2021年3月，全球能源互联网发展合作组织在北京举办了中国碳达峰碳中和成果发布暨研讨会。会议在国内首次提出通过建设中国能源互联网实现碳减排目标的系统方案，并发布了中国2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标规划。
在这一历史使命面前，绿色升级、能源革命势在必行。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。国际能源署等发布的《能源转型时代的可再生能源政策——供热和制冷》指出：“供热和制冷约占全球能源消耗的一半，而这些能源大多来自于化石燃料或生物质能的低效利用，其碳排量占全球能源碳排放量的40%以上。因此，发展高效的供热和制冷技术已成为各国需要优先落实的事项。
二氧化碳制冷剂的优点
二氧化碳是天然物质，ODP=0，GWP=1。使用二氧化碳作为制冷工质，对大气臭氧层没有破坏作用，可以减少全球温室效应，且来源广泛、价格便宜，勿需回收，可以大大降低制冷剂替代成本，节约能源，从根本上解决化合物对环境的污染问题，具有良好的经济性。二氧化碳安全无毒、不可燃、不爆炸，具有良好的热稳定性，即使在高温下也不会分解出有害的气体，万一泄漏对人体、食品、生态都无损害。
二氧化碳具有与制冷循环和设备相适应的热物性。分子量小，制冷能力大，0℃的单位制冷量比常规制冷剂高5～8倍，因而对于相同冷负荷的制冷系统，压缩机的尺寸可以明显减小，重量减轻，整个系统非常紧凑；润滑条件容易满足，对制冷系统常见材料无腐蚀，可以改善开启式压缩机的密封性能，减少泄漏。二氧化碳黏度小，0℃时二氧化碳饱和液体的运动黏度只是NH3的5.2%、R12的23.8%，流体的流动阻力小，传热性能比CFC类制冷剂更好，可以改善全封闭制冷压缩机的散热。
二氧化碳制冷剂的缺点及分析
二氧化碳临界压力较高（7.38MPa），因此其跨临界制冷循环的工作压力较传统的亚临界两相制冷循环的工作压力高得多，约为传统制冷工质CFC或HCFC系统压力的６-８倍。所以，制冷系统中工质流经的管路系统必须经安全性分析。但由于二氧化碳的单位容积制冷量约为常规制冷剂的5-8倍，系统所需的二氧化碳容积流量很小，而设备内气体的爆炸能量为压力与容积乘积的函数，所以虽然系统的工质压力高，但容积较小，其压力和容积的乘积与常规工质相差不大，设备内气体的爆炸能量增加的并不多。
以可靠性理论为依据，根据二氧化碳跨临界制冷系统管道可靠性的不同影响因素及其变化规律，对不同管材情况下的可靠性进行深入地研究与分析，得到的结论是：当管路系统的管外径给定时，只要合理地选择管材和管壁厚度，就能保证系统在给定压力下运行的可靠性和安全性，二氧化碳跨临界循环较高的运行压力是可以得到合理解决的。现有钢管基本可以直接应用，而现有铜管则需根据管径和壁厚经安全性分析后选用。因此，二氧化碳运行工作压力较高所引起的安全性问题，并不会影响二氧化碳作为环保制冷剂推广应用的障碍。
二氧化碳单级压缩跨临界循环的性能系数COP比相同温度条件下的R12、R22、R134a等常规制冷剂的制冷性能系数都低。针对二氧化碳制冷循环性能系数低的缺点，学者们经研究探索发现，完全可以通过完善系统循环方式、优化系统设备来解决，如采用双级压缩和采用膨胀机回收一部分膨胀功的措施加以改善，来提高制冷循环效率。有理论分析表明，采用膨胀机二氧化碳跨临界循环的效率要高于常规制冷工质的节流膨胀循环。
盾安冷链的部分机型
二氧化碳的应用领域
目前，二氧化碳的研究和应用主要集中于三个方面：一方面是汽车空调领域，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。第二方面是热泵热水器，二氧化碳在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移，有利于在极低的环境温度下将热水加热到一个更高的温度（90℃以上）。第三方面是考虑到二氧化碳良好的低温流动性能和换热特性，采用它作为复叠制冷循环低温级制冷剂。
在复叠式制冷系统中，二氧化碳循环在亚临界或跨临界条件下运行。以国内二氧化碳和氟复叠制冷技术的先行者盾安冷链为例，盾安二氧化碳复叠制冷系统由低温二氧化碳桶泵系统和中温氟利昂制冷系统复叠而成，中温氟利昂系统只是给二氧化碳系统的高压部分做冷却，确保二氧化碳系统高压部分不超过40Bar，氟利昂只在机器内部流动，因而灌注量很小，这样的配置既保证了系统压力在亚临界的安全范围内又大幅度降低了氟利昂对环境的影响。
盾安冷链的部分案例
制冷剂替代路径
当前关于R22制冷剂的替代国际上主要有两种技术方案：一种以北欧国家和韩国为代表，其主张采用天然工质作为替代物，如纯工质R290、R1270、R744、R600a、R600、R717等以及HCs类的混合物；另一种是以美国和日本为代表的采用HFCs作为替代物，如美国联合信号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，这些制冷剂的ODP均为0，能够达到保护臭氧层的目的，但是会产生温室效应。
目前，二氧化碳制冷在国内市场越来越受到主流厂家的重视以及业主的青睐，不过总体而言，市场占有率仍旧较低。究其原因，业内专家表示：都了解它的好，但真正用的仍然较少。主推二氧化碳复叠制冷技术的厂家以盾安、冰轮两大国产巨头为主，其中盾安走二氧化碳与氟复叠的技术路线，冰轮走二氧化碳与氨复叠的技术路线。近两年陆续也有国内外企业加入到二氧化碳复叠制冷技术队伍中来，如约克、爱科德等。
盾安冷链的部分案例
二氧化碳制冷技术应用前景
自前国际制冷学会主席G．Lorentzen提出采用二氧化碳作为环保制冷剂及跨临界循环理论以来，二氧化碳在环保和性能上的优势越来越多地吸引了世界各国学者研究的注意力，其系统和部件的开发也得到了很大的发展。目前，二氧化碳跨临界循环在汽车空调、热泵、商用制冷装置、食品冷藏冷冻等方面的应用前景都很好，性能都相当于甚至好于原来采用R22或R12或R134a的制冷装置，特别适用于需要大的温度变化的场合，而且在较低的蒸发温度下性能较好。随着更多的研究机构、专家、企业的加入和参与，二氧化碳复叠制冷技术在中国的市场化进程已经不断加速，数据显示，盾安冷链在近十年的推广中，在中国范围内成功建设并投入运行的大型二氧化碳冷库数量超过50个。这说明，二氧化碳制冷技术已经不断得到设计院和业主单位的认可和接受。
另一方面，尤其在当下中国已经提出双碳目标的历史机遇之下，以二氧化碳作为制冷剂是直接对二氧化碳的消耗，某种意义上来说，大规模使用二氧化碳作为制冷剂，是双碳目标下制冷技术发展的最优路径。当然，这仍然需要整个行业、社会，乃至需要全人类的持续共同推动。技术的进步和产业的更新是永恒的发展趋势，二氧化碳作为一种天然制冷工质，就其物性特征而言，具有其他非天然工质不可比拟的优势。可以想象的是，伴随着二氧化碳制冷系统研究工作的不断深入，二氧化碳作为新一代制冷工质必然会得到进一步推广，在不久的将来，汽车空调系统、商用制冷系统、住宅空调系统以及各个生产企业的热泵干燥系统将会大量使用二氧化碳替代现有制冷工质。
