張德權(quán)，徐毓謙，寧靜紅，王德寶，侯成立，任 馳，黃彩燕，王 素

二氧化碳制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流保鮮中的應(yīng)用研究進(jìn)展

張德權(quán)1，徐毓謙1，寧靜紅2，王德寶1，侯成立1，任 馳1，黃彩燕1，王 素1

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全收貯運(yùn)管控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2. 天津商業(yè)大學(xué)天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134）

隨著中國“雙碳”政策措施的逐步落地，綠色環(huán)保的新型制冷技術(shù)成為發(fā)展重點(diǎn)。二氧化碳（CO2/R744）作為無色、無味、無毒、不可燃的天然工質(zhì)，具有熱穩(wěn)定性好、單位容積制冷量高、全球溫室效應(yīng)低的特點(diǎn)，是一種理想的傳統(tǒng)制冷劑替代品。CO2制冷技術(shù)逐步應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品倉儲(chǔ)物流、制冰、空調(diào)等領(lǐng)域，但當(dāng)前中國農(nóng)產(chǎn)品倉儲(chǔ)物流過程普遍存在能耗高的突出問題，亟需研發(fā)綠色節(jié)能制冷技術(shù)。該文闡述了CO2制冷原理與發(fā)展歷程，并從制冷系統(tǒng)、制冷設(shè)備及相關(guān)配件的角度，深入分析了CO2制冷技術(shù)與壓縮機(jī)、換熱器、節(jié)流裝置等CO2制冷設(shè)備的國內(nèi)外研發(fā)情況；綜述了CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)中的應(yīng)用進(jìn)展，提出了亟待解決不同工況下CO2制冷設(shè)備匹配度、低溫環(huán)境下CO2壓縮效率與液化效率等技術(shù)難點(diǎn)；基于中國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流最先一公里和最后一公里斷鏈的突出問題，建議加快研發(fā)適宜中國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)的CO2移動(dòng)式冷庫和立體智能冷庫等設(shè)施設(shè)備，提高CO2制冷設(shè)備的可靠性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性，滿足不同冷鏈物流業(yè)態(tài)對(duì)CO2制冷技術(shù)的強(qiáng)勁需求。

農(nóng)產(chǎn)品；保鮮；二氧化碳；制冷技術(shù)；冷鏈物流

0 引 言

中國是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)與消費(fèi)大國，據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后平均損失率高達(dá)15%～25%，是發(fā)達(dá)國家的3～5倍[1]；冷庫能耗年平均水平為131 kW·h/d，遠(yuǎn)高于日本和英國的平均水平60 kW·h/d[2]，而冷鏈物流可最大限度保持農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、降低產(chǎn)后損耗[3]。在碳中和與碳達(dá)峰的政策背景下，綠色、低碳發(fā)展已成為中國冷鏈物流行業(yè)發(fā)展的主要趨勢，新型低碳制冷技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)[3]。

制冷是利用人工方法，在一定時(shí)間內(nèi)從一個(gè)物體或系統(tǒng)中移去熱量而使其低于周圍環(huán)境溫度并維持低溫的過程[4]。隨著科技的發(fā)展，制冷技術(shù)日趨成熟，已深入到人類生活、商業(yè)制造、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物醫(yī)學(xué)和科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域，其中在冷凍冷藏[5]、調(diào)節(jié)生活環(huán)境溫度等方面應(yīng)用最為廣泛[4]。早期制冷劑主要包括氟氯烷烴（chlorofluorocarbon，CFC）類、氫氟氯烴（hydrochlorofluorocarbon，HCFC）類和氫氟烴（hydrofluorocarbon，HFC）類物質(zhì)[6]，易造成臭氧層破壞，加劇溫室效應(yīng)[7]。二氧化碳（CO2）作為一種天然制冷工質(zhì)（編號(hào)R744），具有無毒、不破壞臭氧層、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。其制冷效率（coefficient of performance，COP）高于其他制冷劑，0 ℃時(shí)單位制冷量比常規(guī)制冷劑高5～8倍，制冷能效可提升30%，是理想的傳統(tǒng)制冷劑替代品。

預(yù)習(xí)是學(xué)習(xí)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，養(yǎng)成預(yù)習(xí)的習(xí)慣，重視預(yù)習(xí)工作，對(duì)于數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)十分重要。經(jīng)過調(diào)研，我們得出一個(gè)結(jié)論，凡是預(yù)習(xí)工作做得好的學(xué)生，成績都會(huì)相對(duì)出色，凡是預(yù)習(xí)工作做得不好的學(xué)生，成績一般都不會(huì)太突出。因此，在教學(xué)過程中，我們應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生預(yù)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成。

新課程改革全面推行素質(zhì)教育，使學(xué)生的發(fā)展更為全面。政治是對(duì)學(xué)生進(jìn)行德育培養(yǎng)的重要學(xué)科，是促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的一部分。高中時(shí)期的學(xué)生正處在思想與身體發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，高中政治不僅是學(xué)生高考的重要學(xué)科，還是學(xué)生思維發(fā)展的指明燈。高中政治所涉范圍廣泛，不僅涵蓋經(jīng)濟(jì)、文化，還涉及一定的政治與哲學(xué)知識(shí)，使學(xué)生具備一定的宏觀視野，學(xué)會(huì)辯證的思維方式，對(duì)學(xué)生的成長具有很大的影響。我們必須重視高中政治的作用，才能夠更好地使學(xué)生的發(fā)展全面、徹底，真正實(shí)現(xiàn)政治教育的目的。

目前，世界各國都在積極推動(dòng)CO2制冷技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的起草，旨在推動(dòng)其在工業(yè)、商業(yè)等方面的應(yīng)用[8]。當(dāng)前，中國農(nóng)產(chǎn)品倉儲(chǔ)物流過程中普遍存在能耗高、成本高的問題，一定程度上制約了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地低溫處理和冷鏈物流流通，而CO2制冷技術(shù)為農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流保鮮提供了新的選擇[9]。本文闡述了CO2制冷原理與發(fā)展歷程，介紹了CO2制冷技術(shù)與制冷設(shè)備的國內(nèi)外研發(fā)情況，綜述了CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)中的應(yīng)用進(jìn)展，分析了現(xiàn)階段CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)，并對(duì)CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流領(lǐng)域應(yīng)用前景進(jìn)行展望，以期為CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流保鮮領(lǐng)域應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 CO2制冷技術(shù)概述

1.1 CO2制冷原理

CO2（R744）在常溫常壓下為氣態(tài)，臨界溫度和壓力分別為304.13 K和7.377 MPa。在加壓和冷卻條件下可凝結(jié)成液體或固體。當(dāng)壓力撤銷后迅速蒸發(fā)（升華），帶走大量熱量，達(dá)到降溫目的。

1.2 CO2制冷劑的特點(diǎn)

CO2作為一種天然工質(zhì)，臭氧消耗潛值（ozone depletion potential，ODP）為0，全球變暖潛值（global warming potential，GWP）為1，遠(yuǎn)低于其他制冷劑（表 1），具有很好的應(yīng)用潛力[7]。

表1 各類制冷劑的特點(diǎn)

注：R22：氟利昂；R134a：1,1,1,2-四氟乙烷；R410a：二氟甲烷和五氟乙烷各50%混合物；R32：二氟甲烷；R290：丙烷；R717：氨，NH3；R404a：五氟乙烷，1,1,1-三氟乙烷和四氟乙烷混合物；R744：二氧化碳。

Note：R22: Freon; R134a: 1,1,1,2-Tetrafluoroethane; R410a: Mixed with Difluoromethane (50%) and 1,1,1,2,2-Pentafluoroethane (50%); R32: Difluoromethane; R290: Propane; R717: NH3; R404a: Trifluoroacetyl fluoride, Mixed with 1,1,1,2,2-Pentafluoroethane, 1,1,1-Trifluoroethane and 1,1,1,2-Tetrafluoroethane; R744: CO2.

1.3 CO2制冷技術(shù)發(fā)展歷程

CO2制冷技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)漫長的發(fā)展過程，由早期的活躍期、中期的沉默期轉(zhuǎn)至目前的煥發(fā)期（圖1）。

圖1 CO2制冷技術(shù)發(fā)展歷程示意圖

19世紀(jì)70年代初期至20世紀(jì)40年代，CO2制冷技術(shù)研究非?；钴S，在工業(yè)制冷、商業(yè)制冷等領(lǐng)域占據(jù)主要地位[15]。THADDEUS首次成功地將其應(yīng)用于商業(yè)制冰機(jī)，建造了制冷工廠，隨后在19世紀(jì)90年代建造了船用制冷機(jī)器，實(shí)現(xiàn)冷凍肉長距離輸送，這一發(fā)展標(biāo)志著CO2制冷技術(shù)正式進(jìn)入商業(yè)制冷階段。1882年，德國KARL VON LINDE開發(fā)了CO2制冷機(jī)，開拓了CO2制冷市場。1884年德國RAYDT設(shè)計(jì)的CO2壓縮制冰系統(tǒng)獲得了英國15475號(hào)專利；澳大利亞HARRISON在1884年設(shè)計(jì)建造了CO2制冷裝置，獲得了英國1890號(hào)專利；同時(shí)期FRANZ設(shè)計(jì)的CO2壓縮機(jī)獲得了英國專利，隨后被英國J&E HALL公司收購，經(jīng)改進(jìn)后實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)；J&E HALL公司開發(fā)的新型CO2壓縮機(jī)，取代了原有的空氣壓縮機(jī)。1897年KROESCHELL BROS鍋爐公司成立了CO2壓縮機(jī)分公司，生產(chǎn)CO2制冷壓縮機(jī)、冷凝器、水和鹽水冷卻器、冷藏系統(tǒng)的閥門及零件等，這一時(shí)期CO2制冷技術(shù)得到了快速發(fā)展[16]。

20世紀(jì)中期，介于當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制，CO2制冷以亞臨界循環(huán)制冷為主，冷凝方式主要依靠海水或地下水，設(shè)備整體老舊，制冷效率較低，限制了CO2制冷技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)和運(yùn)用。以R12（二氯二氟甲烷，dichlorodifluoromethane）為代表的CFC類制冷劑很快取代了CO2在工業(yè)制冷方面的位置，此階段屬于CO2制冷技術(shù)的沉默期。隨著科學(xué)技術(shù)研究的深入，人們逐步發(fā)現(xiàn)CFC類、HCFC類和HFC等制冷工質(zhì)具有較高的溫室效應(yīng)指數(shù)，長期使用易對(duì)地球環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，環(huán)境友好的天然制冷工質(zhì)重新引起人們重視[16]?；诃h(huán)保要求和R744作為天然制冷工質(zhì)的獨(dú)特優(yōu)勢，CO2制冷技術(shù)迎來了快速發(fā)展的歷史機(jī)遇[17]。這個(gè)階段可稱為CO2制冷技術(shù)的煥發(fā)期。目前，CO2制冷技術(shù)已在農(nóng)產(chǎn)品倉儲(chǔ)物流、制冰、空調(diào)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，有力助推了制冷產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。

2 CO2制冷技術(shù)設(shè)備的更新迭代

2.1 制冷系統(tǒng)的升級(jí)

熱敏腧穴是近年來新發(fā)現(xiàn)的一類對(duì)艾熱高度敏化的疾病反應(yīng)點(diǎn)[6] 。人體腧穴存在靜息態(tài)與敏化態(tài)兩種狀態(tài)，敏化態(tài)的腧穴對(duì)外界相關(guān)刺激呈現(xiàn)“小刺激大反應(yīng)”，熱敏化腧穴是灸療的最佳選穴[7] 。熱敏灸療法主要是通過激發(fā)人體經(jīng)氣的感傳，使得氣至病所，從而提高其臨床療效的一種新型艾灸療法[8] ，具有行氣止痛，通經(jīng)活絡(luò)，扶正驅(qū)邪，調(diào)整陰陽的作用。

“漸悟”思維形式，不僅是人類原始祖先們?cè)谇О偃f年持續(xù)不斷的生存勞動(dòng)活動(dòng)模式的熔冶中，形成的普遍的思維形式之一，即便是在現(xiàn)代社會(huì)中，它依然是現(xiàn)代人類普遍的思維形式的重要組成部分。不過，人類原始祖先們的“漸悟”思維形式，是前邏輯的、前概念的思維，人類原始祖先們所借助的是直觀、猜測、暗示、情感、隱喻、移情、聯(lián)想、想象、理想、觀照等甚至幻想的思維方式，來完成“漸悟”思維形式的過程，其內(nèi)容可能是荒唐幼稚的，思維的過程可能是粗糙的；而近現(xiàn)代人的“漸悟”思維形式，是借助于概念和邏輯，思維的內(nèi)容是比較科學(xué)的，思維的過程可能是精確的。

表2 亞臨界、跨臨界、超臨界三種CO2制冷循環(huán)分類

注：為溫度，為熵，箭頭表示熱量循環(huán)形式。

Note:is temperature;is entropy, the arrow indicates the form of heat cycle.

拉丁舞是體育與藝術(shù)的結(jié)合，有體育的競技性，每一個(gè)動(dòng)作都是速度與力度的完美結(jié)合，尤其是對(duì)爆發(fā)力和控制力的要求，拉丁舞的動(dòng)作要求要有張力，恰恰對(duì)速度和爆發(fā)力的要求比較高；倫巴對(duì)控制力和爆發(fā)力要求較高；牛仔比較歡快，要求很好的彈跳性和速度；桑巴的節(jié)奏較快，對(duì)身體的靈活性和動(dòng)作之間的銜接要求較高；斗牛舞更多的是對(duì)動(dòng)作的張力和舞蹈氣勢上的要求。

表3 CO2制冷循環(huán)分類

氨（NH3）制冷劑（編號(hào)R717）是中國在冷凍方面使用最早的一種制冷劑，與R744同屬于天然工質(zhì)，具有優(yōu)良的熱力學(xué)性質(zhì)，在制冷工業(yè)中的使用直至今日已達(dá)120 a之久。但R717具有強(qiáng)烈的刺激性氣味，具有中等程度的毒性并且可燃，對(duì)操作人員和貨品存在潛在危害。而NH3/CO2復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)采用R717作為高溫級(jí)制冷劑，R744作為低溫級(jí)制冷劑，制冷系統(tǒng)的充R717量僅為R717制冷系統(tǒng)的1/8，極大減少了R717制冷的泄漏隱患，提高了制冷機(jī)組的穩(wěn)定性、安全性和制冷效率，降低了對(duì)大氣的影響[24]。與傳統(tǒng)R717制冷相比，NH3/CO2復(fù)疊式制冷實(shí)際使用效率提高10%以上，整個(gè)系統(tǒng)節(jié)能效果好，硬件投資也低[25]。1932年，KITZMILLER[26]首先提出了NH3/CO2復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)，將CO2在亞臨界條件下運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)復(fù)疊式制冷循環(huán)壓比較低，壓縮機(jī)效率較高，系統(tǒng)的節(jié)流損失和能耗降低，安全性提高。DOPAZO等[27]通過優(yōu)化NH3/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)參數(shù)，證實(shí)NH3/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)具有較好的制冷能力。王炳明等[28]通過優(yōu)化轉(zhuǎn)子和軸承的參數(shù)，提高了NH3/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)壓縮效率，滿足低溫工況制冷需求（圖 2a）。周子成[29]分析對(duì)比了NH3與CO2的制冷性質(zhì)及其在冷庫中的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)復(fù)疊式制冷系統(tǒng)在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢。

此外，研究學(xué)者從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，通過對(duì)系統(tǒng)性能參數(shù)的計(jì)算和分析，為CO2復(fù)疊式制冷循環(huán)搭配不同的高溫級(jí)制冷劑。ZHANG等[30]提出利用R1270（制冷劑級(jí)丙烯，propylene）代替R22和R134a與R744進(jìn)行復(fù)疊制冷，發(fā)現(xiàn)R1270具備良好的高溫制冷劑的性能，系統(tǒng)的COP上升（圖2b）。PATEL等[24]為提高制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)了NH3/CO2和R290/CO2兩種復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，結(jié)果表明，R290/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的組合成本低于NH3/CO2的制冷成本，最高節(jié)約成本5.33%，減少了系統(tǒng)年成本消耗。SáNCHEZ等[31]利用R134a與R744復(fù)疊制冷，為2 ℃和-20 ℃的冷柜提供制冷需求，結(jié)果表明，復(fù)疊式制冷系統(tǒng)可以較好維持兩種溫度下的冷柜恒定（圖2c）。BELLOS等[32]對(duì)比了-35、-25、-15和-5 ℃條件下不同天然制冷劑（R717、R290、R600a、R1270）與CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的制冷效率，結(jié)果表明均高于CO2/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)（圖2d）。

荷蘭某超市將NH3/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)應(yīng)用在冷藏柜和冷凍柜中（圖5a），兩個(gè)CO2循環(huán)分別用于農(nóng)產(chǎn)品與食品冷卻、冷凍，對(duì)比同等工況下的R404A制冷系統(tǒng)，可節(jié)能13%～18%，減少電力消耗的同時(shí)保護(hù)環(huán)境[65]。北京市京科倫冷凍設(shè)備有限公司研發(fā)了單一CO2制冷的低溫自動(dòng)化立體冷庫，其制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器采用頂排管設(shè)計(jì)，冷凝方式采用植入式地源冷凝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效制冷；該冷庫內(nèi)溫度波動(dòng)低、年耗電量低，可對(duì)農(nóng)產(chǎn)品和食品進(jìn)行冰溫保鮮，較好保持了農(nóng)產(chǎn)品和食品品質(zhì)，可顯著降低損耗，延長產(chǎn)品貨架期[66]。此外，對(duì)比常規(guī)制冷劑，使用R744作為制冷劑的跨臨界循環(huán)超市制冷系統(tǒng)可最大程度發(fā)揮其作用[67]。SAWALHA等[68]研究表明，與傳統(tǒng)的R404A制冷系統(tǒng)相比，CO2跨臨界系統(tǒng)具有較低的能耗，無需單獨(dú)的熱泵，在庫溫較低時(shí)，仍可滿足制冷和供暖的需求[69]。GE等[70]從制冷性能、環(huán)境影響、功耗和年運(yùn)行成本等方面對(duì)比了應(yīng)用在食品冷藏系統(tǒng)中的4種不同CO2制冷系統(tǒng)，結(jié)果表明，帶有氣體旁路壓縮機(jī)的CO2增壓系統(tǒng)在溫暖氣候下可節(jié)能5%；其次是集成級(jí)聯(lián)全CO2系統(tǒng)自帶運(yùn)輸泵及具有蒸發(fā)功能的氣體旁路壓縮機(jī)，在溫暖氣候和中溫氣候下分別節(jié)能3.6%和2.1%。寧靜紅等[71]研發(fā)了水和CO2為循環(huán)工質(zhì)的水果冷藏制冷系統(tǒng)（圖5b），對(duì)新疆吐魯番、哈密、庫爾勒和庫車4個(gè)地區(qū)的葡萄、哈密瓜、香梨和白杏進(jìn)行冷藏，發(fā)現(xiàn)可節(jié)省約40%～96%的電能和運(yùn)行費(fèi)用。SUAMIR等[72]將CO2制冷與“熱、電、冷”三聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)超市制冷系統(tǒng)一體化（圖5c），能源消耗最高可減少30%。GULLO等[73]對(duì)比了幾個(gè)歐洲城市中超市的CO2制冷系統(tǒng)和R404A制冷系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)跨臨界CO2制冷系統(tǒng)可將能源效率提高25%，設(shè)備成本降低30%。CATALáN-GIL等[74]利用接近實(shí)際的熱力學(xué)模型，分析了不同溫度地區(qū)超市的CO2增壓系統(tǒng)節(jié)能降耗情況，發(fā)現(xiàn)在暖區(qū)可降低2.9%～3.4%的能耗，在熱區(qū)可降低1.3%～2.4%的能耗。GIBELHAUS等[75]設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)化CO2制冷循環(huán)，結(jié)合吸附式制冷機(jī)機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了超市冷柜的高效低溫制冷，每年最高可節(jié)能22%。MITSOPOULOS等[76]對(duì)比了希臘某超市的十種CO2制冷系統(tǒng)，并將CO2系統(tǒng)與傳統(tǒng)的R404A系統(tǒng)進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，采用復(fù)合CO2系統(tǒng)可減少制冷系統(tǒng)8.5%的能耗。KARAMPOUR等[77]將跨臨界CO2制冷系統(tǒng)與獨(dú)立的地源熱泵結(jié)合，嘗試將超市與附近的建筑一體化，可降低年運(yùn)行總成本20%～30%。BEGHI設(shè)計(jì)[78]了一種超市制冷系統(tǒng)的學(xué)習(xí)模型，適合CO2增壓制冷系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和強(qiáng)化，可根據(jù)環(huán)境的變化操控CO2制冷系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整，為制冷系統(tǒng)的檢測和管理提供一個(gè)合適的控制策略，可減少超市制冷系統(tǒng)中的電能消耗。葛住軍等[79]設(shè)計(jì)的CO2跨臨界制冷系統(tǒng)可為飲料冷卻提供冷源，實(shí)現(xiàn)制冷的同時(shí)對(duì)環(huán)境友好（圖5d）。此外，CO2作為制冷劑也可應(yīng)用于自冷飲料罐，將液化的CO2置于自冷飲料罐的外壁中，打開飲料罐拉環(huán)時(shí)，CO2迅速揮發(fā)，吸收飲料熱量，使飲料在開啟后自動(dòng)冷卻降溫，為自冷飲料的消費(fèi)提供廣闊前景[80]。

課程評(píng)價(jià)新標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)明確了三個(gè)問題：能力目標(biāo)、知識(shí)目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)到底是突出哪一個(gè)目標(biāo)；老師和學(xué)生在教學(xué)中誰是主體；教學(xué)內(nèi)容以什么樣的形式傳遞。

2.2 制冷設(shè)備的更新

R744作為低溫級(jí)制冷劑，單位容積制冷量較高[33]。然而由于CO2臨界溫度和臨界壓力限制，跨臨界制冷循環(huán)排熱過程中壓縮機(jī)的排氣壓力與冷卻溫度各自獨(dú)立，改變高壓側(cè)壓力將影響制冷量、壓縮機(jī)耗工量及系統(tǒng)的能效比。因此，提高CO2壓縮機(jī)性能一直是CO2制冷技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵[8]。研究學(xué)者開發(fā)了諸如CO2半封閉和全封閉式壓縮機(jī)、CO2滑片式壓縮機(jī)和CO2渦旋式壓縮機(jī)等[33-36]，充分利用其耐高壓、防泄漏等優(yōu)點(diǎn)，提高了CO2制冷系統(tǒng)的性能，克服了部分配件運(yùn)行壓力高的問題（圖3a）。

a. NH3/CO2復(fù)疊式制冷循環(huán)平臺(tái)[28] a. NH3/CO2 cascade refrigeration cycle platformb. R1270/CO2復(fù)疊式制冷系統(tǒng)示意圖[30] b. Schematic diagram of R1270/CO2 cascade refrigeration systemc. 直接級(jí)聯(lián)制冷系統(tǒng)示意圖[3I] c. Schematic diagram of the direct cascade refrigeration systemd. 級(jí)聯(lián)裝置示意圖[32] d. Schematic diagram of the examined cascade configuration

為提高壓縮機(jī)壓縮效率，意大利DORIN公司[34]研發(fā)了新型半封閉式活塞CO2壓縮機(jī)，利用CO2運(yùn)動(dòng)黏度低、壓縮比低的優(yōu)勢，較好克服了CO2壓縮機(jī)工作壓力高、壓差大等缺點(diǎn)。CAVALLINI等[35]利用中間冷卻的兩級(jí)壓縮提高循環(huán)效率，在回氣管路上增加回?zé)崞鳎跉怏w冷卻器后增加冷卻器，可高效實(shí)現(xiàn)空氣和制冷劑間的熱平衡。為解決壓比對(duì)壓縮機(jī)的影響，楊軍等[36]設(shè)計(jì)了一種全封閉旋轉(zhuǎn)式CO2壓縮機(jī)，通過減少壓縮機(jī)吸氣過熱度以及二級(jí)吸氣溫度對(duì)壓縮機(jī)效率的影響，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)等熵效率最大化（圖3b）。郝璟瑛等[37]開發(fā)了全封閉CO2渦旋壓縮機(jī)（圖 3c），通過提高壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)的潤滑性、減小動(dòng)盤與靜盤之間的徑向間隙值，獲得了與其他壓縮機(jī)同等的容積效率和等熵效率，明確改進(jìn)間隙量是提高壓縮機(jī)效率的有效途徑。

然而，半封閉和全封閉式壓縮機(jī)雖提高了壓縮機(jī)的壓縮效率，但壓降損失仍限制著容積效率的提升。為減少壓縮過程能量損失，研究學(xué)者們提出系列解決方案，孫玉等[38]利用CO2螺桿壓縮機(jī)將壓縮后的CO2氣體進(jìn)行分離，利用分離后的油和CO2進(jìn)行熱交換，達(dá)到冷熱同時(shí)交替壓縮的目的，實(shí)現(xiàn)了容積效率提升。日本MYCOM公司[39]為適應(yīng)冷凍系統(tǒng)所需的低溫條件，研發(fā)CO2單級(jí)螺桿壓縮機(jī)，排氣系統(tǒng)用于加熱熱水，低溫CO2用于制冷，在交替換熱的作用下達(dá)到較好的冷凍效果（圖3d）。馬旭[40]針對(duì)滑片式壓縮機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，研發(fā)了新型外驅(qū)式滑片壓縮機(jī)，模擬其動(dòng)態(tài)熱性，降低滑片摩擦損失，提高了壓縮機(jī)對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)能力。薛衛(wèi)東等[41]通過強(qiáng)制潤滑CO2水冷兩級(jí)活塞式壓縮機(jī)中的油泵，利用機(jī)械密封曲軸的軸伸端自身優(yōu)勢，加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境噪聲的控制。MA等[42]設(shè)計(jì)了半密封往復(fù)式CO2壓縮機(jī)，有效提高了小型制冷裝置的制冷效率。

2.3 制冷設(shè)備配件的優(yōu)化

此外，由于高壓側(cè)壓力決定系統(tǒng)性能，在不同工況下采用合適的調(diào)節(jié)方式有利于提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能[49]。節(jié)流機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)冷量的控制，降低制冷系統(tǒng)的能耗及提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性[50]。目前，節(jié)流機(jī)構(gòu)主要集中在電子膨脹閥和膨脹機(jī)的研發(fā)，在一些較大的系統(tǒng)中應(yīng)用可提高系統(tǒng)循環(huán)效率。HOU等針對(duì)超臨界CO2系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種新型電子膨脹閥[51]，可在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)冷量（圖 4b）。DANFOSS公司推出了新型電子膨脹閥，可通過調(diào)節(jié)工質(zhì)的流動(dòng)阻力嚴(yán)格把控冷量。LORENTZEN等[52]提出使用全流膨脹機(jī)替代節(jié)流閥，使節(jié)流后制冷循環(huán)的制冷劑分配均勻，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。方忠誠等[53]利用分段式電子膨脹閥，提高了制冷系統(tǒng)的降溫速率（圖4c）。天津大學(xué)熱能研究所開展了CO2制冷循環(huán)膨脹機(jī)的研究[54]，現(xiàn)已開發(fā)出了第二代滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)[55]，對(duì)于制冷系統(tǒng)的制造、運(yùn)行和維護(hù)起到關(guān)鍵作用。DAI等[56]提出了一種結(jié)合熱電過冷器和膨脹器的跨臨界CO2制冷循環(huán)新結(jié)構(gòu)，當(dāng)膨脹機(jī)安裝在液體收集器和蒸發(fā)器之間時(shí)，性能系數(shù)的改善更為顯著，使跨臨界CO2制冷循環(huán)表現(xiàn)出了優(yōu)異和穩(wěn)定的性能。BELLOS等[57]研究表明，內(nèi)部熱交換器的加入可提高CO2跨臨界系統(tǒng)的制冷效率（coefficient of performance，COP）值。BODYS等[58]提出了一種適合CO2制冷系統(tǒng)中應(yīng)用的多模塊組合型固定噴射器，指出多模塊組合型模塊是優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行的潛在方法（圖4d）。FERRARA等[59]對(duì)制冷循環(huán)中的徑向活塞式膨脹機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)測試，該膨脹機(jī)等熵效率約為40%，對(duì)比其他采用簡單膨脹機(jī)的制冷系統(tǒng)，系統(tǒng)的COP值潛在改善率最高可達(dá)20%（圖 4e）。ZHANG等[60]為跨臨界CO2制冷系統(tǒng)引入了全新的噴射式膨脹機(jī)，結(jié)果表明，當(dāng)噴射器等熵效率較低和氣體冷卻器出口或蒸發(fā)器溫度較高時(shí)，噴射式膨脹機(jī)的引射比、壓力恢復(fù)率均有所提高，有助于提高CO2制冷循環(huán)的能量利用率（圖4f）。HUAI等[61]將雙節(jié)流裝置與跨臨界CO2制冷系統(tǒng)結(jié)合，第一膨脹閥控制高壓側(cè)壓力，第二膨脹閥利用雙相流噴射器，可提高制冷系統(tǒng)的COP值，最大增幅可達(dá)32.4%。

a. 新型CO2螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)圖[28] a. Design drawing of new CO2 screw compressor rotorb. 兩級(jí)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式全封閉CO2壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖[36] b. Schematic of the developed hermetic two-stage rolling piston CO2 compressorc. CO2渦旋壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖[37] c. The structure of the CO2 scroll compressor prototyped. CO2單級(jí)螺桿壓縮機(jī)[39] d. CO2 single-stage screw compressor

由于換熱形式不同，CO2換熱器分為超臨界CO2氣體冷卻器[44]、亞臨界CO2冷凝器以及CO2蒸發(fā)器[45]。超臨界CO2氣體冷卻器是指氣體冷卻換熱過程都在超臨界條件下進(jìn)行；亞臨界CO2冷凝器和CO2蒸發(fā)器是指氣體冷凝和吸熱過程在亞臨界條件下進(jìn)行，其中，CO2冷凝器通過冷凝形式換熱，CO2蒸發(fā)器則是以蒸發(fā)形式換熱?；谘h(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)，CO2的換熱器在結(jié)構(gòu)和選材等方面具有獨(dú)特性，對(duì)提高整個(gè)制冷裝置的效率至關(guān)重要。第一臺(tái)氣體冷卻器由LORENTZEN和PETTERSEN于1990～1991年推出，但小管徑翅片管加工困難，成本較高[46]，1997年研究學(xué)者采用較小的管徑，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)更為緊湊、管徑更小的換熱器，成為空氣冷卻器的新標(biāo)準(zhǔn)[47]。蒸發(fā)器同樣經(jīng)歷了類似于氣體冷卻器的發(fā)展過程，從第一代的機(jī)械擴(kuò)展管翅式結(jié)構(gòu)[46]到第二代小直徑圓管的換熱器，再發(fā)展到第三代“平行流”微通道蒸發(fā)器[48]（圖4a）?！捌叫辛鳌笔秸舭l(fā)器具有較高的熱交換性能，解決了耐壓問題和小管徑漲管等困難，成為CO2蒸發(fā)器今后的主要研發(fā)方向。

國內(nèi)外對(duì)于CO2制冷系統(tǒng)已開展了大量研究，目前仍在不斷探索和完善。根據(jù)R744臨界溫度和外部循環(huán)條件，可將其分為亞臨界、跨臨界和超臨界3種[18]（表2）。由于R744的臨界溫度接近環(huán)境溫度，超臨界循環(huán)常用于正循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，而亞臨界和跨臨界循環(huán)常用于制冷和熱泵工況。其中，CO2亞臨界制冷，循環(huán)的吸熱和放熱過程都在亞臨界條件下進(jìn)行，換熱過程主要依靠潛熱來完成[21]。而CO2跨臨界制冷中，其吸氣壓力和排氣壓力分別在臨界壓力以下及臨界壓力以上，避免熱源溫度過高帶來的系統(tǒng)性能下降問題，可實(shí)現(xiàn)更低的制冷溫度，這一模式也受到工業(yè)制冷、農(nóng)產(chǎn)品與食品冷凍冷藏等行業(yè)的青睞。

為提高傳熱強(qiáng)度，降低系統(tǒng)運(yùn)行壓力，充分發(fā)揮CO2制冷優(yōu)勢，研究學(xué)者們?cè)谝延械闹评湎到y(tǒng)基礎(chǔ)上，優(yōu)化制冷系統(tǒng)中的其他制冷配件，如氣體冷卻器、蒸發(fā)器以及節(jié)流閥等，改進(jìn)和完善制冷循環(huán)的作用方式，減少環(huán)境因素對(duì)制冷系統(tǒng)的影響，實(shí)現(xiàn)極端工作條件下系統(tǒng)的正常工作，積極推進(jìn)CO2制冷系統(tǒng)的應(yīng)用[43]。

CO2制冷循環(huán)種類較多，可分為單級(jí)、與其他工質(zhì)組成的兩級(jí)復(fù)疊式制冷循環(huán)、三級(jí)復(fù)疊式制冷循環(huán)等（表3）[22]。相較于單級(jí)壓縮制冷，雙級(jí)或多級(jí)壓縮制冷擴(kuò)大了循環(huán)的工作溫度差，可獲得更低的制冷溫度，在制冷工況中應(yīng)用較多。但當(dāng)溫差達(dá)到一定程度時(shí)，由于單一制冷劑不能同時(shí)具備較高的臨界溫度和較低的沸點(diǎn)溫度，雙級(jí)或多級(jí)壓縮受到限制，無法實(shí)現(xiàn)有效制冷。而復(fù)疊式制冷循環(huán)依靠兩個(gè)獨(dú)立的制冷循環(huán)系統(tǒng)，利用同一個(gè)冷凝蒸發(fā)器，將高溫區(qū)和低溫區(qū)的制冷循環(huán)疊加起來，用高溫級(jí)的制冷量來承擔(dān)低溫級(jí)的冷凝負(fù)荷，從而獲取較低制冷溫度[22]。目前，CO2復(fù)疊式制冷循環(huán)在低溫倉儲(chǔ)、農(nóng)產(chǎn)品與食品冷凍、快速制冰等方面廣泛應(yīng)用[23]。

a. CO2蒸發(fā)器歧管（頂部）和微通道傳熱管（底部）的橫截面[48]a. Cross section of the manifold (top) and microchannel heat transfer tube (bottom) of a prototype CO2 evaporatorb. 加入電子膨脹閥的跨臨界CO2制冷系統(tǒng)示意圖[51] b. Schematic of the transcritical CO2 refrigeration system with electronic expansion valvec. 試驗(yàn)樣機(jī)制冷系統(tǒng)原理[53] c. Principle of the refrigeration system of test prototype

d. 多模塊組合型固定噴射器示意圖[58] d. Schematic diagram of multi-ejector modulee. 徑向活塞式膨脹機(jī)示意圖[59] e. Schematic of radial piston the expanderf. 噴射式膨脹機(jī)制冷循環(huán)示意圖[60] f. Schematic of the ejector expansion refrigeration cycles

3 CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流保鮮中的應(yīng)用

近年來，部分研究學(xué)者、企業(yè)將CO2制冷技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流保鮮的儲(chǔ)存環(huán)節(jié)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)中，在提高制冷效率、節(jié)能降耗等方面發(fā)揮良好作用[62]。

省委書記婁勤儉指出，建設(shè)新時(shí)代文明實(shí)踐中心，是黨中央重視和加強(qiáng)基層思想政治工作的戰(zhàn)略部署，是打通宣傳群眾、教育群眾、服務(wù)群眾“最后一公里”的重要舉措。鄉(xiāng)村是文明實(shí)踐的落腳點(diǎn)，如何更好服務(wù)鄉(xiāng)村全面振興，滿足農(nóng)民精神文化需求，是時(shí)代賦予我們的新命題、新任務(wù)。作為基層工作者，必須在三個(gè)著力點(diǎn)上下功夫，培育鄉(xiāng)風(fēng)文明，激活鄉(xiāng)村振興之“魂”。

3.1 儲(chǔ)存環(huán)節(jié)

目前，CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存環(huán)節(jié)中的應(yīng)用集中在冷庫、超市制冷系統(tǒng)和冷藏陳列柜等。R744自身的特性有助于提高農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的貯藏效率，無毒不易燃的安全性減少了制冷劑泄漏對(duì)農(nóng)產(chǎn)品以及人類的危害；R744的單位容積制冷量高，有利于減少制冷系統(tǒng)工質(zhì)的容積循環(huán)量，從而減小制冷設(shè)備體積[25]；R744較低的流動(dòng)損失，有利于提高制冷循環(huán)效率[63]，減少制冷空間的限制，在冷庫、銷售終端等設(shè)施建造等方面具有顯著優(yōu)勢[64]。

總之，CO2制冷系統(tǒng)更新迭代正逐步向制冷性能高、安全性高、對(duì)環(huán)境友好方面發(fā)展，目的在于減少工作環(huán)境對(duì)制冷設(shè)備壓縮效率的影響，最終實(shí)現(xiàn)冷量壓縮效率的最大化。

a. 荷蘭某超市NH3/CO2循環(huán)冷藏冷凍柜示意圖[65] a. Schematic diagram of NH3/CO2 circulating refrigerator in a supermarket in the Netherlandsb. 水/CO2循環(huán)制冷的水果冷藏制冷系統(tǒng)圖[71] b. Diagram of fruit refrigeration system with water/CO2 cycle refrigerationc. 揮發(fā)性CO2/“熱、電、冷”三聯(lián)產(chǎn)一體化的簡化示意圖[72] c. Simplified diagram of the integrated volatile/DX CO2 refrigeration and trigenerationd. 飲料現(xiàn)調(diào)機(jī)制冷循環(huán)示意圖[79] d. Schematic diagram of cold cycle of beverage mixing machine

3.2 運(yùn)輸環(huán)節(jié)

0 ℃時(shí)R744飽和液體的運(yùn)動(dòng)黏度僅為NH3的5.2%，R12的23.8%，流體的流動(dòng)阻力較小，制冷系統(tǒng)的輸送泵功耗低，僅為傳統(tǒng)輸送功率的1/10，以CO2構(gòu)建的制冷系統(tǒng)可以在冷鏈物流運(yùn)輸過程中為農(nóng)產(chǎn)品提供適宜的低溫環(huán)境，減少能源消耗，降低運(yùn)輸成本，增加經(jīng)濟(jì)效益[81]。有制造商已將CO2制冷系統(tǒng)應(yīng)用于冷藏集裝箱以及冷藏運(yùn)輸車。INGENIUM公司設(shè)計(jì)了4臺(tái)類似的CO2跨臨界增壓機(jī)組，搭配可24 h在線監(jiān)控制冷系統(tǒng)的控制中心，實(shí)現(xiàn)了物流環(huán)節(jié)精準(zhǔn)利用CO2制冷技術(shù)的新突破。LAWRENCE等[82]設(shè)計(jì)了一種跨臨界多溫移動(dòng)式冷藏集裝箱系統(tǒng)，通過改善氣體冷卻器、熱交換器的性能，在環(huán)境溫度較高的情況下仍可改善系統(tǒng)COP值。FABRIS等[83]采用耦合兩相噴射器，模擬長途運(yùn)輸場景，設(shè)計(jì)了一種適合長途運(yùn)輸?shù)腃O2制冷系統(tǒng)，可在不同配置之間切換，以便根據(jù)內(nèi)部空氣和外部環(huán)境條件最大限度地提高系統(tǒng)COP或制冷能力。ARTUSO等[84]研發(fā)了一種安裝在噴射器出口線上的輔助蒸發(fā)器，擴(kuò)大了噴射器的工作范圍，在25 ℃的環(huán)境溫度和5 ℃的內(nèi)部冷藏運(yùn)輸貨倉中，均可提高CO2制冷系統(tǒng)的COP，最高可達(dá)21%。

綜上，前人已對(duì)CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)的應(yīng)用進(jìn)行了探索，但應(yīng)用范圍還十分有限[85]。中國農(nóng)產(chǎn)品的品類眾多，不同農(nóng)產(chǎn)品品種、地區(qū)、季節(jié)等所需的應(yīng)用場景不同，這需要研發(fā)與之相匹配的CO2制冷系統(tǒng)與設(shè)施設(shè)備。因此，亟待加大投入力度，開展CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用研發(fā)和技術(shù)推廣。

4 CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流保鮮領(lǐng)域應(yīng)用的難點(diǎn)

第一，在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中，CO2制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)和換熱器的設(shè)計(jì)仍存在技術(shù)瓶頸。國內(nèi)外生產(chǎn)商在研發(fā)壓縮機(jī)時(shí)需考慮不同工況下各配件性能系數(shù)以及匹配性，這為不同物流模式下CO2制冷系統(tǒng)的發(fā)展帶來困難。如海運(yùn)（船）行業(yè)中，貨倉滿載后其內(nèi)部空間狹小，壓縮機(jī)的位置需隨時(shí)調(diào)整，制冷劑的流動(dòng)間隙大小難以控制，影響制冷工質(zhì)的流動(dòng)[38,86]；對(duì)于陸運(yùn)（大型卡車、拖車和冷藏集裝箱），雖然已有部分制造商引入CO2制冷系統(tǒng)，但由于CO2制冷設(shè)備液化效率相對(duì)較低，流通管徑設(shè)計(jì)難以滿足CO2氣體較高的液化臨界壓力，嚴(yán)重影響關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)，目前常用的制冷劑仍為R452A（R32、R125、R1234yf混合物）和R513A（R134與R1234yf混合物）等，R744的覆蓋率較低；空運(yùn)（飛機(jī)）使用的制冷系統(tǒng)與其他領(lǐng)域不同，主要通過發(fā)動(dòng)機(jī)、散熱器、空氣循環(huán)機(jī)、沖壓進(jìn)氣道系統(tǒng)、再加熱器和冷凝器等設(shè)備進(jìn)行機(jī)械做功和熱交換，對(duì)于制冷劑要求并不高，這也同樣遏制了R744的推廣和應(yīng)用。

第二，CO2制冷系統(tǒng)受外部環(huán)境溫度影響較大。當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)的排氣壓力高達(dá)12 MPa左右，遠(yuǎn)高于常規(guī)制冷系統(tǒng)。中國大部分地區(qū)為亞熱帶和溫帶氣候環(huán)境，CO2制冷系統(tǒng)可發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢，而在溫度寒冷的地區(qū)，壓縮機(jī)的管道溫度較低，機(jī)組的外殼結(jié)露嚴(yán)重時(shí)，制冷劑易被壓縮機(jī)吸入，發(fā)生異常沖擊，制冷性能受到影響，CO2制冷系統(tǒng)的應(yīng)用受到一定限制。

第三，農(nóng)產(chǎn)品冷庫對(duì)溫度選擇、庫容要求多樣，適宜的小型冷庫在高溫季節(jié)運(yùn)行能耗大、制冷效率低[87]。目前CO2制冷技術(shù)在中小型冷庫上應(yīng)用的成本偏高，與目前已有的技術(shù)結(jié)合仍待研究[88-89]，這也給該技術(shù)的推廣應(yīng)用帶來困難。因此，CO2制冷系統(tǒng)升級(jí)與制冷設(shè)備配件的優(yōu)化成為CO2制冷技術(shù)廣泛應(yīng)用的前提。

5 展 望

隨著中國冷鏈物流行業(yè)的飛速發(fā)展和“雙碳”政策的逐步落地，CO2制冷技術(shù)將得到更為廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。國內(nèi)外對(duì)于CO2制冷技術(shù)的應(yīng)用主要集中在空調(diào)、汽車等工業(yè)制冷，CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用仍在探索中。2022年中央農(nóng)村工作會(huì)議指出“保障糧食安全，要在增產(chǎn)和減損兩端同時(shí)發(fā)力”，因此如何發(fā)揮CO2制冷技術(shù)的優(yōu)勢，研發(fā)符合農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流要求的CO2制冷設(shè)備，大力發(fā)展基于CO2制冷的農(nóng)產(chǎn)品綠色低碳冷鏈物流產(chǎn)業(yè)，降低農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后損耗，是保障糧食和重要農(nóng)產(chǎn)品供給的有效途徑之一。

周圍的人七嘴八舌給他出主意給他提醒他都充耳不聞，徑直朝池塘邊走去。突然看見一個(gè)和他年紀(jì)差不多的中年男人，手握一把菜刀朝他齒牙咧嘴比劃著什么。還看見在那人背后的池塘水中，有一個(gè)小女孩水已經(jīng)淹到了胸口，邊哭邊舉起雙臂，一頭拴在女孩手臂上，一頭被持刀人逮在手上的繩子正在不斷搖晃。

展望未來，為實(shí)現(xiàn)CO2制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，一要開發(fā)和使用成本低、能源利用最大化且可持續(xù)發(fā)展的CO2制冷系統(tǒng)；二要提高CO2制冷設(shè)備的可靠性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、建設(shè)運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)性；三要拓展CO2制冷技術(shù)應(yīng)用場景，研發(fā)適宜農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流保鮮特點(diǎn)的設(shè)施設(shè)備，如移動(dòng)式冷庫、中小型冷庫、冷鏈運(yùn)輸小型機(jī)組和運(yùn)輸、零售中的小型設(shè)備等，滿足產(chǎn)地倉儲(chǔ)保鮮、產(chǎn)地冷鏈集配中心等場景需要；四要推動(dòng)CO2制冷技術(shù)在大中型智能立體冷庫上的應(yīng)用，研發(fā)新型CO2制冷系統(tǒng)與裝備，簡化系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性，提升系統(tǒng)成熟度，降低運(yùn)行能耗。

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Research progress in the application of CO2refrigeration technology to agricultural product cold chain logistics preservation

ZHANG Dequan1, XU Yuqian1, NING Jinghong2, WANG Debao1, HOU Chengli1, REN Chi1, HUANG Caiyan1, WANG Su1

(1.,,-,,100193,; 2.,,300134,)

Energy-efficient, green, and environment-friendly refrigeration technology can be developed for agricultural products, particularly under the "double carbon" goal in the world. Carbon dioxide (CO2/R744) can be expected to serve as one of the ideal substitutes for traditional refrigerants, due to the colorless, tasteless, non-toxic, non-flammable natural refrigerant, and excellent thermal stability. A high per-unit refrigerating capacity of swept volume can be obtained with a low greenhouse effect. The characteristics of CO2have drawn much attention in environmental protection and efficient refrigeration after the early action and the middle silent period. Therefore, CO2has been relaunched as a natural refrigerant in various industries. The current CO2refrigeration technology has been used in the cold chain logistics of agricultural products, ice-making, and air conditioning. The refrigeration effect is better than that of the traditional. However, the high energy expenditure can be the general issue in cold chain logistics. Therefore, it is a high demand for energy-saving and green refrigeration to reduce the large post-production loss in modern agriculture. In this study, the characteristics and development history of CO2refrigeration were reviewed to compare the critical temperature, critical pressure, ODP, GWP, and per-unit refrigerating capacity of swept volume between different refrigerants. The CO2refrigeration facilities and devices were also introduced in terms of refrigeration systems, equipment, and accessories, such as compressors, heat exchangers, and throttling devices. The application of CO2refrigeration was summarized in the storage and transportation of agricultural products. The future direction was also proposed for the use of CO2 refrigeration technology in the cold chain logistics preservation of agricultural products, according to the actual agricultural products and requirements. The current difficulties were determined to improve the matching degree of equipment under different working conditions, and the efficiency of CO2compression and liquefaction under low-temperature environments. Some recommendation was also addressed to accelerate the CO2refrigeration facilities and equipment, such as CO2mobile refrigerant storage, and three-dimensional intelligent refrigerant storage suitable for the preservation of agricultural products in cold chain logistics. CO2refrigeration can be expected to integrate with the cold chain logistics of agricultural products. The reliability and stability of CO2refrigeration equipment and system should be improved to fully meet the strong demand in different industries of cold chain logistics. The finding can provide technical support to reduce the post-production losses of agricultural products in China. The product quality during storage and transportation can be improved for the energy saving of cold storage, in order to promote the cold chain logistics towards the green, low-carbon, and recyclable direction.

agricultural products; preservation; CO2; refrigeration technology; cold chain logistics

10.11975/j.issn.1002-6819.202211012

TB66

A

1002-6819(2023)-06-0012-11

張德權(quán)，徐毓謙，寧靜紅，等. 二氧化碳制冷技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流保鮮中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2023，39(6)：12-22.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202211012 http://www.tcsae.org

ZHANG Dequan, XU Yuqian, NING Jinghong, et al. Research progress in the application of CO2refrigeration technology to agricultural product cold chain logistics preservation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2023, 39(6): 12-22. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202211012 http://www.tcsae.org

2022-11-01

2023-03-15

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022YFD2100500）

張德權(quán)，博士，研究員，研究方向?yàn)槿馄房茖W(xué)與技術(shù)。Email：dequan_zhang0118@126.com