(yang)層(ceng)沒(mei)有(you)破(po)壞(huai)作(zuo)用(yong)，可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)全(quan)球(qiu)溫(wen)室(shi)效(xiao)應(ying)
，來(lai)源(yuan)廣(guang)泛(fan)

，勿(wu)需(xu)回(hui)收(shou)，可(ke)以(yi)大(da)大(da)降(jiang)低(di)製(zhi)冷(leng)劑(ji)替(ti)代(dai)成(cheng)本(ben)，節(jie)約(yue)能(neng)源(yuan)，從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)解(jie)決(jue)化(hua)合(he)物(wu)對(dui)環(huan)境(jing)的(de)汙(wu)染(ran)問(wen)題(ti)，具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)經(jing)濟(ji)性(xing)。

  2.CO2安全無毒
、不可燃，並具有良好的熱穩定性，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
、生態都無損害。

  3.CO2具有與製冷循環和設備相適應的熱物性。分子量小，製冷能力大，0℃的單位製冷量比常規製冷劑高5～8倍

，因而對於相同冷負荷的製冷係統，壓縮機的尺寸可以明顯減小，重量減輕，整個係統非常緊湊;潤滑條件容易滿足
，對製冷係統常見材料無腐蝕
，可以改善開啟式壓縮機的密封性能，減少泄漏。

  4.CO2黏度小

，0℃時CO2飽和液體的運動黏度隻是NH3的5.2%
、R12的23.8%，流體的流動阻力小
，傳熱性能比CFC類製冷劑更好，可以改善全封閉製冷壓縮機的散熱。

  CO2製冷劑存在的主要缺點及分析

  1.CO2臨界壓力較高(7.38MPa)，因此CO2跨臨界製冷循環的工作壓力較傳統的亞臨界兩相製冷循環的工作壓力高得多，約為傳統製冷工質CFC或HCFC係統壓力的6～8倍。

  所以製冷係統中工質流經的管路係統必須經安全性分析。但是由於CO2的單位容積製冷量約為常規製冷劑的5～8倍，係統所需的CO2容rong積ji流liu量liang很hen小xiao，而er設she備bei內nei氣qi體ti的de爆bao炸zha能neng量liang為wei壓ya力li與yu容rong積ji乘cheng積ji的de函han數shu
，所suo以yi雖sui然ran係xi統tong的de工gong質zhi壓ya力li高gao，但dan容rong積ji較jiao小xiao，其qi壓ya力li和he容rong積ji的de乘cheng積ji與yu常chang規gui工gong質zhi相xiang差cha不bu大da，設she備bei內nei氣qi體ti的de爆bao炸zha能neng量liang增zeng加jia的de並bing不bu多duo。

  以可靠性理論為依據，根據CO2跨臨界製冷係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行深入地研究與分析，得到的結論是：當管路係統的管外徑給定時，隻要合理地選擇管材和管壁厚度
，就能保證係統在給定壓力下運行的可靠性和安全性
，CO2跨臨界循環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安全性分析後選用。因此CO2運行工作壓力較高所引起的安全性問題，並不會影響CO2作為環保製冷劑推廣應用的障礙。

  2.CO2單級壓縮跨臨界循環的性能係數COP比相同溫度條件下的R12
、R22、R134a等常規製冷劑的製冷性能係數都低。針對CO2製冷循環性能係數低的缺點，學者們經研究探索發現，完全可以通過完善係統循環方式、優you化hua係xi統tong設she備bei來lai解jie決jue，如ru采cai用yong雙shuang級ji壓ya縮suo和he采cai用yong膨peng脹zhang機ji回hui收shou一yi部bu分fen膨peng脹zhang功gong的de措cuo施shi加jia以yi改gai善shan，來lai提ti高gao製zhi冷leng循xun環huan效xiao率lv。有you理li論lun分fen析xi表biao明ming，采cai用yong膨peng脹zhang機jiCO2跨臨界循環的效率要高於常規製冷工質的節流膨脹循環。

  CO2製冷劑的應用前景

  自前國際製冷學會主席G.Lorentzen提出采用CO2作為環保製冷劑及跨臨界循環理論以來[7]
，CO2在環保和性能上的優勢越來越多地吸引了世界各國學者研究的注意力，其係統和部件的開發也得到了很大的發展，現有研究結果表明
，CO2係統在高環境溫度(45℃以上)時，製冷性能低於傳統係統，35～45℃間與傳統係統相近，35℃以下時性能更優[5]。目前CO2跨臨界循環在汽車空調
、熱泵
、商用製冷裝置、食品冷藏冷凍等方麵的應用前景都很好，性能都相當於甚至好於原來采用R22或R12或R134a的製冷裝置，特別適用於需要大的溫度變化的場合

，而且在較低的蒸發溫度下性能較好。

  CO2作為一種天然製冷工質，就其物性特征而言，具有其他非天然工質不可比擬的優勢。伴隨著CO2製冷係統研究工作的不斷深入
，CO2作為新一代製冷工質將會得到進一步推廣，相信在不久的將來，汽車空調係統

、商用製冷係統、住宅空調係統以及各個生產企業的熱泵幹燥係統將會大量使用CO2替代現有製冷工質。