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CO2 制冷技术在存储和运输环节的应用

发布于：2023-05-08 09:06:08 来自：暖通空调/制冷技术 [复制转发]

近年来，部分研究学者、企业将 CO2 制冷技术应用到农产品冷链物流保鲜的储存环节和运输环节中，在提高制冷效率、节能降耗等方面发挥良好作用。

（示意图，不对应文中任何具体产品）

1. 存储环节

目前，CO2制冷技术在农产品储存环节中的应用集中在冷库、超市制冷系统和冷藏陈列柜等。

相对来讲，R744应用于冷库、冷藏陈列柜的优势如下：

（1）R744无毒不易燃的安全性减少了制冷剂泄漏对农产品以及人类的危害；

（2）R744 的单位容积制冷量高，有利于减少制冷系统工质的容积循环量，从而减小制冷设备体积；

（3）R744 较低的流动损失，有利于提高制冷循环效率，减少制冷空间的限制，在冷库、销售终端等设施建造等方面具有显著优势。

（4）对比常规制冷剂，使用R744作为制冷剂的跨临界循环超市制冷系统可最大程度的发挥其作用。

目前，有关应用案例如下：

（1）荷兰某超市将 NH3/CO2复叠式制冷系统应用在冷藏柜和冷冻柜中（图5a），两个CO2循环分别用于农产品与食品冷却、冷冻，对比同等工况下的R404A制冷系统，可节能 13%～18%，减少电力消耗的同时保护环境。

（2）北京市京科伦冷冻设备有限公司研发了单一CO2制冷的低温自动化立体冷库，其制冷系统蒸发器采用顶排管设计，冷凝方式采用植入式地源冷凝技术；该冷库内温度波动低、年耗电量低，可对农产品和食品进行冰温保鲜，较好的保持了农产品和食品品质，可显著降低损耗，延长产品货架期。

目前，相关研究成果如下：

（1）SAWALHA等研究表明，与传统的R404A 制冷系统相比，CO2跨临界系统具有较低的能耗，无需单独的热泵，在库温较低时，仍可满足制冷和供暖的需求。

（2）GE等从制冷性能、环境影响、功耗和年运行成本等方面对比了应用在食品冷藏系统中的4种不同CO2制冷系统，结果表明，带有气体旁路压缩机的CO2增压系统在温暖气候下可节能5%；其次是集成级联全 CO2系统自带运输泵及具有蒸发功能的气体旁路压缩机，在温暖气候和中温气候下分别节能3.6%和2.1%。

（3）宁静红等研发了水和CO2为循环工质的水果冷藏制冷系统（图 5b），对新疆吐鲁番、哈密、库尔勒和库车四个地区的葡萄、哈密瓜、香梨和白杏进行冷藏，发现可节省约 40%～96%的电能和运行费用。

（4）SUAMIR 等将 CO2 制冷与“热、电、冷”三联产的发电系统结合，实现超市制冷系统一体化（图 5c），能源消耗最高可减少30%。

（5）GULLO等对比了几个欧洲城市中超市的CO2制冷系统和R404A制冷系统，发现跨临界CO2制冷系统可将能源效率提高25%，设备成本降低 30%。

（6）CATALáN-GIL 等利用接近实际的热力学模型，分析了不同温度地区超市的 CO2增压系统节能降耗情况，发现在暖区可降低 2.9%～3.4%的能耗，在热区可降低 1.3%～2.4%的能耗。

（7）GIBELHAUS 等设计了一种动态化 CO2制冷循环，结合吸附式制冷机机组，实现了超市冷柜的高效低温制冷，每年最高可节能22%。

（8）MITSOPOULOS等对比了希腊某超市的十种CO2制冷系统，并将CO2系统与传统的R404A系统进行了比较，结果表明，采用复合CO2系统可减少制冷系统8.5%的能耗。

（9）KARAMPOUR等将跨临界CO2制冷系统与独立的地源热泵结合，尝试将超市与附近的建筑一体化，可降低年运行总成本20%～30%。

（10）BEGHI 设计了一种超市制冷系统的学习模型，适合 CO2增压制冷系统的学习和强化，可根据环境的变化操控 CO2制冷系统及时调整，为制冷系统的检测和管理提供一个合适的控制策略，可减少超市制冷系统中的电能消耗。

（11）葛住军等设计的CO2 跨临界制冷系统可为饮料冷却提供冷源，实现制冷的同时对环境友好（图 5d）。此外，CO2作为制冷剂也可应用于自冷饮料罐，将液化的 CO2置于自冷饮料罐的外壁中，打开饮料罐拉环时，CO2迅速挥发，吸收饮料热量，使饮料在开启后自动冷却降温，为自冷饮料的消费提供广阔前景。

2. 运输环节

0 ℃时R744饱和液体的运动黏度仅为NH3的5.2%， R12的23.8%，流体的流动阻力较小，制冷系统的输送泵功耗低，仅为传统输送功率的1/10，以 CO2构建的制冷系统可以在冷链物流运输过程中为农产品提供适宜的低温环境，减少能源消耗，降低运输成本，增加经济效益。

有制造商已将 CO2制冷系统应用于冷藏集装箱以及冷藏运输车。

（1）INGENIUM公司设计了四台类似的CO2跨临界增压机组，搭配可24 h在线监控制冷系统的控制中心，实现了物流环节精准利用 CO2 制冷技术的新突破。

（2）LAWRENCE 等设计了一种跨临界多温移动式冷藏集装箱系统，通过改善气体冷却器、热交换器的性能，在环境温度较高的情况下仍可改善系统 COP 值。

（3）FABRIS 等采用耦合两相喷射器，模拟长途运输场景，设计了一种适合长途运输的 CO2制冷系统，可在不同配置之间切换，以便根据内部空气和外部环境条件最大限度地提高系统COP或制冷能力。

（4）ARTUSO等研发了一种安装在喷射器出口线上的辅助蒸发器，扩大了喷射器的工作范围，在25 ℃的环境温度和5 ℃的内部冷藏运输货仓中，均可提高CO2制冷系统的COP，最高可达21%。

虽然研究者对应用进行了探索，但目前应用范围还十分有限。

中国农产品的品类众多，不同农产品品种、地区、季节等所需的应用场景不同，这需要研发与之相匹配的 CO2制冷系统与设施设备。

3. CO2 制冷技术在农产品冷链物流保鲜领域应用的难点

第一，在实际生产和应用中，CO2制冷系统压缩机和换热器的设计仍存在技术瓶颈。

国内外生产商在研发压缩机时需考虑不同工况下各配件性能系数以及匹配性，这为不同物流模式下CO2制冷系统的发展带来困难。

如海运（船）行业中，货仓满载后其内部空间狭小，压缩机的位置需随时调整，制冷剂的流动间隙大小难以控制，影响制冷工质的流动；对于陆运（大型卡车、拖车和冷藏集装箱），虽然已有部分制造商引入CO2制冷系统，但由于 CO2制冷设备液化效率相对较低，流通管径设计难以满足 CO2气体较高的液化临界压力，严重影响关键设备研发，目前常用的制冷剂仍为R452A（R32、R125、 R1234yf 混合物）和R513A（R134 与R1234yf 混合物）等，R744 的覆盖率较低；空运（飞机）使用的制冷系统与其他领域不同，主要通过发动机、散热器、空气循环机、冲压进气道系统、再加热器和冷凝器等设备进行机械做功和热交换，对于制冷剂要求并不高，这也同样遏制了R744的推广和应用。

第二，CO2制冷系统受外部环境温度影响较大。

当环境温度较高时，制冷系统压缩机的排气压力高达12 MPa 左右，远高于常规制冷系统。中国大部分地区为亚热带和温带气候环境，CO2制冷系统可发挥其独特的优势，而在温度寒冷的地区，压缩机的管道温度较低，机组的外壳结露严重时，制冷剂易被压缩机吸入，发生异常冲击，制冷性能受到影响，CO2制冷系统的应用受到一定限制。

第三，农产品冷库对温度选择、库容要求多样，适宜的小型冷库在高温季节运行能耗大、制冷效率低。

目前 CO2制冷技术在中小型冷库上应用的成本偏高，与目前已有的技术结合仍待研究，这也给该技术的推广应用带来困难。因此，CO2制冷系统升级与制冷设备配件的优化成为CO2制冷技术广泛应用的前提。

制冷

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只看楼主我来说两句 抢板凳

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技术创新生活！

2023-05-11 15:53:11
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