来源：《制冷》2026年1月  文章编号:ISSN1005-9180(2026)01-0062-04

陈建平¹，张卫士²，卢维国³，薛复兴⁴

（1. 中国农业机械化科学研究院集团有限公司，北京100083；2. 万科物流发展有限公司，上海201106；3. 福建雪人集团股份有限公司，福州350299；4. 青岛海尔开利冷冻设备有限公司，青岛266500）

[摘要]本文通过实际工程案例，详细分析了二氧化碳复叠制冷和二氧化碳载冷制冷及其各自融霜措施的优缺点。综合考虑低碳环保、制冷效果、融霜效果、融霜节能及融霜安全等因素，建议相对较佳的二氧化碳制冷方式。并针对二氧化碳制冷系统运行压力高及排管融霜存在“液锤”现象等问题，提出了一种更安全的融霜措施。

[关键词] 二氧化碳复叠制冷；二氧化碳载冷制冷；液锤；融霜安全

[中图分类号] U295.2  [文献标志码]  A  doi:10.3969/J.ISSN.1005-9180.2026.01.012

Carbon Dioxide Refrigeration System and Defrosting

CHEN Jianping, ZHANG Weishi, LU Weiguo, XUE Fuxing
(1. Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences Group Co., Ltd, Beijing 100083, China; 2. Vanke Logistics Development Co., Ltd, Shanghai 201106, China; 3. Fujian Snowman Group Co., Ltd, Fuzhou 350299, China; 4. Qingdao Haier-Carrier Refrigeration Equipment Co., Ltd, Qingdao 266500, China)

Abstract: Through practical engineering cases, the advantages and disadvantages of carbon dioxide cascade refrigeration and carbon dioxide based refrigeration, as well as their respective defrosting measures, were analyzed in detail. Taking into account factors such as low-carbon environmental protection, refrigeration effect, defrosting effect, defrosting energy saving, and defrosting safety, it is recommended to use a relatively optimal carbon dioxide refrigeration method. And a safer defrosting measure was proposed to address issues such as high operating pressure in carbon dioxide refrigeration systems and the presence of liquid hammer phenomenon in pipe defrosting.

Key words: Carbon Dioxide based Refrigeration; Carbon Dioxide Cascade Refrigeration; Liquid Hammer; Defrosting Safety

与传统的氟利昂制冷系统相比，氟利昂+二氧化碳制冷因采用二氧化碳制冷剂替代部分氟利昂制冷剂而相对环保。目前越来越多的二氧化碳制冷应用于大型冷库制冷系统，较为常用的是二氧化碳复叠和二氧化碳载冷制冷方式，二者均是在冷库低温侧采用二氧化碳，高温侧采用氟利昂制冷剂，以便降低高GWP值氟利昂制冷剂的用量来实现低碳环保的目标。

虽然氟利昂+二氧化碳制冷方式具有相对环保的优点，但与常规的氨或氟利昂制冷系统相比，二氧化碳制冷存在如下缺点：

1）氟利昂+二氧化碳制冷适用于低温工况，中高温工况的制冷效率较低，节能效果较差。

2）二氧化碳制冷系统运行压力远高于常规的氨或氟制冷系统运行压力，不同制冷剂运行温度及压力详见表1，表内压力为表压。

表1 不同制冷剂运行温度及压力对应表

3）因二氧化碳制冷系统运行压力过高，二氧化碳制冷系统的融霜须根据不同蒸发器的型式采用不同的融霜节能及安全措施。
当蒸发器为冷风机时，融霜措施一般采用水冲霜或热溶液（乙二醇）融霜。
当蒸发器为排管时，融霜措施一般采用二氧化碳热气融霜。但因排管内存在大量的二氧化碳液体制冷剂，热气融霜时存在“液锤”现象，存在较大的融霜安全隐患；其次须配备二氧化碳热气融霜专用二氧化碳压缩机组，且该压缩机组须加大电机功率以便于融霜压力及温度的控制，降低了热气融霜的节能效果。

4）因运行压力过高，导致二氧化碳制冷系统建设成本较高。

笔者通过设计的实际工程案例，详细分析二氧化碳制冷方式及相应融霜措施的优缺点，综合考虑低碳环保、制冷效果、融霜效果、融霜节能及融霜安全等因素，建议最佳的二氧化碳制冷方式。并针对排管热气融霜存在的“液锤”安全隐患及二氧化碳运行压力高的缺点，提出一种更安全的融霜措施。

1 氟利昂R134a+二氧化碳复叠制冷

1.1 氟利昂R134a+二氧化碳复叠制冷系统

氟利昂R134a+二氧化碳复叠制冷系统（如图1所示）主要通过换热器用中温的氟利昂R134a制冷剂将经过二氧化碳压缩机压缩的二氧化碳排气冷凝至冷凝温度后节流至蒸发温度，再通过泵输送至库内蒸发器进行制冷降温。

[图1 CO2复叠制冷原理]

[图2CO2载冷制冷原理]

与二氧化碳载冷制冷系统相比，此种制冷方式的优点一是配置了二氧化碳压缩机进行复叠制冷，提高了制冷系统的制冷效率（COP）；二是高温侧的氟利昂制冷剂可以采用低温室效应潜能值（GWP值1300）的中温制冷剂氟利昂R134a，相比于二氧化碳载冷制冷系统采用的制冷剂氟利昂R507A（GWP值3990）较为环保。但缺点也较为突出，若蒸发器冷风机采用水冲霜，末端制冷系统多年运行后会因积存冷冻油导致制冷降温效果变差；若蒸发器为排管，融霜措施采用二氧化碳热气融霜，融霜过程存在“液锤”现象，因二氧化碳运行压力高，存在重大安全隐患。

1.2 氟利昂R134a+二氧化碳复叠制冷系统的融霜

因二氧化碳制冷系统运行压力过高，综合考虑融霜效果、融霜节能及融霜安全，针对不同的蒸发器型式采用不同的融霜措施。

a）当蒸发器采用冷风机时，融霜一般采用水冲霜（如图3所示）及热溶液（乙二醇）融霜（如图4所示）。利用氟侧制冷系统的高温排气将冲霜水和乙二醇溶液加热至10~25℃，在保证融霜效果的前提下实现余热回收节能的同时也保障了融霜的安全。

[图3 CO2冷风机水冲霜原理]

[图4 CO2冷风机热乙二醇融霜原理]

当采用热乙二醇融霜时，融霜系统管道建议采用上进下出式。笔者设计的青岛某冷库，因建设方顾忌融霜回水管道较长及坡度影响下方货架空间和叉车进出冷库门的高度，要求热乙二醇融霜系统管道采用下进上出式。此种供液方式会有乙二醇溶液留存在冷风机融霜盘管内，融霜结束后，盘管内的乙二醇溶液会随库温一起降温，后续须加热此部分低温(-20°C)乙二醇溶液至25°C，无法保证乙二醇贮罐内的乙二醇溶液整体温度维持在25°C，使得融霜效果大打折扣。故在设计时，应充分考虑建筑高度，融霜系统管道采用上进下出，确保融霜排液管道有足够空间，以便排空冷风机盘管内的乙二醇溶液。

b）当蒸发器采用排管时，融霜一般采用二氧化碳热气融霜（如图5所示），以便利用二氧化碳压缩机的排气热能。但因二氧化碳压缩机在低压端，其制冷运行压力与热气融霜压力不同，故当热气融霜时须有单独的一台二氧化碳压缩机专门用来热气融霜，且须加大此二氧化碳制冷压缩机的电机，以便融霜时进行融霜压力控制进而实现融霜效果。笔者设计的某台州冷库项目，综合考虑二氧化碳压缩机运行、融霜能耗、融霜安全及融霜效果，配置2台二氧化碳压缩机，其中1台二氧化碳制冷压缩机电机功率为75kW，另外1台二氧化碳制冷压缩机（兼具二氧化碳热气融霜功能）电机功率为90kW。二氧化碳融霜热气温度为7℃，融霜排液温度为5℃。比常规的氨/氟融霜热气温度15℃，融霜排液温度10℃低，进而导致融霜效果较差，通过延长融霜时间实现彻底融霜。此外，因排管内存在大量的二氧化碳制冷剂液体，热气融霜时存在“液锤”现象，且二氧化碳压力高，存在较大的安全隐患。

[图5 CO2排管热气融霜原理]

2 氟利昂R507A+二氧化碳载冷制冷

1) 氟利昂R507A+二氧化碳载冷制冷系统

二氧化碳载冷制冷系统（如图2所示）主要通过换热器用低温的氨或氟利昂制冷剂将库内蒸发器蒸发换热后的二氧化碳回气冷凝至蒸发温度后通过泵输送至库内蒸发器进行制冷降温。与二氧化碳复叠制冷系统相比，此种制冷方式的优点在于无二氧化碳压缩机，末端制冷系统内无冷冻油存在，制冷系统长期运行不会因冷冻油积存而导致制冷降温效果变差；缺点在于制冷效率略低于二氧化碳复叠制冷。

2) 氟利昂R507A+二氧化碳载冷制冷系统的融霜

库内蒸发器采用冷风机时，融霜一般采用水冲霜（如图3所示）及热溶液（乙二醇）融霜（如图4所示）。库内蒸发器采用排管时，二氧化碳载冷制冷系统位置配置二氧化碳压缩机，无二氧化碳热气源。为了解决排管融霜难题，建议采用一种新型的排管：二氧化碳双通道铝排翅片管（如图6所示）。

[图6 CO2双通道铝排翅片管]

二氧化碳双通道铝排翅片管上层管道走二氧化碳液体制冷，下层管道为氟利昂R507A热气融霜管道，氟利昂R507A融霜排液经节流阀减压节流至蒸发温度后进入二氧化碳冷凝撬块的氟气液分离器。相比于二氧化碳复叠制冷排管的二氧化碳热气融霜，其利用氟利昂侧的热气进行融霜，融霜压力较低，大大提高了融霜安全性。此种二氧化碳双通道铝排翅片管及其融霜方式也适用于氟利昂R134a+二氧化碳复叠制冷系统。

此处融霜管道不宜走热乙二醇溶液，因融霜管道内的乙二醇溶液不易排空，融霜结束时会随冷间制冷降温同步降温，后续加热此部分低温（-20℃）乙二醇溶液至25℃，无法保证乙二醇贮罐内的乙二醇溶液整体温度维持在25℃，使得融霜效果大打折扣。双通道铝排翅片管的融霜原理如图7所示。

[图7 CO2双通道铝排翅片管+氟利昂热气融霜原理]

3 总结

为实现国家碳中和和碳达峰的目标，冷库行业制冷系统的设计通过氟利昂（R134a）+二氧化碳复叠制冷及氟利昂（R507A）+二氧化碳载冷制冷两种技术路线来实现低碳环保的目标。载冷制冷氟侧采用双级压缩制冷，其制冷效率与复叠制冷效率相当，其它方面性能各有优缺点，如表2所示。

表2 不同二氧化碳制冷方式性能对比

通过综合对比这两种制冷方式的低碳环保、制冷效果、融霜效果、融霜节能及融霜安全性等性能，建议采用氟利昂（R507A）+二氧化碳载冷制冷方式。笔者认为单纯考虑制冷剂的低碳环保是片面的，应综合评估项目全寿命周期包括项目的建设材料成本、建设时间成本、建成后的使用效果、运行节能及运行安全等因素，确定相对较佳的技术路线来实现低碳环保的目标。同时，应通过新技术、新材料（如二氧化碳双通道铝排翅片管）等创新来达到节能及安全的目的。

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