浅谈空调制冷剂的选择.doc

浅谈空调制冷剂的选择 目前环保问题成了全球的热门话题，臭氧层的不断破坏和气候的逐渐变暖，是当今地球人类所面临的两大亟待解决的环境问题。谈到臭氧层的破坏，人们立刻会想到空调制冷行业的氟里昂，曾经有一段时间，人们对氟里昂几乎达到谈虎色变的程度。谈到气候变暖，人们不觉想到两极冰山融化、雪山冰线缩小、海平面上升、暴雨洪水泛滥。 2002年7月1日河北省淘汰消耗臭氧层物质实施办法出台，规定：家用冰箱、冰柜、空调从2002年7月1日起不得继续充灌含氟里昂制冷剂；2003年底，在用汽车空调完成替换氟里昂制冷剂；2003年1月1日后出厂的新车空调不得使用含氟里昂的制冷剂；2003年底前工业及商业用中央空调及冷藏设备淘汰氟里昂制冷剂。 由于家用冰箱、空调及冷柜都用到氟里昂制冷剂，为人们普遍认知。因而制冷空调行业成了破坏臭氧层和制造温室效应的众矢之的。但人们很少知道，氟里昂大部分排放是由于化工工业生产过程造成的，空调制冷剂的泄漏只是一小部分。工业上如灭火、发泡等是一次性使用，大量的氟里昂物质排放到大气中，而空调制冷剂是密封在机组的循环系统中，只是存在机组泄漏的可能。 诚然，空调制冷行业是臭氧层破坏和制造温室效应的参与者。那么，摆在我们面前的是，冷媒替代技术的研发及使用，已成为当今制冷空调行业的研究课题。 一、氟里昂制冷剂 首先了解氟里昂的定义，氟里昂是饱和烃类（碳氢化合物）的卤族衍生物的总称，是本世纪三十年代随着化学工业的发展而出现的一类制冷剂，它的出现解决了制冷空调界对制冷剂的寻求。从氟里昂的定义可以看出，现在人们所说的非氟里昂的R134a、R410A及R407C等其实都是氟里昂。 我们用于制冷行业的氟族制冷剂有R11（CFCL3）、R12（CF2CL2）、R22（CHF2CL）、R32（CH2F2）、R113（C2F3CL3）、R114（C2F4CL2）、R115（C2F5CL）、R123（C2HF3Cl2）、R125（CHF2CF3）、R134a（CH2FCF3）、R143a（CH3CF3）、R141b（CCL2FCH3）、R142b（H3C2F2CL）、R152(CH3CHF2)、R404A（44%的R125和52%的R143a及4%的134a）、R407C（23%的R32和25%的R125及52%的R134a）、R410A（50%的R32和50%的R125）、R500（73.8%的R12和26.2%的R152）、R502（48.8%的R22和51.2%的R115）等。 氟里昂能够破坏臭氧层是因为制冷剂中有CL元素的存在，而且随着CL原子数量的增加，对臭氧层破坏能力增加，随着H元素含量的增加对臭氧层破坏能力降低；造成温室效应主要是因为制冷剂在缓慢氧化分解过程中，生成大量的温室气体，如CO2等。根据氟里昂制冷剂的分子结构，大致可以分为以下3类： 1.氯氟烃类：简称CFC，主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等，由于对臭氧层的破坏作用以及最大，被蒙特利尔议定书列为一类受控物质。此类物质目前已禁止使用，在制造聚氨酯海绵的过程中，R11已由R141b作为过渡性替代品。 2.氢氯氟烃：简称HCFC，主要包括R22、R123、R141b、R142b等，臭氧层破坏系数仅仅是R11的百分之几，因此，目前HCFC类物质被视为CFC类物质的最重要的过渡性替代物质。在蒙特利尔议定书中R22被限定2020年淘汰，R123被限定2030年，发展中国家可以推迟10年。 3.氢氟烃类：简称HFC，主要包括R134a，R125，R32，R407C，R410A、R152等，臭氧层破坏系数为0，但是气候变暖潜能值很高。在蒙特利尔议定书没有规定其使用期限，在联合国气候变化框架公约京都议定书中定性为温室气体。 我们目前所使用的所有制冷剂全部都是氟里昂制品，非氟里昂制冷剂到目前为止还没有研发出来。在新的制冷剂研发出来之前，我们所要解决的是空调机组选用那种制冷剂，对我们赖以生存的环境造成的破坏力相对小一些。我们应当明令禁止的应当是第1类产品，而不是第2类、第3类制冷剂。 二、国际及国内对环境保护的相关协议及法规 1.臭氧层保护方面 1985年3月22日于维也纳订立的保护臭氧层维也纳公约，人们开始意识到臭氧层的变化对人类健康和环境可能造成有害影响。1987年9月16日关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书订于蒙特利尔。1990年6月27日至29日，缔约国第二次会议在伦敦召开，对原蒙特利尔议定书进行调整和修正。1991年6月19日至21日，缔约国在内罗毕召开第三次会议，对蒙特利尔议定书进一步修正。经修正的蒙特利尔议定书于1992年8月20日生效。之后，缔约方又于1993年在哥本哈根、1999年在北京对蒙特利尔议定书进行修改。 2.减少温室气体排放方面 1992年5月9日在纽约制订的联合国气候变化框架公约，于1997年12月10日在日本京都召开的第三次缔约国会议上通过，京都议定书旨在促进用以限制或削减蒙特利尔议定书未予管制的温室气体的排放的政策和做法。京都议定书对发达国家减少排放温室气体的数量和时间进行了进一步的规范。在京都议定书中，包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氯（N2O）、氢氟碳化物 ( HFCS)、全氟化碳（PFCS）、六氟化硫（SF6）等6类温室气体被列为受控物质。 3.我国关于环保协议的执行方面 中华人民共和国政府于1991年6月13日，对内罗毕修正的蒙特利尔议定书交存加入书，并于1992年8月20日对我国生效。我国于1993年国务院批准中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案，规定最迟于2010年淘汰全部CFC类物质。至今，我国政府尚未批准哥本哈根修正案及其后的几个议定修正案，在最新的中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案（2000年修正稿）中规定国家方案未涉及这类物质，同时也明确以HCFC类物质为过渡性替代物质的措施是正确的。 我国政府于1998年5月29日正式签署京都议定书，中国常驻联合国代表王英凡大使已于2002年8月30日，向联合国秘书长交存了中国政府核准联合国气候变化框架公约京都议定书的核准书。 三、几种制冷剂的比较 目前，在空调制冷行业中，除了汽车空调行业外，其他领域的制冷设备如：家用冰箱、空调、食品冷冻冷藏柜、运输冷藏设备、速冻机、中央空调等基本上还是以过渡性冷媒R22为主要的产品。从国内的主要冷水机组生产厂商生产的产品来看，活塞式、涡旋式冷水机组普遍采用R22制冷剂；螺杆式冷水机组采用R22和R134a制冷剂，但从2001年螺杆式冷水机组总体销售量上来看，采用R22制冷剂的销售量占有相当大的比重；离心式冷水机组采用R22、R123和R134a制冷剂， R123、R134a产品的市场销售情况占总量的40左右。 评价一种制冷剂的好坏，我认为应当综合考虑下列因素： 1.臭氧层破坏潜能值（Ozeme Depletion Potential），简称ODP值； 2.全球变暖潜能值（Global Warming Potential），简称GWP值； 3.理想循环状况下的制冷系数（Coefficient of Performance），简称COP值； 4.安全性； 5.经济性。 下面列举几种制冷剂的物理性质的对比。 几种制冷剂的物理性质 制冷剂 R22 R123 R134a R407C R410A 分子量 86.48 152.91 102.03 86.2 72.56 大气压下沸点() -40.8 27.6 -26.1 -36.6 -52.7 临界温度() 96.0 184 101.1 87.3 72.5 临界压力（kPa绝对压力） 4920 3605 4067 4819 4950 沸点汽化潜热(kJ/kg) 234.1 167.9 215.0 249.37 256.7 液体比热(30，kJ/kg) 1.403 1.101（25） 1.51 1.51 1.78 恒压汽体比热(30，kJ/kg) 0.64 0.682（25） 0.88 0.96 0.85 理想工况制冷系数（COP） 6.98 7.44 6.94 6.94 6.43 臭氧消耗指数（ODP）相对于R11 0.05 0.02 0 0 0 温室效应指数（GWP）相对于R11 0.34 0.02 0.29 0.36 0.42 生存寿命（年） 13.3 1.4 14 安全性 不可燃，轻微致癌 不可燃，良性肿瘤 不可燃，良性肿瘤 不可燃 不可燃 国际允许使用期限 2020 2030 无 无 无 应用 广泛应用于家庭、商业、工业空调、冷冻 离心式冷水机组 螺杆式、离心式冷水机组 理论上同R22但许多实际技术尚未解决 家用空调、冰箱 从上表不难看出，虽然R134a、R407C及R410A对臭氧层破坏力为0，但其温室效应指数却是R123的十几倍；从其寿命上看，R22及R134a比R123的寿命长十倍，寿命越长，大气中积存的R22、R134a越多，温室效应隐患越来越大，长时间的积累就形成“消化不良”的病态。 目前空调制冷行业普遍R22，其主要原因是R22在空调温区内具有优越的物理特性和制冷性能，而且性能稳定，技术成熟，价格低廉。HFC类物质由于对臭氧层无破坏作用，被认为是将来替代HCFC的首选物质。用来替代R22的主要物质有R134a、R407C及R410A，但是这些HFC类物质由于物理特性的限制，很多技术问题尚悬而未决，均不是R22最理想的替代物。 1.R22与R123的比较： （1）R22与R123同属氢氯氟烃，但R22的臭氧层破坏力是R123的2.5倍，温室效应指数是R123的17倍。 （2）R123是低压制冷剂，工作时蒸发器为负压，冷凝器为0.04Mpa，停机时机内为0.004Mpa，因此，即便机组泄漏也只存在外界空气进入机组的可能。 （3）R22临界压力比R123高1300kPa，机组内部提高，泄漏几率提高。 2.R22与R134a的比较： （1）R134a的比容是R22的1.47倍，且蒸发潜热小，因此就同排气体积的压缩机而言，R134a机组的冷冻能力仅为R22机组的60%。 （2）R134a的热传导率比R22下降10%，因此换热器的换热面积增大。 （3）R134a的吸水性很强，是R22的20倍，因此对R134a机组系统中干燥器的要求较高，以避免系统的冰堵现象。 （4）R134a对铜的腐蚀性较强，使用过程中会发生“镀铜现象”因此系统中必须增加添加剂。 （5）R134a对橡胶类物质的膨润作用较强，在实际使用过程中，冷媒泄漏率高。 （6）R134a系统需要专用的压缩机及专用的脂类润滑油，脂类润滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高扩散性，在系统性能的稳定性上劣于R22系统所使用的矿物油。 （7）目前，HFC类冷媒及其专用脂类油的价格高于R22，设备的运行成本将上升。 3.R22与R407C的比较： R407C在热工特性上与R22最为接近，除了在制冷性能、效率上略差以及上述HFC类物质所具有的技术问题之外，还由于这类物质属于非共沸混合物，其成分浓度随温度、压力的变化而变化，这对空调系统的生产、调试及维修都带来一定的困难，对系统热传导性能也会产生一定的影响。特别是当R407C泄漏时，系统制冷剂在一般情况下均需要全部置换，以保证各混合组分的比例，达到最佳制冷效果。 四、结束语 有关制冷剂的选择问题，国内外许多专家学者都发表了详尽的论述，现在普遍使用的制冷剂也就是R22、R123和R134a等几种。作者从工程设计到制冷设备营销，再到工程设备招标，经历过从几个不同的角度看待这些事情，现只发表一下自己的几点看法： （1）制冷剂的选择与设备生产厂商的技术及设计思路密切相关。与采用的压缩机型式、热力循环效率、制冷工况、对材料的腐蚀性、与润滑油的相溶性、以及经济性、安全性等有很大关系，可以理解为厂商的“个性”。 （2）有的制冷机组厂家声称采用无氟的制冷剂或如何环保的制冷剂，把冷水机组的销售变成制冷剂选用的无谓的“舌战”，给不太了解氟里昂制冷剂的用户造成困惑，恰恰忽