二氧化碳具有高密度和低粘度，其流動損失小、傳熱效果良好，并且通過對傳熱作用的強化，可以彌補其循環不高的缺點。同時二氧化碳環境表現優良、費用低易獲取、穩定性好、有利于減小裝置體積。最重要的是，其安全無毒，不可燃，這一點比R290具有明顯的優勢。
當然，采用二氧化碳為制冷劑也有缺點，二氧化碳高的臨界壓力和低的臨界溫度也給它做制冷劑帶來了許多難題。無論亞臨界循環還是跨臨界循環，二氧化碳制冷系統的運行壓力都將高于傳統的制冷空調系統，這必然會給系統及部件的設計帶來許多新的要求。同時現階段還存在二氧化碳制冷系統的效率相對較低的問題。
目前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，必須盡早采用對環境無危害的制冷劑；第二方面是熱泵熱水器，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，有利于將熱水加熱到一個更高的溫度；第三方面是考慮到二氧化碳良好的低溫流動性能和換熱特性，采用它作為復疊制冷循環低溫級制冷劑。
在復疊式制冷系統中，二氧化碳循環在亞臨界條件下運行。此時二氧化碳用作低壓級制冷劑，高壓級用NH3作制冷劑。與其它低壓制冷劑相比，即使處在低溫，二氧化碳的粘度也非常小，傳熱性能良好，因為利用潛熱，其制冷能力相當大。目前，歐洲在超市中已建立了幾個這種用二氧化碳作低溫制冷劑的復疊式制冷系統，運行情況表明技術上是可行的，這種系統還適用于低溫冷凍干燥過程。美國伊利諾伊大學（UIUC）空調和制冷中心的C.W.Bullard等對二氧化碳工質在家用空調、超市冷柜等方面的應用進行了廣泛的理論與實驗研究。而超市的制冷劑替代也是當務之急。據了解，超市消耗的能源中多達60%是用于制冷的。使用二氧化碳的制冷系統將大幅度減少這一數字。目前關于R22制冷劑的替代國際上主要有兩種技術方案：一種是以北歐國家和韓國為代表，其主張采用天然工質作為替代物，如純工質R290、R1270、R744、R600a、R600、R717等，以及HCs類的混合物；另一種是以美國和日本為代表的采用HFCs作為替代物，如美國聯合信號公司的非共沸混合物R410A、杜邦公司和I.C.I公司的混合物R407C，以及R32和R152a等，這些制冷劑的ODP均為0，能夠達到保護臭氧層的目的，但是會產生溫室效應。
目前看來，二氧化碳在國內市場的前景，還有點像“霧里看花”，就像王立群所言，他們都了解它的好，但真正用的少。國內空調行業暫時看不到二氧化碳發展的影子，其在國內冷凍冷藏市場也才剛剛邁步，但在熱泵熱水器領域，國內即將出臺二氧化碳熱泵熱水器的核心配件標準——GB/T26181-2010。參與標準制定的上海日立電器有限公司熱泵推進辦公室部長樂紅勝認為，雖然在國內采用二氧化碳制冷劑的熱泵熱水器還沒問世，核心部件壓縮機也處于研發階段，“但這一超前標準的制定，將會對產品的市場推廣起到良好的作用。”
二、CO2制冷劑的性質
（一）CO2制冷劑具有的主要優勢
1．CO2是天然物質，ODP=0，GWP=1。使用CO2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，來源廣泛，勿需回收，可以大大降低制冷劑替代成本，節約能源，從根本上解決化合物對環境的污染問題，具有良好的經濟性。
2．CO2安全無毒、不可燃，并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。萬一泄漏對人體、食品、生態都無損害。
3．CO2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。
4．CO2黏度小，0℃時CO2飽和液體的運動黏度只是NH3的5.2%、R12的23.8%[5]，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。
（二）CO2制冷劑存在的主要缺點及分析
1．CO2臨界壓力較高（7.38MPa），因此CO2跨臨界制冷循環的工作壓力較傳統的亞臨界兩相制冷循環的工作壓力高得多，約為傳統制冷工質CFC或HCFC系統壓力的６～８倍[4]。
所以制冷系統中工質流經的管路系統必須經安全性分析。但是由于CO2的單位容積制冷量約為常規制冷劑的5～8倍，系統所需的CO2容積流量很小，而設備內氣體的爆炸能量為壓力與容積乘積的函數，所以雖然系統的工質壓力高，但容積較小，其壓力和容積的乘積與常規工質相差不大，設備內氣體的爆炸能量增加的并不多。以可靠性理論為依據，根據CO2跨臨界制冷系統管道可靠性的不同影響因素及其變化規律，對不同管材情況下的可靠性進行深入地研究與分析，得到的結論是：當管路系統的管外徑給定時，只要合理地選擇管材和管壁厚度，就能保證系統在給定壓力下運行的可靠性和安全性，CO2跨臨界循環較高的運行壓力是可以得到合理解決的；現有鋼管基本可以直接應用，而現有銅管則需根據管徑和壁厚經安全性分析后選用[6]。因此CO2運行工作壓力較高所引起的安全性問題，并不會影響CO2作為環保制冷劑推廣應用的障礙。
2．CO2單級壓縮跨臨界循環的性能系數COP比相同溫度條件下的R12、R22、R134a等常規制冷劑的制冷性能系數都低。針對CO2制冷循環性能系數低的缺點，學者們經研究探索發現，完全可以通過完善系統循環方式、優化系統設備來解決，如采用雙級壓縮和采用膨脹機回收一部分膨脹功的措施加以改善，來提高制冷循環效率。有理論分析表明，采用膨脹機CO2跨臨界循環的效率要高于常規制冷工質的節流膨脹循環[2]。
三、CO2制冷劑的應用前景
自前國際制冷學會主席G．Lorentzen提出采用CO2作為環保制冷劑及跨臨界循環理論以來[7]，CO2在環保和性能上的優勢越來越多地吸引了世界各國學者研究的注意力，其系統和部件的開發也得到了很大的發展，現有研究結果表明，CO2系統在高環境溫度（45℃以上）時，制冷性能低于傳統系統，35～45℃間與傳統系統相近，35℃以下時性能更優[5]。目前CO2跨臨界循環在汽車空調、熱泵、商用制冷裝置、食品冷藏冷凍等方面的應用前景都很好，性能都相當于甚至好于原來采用R22或R12或R134a的制冷裝置，特別適用于需要大的溫度變化的場合，而且在較低的蒸發溫度下性能較好[2]。
CO2作為一種天然制冷工質，就其物性特征而言，具有其他非天然工質不可比擬的優勢。伴隨著CO2制冷系統研究工作的不斷深入，CO2作為新一代制冷工質將會得到進一步推廣，相信在不久的將來，汽車空調系統、商用制冷系
統、住宅空調系統以及各個生產企業的熱泵干燥系統將會大量使用CO2替代現有制冷工質。
四、結束語
作為制冷劑，人們希望它環保、高效、經濟，但實際上并不存在一種十全十美的制冷劑。與其他制冷劑相比，CO2具有環保、安全、經濟和單位容積制冷量等性能方面上的明顯優勢，也有運行工作壓力和效率方面上的不足。目前的研究表明，只要合理選擇管材和管壁的厚度，可保證CO2系統在跨臨界壓力下運行的安全性和可靠性，而合理改善CO2跨臨界循環方式，可以有效地減少節流損失，提高系統的循環效率，CO2作為環保制冷劑之一，有著很好的應用前景，隨著制冷與空調技術領域的發展必將會得到廣泛應用。
R32替代問題
1) R32 與 R22 以及 R410A 的熱物理性質較為接近,且 GW P值適中 ,充注量僅為 R22 的 0. 6倍 ,CO2 減排比例可達 77. 6 % ,比 R410A 優越 ,綜合環境性能較好。
2) R32 的可燃性是 R22 替代物可燃性工質中最弱的 ,可燃性極限比 R1234yf 還低 ,屬于 A2L類 ,運輸過程中認為是 “不可燃” 的。在空調/熱泵機組中 ,目前標準 R32 的允許最大充注量比 R290約大 10 倍,比 R161 約大 5 倍到 10 倍以上 ,如按A2L ,預計將更為放寬。
3) R32 的熱工性能比 R410A 好 , CO P 約高5. 3 % ,冷量約大 12. 7 %。但須解決其排氣溫度高等問題。
4) R32 的市場可獲得性好 ,價格便宜 ,國內有大量生產 ,且無侵權問題。
總之 ,在家用/商用空調中 R32 是一種兼顧減排、 安全、 節能和市場諸方面要求的、 很有前景的替代 R22 的制冷劑。希望今后能加強其實際應用的研究 ,順利且經濟地完成 HCFCs 淘汰的國家目標。
3 結論
1) 對比 R32 ,R22 ,R407C和 R410A 四種制冷劑的基本特性 ,從傳熱和流動角度看 ,R32 具有較低的黏度、 較高的導熱系數 ,以及較高的汽化潛熱、 冷凝壓力和蒸發壓力。由于 R32 系統的冷凝壓力較高 ,對系統的承壓性能提出了更高的要求 ,在系統設計時須要采取適當的方法控制最高壓力 ,以保證系統的安全性。考慮到系統的可靠性 ,R32 系統的最高出水溫度建議為 55 ℃。
2) 通過理論循環計算分析 ,R32 系統具有較低的壓縮比 ,較高的 CO P 以及很好的容積制熱量 ,適合用于空氣源熱泵熱水器;但是 , R32 系統的排氣溫度較高 ,須要通過制冷劑噴液等方法降低排氣溫度 ,以保證壓縮機的可靠性。
3) R32 制冷劑經過合理的系統匹配后可以用于空氣源熱泵熱水器 ,并得到較高的 CO P。在當前節能減排的大環境下 ,可以考慮推廣使用 R32。同時 ,考慮到空氣源熱泵熱水器能效限定值國家標準在制定中 ,隨著該標準的實施 ,可能會推動這種有利于提高系統 CO P的 R32 制冷劑在空氣源熱泵熱水器上的應用。
4) 具有較低 GW P值的 R32 制冷劑 ,在我國空氣源熱泵熱水器行業的推廣應用 ,將有助于實現低碳經濟的發展戰略。國內對空氣源熱泵熱水器用制冷劑提出了很多替代方案 ,比如 R417A , R404A , R407C , R134a和 CO2等。各種不同制冷劑在實際應用中取得的效果除了與制冷劑本身的特性有關外 ,還與熱泵
熱水器的類別以及使用條件有很大關系。所以 ,一種性能優良的制冷劑只有與一個系統設計優良的熱泵熱水器產品相結合 ,才能夠最大地發揮其節能環保性能 ,為用戶和廠家提供最大的經濟效益。
5 R32能否為我國空調行業與氟化工行業的轉軌形成“互利雙贏”局面R32的市場可獲得性好，國內已有大量生產，不少氟化工企業(如山東東岳、常熟中昊、江蘇梅蘭、浙江蘭天等)均有產品，且無侵權風險，并且價格還有優勢(R22市場價約11000元/噸，R290約12000元/噸，R32約14000元/噸，R161批量生產后約20000元/噸，R410A和R407C約45000元/噸)，R32的價格僅為R410A的30%。從生產工藝路線看，R22以工業無水氟化氫和氯仿為原料，在一定溫度和壓力的條件下，通過催化劑的作用進行液相反應，制得R22粗品；經水洗、堿洗除去氯化氫氣體、氟化氫后，再經脫水、液化、脫氣、精餾等過程，最后制得純凈品R22。R32和R22的生產工藝路線相同，只是原料為工業無水氟化氫和R30；副產品也不同，為HCI、R31和少量R30，它們均可回收利用，基本沒有高GWP的R23。但設備和管道的壓力較高，好在 R22的生產設備一般都能滿足要求，只需略經改動就能轉產R32。因此這就為面臨淘汰R22巨大壓力的我國氟化工行業提供了一線機遇，有利于實現R22生產路線的轉軌。
6 使用R32需要解決哪些關鍵技術
從熱工性能分析和試驗結果可看出，應用R32時需注意解決制熱工況下高排氣溫度、兩器小管徑化、降低泄漏率、開發專用壓縮機和整機優化、微燃風險評估和模擬試驗等問題，這些問題有關企業和研究院校基本都能設法解決。下面列出一些解決思路與途徑：1)排氣溫度過高：可進行材料相容性和油溶性研究，進行噴液冷卻或增焓技術、節流閥控制匹配。2)兩器小管徑化：研究微細管換熱機理、兩器構型匹配。3)降低泄漏率：減少活動連接、密封件選配。4)壓縮機開發和整機優化：R410A壓縮機簡單改型或優化、R32專用壓縮機開發、整機優化匹配。5)微燃風險評估和模擬試驗：泄漏分析、風險概率事故樹分析、微燃破壞性模擬和試驗。
R290
3 結論
通過實驗研究與對比分析, 可以得出如下結論。
(1) R290 是一種優秀的制冷劑, 可以在家用空調
中替代 R22;
(2) 空調器在恰當的充液量下使用R290時與R22相比 , 制冷量降低約1.24%～9.65% ; 功 率 降 低 約17.37%～18.04%; 能效比增加 10.26%～19.53% ;
(3)實驗和分析的前提是不改變原用R22的家用空調器, 這也是上述結論的前提條件。實際應用中, 若對壓縮機和換熱設備進行優化設計可以收到更好的效果;
(4)R290 熱穩定性不如 R22, 對空調整機的穩定性也有不利的影響;
(5) R290 的充注量小, 僅為 R22 的 46% 左右, 這就減少了可燃性造成的使用障礙, 有可能被越來越多的國家所接受.
R290 制冷劑是一種環保高效制冷劑 可以在家用空調器上使用并達到較高能效 通過減小換熱器管徑 采用微通道換熱器等措施 可在達到高能效的前提下即節省材料成本又減少制冷劑灌注量 雖然 R290 是可燃的 但經過減少灌注量并采取適當安全措施后是可以實現安全生產使用的但減少灌注量后 由于制冷劑質量流量的不足 R290 的空調器制熱面臨很大的問題 還需探索提高
汽車空調技術及應用前景
HFCl34a是目前使用最廣泛的汽車空調制冷劑。盡管它對臭氧層沒有破壞作用，但其GWP(全球變暖潛能值)高達1300[-1：R134a親油性差，對現用冷凍潤滑油不相容．還對銅管有腐蝕性。R134a已經被認為是一種過渡型的替代物。所以研究新的替代制冷劑勢在必行。作為汽車空調的替代制冷劑，天然制冷劑CO：有著不可比擬的優勢，主要概括如下：(1)與目前使用的HFcl34a相比，溫室效應小，GwP值僅為l。(2)CO2：是自然資源，可以回收利用工廠排放的CO2：，減少化工副產品CO2的排放。
(2)無毒，自身費用低，無需回收或再生，操作與運行的費用也較低。
(3)化學穩定性好，不可燃。
(4)低溫下的制冷劑密度大，供暖效果好。
(5)有利于減小裝置體積。高的工作壓力使得壓縮機吸氣比容較小，使得容積制冷量較大。壓縮尺寸減小：流動和傳熱性能提高，減少了管道和熱交換器的尺寸．從而使系統非常緊湊。因此，天然制冷劑被認為是未來汽車空調的首選，有很好的應用前景
1. CO2 跨臨界循環系統, 充分利用了 CO2 高飽和壓力, 良好的熱力性能及相當大的單位容積冷量,具有高效緊湊等特點, 適合于汽車空調,
2. 在 CO2 跨臨界循環系統研究的理論和實驗方面已經取得了不小的成就, CO2 系統日趨成熟, 商用化指日可待,
3. CO2 具有優良環保性能, 從安全方面考慮, 汽車空調中 CO 雖然壓力高, 但其體積很小, 即使在部件破裂的情況下 制冷劑側容積不到2L的C02汽車空調機所釋放出來的潛在能量還趕不上一個典型的 C0 2 滅火器釋放的多 在保護系統的監控與保護下 機械系統的安全性是完全可靠的
4. C02 系統結構與原車用空調系統有明顯不同 高壓側壓力~ 回熱換熱量等系統循環參數對系統 COP 影響顯著 必須對系統熱力循環進行優化設計
5. 以C02作為工質的汽車空調系統 無論在理論方面,還是在部件實現方面都完全具備了可能性
水系統。
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