CO₂空气源热泵将开辟新的热泵时代

1974年美国科学家Rowland和Molina发现之所以臭氧层会遭到破坏，是氯、溴的原因，并发表了著名的臭氧层衰减学说，之后人们开始关注制冷剂的安全使用和环境保护问题。1985年3月，在联合国环境规划署（UNEP）的主持下，联合国外交会议通过了旨在保护臭氧层的《维也纳公约》；1987年9月，欧共体（欧盟的前身）和日本等24个国家在加拿大蒙特利尔通过了《蒙特利尔议定书》并定于1989年1月生效。发达国家于1996年1月1日起，完全停止生产CFCs、HCFCs，至2020年完全取代CFCs、HCFCs的使用；发展中国家于2012年停止使用CFCs，到2040年完全停止使用HCFCs。由此新型的制冷剂就日益体现出重要性和迫切性，作为环境友好型的自然工质CO₂自然而然地受到格外重视。CO₂无毒且不易燃烧，既不会破坏臭氧层，也不会加快温室效应，是一种理想的替代制冷剂，被称为解决制冷剂环境问题的最终方案。

大量的事实及研究表明，许多人工合成的制冷剂，在最初时明显地提高了人类生活环境的舒适度及社会生产力的发展，但随着空调的普及，这些人工合成的制冷剂使用量大量增加，逐步对地球生态环境系统造成了破坏。因此从环境的长期安全来看，应尽量少用或者禁止使用破坏环境的非自然制冷剂，研究并开发使用自然工质。二氧化碳属于天然制冷剂，可以替代HCFCs工质，所以得到了诸多研究者的关注。CO₂制冷剂在冷却过程中温度的变化较大，能够放出大量的热量，与水进行热交换可以制备生产生活所需的热水。CO₂热泵具有较高的系统效率。CO₂制冷剂可以逐渐扩大使用范围并取代传统的制冷剂（如R22等）及其现有的替代物（如R134a、R410A等）。由此可见，CO₂热泵的应用前景非常广阔，有显著的经济效益和社会效益，研究其如何实现并保持高效运行具有非常重要的意义。

日本是CO₂空气源热泵最早开始发展的国家。早在1995年，日本CRIEPI、东京电力公司和DENSO公司的MSsikawa、K.Kusakari等人就开始合作研究CO₂热泵系统，建起了CO₂热泵热水器样机实验台；通过计算及相应分析后，当CO₂热泵热水器供应热水时，其性能高于传统工质热泵。热源的温度选取东京冬季用电低峰23：00至次日早7：00的空气平均温度值，自来水温度8.3℃，热水温度65℃；结果表明，当膨胀阀处于最佳开度时，COP达到2.7。自2002年该系统进入市场后，销售量持续上升，日本电力公司到2020年销售累计达到1000万台左右。

CO₂空气源热泵机组能快速生产高温（90℃）热水，全年生活热水及供暖其机组性能达到3.0。未来CO₂热泵将在我国工业、商业、建筑供热系统中发挥重要作用。由于其低温性能优异、出水温度高，CO₂空气源热泵在寒冷地区用于供暖有独特的优势。空气源热泵能够在我国长江流域以北地区使用，因此可成为提供生活热水、工业干燥、制热、制冷多用途的设备。