漫談二氧化碳制冷的星火燎原之勢

　　今天，人們在準(zhǔn)備建設(shè)新的冷鏈物流項(xiàng)目時(shí)，最需要解決就是制冷劑抉擇問題。不要小看制冷劑的選擇，制冷劑的選擇已經(jīng)不是簡單的技術(shù)問題，而是上升到前所未有的高度，成為所有業(yè)主不得不關(guān)切的問題。項(xiàng)目能否順利進(jìn)行，制冷劑的選用關(guān)系到環(huán)保部門，安監(jiān)部門的審批；政策是一道門檻，跨過門檻，關(guān)上門，用戶盤算的是自己的家務(wù)事，制冷劑的選擇關(guān)系到用戶建設(shè)制冷系統(tǒng)的初投資，制冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。

 

　　是什么讓日理萬機(jī)的業(yè)主削尖腦袋學(xué)習(xí)制冷劑知識？那是因?yàn)闄?quán)威機(jī)構(gòu)并不能提供一種萬能制冷劑，每一次學(xué)術(shù)研討會，討論下來的結(jié)論就是沒有一種制冷劑是完美的。這不是讓業(yè)主很緊張。

 

　　在環(huán)保，安監(jiān)，消防等多重管控下，業(yè)主選擇制冷如履薄冰。在制冷劑的選擇成了難題，魚和熊掌難以兼得，目前發(fā)現(xiàn)的制冷劑，對臭氧層無損害且對溫室效應(yīng)影響較小的，通常卻是可燃的，如R32，R152A，R290，R1270，R600A，HFO1234ze，HFO1234yf，R717等。貌似只有R744（二氧化碳）是不可燃的。雖然二氧化碳有其本身的局限性，但現(xiàn)階段無論在安監(jiān)層面還是環(huán)保層面，二氧化碳是大家都不排斥的制冷劑，二氧化碳的春天來了。

 

 

　　漫談二氧化碳制冷的星火燎原之勢

 

　　據(jù)制冷大市場記者了解，早在1850年，二氧化碳就被人們發(fā)現(xiàn)可作為制冷劑，甚至早于氨被用作制冷劑。1920~1930期間，二氧化碳作為制冷劑達(dá)到一個(gè)高峰。但是二氧化碳的壓力高，對承壓材料的限制，加上人工合成制冷劑的快速發(fā)展，二氧化碳退出了歷史舞臺。即使在今天，二氧化碳也通常被當(dāng)作低溫制冷劑使用，需要另一種冷卻介質(zhì)來冷凝二氧化碳，防止其在過高的壓力下氣化。

 

　　二氧化碳重新回到制冷系統(tǒng)中是因?yàn)榄h(huán)境問題日益嚴(yán)峻，二氧化碳和氨，碳?xì)浠衔锏忍烊恢评鋭┮黄鸪蔀榫G色之選。然而，涉氨事故加速了二氧化碳作制冷劑的步伐，讓二氧化碳踩著氨的肩膀，大有取而代之的意味。二氧化碳的運(yùn)用，可減少氨的充注量，也可減少氟的充注量，但卻尚無法完全替代。本是同根生的天然制冷劑，即丙烷，丙烯，異丁烷等碳?xì)渲评鋭┐髿舛疾桓页?，在民用領(lǐng)域隱姓埋名。

 

　　以冷鏈物流為代表的商業(yè)領(lǐng)域，選擇制冷劑，目前市場通行的原則，萬噸以上冷庫，首選氨，萬噸以下冷庫，首選氟利昂。如果安監(jiān)部門要求減少氨的充注量，可采用氨和二氧化碳復(fù)合系統(tǒng)；如果有環(huán)保要求，限制各種氟利昂的用量，可以通過氟+二氧化碳復(fù)合系統(tǒng)。

 

　　什么叫氨/氟+二氧化碳復(fù)合系統(tǒng)呢？

 

　　通常二氧化碳制冷劑不會單獨(dú)使用，因?yàn)槎趸級毫Ω?，高到一定程度，就超過臨界點(diǎn)，沒有了冷凝過程，而那個(gè)臨界點(diǎn)的溫度是31℃，壓力是7.4MPa，就是74公斤。你知道，傳統(tǒng)的氨或氟制冷系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力只有不到20公斤。

 

　　所以，通常我們會用一直冷的介質(zhì)去冷凝二氧化碳，使它在較低的壓力下冷凝。因此就有了二氧化碳復(fù)合系統(tǒng)之說。這種冷的介質(zhì)通常是氨或氟。

 

　　那為什么要使用二氧化碳呢？前面說到了環(huán)保部門和安監(jiān)部門的問題。采用二氧化碳在冷鏈的低溫系統(tǒng)中循環(huán)，恰恰取代了原本氨或氟的位置，這就減少了氨或氟的充注量。減少氨的充注量是為了安監(jiān)部門的要求，有些場合規(guī)范里也不允許氨進(jìn)入。減少氟的充注量，這里的氟通常是替代R22的R507A，R404A等等HFO制冷劑，即有環(huán)保的需求，也有減少制冷劑成本的需求。畢竟天然制冷劑，氨也好，二氧化碳也好，都是相對便宜的。

 

　　二氧化碳作制冷劑，不一定需要二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過二氧化碳專用壓縮機(jī)來壓縮。除非用冷端的溫度很低。中國的冷鏈倉儲領(lǐng)域，絕大多數(shù)的冷庫庫溫在-18℃，近年不少冷庫的庫溫達(dá)到-25℃。在這樣的溫度下，我們可以比較容易地通過氨或氟的制冷系統(tǒng)來冷凝二氧化碳，再將液體二氧化碳泵送到用冷端，吸熱氣化的二氧化碳回到二氧化碳冷凝器中再次冷凝，如何周而復(fù)始。

 

　　從制冷原理的角度來說，在-25℃庫溫用于冷凝二氧化碳的制冷劑系統(tǒng)只需要單級制冷循環(huán)，或者雙級制冷循環(huán)即可滿足。如用戶選用R507A或R404A做制冷劑時(shí)，由于這類混合制冷劑本身的壓力較高，單級帶經(jīng)濟(jì)器的制冷系統(tǒng)即可完全滿足工藝及能耗要求，若硬要選用雙級壓縮機(jī)，可能選型系統(tǒng)會提示你種種原因表明雙級壓縮在如此高溫下并不是合適的選擇。只有在庫溫更加低的時(shí)候，才適用雙級壓縮制冷循環(huán)來提高系統(tǒng)效率。

 

　　為適應(yīng)超低充注量氨制冷系統(tǒng)和二氧化碳復(fù)合系統(tǒng)而誕生的瑞典SRM SRS系列半封閉氨用螺桿壓縮機(jī)，已經(jīng)獲得聯(lián)合國蒙特利爾多邊基金的支持，成為示范項(xiàng)目。

 

　　制冷原理其實(shí)就是溫度與壓力的博弈，壓力要控制好，壓力過大的時(shí)候，我們要將它降低，壓力過小，產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)，我們需要提高壓力。當(dāng)冷鏈系統(tǒng)應(yīng)用溫度過低，傳統(tǒng)的制冷劑如氨，R507A，R404A等都處于負(fù)壓狀況，造成壓縮機(jī)壓縮比過大，系統(tǒng)能效不好的時(shí)候，我們才需要將二氧化碳進(jìn)入壓縮機(jī)來提升壓力，通過二氧化碳這個(gè)低溫高壓制冷劑與另一種中高溫制冷劑的復(fù)疊制冷循環(huán)來實(shí)現(xiàn)低溫下的高效率。

 

　　總之，二氧化碳的春天確實(shí)來了，不過控制好二氧化碳系統(tǒng)的壓力是重中之重，誰也不希望二氧化碳制冷系統(tǒng)成為一顆不定時(shí)的炸彈。

 

　　我們這里討論都是民用領(lǐng)域，在工業(yè)領(lǐng)域，這些問題不怎么敏感。在化工企業(yè)中，可燃的制冷劑根本不算啥，因?yàn)槟抢锏陌踩Ｕ洗胧┮h(yuǎn)遠(yuǎn)先進(jìn)于冷鏈物流領(lǐng)域。