西安交通大学曹锋教授团队：跨临界CO₂热力循环理论与控制

1993 年，Lorentzen G 教授提出跨临界CO₂热力循环技术以来，该技术在制冷、制热领域备受关注，多国科研单位和企业纷纷投入大量资源进行研究和开发。

CO₂作为一种天然制冷剂，具有零消耗臭氧潜能值(ODP=0)和极低的全球增温潜能值(GWP=1)，完美契合了全球环境法规的严格要求。CO₂超宽的温度适应范围，从低至−30℃的制冷需求到高达300℃以上的工业供热需求，都能够高效、稳定应对。因此，跨临界CO₂热力循环技术正在超市冷链、商用和工业热泵、数据中心冷却及能源密集型行业的余热回收等领域迅速推广应用。CO₂热力循环不仅在能源利用效率方面表现出显著优势，而且具有优异的环保特性，其装备产业化对提升经济发展“含绿量”，推进能源绿色低碳转型速度，助力我国“双碳”目标实现具有重要意义。

基于传热夹点考虑的跨临界CO₂系统最优排气压力存在机理

尽管跨临界CO₂热力循环有着广泛的应用前景和重要的环保意义，但CO₂的临界温度低(30.98℃)且临界压力高(7.377MPa)，其在跨临界热力系统设计和控制方法方面依然存在诸多挑战和难题。主要问题包括：

• 热力循环特性及最优压力存在机理需要进一步阐述；

• 关键部件，如压缩机、换热器、节流机构等需要进一步优化设计；

• 跨临界系统运行特性，如回热器、除霜等需要深入研究；

• 系统效率有待提高，特别是在高气体冷却器出口温度工况下；

• 系统控制策略，尤其是集成排气压力等参数的最优控制需要进一步开发；

• 新兴能源应用场景下跨临界CO₂系统架构有待拓展。

西安交通大学曹锋教授及研究团队二十余年一直专注于跨临界CO₂热力循环在制冷/制热领域的性能强化和应用新技术研究，在跨临界CO₂热力循环热力学特性、部件设计优化、系统集成与控制等方面积累了丰富的理论和实验研究经验。

跨临界CO₂热力循环理论与控制

曹锋 著

北京 : 科学出版社, 2025. 6

ISBN 978-7-03-081725-9

《 》系统论述了跨临界CO₂热力循环的基础理论、系统设计方法、运行特性、性能提升策略及控制优化技术，深入分析了CO₂制冷剂的物性特点及其对跨临界热力循环性能的影响机理，剖析了系统关键部件的热力学模型和传热传质特性，阐述了影响系统性能的主要因素及其作用规律，提出了多种提升系统性能的新型循环方案，探索了多种先进控制策略在CO₂热力循环系统中的应用。全书理论分析与工程实践相结合，既有深入浅出的学理阐释，又有翔实可靠的实验数据。同时，本书吸收并融合了国内外研究进展，以保持内容的前沿性和时效性，可为CO₂制冷及热泵技术的进一步研究提供系统性的理论指导。

本书的大部分内容是作者与同事共同努力的成果，西安交通大学彭学院、贾晓晗、杨旭、殷翔、宋昱龙、王文毅、崔策等老师，为本书的出版做出了重要贡献。期待本书的出版能够为跨临界CO₂热力循环系统的学术研究注入新的活力，为相关技术和产业的发展做出贡献。

本文摘编自《跨临界CO₂热力循环理论与控制》（曹锋著. 北京 :科学出版社, 2025. 6）一书“前言”“第1 章 绪论”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-081725-9

杨丹15502918619

罗瑶18629426379

本书系统性地阐述了跨临界CO2热力循环技术在制冷和热泵领域的前沿进展与未来趋势，不仅对该技术的基础原理、系统设计与优化进行了全面分析，还深入探讨了其在未来能源结构改革中的重要性。

本书可供高等院校制冷及低温工程、建筑环境与能源应用工程、新能源科学与工程等专业师生阅读，也可供制冷空调、热泵热水、烘干除湿、热管理等领域的科研人员和工程技术人员参考。同时，本书对节能减排、发展绿色经济的决策者和管理者也具有一定的参考价值。

（本文编辑：刘四旦）

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