全国大众冰雪季12月启动，一直延续到明年4月。为契合“欢乐冰雪 共创未来”主题，全面展现北京冬奥会后中国冰雪运动新风貌，北京制冷学会带大家了解冬奥会史上“最快的冰”的幕后英雄—CO2（二氧化碳）跨临界制冷技术。

国家速滑馆，被誉为“冰丝带”为实现绿色节能和智慧场馆的目标，在制冰工艺方面选择了CO2制冷剂，成为全球首个使用二氧化碳跨临界制冷技术的冬奥场馆，这项技术使得场馆冰面温度更均匀，在这里举行的速度滑冰比赛打破了9项奥运纪录和1项世界纪录。其中我国速滑选手高亭宇滑出34秒32的成绩打破奥运会记录，摘得中国首枚速滑男子冬奥金牌。

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CO2跨临界制冷循环是一种以CO2作为工质的制冷循环，其独特之处在于，在高压条件下，CO2的状态由气相转变为超临界流体，即一种既不是气体也不是液体的物质状态，从而实现亚临界到超临界之间的跨临界循环。超临界CO2具有高密度、高传热性能、低粘度等特性，使得CO2跨临界制冷循环具有高效、节能、环保等优势。

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1.CO2在低压侧经过蒸发器，吸收热量，变为饱和或过热的气态。

2.CO2在压缩机中被压缩，温度和压力升高，达到或超过其临界点（31.1℃，7.38MPa），变为超临界流体。

3.CO2在高压侧经过冷却器，放出热量，温度降低，但仍保持在超临界状态。

4.CO2经过节流阀迅速减压，由超临界状态迅速转变为亚临界状态，同时形成明显的气液两相状态。

5.CO2在内部热交换器中与低压侧的CO2进行热交换，进一步降低温度，接近饱和状态。

6.CO2回到低压侧，完成一个循环。

CO2跨临界制冷循环的工作原理

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CO2跨临界循环P-h图

CO2制冷剂具有天然的、无毒、无臭、不可燃、不破坏臭氧层、全球变暖潜值较低等特点，环保性显著；另外，采用冷热联供设计可以将热量回收利用，低碳环保。

CO2在常温下能够轻松达到超临界状态，有效提升了制冷效率，降低能源消耗。CO2的高密度特性使得其在较小的管径下实现较大的质量流量，降低了系统成本和维护费用。

CO2具有较高的传热系数，可在较小的换热面积下实现较大的换热量，从而缩小了换热器的体积和重量。CO2良好的溶解性和清洗性使得它可以有效地清除系统内部的杂质，提高了系统的可靠性。

冷热联供设计

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制冷剂的发展历程反映了人类对环境保护的认识和行动。第一代天然制冷剂人们还没有发研究出高效制冷方法，制冷效果相对有限。第二代采用的氯氟化合物制冷剂具有较高的全球变暖潜值（GWP），此后人类持续追求更为环保的替代品，第三代氟制冷剂HFOs成为当前最有希望的新一代制冷剂，而以CO2为代表的天然制冷剂也重新回到人们视野，成为环保与高效制冷的重要选择。  

国际制冷剂发展历程

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CO2跨临界制冷循环不仅在制冰领域卓有成效，而且在食品行业、汽车空调、热泵等领域拥有广泛的应用前景。随着技术的不断发展和完善，CO2跨临界制冷循环将会为人类社会带来更多的福祉。

撰文：北京制冷学会会员、北京科技大学能源与环境工程学院硕士研究生宋俊霖

审核：童莉葛

编辑：王晓童