CO₂空调

现有空调技术存在明显的两大缺点：一是制冷剂对臭氧层破坏及高全球变暖潜能值（GWP），二是机械摩擦导致的能效损失与高维护成本。在此背景下，CO₂自然工质空调与磁悬浮压缩机技术应运而生，有着巨大的应用价值。

一、CO2空调：环保与高效的完美结合

在空调制冷领域，二氧化碳作为制冷剂已经有百年历史，在19世纪末至20世纪30年代前就被广泛应用，但由于二氧化碳临界温度低、临界压力高、且工作在临界压力以下时运行效率低下。受限于以前的生产技术水平，无法生产出高效的气冷器，所以在氟利昂类制冷剂出现以后，二氧化碳制冷剂逐渐被替代。

2021年3月，北京举办了中国碳达峰碳中和成果发布暨研讨会，发布了中国2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标规划。中国制冷行业碳的排放，一方面来自用电、生产过程中的二氧化碳排放，另一方面来自于制冷剂等非二氧化碳温室气体的排放。从全球来看，商用制冷是制冷的主体，其制冷剂排放量最大(按CO₂当量计算)，占制冷剂总排放量的30%以上，如果用CO₂做制冷剂，可以将商用制冷系统碳足迹减少到几乎为零！这就是为什么二氧化碳制冷剂又被大家重视的主要原因。

CO₂（制冷剂编号R744），常温下是一种无色无味、不可燃，密度比空气大，略溶于水的气体。CO₂临界温度31.1℃，临界压力7.38MPa。 也就是说，温度高于31.1℃，压力再大也不会液化；温度低于31.1℃，液化压力随温度降低而降低。

CO₂制冷剂的研究和应用主要集中于三个方面：

一是汽车空调领域，由于制冷剂排放量大，对环境的危害也大，必须尽早采用对环境无危害的制冷剂。而且汽车的空间狭小且单价较高，更适合使用紧凑设计的CO₂热泵空调，如遇泄漏，对行驶中的驾驶者也危害较小。但由于控制电路设计复杂，早年并不普及，随着电动汽车技术成熟，热泵空调整合入全车热管理系统，既降低了电池温度，又回收余热与热泵一起向驾驶室内制热，提高了整车的用能效率。

二是跨临界CO₂热泵热水器及食品冷柜，CO₂在超临界条件下会保持一种既不是液体也不是气体的高密度状态，在这种状态下放热不存在相变，可以持续放热，因而可以在100℃到它的临界温度附近的区间中持续放热，从而可以在-20℃的环境中将水加热到80℃以上，这一温度变化范围（例如100℃→40℃）被称为温度滑移。水的加热过程需要从低温逐步升温至高温，而CO₂的温度滑移恰好与水的温升需求动态匹配。这种“宽温区放热”减少了传热温差损失，提升了系统效率。而传统冷却剂因为冷凝点固定（如R410A），无法将携带的内能充分释放，因此加热的效率较低。在低温环境中，CO₂热泵的蒸发温度可设计得更低（例如-30℃），而无需担心结霜问题，进一步增强了在严寒地区的适用性。如今，CO₂热泵热水器已经成为日本政府提倡的热泵热水器，可口可乐，Danfoss等企业在欧洲也逐步使用二氧化碳食品冷冻系统。在国内，信树、海尔、海信等品牌的CO₂商用热泵热水器也已逐步工程应用。