徽雪制冷同制冷同行共同學(xué)習(xí)一下氨制冷及二氧化碳復(fù)疊制冷的使用優(yōu)勢(shì)，為方便以下二氧化碳簡(jiǎn)稱(chēng)CO2，氨制冷簡(jiǎn)稱(chēng)NH3，CO2和NH3作為制冷劑的優(yōu)點(diǎn)：

　　二氧化碳CO2制冷劑

　　二氧化碳CO2屬于天然工質(zhì)，常溫下是一種無(wú)色、無(wú)味的氣體。作為制冷工質(zhì)，CO2具有許多優(yōu)勢(shì)。首先，從環(huán)境保護(hù)的角度講，CO2的ODP為0，GWP為1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CFCs和HFCs的，并且在實(shí)際中所用的CO2大多為化工副產(chǎn)品，用CO2作制冷劑等于延遲了這些廢氣的排放，這對(duì)環(huán)境是有利的。因此，CO2是一種環(huán)境友好型工質(zhì)。其次，從工質(zhì)的熱物理性質(zhì)來(lái)看，CO2與制冷循環(huán)設(shè)備相適應(yīng)。這主要表現(xiàn)在：①CO2的蒸發(fā)潛熱大，單位容積制冷量高，約為傳統(tǒng)制冷劑的5～8倍。②CO2的運(yùn)動(dòng)粘度小，并且在低溫時(shí)也非常小。③ 導(dǎo)熱系數(shù)高，液體密度和蒸氣密度的比值小，節(jié)流后各回路間制冷劑能夠分配得比較均勻。CO2這些優(yōu)良的流動(dòng)和傳熱性能，可顯著縮小壓縮機(jī)和系統(tǒng)的尺寸，使整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊。另外，CO2化學(xué)穩(wěn)定，無(wú)毒無(wú)害，不可燃，高溫下也不會(huì)分解出有毒氣體，并且CO2價(jià)格便宜，容易獲取，具有優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性。

　　氨制冷N(xiāo)H3制冷劑

　　NH3與CO2同屬于天然工質(zhì)，其在制冷工業(yè)中的使用直至今日已達(dá)120年之久。NH3作為制冷劑的優(yōu)點(diǎn)可以歸納為：①對(duì)環(huán)境友好，0DP=0，GWP=0。②具有優(yōu)良的熱力學(xué)性質(zhì)，其單位容積制冷量較傳統(tǒng)的氟利昂制冷系統(tǒng)大，這就意味著獲得相同冷量的氨制冷系統(tǒng)可以采用較小尺寸的壓縮機(jī)和換熱器，功率消耗也較小。③價(jià)格便宜，容易檢漏。NH3制冷劑的最大不足之處是具有中等程度的毒性并且可燃。但由于氨有強(qiáng)烈的刺激性氣味，當(dāng)空氣中濃度達(dá)5×10 時(shí)就能聞到。因此，一旦有微小泄漏就會(huì)被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并且這一濃度遠(yuǎn)低于氨的著火濃度。另外，氨比空氣輕，很容易上升從建筑物頂部逸出室外，氨溶于水，能很快被水吸收，這一性質(zhì)可用來(lái)消除空氣中的氨蒸氣，大大減少事故的發(fā)生率。其次，氨和普通潤(rùn)滑油不相溶，這給氨制冷機(jī)的潤(rùn)滑帶來(lái)了困難。蒸發(fā)器須采用滿(mǎn)液式蒸發(fā)器，導(dǎo)致NH3 的充注量增加。為了解決這一問(wèn)題，目前已研制出能溶于氨的合成潤(rùn)滑油。

　　氨制冷N(xiāo)H3/二氧化碳CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)熱力性能分析

NH3/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)C0P與冷凝溫度、蒸發(fā)溫度以及中間溫度有關(guān)。所謂中間溫度是指高溫級(jí)的蒸發(fā)溫度和低溫級(jí)的冷凝溫度，即蒸發(fā)冷凝器的平均溫度。若低溫級(jí)的冷凝溫度降低，則低溫級(jí)的性能系數(shù)增大，而高溫級(jí)的性能系數(shù)減小。目前，國(guó)內(nèi)所進(jìn)行的關(guān)于NH3/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的熱力學(xué)模擬計(jì)算表明：在同一冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下，復(fù)疊式兩級(jí)低溫制冷系統(tǒng)存在一個(gè)最佳中間溫度，使系統(tǒng)的性能系數(shù)C0P最大，并且在最佳中間溫度的5℃范圍內(nèi)，COP降低很少，這為NH，NH3/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行操作增加了彈性。當(dāng)系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)冷凝溫差一定時(shí)，復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的COP值隨高溫級(jí)冷凝溫度的升高而減小。并且在不同的冷凝溫度下，系統(tǒng)的最大COP值也不同，它同樣隨冷凝溫度的升高而減小，并且這個(gè)最大C0P值所對(duì)應(yīng)的最佳中間溫度隨冷凝溫度的升高而升高。當(dāng)系統(tǒng)的冷凝溫度和蒸發(fā)冷凝溫差一定時(shí)，復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的C0P值隨低溫級(jí)蒸發(fā)溫度的升高而增大。在NH3/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)溫度與用冷需要有關(guān)，而冷凝溫度是由環(huán)境溫度決定的，不能輕易改變。所以蒸發(fā)冷凝器的中間溫度的確定直接影響系統(tǒng)效率。關(guān)于中問(wèn)溫度的選取，一般有2種方法：一是使制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)最大；二是使兩級(jí)壓縮機(jī)的壓比近似，這樣可以省功。

　　結(jié)論

　　由于C02的優(yōu)良特性，用NH3/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)作為低溫制冷循環(huán)工質(zhì)替代的一種解決方案具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)研究表明，采用NH3/CO2作為工質(zhì)對(duì)的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，其性能系數(shù)COP與傳統(tǒng)的R22／R12復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的接近。若再考慮環(huán)境效益，則這種制冷系統(tǒng)具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展?jié)摿?。相關(guān)的熱力學(xué)分析表明，在冷凝溫度和蒸發(fā)溫度一定時(shí)，系統(tǒng)的COP值隨中間溫度的變化而變化，且存在一個(gè)最大值。此最大COP值所對(duì)應(yīng)的中間溫度為最佳中間溫度。這為該復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行提供了重要的理論基礎(chǔ)。相信隨著主要技術(shù)問(wèn)題的解決，氨制冷N(xiāo)H3/二氧化碳CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。