如今，天然制冷劑得到了市場普遍認可，然而使用天然制冷劑時，行業(yè)又面臨著新的挑戰(zhàn)。其一如果想避免使用高全球變暖潛力的制冷劑，其“代價”并不低：比如高壓力、易燃性亦或毒性等難題將隨之而來。另一大挑戰(zhàn)是尋求更高效的系統(tǒng)。在這種情況下，選擇適當技術來優(yōu)化天然制冷劑的使用就顯得至關重要。設計系統(tǒng)前，建議您妥善回答以下五個問題，并以此作為出發(fā)點：

　　01  哪種天然制冷劑最適合我所在的應用領域？

　　鑒于每種天然制冷劑具有不同的特性，該問題通常較容易回答。碳氫化合物經證明是適用于小型裝置（如飲料冷柜或其他自攜式設備）的制冷劑，這些設備的制冷劑加注量非常低，從而降低了相關的可燃性的風險。從超市集中式系統(tǒng)到汽車空調系統(tǒng)，二氧化碳已經開始廣泛用于各種應用領域中。多年來，氨主要用于工業(yè)制冷，其用途還正在擴展到其它應用領域，例如作為覆疊系統(tǒng)的商業(yè)制冷等。在選擇制冷劑之前，建議對每個系統(tǒng)的要求進行詳細研究。

　　02  設備使用地將在哪里？

　　一方面，使用二氧化碳作為制冷劑時，了解系統(tǒng)所在地的氣候條件很重要。一般來說，對于配備室外冷凝器/氣體冷卻器的系統(tǒng)，外部溫度可以確定最適當?shù)难h(huán)類型和技術。實際上，如果外界溫度達到二氧化碳的臨界溫度（31.2°C），那么系統(tǒng)將以跨臨界模式工作（復疊系統(tǒng)和泵循環(huán)系統(tǒng)除外），導致效率會降低。在高溫下，可采用不同技術來提高效率：包括并聯(lián)壓縮機和噴射器等等

　　另一方面，當使用易燃或有毒制冷劑時（如碳氫化合物有易燃性；氨具有毒性和輕度易燃），將設備安裝在室外或人員接觸不到的地方，可以更好地符合相關標準的要求，并使安裝更加安全。

　　03  需要遵循哪些法規(guī)和標準？

　　這是需要面對的最棘手問題之一。就法規(guī)而言，目前側重于降低制冷劑對全球變暖的影響，因此，強烈建議使用天然制冷劑。這意味著，需要關注安全標準。

　　使用天然制冷劑時應遵循的安全標準取決于應用領域、制冷劑類型和所在國家。在歐洲，通用標準（如EN 378）和產品標準（如EN 60335-2-89）適用于制冷劑加注量達到一定量的制冷設備。這些要求主要包括對使用易燃制冷劑的系統(tǒng)的特殊要求，當然，對使用二氧化碳的系統(tǒng)也有一定的要求。

　　04  我應該設計什么樣的循環(huán)類型？

　　天然制冷劑的演變，使得每種制冷劑可適用于不同的系統(tǒng)類型。

　　從二氧化碳的傳統(tǒng)系統(tǒng)開始（主要包括一臺壓縮機、一個膨脹閥和兩個熱交換器），其低效率促使市場開發(fā)出了不同的替代方案。

　　一方面，通過設計復疊系統(tǒng)和泵循環(huán)系統(tǒng)，可以使二氧化碳保持在亞臨界狀態(tài)。二氧化碳用于第二低溫回路：包括蒸汽壓縮（復疊系統(tǒng)）、液態(tài)二氧化碳泵循環(huán)回路（泵循環(huán)系統(tǒng)）或兩者兼有的情形（混合系統(tǒng)）。

　　另一方面，跨臨界二氧化碳系統(tǒng)可以有單蒸發(fā)器或雙蒸發(fā)器，后者被稱為增壓系統(tǒng)。第一種方案是在傳統(tǒng)系統(tǒng)中增加兩個閥門和一個儲液罐，以便同時控制氣冷器的壓力和蒸發(fā)器的過熱度，這對于優(yōu)化跨臨界二氧化碳系統(tǒng)的效率至關重要。然而，通過添加并聯(lián)壓縮機，可以使該方案更加有效，從而使來自儲液罐的制冷劑不再膨脹，而是在并聯(lián)管路中直接流入壓縮機。如果在并聯(lián)壓縮的三通閥系統(tǒng)中添加了噴射器，那么在幾乎所有溫暖氣候下，系統(tǒng)性能都會得到進一步改善。簡言之，噴射器能夠利用高壓制冷劑的勢能吸入低壓制冷劑，并使其達到中壓，從而降低壓縮比和壓縮機處理的流量。使用具有多級液體接收器和零K過熱蒸發(fā)器的三通閥系統(tǒng)是提高增壓系統(tǒng)效率的另一方法。

帶噴射器的二氧化碳跨臨界系統(tǒng)的布局

　　就丙烷而言，與氫氟烴（HFC）制冷劑相比，配備了壓縮機、膨脹閥和兩個熱交換器的傳統(tǒng)循環(huán)通常具有更好的循環(huán)性能。如果制冷劑加注量高于相應安全標準允許的最大加注限值，那么還可以采用另一方案，即布置多回路系統(tǒng)。

　　最后，不同類型的系統(tǒng)可以使用氨作為制冷劑，這已在市場上得到了成功實施。氨蒸氣吸收式制冷系統(tǒng)是最古老的制冷系統(tǒng)之一，缺點是效率低，目前仍未得到廣泛使用。單級壓縮系統(tǒng)包括與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)一樣的部件，并且具有泵和液體分離器，確保壓縮機不回液。兩級壓縮系統(tǒng)是工業(yè)制冷系統(tǒng)的下一個發(fā)展方向，適用于低溫制冷應用領域，可提供高效率和較低壓縮機排氣溫度。

　　此外，近年來出現(xiàn)了低加注量氨系統(tǒng)。一方面，優(yōu)化的系統(tǒng)包括傳統(tǒng)的工業(yè)氨制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)進一步通過低充注量的組件進行了優(yōu)化，將成套氨系統(tǒng)移置到通常放于室外屋頂或地面上的小型獨立系統(tǒng)上，省去了大量氨庫存和管道，避免了泄漏造成的任何危險。

　　在傳統(tǒng)和低加注量的復疊系統(tǒng)（通常在高溫側）中，也將氨列為制冷劑，當然，這限制了其在設備室的使用。

R-717兩級制冷系統(tǒng)的P-H圖

　　05  可以提高能效嗎？

　　如果已經選擇了要設計的循環(huán)系統(tǒng)方式，那么可能還需要考慮結合高效技術來實施。與有效控制和監(jiān)控系統(tǒng)相結合，這些技術可能是實現(xiàn)系統(tǒng)最佳性能的關鍵所在。

　　一方面，帶變頻器的變容量壓縮機提供了避免低效開關循環(huán)的最佳方法，從而降低了壓縮機的季節(jié)性效率。所以，在部分負載或低負載條件下，變頻壓縮機可根據(jù)系統(tǒng)要求調整其制冷能力，而不會完全停機。理想方案是將可變容量壓縮機與電子膨脹閥（EEV）結合起來，通過系統(tǒng)運行參數(shù)的自適應優(yōu)化實現(xiàn)節(jié)能。

　　還有其它部件也可以提高效率，且主要用于二氧化碳系統(tǒng)。過冷器利用閃蒸閥膨脹后的氣體溫度，來冷卻電子膨脹閥之前的液體制冷劑。經濟器是一種過冷器，其從系統(tǒng)中的某個特定點抽取少量二氧化碳，并通過膨脹閥進行膨脹，從而冷卻來自氣體冷卻器的主氣流。最后，二氧化碳制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)冷卻通過噴射微小的水粒珠來降低氣體冷卻器的溫度，這樣，因壓縮機消耗功率的降低而實現(xiàn)了顯著的節(jié)能。這些方案特別適合在溫暖氣候下提高二氧化碳系統(tǒng)的效率。