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                              二氧化碳制冷劑優缺點

                                二氧化碳是自然界中的一種物質,也是一種非常好的制冷物質。其實,二氧化碳作為制冷劑已經有百年歷史,在19世紀末至20世紀30年代前就被廣泛應用,隨著氨、氟里昂制冷劑開始應用,二氧化碳制冷劑便迅速地退出歷史舞臺。

                                二氧化碳制冷劑優缺點

                                2021年3月,北京舉辦了中國碳達峰碳中和成果發布暨研討會,發布了中國2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的目標規劃。中國制冷行業碳的排放,一方面來自用電、生產過程中的二氧化碳排放,另一方面來自于制冷劑等非二氧化碳溫室氣體的排放。從全球來看,商用制冷是制冷的主體,其制冷劑排放量最大(按CO2當量計算),占制冷劑總排放量的30%以上,如果用CO2做制冷劑,可以將商用制冷系統碳足跡減少到幾乎為零!這就是為什么二氧化碳制冷劑又被大家重視的主要原因。

                                1、二氧化碳制冷劑的優缺點

                                優點:

                                二氧化碳是天然物質,ODP=0,GWP=1。使用二氧化碳作為制冷工質,對大氣臭氧層沒有破壞作用,可以減少全球溫室效應,且來源廣泛、價格便宜,可以大大降低制冷劑替代成本,節約能源,解決化合物對環境的污染問題,具有良好的經濟性。

                                二氧化碳安全無毒、不可燃、不爆炸,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,泄漏對人體、食品、生態都無損害。

                                二氧化碳制冷劑優缺點

                                二氧化碳具有與制冷循環和設備相適應的熱物性。分子量小,制冷能力大,0℃的單位制冷量比常規制冷劑高5~8倍,因而對于相同冷負荷的制冷系統,壓縮機的尺寸可以明顯減小,重量減輕,整個系統非常緊湊;潤滑條件容易滿足,對制冷系統常見材料無腐蝕,可以改善開啟式壓縮機的密封性能,減少泄漏。

                                二氧化碳黏度小,0℃時二氧化碳飽和液體的運動黏度只是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的散熱。

                                缺點:

                                不能維持生命,如果濃度過高,會引起人的呼吸器官的損害,甚至窒息死亡;

                                有很高的臨界壓力和低的臨界溫度;CO2臨界溫度為Tc=31.1℃ ,臨界壓力為Pc=7.3MPa,水的臨界溫度為374℃,臨界壓力為22MPa。

                                無論亞臨界循環還是跨臨界循環,CO2制冷系統的運行壓力都將高于傳統的制冷空調系統,給系統及部件的設計帶來許多難度,制造成本也相對比較高。

                                二氧化碳制冷劑優缺點

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                                2、二氧化碳的應用

                                二氧化碳的研究和應用主要集中于三個方面:

                                一方面是汽車空調領域,由于制冷劑排放量大,對環境的危害也大;

                                熱泵熱水領域,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,有利于在極低的環境溫度下將熱水加熱到一個更高的溫度(90℃以上)。

                                復疊制冷循環領域,二氧化碳良好的低溫流動性能和換熱特性,采用它作為CO2/NH3復疊制冷循環低溫級制冷劑。

                                前面說過,二氧化碳濃度過高會引起人的呼吸器官的損害,甚至窒息死亡,因此需要進行泄露監控,相關要求如下:

                                若二氧化碳濃度超過限定值,只允許受過訓練的人員進入;

                                報警器必須同時發出聲音和燈光報警,并同時覆蓋室內和室外;

                                通風系統和報警器不得使用同一個電源;

                                報警器必須能啟動通風,最好還能啟動關斷閥;

                                通風口和檢測器必須安裝在盡可能低的位置;

                                檢測器必須監測CO2 濃度,而非缺氧情況。

                                3、二氧化碳在復疊式制冷系統中的應用

                                CO2/NH3復疊式制冷循環由NH3高溫級制冷循環和CO2低溫級制冷循環疊加而成,兩個獨立的制冷系統通過蒸發-冷凝器(中間換熱器)耦合起來,新系統既能滿足在較低蒸發溫度下蒸發時合適的蒸發溫度,又可以滿足在環境溫度下冷凝時適中的冷凝壓力。

                                二氧化碳制冷劑優缺點

                                系統流程及對應的p-h圖如圖4所示:

                                圖中:1-2-3-4-1為低溫級CO2帶節流閥制冷循環;5-6-7-8-6為高溫級帶節流閥制冷循環,因為低溫級的放熱過程(圖中2~3過程)和高溫級的吸熱過程(圖中5~8過程)發生在蒸發-冷凝器中。而且,換熱過程與環境沒有熱交換。因此可以認為,高溫級循環的蒸發負荷與低溫級循環的冷凝負荷相等,蒸發-冷凝器中的傳熱溫差,一般取5~8℃。


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