沿革 数风流制冷 还看今朝
在更新迭代再正常不过的现代社会，一个产业的发展，一款新产品的诞生，一项新技术的发明，犹如逆水行舟。在翻开二氧化碳制冷历史的青春纪念册时，我们赫然发现，当前被人们热议的“二氧化碳制冷”在漫长的制冷历史中已然走过了太长的路程。...
在更新迭代再正常不过的现代社会，一个产业的发展，一款新产品的诞生，一项新技术的发明，犹如逆水行舟。在翻开二氧化碳制冷历史的青春纪念册时，我们赫然发现，当前被人们热议的“二氧化碳制冷”在漫长的制冷历史中已然走过了太长的路程。只是过程可谓是一波多折，从开始的“一路开花”到1931年遭遇“滑铁卢”事件，以R12为代表的CFCs制冷剂横空出世，凭借着无毒、不可燃、无刺激性、压力适中、制冷率较高等诸多优点，以排山倒海的气势取代了二氧化碳在安全制冷剂方面的位置，1950年最后一艘使用二氧化碳制冷剂的轮船宣告停工，此后，二氧化碳在制冷历史上沉寂了一段时间。
1沉寂原因
究其沉寂的主要原因，也在于二氧化碳自身的诸多缺点。的确，二氧化碳自身的临界点压力相当高(73.8bar相当于107Opsi)，而且，其冷凝散热在超临界区中进行，因此，其工作压力将更高于临界压力。就国际间所开发的CO2压缩机测试数据显示，其压缩机的吸入口压力便已达35-40bar(500-600psi)，而其出口压力更高达80-110bar(约1200-1600psi)，平均圧力为R-12的压力的10倍左右。
作为单一制冷工质时，二氧化碳高的临界压力和低的临界温度给其带来了许多难题。无论亚临界循环还是跨临界循环，二氧化碳制冷系统的运行压力都将高于传统的制冷空调系统，这必然会给系统及部件的设计带来许多新的要求。同时，在单一制冷工质情况下，二氧化碳制冷系统的效率低是导致它在上个世纪淡出冷媒舞台的主要原因。
对于客户而言，成本是他们采购设备的一大标准，虽然二氧化碳制冷系统与其他相比，单位容积制冷量高、热导率高、无毒环保，但是前期的制造投入高，成本回收周期长，很多企业一时间还是接受不了。有学者认为，二氧化碳制冷系统在中国的发展才刚刚起步，要想在中国市场遍地开花，还有较长的一段路要走。
2华丽转身
然而沉寂了一段时间之后的“华丽转身”和“逆袭”，就更加的独具魅力了。因二氧化碳作为一种较为理想的天然制冷剂，其优越性主要体现在安全、节能、环保等方面：它的破坏臭氧层潜能值ODP=0，地球温室效应潜能值GWP=1，不破坏臭氧层，几乎不产生温室效应。在实际使用过程中，它其实是一个负值。把二氧化碳作为制冷剂，在密闭的系统中进行循环使用，使用过程中它的GWP的值是在不断较少的。此外，CO2还无毒、不可燃、不具爆炸性，不会给人员及环境带来安全威胁，对货品也没有污染。加之CO2还具有高密度和低粘度，其流动损失小、传热效果好，并且通过对传热作用的强化，可以弥补其循环不高的缺点。同时，CO2环境表现优良、费用低易获取、稳定性好、有利于减少装置体积。因此，它的应用引起人们的重视，前国际制冷学会主席、挪威的G.Lorentzen就曾大力提倡使用自然工质，在对二氧化碳的研究与推广应用上起了很好的带头作用。
而且，近年来当制冷界频频出现氨制冷、氟制冷小动荡的时候，CO2改头换面，以全新的傲人姿态重新出现在中国。此时的CO2，经国家加大研发力度后，技术趋于成熟，效能提高不止一个级别，最重要的是，它找到了自己的市场定位：低温和超低温制冷。的确，CO2做为一种自然工质，具有环保无毒，安全可靠，经济节能的优势。在-25℃至-52℃情况下，采用二氧化碳复叠式制冷系统，其运行效率明显优于传统制冷系统，在相同条件下比传统制冷系统效率高出5%-10%。而在蒸发温度较高的大中型冷藏库中，采用二氧化碳载冷系统，优势也很明显，其安全性及环保性显著提升。
3企业业绩
随着二氧化碳制冷技术的逐渐兴起，国际国内诸多企业积极投入到CO2技术的研究和使用之中。许多具有影响力的国际品牌都在二氧化碳制冷技术领域取得了不错的成绩。
来自童话王国的丹佛斯，从上个世纪90年代开始进行二氧化碳制冷技术开发，经过20多年的研究、测试以及实践应用经验的积累，目前丹佛斯公司二氧化碳制冷技术方面产品覆盖了自动控制阀门、系统/应用控制器、各种传感器，覆盖了二氧化碳制冷从小型到大型，从载冷剂到跨临界制冷系统，应用条件覆盖了制冷、空调、热回收以及热泵。应用场合全方位覆盖范围包含工业制冷应用、商用制冷应用、家用制冷应用以及相关的空调制热应用的需求。
作为全球领先制冷压缩机设备供应商，比泽尔一直以来都比较重视二氧化碳制冷系统的研发和推广。早在2011年国内第一家应用二氧化碳的国际品牌超市就是用的比泽尔的二氧化碳压缩机。2015年，比泽尔投资建成了二氧化碳技术培训中心，截止目前，已经开展了10余个针对二氧化碳的专业培训课程，供同行和客户前来学习，并希望借此平台，将最先进的二氧化碳产品及应用知识推广到市场中去，实现在新的自然环保工质应用方面的知识分享。
而作为压缩机行业的先锋力量——意大利都凌，在1990年开始探索生产CO2压缩机，目前都凌CO2压缩机产品包括单机单级到单机双级，亚临界和跨临界等多个系列，并已全部实现变频驱动。以跨临界CO2压缩机为例，运行范围从1P到85P，同时适用于制冷和热泵制热采暖;在亚临界CO2压缩机方面，运行范围从1P到25P，值得一提的是，其1P的工作效率相当于甚至超过了8P使用R134a的压缩机的工作效率，产品效率得到很大的提升。与此同时，各种实验和实际应用案例也证明了都凌半封闭压缩机与新型的制冷剂性——CO2具有更好的兼容性，更能满足市场对效率、可靠性及低噪音水平的要求。
德国GEA自1993年开始研究和推广CO2类型的产品，经过多年的发展，目前GEA的二氧化碳活塞式压缩机产品已经拥有了非常稳定的客户群体，产品遍及欧洲和澳洲市场，被广泛运用于大型超市中。GEA对二氧化碳系列产品进行多年的检测和改进，在2008年推出亚临界和跨临界系列产品，2013年推出跨临界六缸系列产品，并在后续的发展中不断地革新技术。
在国际品牌的影响下，国内民族企业也迅速找准目标，积极投入二氧化碳制冷技术的研究中，一时间，呈现出“千树万树梨花开”的景象，然而在这万千的梨花中，烟台冰轮的绽放显得尤为突出。烟台冰轮作为中国机械工业100强、中国工商制冷空调行业排头兵企业，多年来始终坚持以环保、安全、节能为技术创新的主题，一直履行保护环境的义务，在行业中倡导产品的环保、安全，坚持使用自然工质，保护人类生态环境，产品70%采用自然工质。从2006年开始，烟台冰轮和西安交通大学合作在国内率先进行自然工质CO2的应用开发，研制国内首台同时也是国际上首台螺杆式二氧化碳制冷压缩机，经过多年的努力，产品实现了系列化，先后完成了NH3/CO2螺杆复叠制冷系统、NH3/CO2螺杆载冷系统的设计、试验与论证，对其中的关键设备和核心技术：如CO2系统使用材质及冷冻油的选择，CO2螺杆压缩机、NH3/CO2冷凝蒸发器、CO2系统供液方式、CO2冷冻油、CO2系统压力等的设计与研究，以及CO2系统自动控制系统的设计等方面先后进行了无数次试验和改进，形成了一套非常完善的CO2制冷系统原理体系，2008年通过了山东科技成果鉴定。2009年，烟台冰轮承接了国内首套大型NH3/CO2商冷系统。整套系统调试运行后，以其优良的稳定性和卓越的安全、节能，环保效应得到了客户和国内同行业的一致认可与好评，实现了国内首套NH3/CO2系统的工业化运转，之后，冰轮相继承接了威海久业、大连獐子岛等重点项目，均采用NH3/CO2制冷系统，其中大连獐子岛贝类加工中心，采用了氨/二氧化碳复叠制冷与载冷系统。实测数据表明在单冻机出货温度-18℃工况下，NH3/CO2制冷系统和NH3双级压缩机系统相比节电11%，节能效果明显。同时，烟台冰轮在国内共承建了84个应用CO2制冷系统技术的项目，其中45个项目已竣工投产，为用户带来了切实的“安全、环保、节能”使用体验。所以不论是在二氧化碳系统项目的数量还是质量上，烟台冰轮都可谓是国内的魁首。
4活动推广
的确，国内外越来越多的企业开始关注CO2制冷技术，研究其应用，以实现在更多更宽泛的领域进行使用，同时它们也纷纷采取不同的措施，加大对CO2制冷技术的研究和推广。2011年丹佛斯组织CO2冷媒应用系列路演活动，在全国范围组织了两轮大规模的技术研讨会，与制冷界同仁共同探讨欧洲已广泛使用的绿色冷媒，分享了二氧化碳冷媒在工业制冷领域的行业进程、技术规范、应用实践等宝贵信息，不仅使行业内的人加深了对CO2冷媒的理解，也为CO2制冷技术的发展拓宽了道路。
继丹佛斯的CO2冷媒应用系列路演活动之后，烟台冰轮也组织了二氧化碳制冷技术路演活动，其路演活动的初衷在于希望通过一系列路演活动，让更多的人全面深刻地了解二氧化碳制冷系统的理论技术及应用案例，从而推进二氧化碳制冷系统在我国冷冻冷藏行业的规模化应用。显然，其效果也是十分明显的。而随后的与CO2制冷技术相关的技术交流会更是在各大展会上频频出现，人们对二氧化碳技术的研究也不仅仅局限于好与坏，而是在往更多更好更宽的领域上扩展。
5CO2制冷前景可期
俗话说：机会永远是留给有准备的人的，当CO2制冷技术在国内终于从“雾里看花”发展到“光芒四射”时，越来越多的制冷界人士将眼光投入到二氧化碳制冷市场。纵观当前的发展状况以及随着我国冷藏冷冻食品市场发展快速增长，对节能、环保制冷技术的需求急剧上升，以环保安全的CO2新技术替代原有的液氨/氟利昂等不安全、不环保制冷技术已经是制冷企业的一大趋势。目前，在国内工商制冷市场上，复叠制冷系统可被用于使用工况在0℃到-55℃的食品、石油、化工、医药、酿酒、建筑、矿产、纺织、机械、航空航天、环保等需要实现人工制冷的领域，尤其是超市、低温冷藏库、大型速冻和平板速冻系统、冰淇淋生产厂、乳制品的冷藏和速冻、捕鱼船、海产品加工厂等与国民经济息息相关的部门。在复叠式制冷系统中，二氧化碳循环在亚临界条件下运行，此时二氧化碳用作低压级制冷剂，高压级用氨作制冷剂，氨的充注量只有纯氨系统的1/10，有效降低了氨充注量，及大地提高了系统安全性，与传统的氨制冷相比，实际使用效率提高了10%以上，能源消耗降低。许多专家认为，从长远意义上来看，CO2复叠制冷系统或载冷系统在低温工况下(低于-15℃)比氨系统、氟系统效率高5%-10%;从安全、综合运行的经济性上来说，CO2制冷系统无疑更具优势;就单单从工质方面上来说，CO2比氟利昂成本更低，更易获得，未来氟利昂的成本必将不断升高，CO2将会是一种优质替代物，整个系统对于能效的有效提升和对人力成本的节省，以及安全维护成本的降低，对企业还是有很大的吸引力的，所以无论是从当前的研究状况还是未来的发展趋势，二氧化碳的前景十分值得期待。
6客观对待
在预见二氧化碳广阔前景的同时，我们也应该看到客观存在的问题。我们了解，虽然在二氧化碳制冷技术研究应用方面，国内的研究起步较早，已经逐渐开始掌握成套技术，水平与国外技术相比也差距不大，技术水平趋于成熟，但其推广之路还是明显滞后。所以，现阶段二氧化碳制冷市场的发展应用是关键，必须要有一批技术应用能力较强的前端企业去推动，同时也要积极开发新的配件市场，以与二氧化碳制冷技术更好地融合到一起。
或许说技术问题还是二氧化碳制冷市场发展的核心和关键，但关键中的关键还是要敢于尝试，如果连尝试都不敢的话就更不用谈及经验了。
几多期许，几多关注，几多思量，如何客观对待二氧化碳制冷技术的局限性，革新技术，拓宽领域值得更多企业再三思量。
7编者后记
诗云：江山代有才人出，各领风骚数百年，道出了诗歌随时代不断发展，诗人在创作的时候也应求新求变，并非只有古人的作品才是最好的，每个时代都有属于自己的风格，属于自己的属于时代的就是最好的。人如斯，制冷技术亦然。不论时光如何流转，制冷技术如何创新，当下的就是最好的，属于时代的就是独领风骚的，数风流制冷，当看今朝!
注：本篇内容刊登于《冷链》2016年9月刊，中国冷链网(www.china-coldchain.com)、官方微信平台(微信号：lenglianwuliu)同步发布，敬请关注!
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