漫談二氧化碳制冷的星火燎原之勢

　　今天，人們在準備建設新的冷鏈物流項目時，最需要解決就是制冷劑抉擇問題。不要小看制冷劑的選擇，制冷劑的選擇已經不是簡單的技術問題，而是上升到前所未有的高度，成為所有業(yè)主不得不關切的問題。項目能否順利進行，制冷劑的選用關系到環(huán)保部門，安監(jiān)部門的審批；政策是一道門檻，跨過門檻，關上門，用戶盤算的是自己的家務事，制冷劑的選擇關系到用戶建設制冷系統(tǒng)的初投資，制冷系統(tǒng)的運行費用和維護費用。

 

　　是什么讓日理萬機的業(yè)主削尖腦袋學習制冷劑知識？那是因為權威機構并不能提供一種萬能制冷劑，每一次學術研討會，討論下來的結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到一個高峰。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作低溫制冷劑使用，需要另一種冷卻介質來冷凝二氧化碳，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)中是因為環(huán)境問題日益嚴峻，二氧化碳和氨，碳氫化合物等天然制冷劑一起成為綠色之選。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，異丁烷等碳氫制冷劑大氣都不敢出，在民用領域隱姓埋名。

 

　　以冷鏈物流為代表的商業(yè)領域，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+二氧化碳復合系統(tǒng)。

 

　　什么叫氨/氟+二氧化碳復合系統(tǒng)呢？

 

　　通常二氧化碳制冷劑不會單獨使用，因為二氧化碳壓力高，高到一定程度，就超過臨界點，沒有了冷凝過程，而那個臨界點的溫度是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合系統(tǒng)之說。這種冷的介質通常是氨或氟。

 

　　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氣體經過二氧化碳專用壓縮機來壓縮。除非用冷端的溫度很低。中國的冷鏈倉儲領域，絕大多數(shù)的冷庫庫溫在-18℃，近年不少冷庫的庫溫達到-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，由于這類混合制冷劑本身的壓力較高，單級帶經濟器的制冷系統(tǒng)即可完全滿足工藝及能耗要求，若硬要選用雙級壓縮機，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候，才適用雙級壓縮制冷循環(huán)來提高系統(tǒng)效率。

 

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

 

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

 

　　總之，二氧化碳的春天確實來了，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)成為一顆不定時的炸彈。

 

　　我們這里討論都是民用領域，在工業(yè)領域，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，因為那里的安全保障措施要遠遠先進于冷鏈物流領域。