北美商用制冷市场正在进入向天然制冷剂过渡的新阶段。
多年来，跨临界二氧化碳制冷的增长主要是由超市使用的集中式货架系统推动的。随着紧凑型二氧化碳冷凝装置越来越广泛地用于更小型和更针对特定应用的安装，这种模式现在开始发生变化。
根据 2026 年 7 月的行业报告，北美大约有 2025 年将有 5,120 家超市使用跨临界二氧化碳制冷系统，与 2023 年相比增加了约 75%。制造商现在正在推出紧凑型二氧化碳冷凝装置或寻求将更多产品带入区域市场所需的认证。
这一发展可能会将 R744 的使用范围扩大到大型超市以外的领域：
- 便利店；
- 小型杂货店；
- 餐馆和食品服务；
- 冷藏室和步入式冰柜；
- 食品加工设施；
- 配送中心；
- 独立的制冷负荷；
- 扩建和改造项目。
行业参与者将包装式二氧化碳冷凝装置视为将天然制冷剂引入不需要完整集中机架的小型项目的实用方法。 （[天然制冷剂][1]）
然而，对于制冷设备制造商来说，采用二氧化碳并不是简单地将一种制冷剂替换为另一种制冷剂的问题。
R744具有独特的压力、温度和安全特性。因此，可靠的运行取决于整个制冷回路和周围环境的准确传感。
为什么二氧化碳冷凝装置受到更多关注
冷凝机组将主要制冷部件（包括压缩机、排热设备和控制装置）组合成一个可以为独立负载提供服务的成套系统。
这种架构对于以下项目很有吸引力：
- 小型商店扩张；
- 冷藏展示区；
- 远程冷藏室；
- 步入式冷藏柜和冰柜；
- 现有设施的额外容量；
- 特定应用的制冷区。
与安装完整的集中式机架相比，组装式冷凝机组可以提供更集中的路径，将二氧化碳制冷集成到新建、改造或产能扩张中。
最近的北美市场讨论还表明，人们对用于小型冷藏和食品加工应用的二氧化碳冷凝装置越来越感兴趣，特别是在需要远程安装和精确房间控制的情况下。 （[天然制冷剂][1]）
R744 对传感器性能提出新要求
CO2，指定为 R744，是一种天然制冷剂，全球变暖系数为 1。它不易燃，越来越多地用于商业和工业制冷。 ([danfoss.com][2])
然而，二氧化碳制冷系统的运行压力比许多传统的 HFC 系统高得多。为跨临界 R744 应用开发的组件的额定工作压力可能约为 140 bar 或更高，具体取决于位置和系统设计。 ([danfoss.com][3])
这带来了一些传感挑战：
- 必须在大范围内准确测量压力。
- 控制、保护和效率优化需要温度数据。
- 必须检测二氧化碳泄漏，因为高浓度会造成窒息风险。
- 传感器必须能够承受振动、压力循环和温度变化。
- 传感系统必须支持快速控制和故障诊断。
因此，二氧化碳制冷需要协调的传感架构，而不是单一的监控组件。
1. 二氧化碳制冷系统中的高压监测
压力测量是 R744 冷凝装置中最重要的传感功能之一。
典型的压力监测位置可能包括：
- 压缩机吸气；
- 压缩机排气；
- 气体冷却器出口；
- 液体接收器或闪蒸罐；
- 蒸发器入口和出口；
- 高压调节阀；
- 气体旁路管线；
- 油管理电路。
控制器使用这些压力信号来调节压缩机、阀门、风扇和保护功能。
为什么压力精度很重要
不正确或不稳定的压力数据可能会影响：
- 过热度控制；
- 气体冷却器压力优化；
- 压缩机保护；
- 容量调节；
- 阀门定位；
- 制冷剂充注诊断；
- 系统效率。
在跨临界操作中，高压侧压力控制与环境温度和气体冷却器性能密切相关。可靠的压力信号使控制器能够调整工作点，同时避免不安全的压力条件。
推荐的 Winsen 压力传感器
WPCH04 陶瓷压力传感器
这 WPCH04 通用型陶瓷压力变送器 提供从 0–0.2 MPa 到 0–40 MPa 的压力范围，不超过 1 ms 的响应时间和多种输出选项，包括 4–20 mA、0–5 V 和 0.5–4.5 V。Winsen 将空调和气体或液体压力控制列为其应用领域。 ([winsen-sensor.com][4])
它对制冷原始设备制造商的潜在价值包括：
- 可选压力范围广；
- 闭环控制响应快；
- 发射机结构紧凑；
- 温度补偿信号输出；
- 可定制的连接器和输出。
WPCK07 扩散硅压力传感器
对于需要更广泛压力范围选择或更多工业输出选项的应用， WPCK07 扩散硅压力传感器 支持高达 100 MPa 的范围，并提供多种输出格式，包括 4–20 mA、电压和 I²C。它专为 HVAC 和工业过程控制等应用而设计。 ([winsen-sensor.com][5])
潜在的安装点包括：
- 压缩机排气压力；
- 高压线路监测；
- 接收器压力；
- 过程和安全监控；
- 远程制冷控制系统。
工程注意事项： 最终压力传感器的选择必须基于实际的最大工作压力、耐压、爆破压力、制冷剂和润滑剂的兼容性、过程连接、密封结构和所需的认证。应在项目评估期间确认产品是否适合直接接触 R744。
2. 用于控制和效率的温度传感
压力数据本身并不能完全描述制冷系统的状况。
温度传感器需要监测整个周期的热状况并支持计算，例如：
- 过热;
- 过冷度；
- 压缩机排气温度；
- 气体冷却器出口温度；
- 蒸发器性能；
- 柜内或冷藏室温度。
典型的温度传感点包括：
- 吸入管路；
- 排放线；
- 气体冷却器；
- 接收者;
- 蒸发器入口；
- 蒸发器出口；
- 冷藏柜；
- 冷室回风。
推荐的 Winsen 温度传感器
Pt100-CSMD 薄膜铂电阻传感器
这 Pt100-CSMD 是一款紧凑型薄膜铂电阻温度传感器，测量范围为 −50°C 至 400°C。
它提供：
- 测量稳定性高；
- 紧凑的SMD封装；
- 快速响应；
- 良好的抗振动和冲击性能；
- 适用于液体、气体、蒸汽和固体表面温度测量。 ([winsen-sensor.com][6])
Pt1000-CSMD 薄膜铂电阻传感器
这 Pt1000-CSMD 采用紧凑的 3.2 × 1.6 × 0.5 mm 封装，提供相同的 −50°C 至 400°C 测量范围。其较高的标称电阻在减少引线影响和简化信号采集非常重要的电路中非常有价值。 ([winsen-sensor.com][7])
这些传感元件可支持定制探针组件，用于：
- 管道表面温度监测；
- 压缩机排放监测；
- 气体冷却器温度控制；
- 橱柜和冷室温度传感；
- 电子控制板。
最终的探头外壳、电缆、热界面和密封设计应根据制冷设备结构进行制定。
3. 用于人员和设备安全的二氧化碳泄漏检测
尽管 R744 不易燃，但严重泄漏可能会导致封闭或通风不良的空间中的氧气流失。
二氧化碳也是无色无味的，这意味着如果没有专用检测器，可能不会注意到泄漏。行业安全指南强调高压和高浓度暴露是设计和维修 R744 系统时必须考虑的重要危险。 （[科普兰][8]）
CO2 泄漏传感器可安装在：
- 设备房；
- 冷藏室；
- 压缩机室；
- 便利店；
- 机器外壳；
- 室内冷凝机组装置；
- 服务和维护区域。
由于在典型的室内条件下二氧化碳比空气重，因此探测器的放置位置应通过特定地点的风险评估和适用的规范来确定，而不是依赖于单一的通用安装位置。
推荐的 Winsen 二氧化碳泄漏传感器
MH-410D NDIR 工业二氧化碳传感器
这 MH-410D NDIR 工业二氧化碳传感器 是一款紧凑型红外传感器，专为工业二氧化碳浓度测量而设计。
可用的测量范围包括：
- 0–2,000 ppm；
- 0–6,000 ppm；
- 0–1%体积；
- 0–3%体积；
- 0–5%体积；
- 根据项目配置可提供更高的范围。
它提供 UART 和模拟电压输出、温度补偿、稳定的线性输出以及低于 30 秒的典型 T90 响应时间。 ([winsen-sensor.com][9])
NDIR 技术特别适合二氧化碳监测，因为它：
- 直接检测CO2的红外吸收特性；
- 不依赖氧气；
- 提供良好的目标气体选择性；
- 无消耗性电化学反应；
- 支持长期连续监测。
MH-410D 可集成到：
- 固定二氧化碳泄漏警报；
- 商用制冷控制面板；
- 机房监控设备；
- 通风控制系统；
- 便携式检测仪器。
报警阈值、测量范围和校准策略必须根据当地安全法规、房间体积、通风设计和设备风险评估来选择。
4.从单个传感器到智能制冷控制
现代二氧化碳冷凝装置需要多个传感器信号才能安全高效地运行。
典型的传感和控制链的工作原理如下：
- 压力传感器测量高侧和低侧工作条件。
- 温度传感器监控管道、压缩机和冷藏空间的温度。
- 控制器计算过热度、热负荷和运行效率。
- 阀门、压缩机和风扇都是动态调节的。
- CO2 传感器监测周围环境是否有泄漏。
- 如果出现异常情况，系统可以启动报警、通风、停机或压力保护功能。
这种多参数方法提高了控制质量和诊断能力。
| 监测参数 | 主系统值 |
|---|---|
| 高压侧压力 | 气体冷却器和调节阀控制 |
| 吸气压力 | 压缩机负载和蒸发器监控 |
| 排气温度 | 压缩机保护 |
| 吸气温度 | 过热度计算 |
| 冷藏空间温度 | 产品和食品保存 |
| 环境二氧化碳浓度 | 泄漏报警与通风联动 |
R744 设备制造商的传感器选择优先级
在为二氧化碳冷凝装置选择传感器时，设备制造商应评估的不仅仅是标称精度。
压力范围和过载能力
传感器范围应涵盖正常工作条件和预期的异常压力，而不牺牲有用的分辨率。
媒体兼容性
压力接触材料、密封件和过程连接件必须与二氧化碳、冷冻油和预期温度范围兼容。
温度补偿
压力和气体测量应在冷凝装置的整个工作温度范围内保持稳定。
响应时间
快速传感器响应有助于控制器在负载快速变化时管理压缩机和高压阀。
抗振性
压缩机、风扇和运输可能会使传感器遭受持续振动和机械冲击。
输出与通讯
常见选项包括：
- 0.5–4.5V；
- 0–5V；
- 4–20毫安；
- I²C；
- 串口；
- RS485。
输出应与控制架构和电缆距离相匹配。
功能安全和诊断
对于安全相关的监控，设计人员应考虑：
- 开路和短路诊断；
- 传感器故障识别；
- 冗余测量；
- 报警闭锁；
- 独立的关闭逻辑。
推荐的 Winsen 传感器组合
对于R744商用冷凝机组项目，以下产品可以作为技术评估的起点：
| 监控需求 | 推荐温森产品 | 关键值 |
|---|---|---|
| CO2 制冷剂泄漏检测 | MH-410D NDIR 二氧化碳传感器 | 可选高浓度范围、UART 和模拟输出 |
| 制冷压力监测 | WPCH04压力变送器 | 高达 40 MPa，响应快，集成紧凑 |
| 高压工业监控 | WPCK07 压力变送器 | 高达 100 MPa 的宽范围和多个输出 |
| 管道和表面温度 | Pt100-CSMD | 高稳定性和 −50°C 至 400°C 范围 |
| 紧凑型电子温度传感 | Pt1000-CSMD | 紧凑的 SMD 封装和可靠的长期测量 |
这些产品应通过技术评估、验证测试和特定于应用的定制来满足最终的系统要求。
传感器制造商和制冷 OEM 厂商的机遇
二氧化碳冷凝装置的扩展创造的不仅仅是一个新的制冷设备类别。
它还增加了以下方面的需求：
- 高量程压力传感；
- 准确的温度测量；
- 紧凑型二氧化碳泄漏检测；
- 集成控制电子设备；
- 远程故障监控；
- 预测性维护；
- 定制 OEM 传感器组件。
随着二氧化碳系统进入较小的商店和成套设备，传感器尺寸、成本、集成效率和生产一致性变得越来越重要。
这提供了将工业级传感功能引入更紧凑和标准化制冷产品的机会。
常问问题
什么是二氧化碳冷凝装置？
CO2 冷凝机组是使用 R744 作为制冷剂的成套制冷系统。它一般包括压缩机、气体冷却器或热交换器、控制部件和相关安全装置，为独立的制冷负载提供服务。
为什么二氧化碳冷凝装置越来越受欢迎？
它们提供了一种在便利店、冷藏室、小型零售、食品服务和改造项目中使用天然制冷剂的实用方法，而无需安装完整的集中式机架。
为什么 R744 系统需要高压传感器？
二氧化碳制冷的运行压力比许多传统的 HFC 系统高得多，特别是在跨临界高压侧。因此，压力传感对于控制和保护至关重要。
传统的室内空气质量 CO2 传感器能否检测到 R744 泄漏？
仅当其范围、响应时间和环境设计符合泄漏监测要求时。制冷应用可能需要百分比级测量，而不是标准的 2,000 ppm 室内空气质量范围。
建议使用哪种 Winsen 传感器来检测二氧化碳泄漏？
MH-410D 提供高达 5% vol 的可配置测量范围和更高的项目选项，使其成为固定式二氧化碳泄漏检测设备的合适候选者。
Winsen 压力传感器可以直接安装在 R744 电路中吗？
所需的压力等级可能是可用的，但必须根据二氧化碳和油的兼容性、密封、压力连接、温度、振动和认证要求来确认直接兼容性。
结论：可靠的二氧化碳制冷始于准确的传感
北美二氧化碳制冷市场正在从主要集中式超市货架向更广泛的包装和分布式系统发展。
二氧化碳冷凝装置可以使 R744 技术更容易应用于便利店、冷藏室、食品加工、零售扩张和独立制冷负载。但它们的成功采用取决于可靠的压力控制、精确的温度测量和有效的二氧化碳泄漏监测。
温森提供压力、温度和 NDIR CO2 传感技术，可支持开发紧凑、智能且可靠的 R744 制冷设备。
有关传感器选择、定制压力范围、探头设计、通信输出或样品评估，请联系我们的工程和销售团队。
