随着全球应对气候变化，低全球变暖潜值（GWP）的制冷剂正在为更环保的系统铺平道路。作为天然制冷剂，二氧化碳（CO2 / R-744）被誉为制冷行业实现脱碳目标的解决方案。尽管CO2的环保特性毋庸置疑，但转向R-744能否立即减少碳足迹？还是说还有更多因素需要考虑才能实现环保目标？本文旨在探讨影响制冷系统可持续性的各种因素，并解释为什么单靠CO2无法成为实现净零排放的万能灵药。
CO2作为绿色制冷剂的优势
首先，必须明确的是，R-744有很多理由被视为替代人工制冷剂的优秀选择。
1) 环境影响
CO2的全球变暖潜值为1，臭氧消耗潜值为0。通过使用CO2，行业可以减少直接排放的温室气体，显著降低泄漏和不当处置对气候的影响。
2) CO2自然存在且易于获取
与合成制冷剂不同，CO2可以在不严重扰乱环境的情况下被获取。
3) 适用于多种节能应用
在适当的应用中，CO2制冷系统（尤其是超临界CO2系统）以其能源效率著称。特别适合用于寒冷气候中的商业制冷和热泵，所带来的能效提升能够通过减少整体能耗进一步促进脱碳进程。
4) 安全性
CO2不易燃、不爆炸且无毒，这是一个重要的安全考虑因素。
5) 低质量体积
CO2质量体积小，允许安装紧凑设备，并且仅需使用少量制冷剂。
6) 不腐蚀
CO2不腐蚀，适用于所有材料。
CO2作为绿色制冷剂的局限性
在许多应用中，CO2确实是一个可持续的选择。然而，依赖R-744单独实现脱碳目标存在一定局限性。
1) 产品测试的挑战
所有行业参与者都需要可靠且准确的产品性能数据，以确定、购买、设计、安装、维护和操作制冷系统。然而，针对CO2制冷设备进行的测试十分复杂，受多种变量影响性能表现。
例如，存在数百种方法可以提升换热器的性能：
- 即使使用相同的换热面积，换热器的几何形状、材料、鳍片角度和类型对传热系数有显著影响。
- 当比较两种具有相同类型、几何形状和技术的换热器时，它们可能会表现出显著不同的性能。
- 添加至制冷剂中的添加剂（如纳米流体、分散在制冷剂或润滑剂中的纳米颗粒）也可能根据换热器类型改善传热系数。
- CO2具有独特的物理特性，因此需要独特的测试程序和校正因子以获得准确结果。
对于制造商提供的自有产品性能数据，自测设施、测试设备校准、流程和程序的差异增加了这些复杂性。未经独立验证的数据可能会与预期性能产生差异。因此，仅靠声明数据，决策者有时难以判断产品是否能如预期表现。
2) 性能不足
基于不准确数据指定的产品可能会：
- 消耗更多的能量并导致更高的运营成本
- 增加碳足迹
- 对系统其他部分的性能和能耗产生负面影响
- 不符合法规要求
- 无法满足终端用户需求
- 更容易出现故障和停机
- 导致投诉、罚款和诉讼
- 损害公司声誉
此外，安装更便宜产品所带来的成本节约，可能因额外的能源费用而变得无效。
3) 系统设计的挑战
CO2系统通常需要更高的压力才能有效运行，这会导致设计更加复杂，有时还会增加能源需求和运营成本。需要能够承受高压的特殊材料和部件也提高了安装CO2系统的初始资本投资，使得成本问题更加突出。
4) CO2不是万能的解决方案
R-744并不是所有气候或应用中的理想制冷剂。在较热的气候中，CO2系统可能会因能效下降而导致能耗增加，以维持所需的制冷水平。这减少了净环境效益，强调了在选择制冷剂时需要考虑区域因素。
减少碳足迹
要实现显著减少碳排放，仅仅更换制冷剂是不够的；还必须优先考虑能源效率。然而，面对可能出现的不准确的产品性能数据，决策者如何能够识别真正节能的产品，并且了解其在当地气候中的表现？
幸运的是，许多制造商使用第三方实验室来独立验证他们的数据。使用独立实验室大大减少了测试过程中产生的偏差。此外，第三方实验室通常位于产品测试的前沿，使用最新技术和测试方法来计算实际性能。一些制造商甚至进一步通过认证他们的产品来确保质量。
认证不仅包括独立实验室的测试，还增加了诸如工厂审核和软件检查等额外的评估层面。产品还会被纳入监督程序，以确保其持续符合声明的数据。认证提供了一种全面且严格的评估过程。例如，Eurovent认证的热交换器性能测试计划在九个不同的地区进行产品性能测试，因此决策者可以确信其在所需气候下的表现。
认证还消除了制造商与实验室之间的直接接触，提供了真正的公正性。因此，认证通常被视为高性能产品的标识，并且任何人都可以访问认证数据来选择和比较产品。
除了选择制冷剂和提高能效之外，制冷行业还必须采用整体设计策略。这包括通过被动冷却技术、废热回收和热能利用来设计建筑和基础设施，以减少整体冷却需求。智能电网和物联网（IoT）技术还可以优化制冷系统的性能，确保其仅在需要时运行，减少能源浪费。
最重要的是，购买成本不应成为唯一的优先事项。虽然安装CO2系统的资本投资可能比HFC系统更高，但决策者必须考虑系统的生命周期。能源性能对系统效率、碳足迹和长期运行成本的影响更大，往往使较低的购买价格成为一种短视选择。
结论
采用CO2作为制冷剂无疑是迈向脱碳的重要一步，由于其低GWP和ODP及其自然丰度，CO2能够显著减少直接排放。然而，CO2并非万能灵药。必须综合考虑系统，而不仅仅关注购买成本。能效至关重要，同样重要的是为特定气候和应用选择正确的制冷剂。
仅仅更换制冷剂不足以实现大幅减少碳排放，能源性能同样扮演着重要角色。通过结合这些努力，制冷和冷却行业能够在减少碳足迹方面取得显著进展，从而更有力地支持全球脱碳的长久努力。
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