炎炎夏日，乘火车或者坐地铁时，丝丝凉意从哪里来？复兴号高速会车或者穿过隧道时，耳膜为什么不会感到明显压力？海拔5000多米的唐古拉山间，旅游专列里氧气依然充足……
这都离不开列车空调的作用。然而，空调系统是列车上的耗能大户，约占整车能耗的20%；传统制冷剂也会导致一定的温室效应。如何在营造舒适空气环境的同时更好保护生态？CO₂（二氧化碳）空调提供了一种答案。
环保制冷剂：
全球变暖潜值从1920降到1
衡量某种制冷剂是否“生态友好”，主要看两个指标，臭氧消耗潜值（ODP）和全球变暖潜值（GWP）。目前广泛使用的制冷剂和几种新型替换制冷剂，ODP基本为0，GWP则差异巨大。比如，广泛使用的R410A、R407C两种制冷剂，GWP分别为1920、1773。
正如字面含义，全球变暖潜值GWP，是衡量温室气体对全球变暖影响的关键指标，用于比较不同气体在特定时间内相对于CO₂的吸热能力。以CO₂的GWP为1，其他气体的GWP值，表示其单位质量在相同时间内造成的变暖效应是CO₂的多少倍。
如果能用CO₂作为制冷剂，空调对全球变暖的影响将产生质的变化。
2016年，中车石家庄公司组建起一支由制冷技术、材料科学、机械设计等多领域科研人员组成的攻坚团队，正式开启CO₂空调的研发征程。
彼时，CO₂跨临界循环制冷技术在轨道交通领域的应用近乎空白，没有成熟经验可借鉴。轨道车辆运动过程中的振动环境，以及跨临界CO₂制冷系统中的超高运行压力，更是拦路虎。
攻坚团队反复模拟不同环境参数下的流体变化，从设备结构到密封材料再到关键部件，逐一分析验证。有的成员每天泡在实验室，数据记录写满了几十个笔记本；有的成员为了验证一个优化方案，连续工作36个小时。
5年时间，凭着这股拼劲儿，攻坚团队成功找到了提高能效比的最佳参数组合，实现了空调系统在不同运行模式、环境温度下的高效率运转；找到了新型密封材料，并研发出独特工艺；采用新型多层隔声结构与基于纳米层状复合技术的阻尼片，让车厢噪音大幅下降。
2021年12月，两台凝聚着攻坚团队心血的CO₂空调机组，在石家庄地铁3号线26号列车装车试运行。服务和技术人员全程跟车观测，分析每一组运行数据。2022年1月11日，CO₂空调机组实现全球首次地铁列车搭载正线运营，至今从未出现故障。
相对于传统制冷剂空调（以R407C制冷剂为例），使用CO₂空调，每列6节车厢的地铁列车，每年可以实现减碳210吨，相当于2.1万棵树1年的减碳量。
空调瘦身：
车厢扩容5%，整车减重10%
在中车石家庄公司的空调装备生产车间里，记者看到了CO₂空调机组的真容。这些机组将安装在列车顶部，每个机组约有双人床垫大小，厚度几十厘米不等，有些明显更薄或更短。
据了解，为了进一步实现“生态友好”，技术人员全力帮助空调机组“瘦身”，既减体积，也减重量。以复兴号智能动车组和CR450动车组为例，空调系统成功“瘦身”后，空调整机高度降低了12厘米，运行更节电，车厢扩容5%，整车减重10%。
此外，技术人员还结合乘客数量等因素，精准测算每节车厢所需的空气调节能力，配备相应的空调机组。比如，高铁车厢人数较少，每节车厢配置一台空调机组；地铁车厢人数较多，每节车厢配置两台空调机组。同一列高铁上，不同车厢乘坐人数不同，所配置的空调机组也不同。
生产车间里有一列“模拟车厢”，里面密密麻麻立着27根不锈钢杆，每根杆上从上到下分布着5个感应器，分别对应成人、儿童、站立、坐姿等不同场景高度，实时感应温度、湿度、PM2.5、CO₂浓度等多项指标，在“车厢”内壁的电子屏上不停跳动。
基于大量的模拟与实践，技术人员能够在确保乘客安全舒适的前提下，“按需配置”空调机组，避免给生态造成不必要的负担。
制冷量可调节：
30%输出时能耗降低66%
目前，CO₂跨临界循环制冷技术应用，已从地铁领域拓展到铁路机车、高铁列车、冷链集装箱制冷机组，甚至新能源汽车领域。
更让人骄傲的是，CO₂空调系统的压缩机、干燥过滤器等关键部件，都换上了“中国心”。
中车石家庄公司研制的R744（CO₂）海运集装箱制冷机组已投入使用。这款机组采用国产化CO₂制冷剂压缩机，由中车技术团队独立自主开发，实现全自动控制，具有远程数据传输、远程定位、远程操控功能，壳体、换热器完全自制，主要部件国产化。
其中，通过变频技术，这款机组的制冷量可在30%到100%之间进行调节。当集装箱内热负荷较小时，压缩机可卸载输出，降低能耗。经测试，在压缩机以30%制冷量输出时，能耗降低约66%。
有了这一技术，运输水果、冻肉等货品时，就可按不同阶段温度需求灵活调整制冷量，既保证最适宜的温度，也不产生额外的能耗。
下次坐高铁、地铁时，不妨抬头看看头顶的空调，说不定就是CO₂空调，它正悄悄地为您的旅程增添舒适，也在努力为地球减负。
编辑：董子莹
审核：韩璐