二氧化碳制冷剂有哪些优劣势?二氧化碳当冷媒有哪些应用领域?

2021年8月23日20:09:40 发表评论 625 热度
摘要

目前,部分空调品牌已经开始发展以二氧化碳为制冷剂的空调机组。二氧化碳制冷剂有哪些优劣势?二氧化碳当冷媒有哪些应用领域?

绿色升级、能源革命势在必行。

中国制冷行业碳的排放,一方面来自用电、生产过程中的二氧化碳排放,另一方面来自于制冷剂等非二氧化碳温室气体的排放。

国际能源署等发布的《能源转型时代的可再生能源政策——供热和制冷》指出:“供热和制冷约占全球能源消耗的一半,而这些能源大多来自于化石燃料或生物质能的低效利用,其碳排量占全球能源碳排放量的40%以上。因此,发展高效的供热和制冷技术已成为各国需要优先落实的事项。

二氧化碳制冷剂有哪些优劣势?二氧化碳当冷媒有哪些应用领域?

  • 二氧化碳制冷剂的优点

二氧化碳是天然物质,ODP=0,GWP=1。使用二氧化碳作为制冷工质,对大气臭氧层没有破坏作用,可以减少全球温室效应,且来源广泛、价格便宜,勿需回收,可以大大降低制冷剂替代成本,节约能源,从根本上解决化合物对环境的污染问题,具有良好的经济性。

二氧化碳安全无毒、不可燃、不爆炸,具有良好的热稳定性,即使在高温下也不会分解出有害的气体,万一泄漏对人体、食品、生态都无损害。

二氧化碳具有与制冷循环和设备相适应的热物性。分子量小,制冷能力大,0℃的单位制冷量比常规制冷剂高5~8倍,因而对于相同冷负荷的制冷系统,压缩机的尺寸可以明显减小,重量减轻,整个系统非常紧凑;润滑条件容易满足,对制冷系统常见材料无腐蚀,可以改善开启式压缩机的密封性能,减少泄漏。

二氧化碳黏度小,0℃时二氧化碳饱和液体的运动黏度只是NH3的5.2%、R12的23.8%,流体的流动阻力小,传热性能比CFC类制冷剂更好,可以改善全封闭制冷压缩机的散热。

  • 二氧化碳制冷剂的缺点及分析

二氧化碳临界压力较高(7.38MPa),因此其跨临界制冷循环的工作压力较传统的亚临界两相制冷循环的工作压力高得多,约为传统制冷工质CFC或HCFC系统压力的6-8倍。所以,制冷系统中工质流经的管路系统必须经安全性分析。

但由于二氧化碳的单位容积制冷量约为常规制冷剂的5-8倍,系统所需的二氧化碳容积流量很小,而设备内气体的爆炸能量为压力与容积乘积的函数,所以虽然系统的工质压力高,但容积较小,其压力和容积的乘积与常规工质相差不大,设备内气体的爆炸能量增加的并不多。

以可靠性理论为依据,根据二氧化碳跨临界制冷系统管道可靠性的不同影响因素及其变化规律,对不同管材情况下的可靠性进行深入地研究与分析,得到的结论是:当管路系统的管外径给定时,只要合理地选择管材和管壁厚度,就能保证系统在给定压力下运行的可靠性和安全性,二氧化碳跨临界循环较高的运行压力是可以得到合理解决的。现有钢管基本可以直接应用,而现有铜管则需根据管径和壁厚经安全性分析后选用。

因此,二氧化碳运行工作压力较高所引起的安全性问题,并不会影响二氧化碳作为环保制冷剂推广应用的障碍。

二氧化碳单级压缩跨临界循环的性能系数COP比相同温度条件下的R12、R22、R134a等常规制冷剂的制冷性能系数都低。针对二氧化碳制冷循环性能系数低的缺点,学者们经研究探索发现,完全可以通过完善系统循环方式、优化系统设备来解决,如采用双级压缩和采用膨胀机回收一部分膨胀功的措施加以改善,来提高制冷循环效率。有理论分析表明,采用膨胀机二氧化碳跨临界循环的效率要高于常规制冷工质的节流膨胀循环。

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