吴孟霞，李帅旗，王汉治，宋文吉，冯自平

（1.中国科学技术大学工程科学学院，安徽 合肥 230026；2.中国科学院广州能源研究所，广东 广州510640）

0 引言

随着《蒙特利尔协定书》及其基加利修正案的相继生效，对臭氧层有着严重破坏作用的氯氟烃（CFC）类制冷剂已经被全面禁用，氢氯氟烃（HCFC）和高GWP（Global Warming Potential）的氢氟烃（HFC）类制冷剂也正面临着削减和淘汰。在此情况下，环境友好的天然工质CO2日益受到重视，并被认为是氟利昂的长期替代制冷剂[1]。CO2不仅具有显著的环保优势和安全性能还拥有优良的传热特性和热力学性能，在低温制冷领域和高温制热领域均有广阔的应用前景。尤其CO2跨临界热泵循环在放热过程中具有较大的温度滑移特性，使其高温制热上的应用优势更为显著。

与传统的氟利昂热泵系统相比，CO2热泵能制取高达90℃的热水和120℃的热风[3]，[4]。可作为锅炉的部分替代，在干燥、灭菌[5]、生活热水[6]、建筑供暖[7]中发挥重要作用。韩宗伟[8]对CO2热泵热水器系统模拟分析发现，在室外温度为-13.8℃，出水温度为90℃时，系统COP仍能达到1.73。祝银海[9]实验研究了CO2高温热泵热水器的系统性能，研究表明，在压缩机频率为85 Hz，环境温度25℃，蒸发温度14℃时，系统在制取95℃热水时COP最大可达3.9。Kaiser和Martin[10]调查了CO2高温热泵在南非的工业应用潜力，结果表明，CO2热泵可满足51%的部分工业用热，且节能效果明显，同时能减少30%的碳排放。因此将CO2高温热泵应用于工业生产的前景十分可观。

在塑料、电池材料、铝型材等工业应用领域，物料的烘干要求出风温度较高，甚至达到100℃以上，而常规CO2热泵在高制热温度下运行时，会导致系统性能严重恶化[11]。……