CO2在商业冷冻系统中的应用

　　0 引言

　　目前，我国的商业冷冻(如大型超市)中仍在使用对环境有害的HCFCs制冷工质。HCFCs不仅破坏大气臭氧层，而且会产生严重的温室效应。根据《蒙特利尔议定书》2007年修正案的规定，第2条款国家，即发达国家应该在2020年加速完全淘汰HCFCs物质的生产和消费，削减进度为：2010年削减75%，2015年削减90%，2020年完全淘汰;第5条款国家，即发展中国家应该在2030年加速完全淘汰HCFCs物质的生产和消费，2013年将消费和生产水平冻结在基线水平，削减进度为:2015年削减10%，2020年削减35%，2025年削减速67.55%，2030年完全淘汰^[1]。因此，我国制冷剂替代的任务非常紧迫。采用对环境友好的制冷剂，满足未来商业冷冻的需要，重新起用自然工质是一种非常好的选择。许多国家正大力研究开发采用自然工质的商业冷冻系统，其中CO₂被认为是一种最具前景的工质之一。

　　早在19世纪，CO2就曾经作为制冷剂被广泛应用过，但是随着人工合成制冷剂的出现，慢慢地被淘汰。原因是CO2系统的高压特性和与之配套的零部件成本很高。随着工业技术的发展，适用于高压的配件逐渐不成问题，而随着环保要求的提高，采用自然工质成为趋势。从二十世纪末开始，CO2又重新引起人们的兴趣。

　　1 CO2作为制冷工质的优势

　　作为一种自然存在的物质，CO₂极容易得到，其臭氧消耗潜值ODP=0，温室效应潜值GWP=1，CO₂对环境可以认为是无害的，表1给出了CO₂等常用制冷剂的大气环境影响特性比较。CO₂作为制冷工质还具有一些独特的优势：

　　1)经济性好，可从很多工业副产品中得到，价格低廉;作为天然存在的气体，无回收问题。

　　2)良好的安全性和化学稳定性，不燃不爆，可使用各种润滑油及常用机械零部件，即使在高温下也不会分解产生有害气体。

　　3)良好的输运和传热性质。粘度较低，导热系数较高，比热容较大，蒸发潜热大，单位容积制冷量相当高。例如蒸发温度为-35℃时，R744的单位体积制冷量大约是R22的7倍，是R404a的6倍。

　　4)液体密度和蒸汽密度比较小，在低压下两相流动较为均匀，有利于节流后各支路间制冷剂的均匀分配;表面张力比较小，有利于提高沸腾区的蒸发换热系数。常用工质的热力学性质比较见表2。

　　基于上述优良的流动和传热特性，对于同样的制冷量，CO₂系统的流量就可以大大减少，可显著减小压缩机和系统的尺寸。此外，由于CO₂系统的压力较高，其对压力损失较不敏感，同样的压力损失，例如蒸发器或管路中的压力损失，对性能系数的影响比其它制冷剂要小得多。