新型制冷剂性能优缺点.doc

二氧化碳具有高密度和低粘度，其流动损失小、传热效果良好，并且通过对传热作用的强化，可以弥补其循环不高的缺点。同时二氧化碳环境表现优良、费用低易获取、稳定性好、有利于减小装置体积。最重要的是，其安全无毒，不可燃，这一点比R290具有明显的优势。 当然，采用二氧化碳为制冷剂也有缺点，二氧化碳高的临界压力和低的临界温度也给它做制冷剂带来了许多难题。无论亚临界循环还是跨临界循环，二氧化碳制冷系统的运行压力都将高于传统的制冷空调系统，这必然会给系统及部件的设计带来许多新的要求。同时现阶段还存在二氧化碳制冷系统的效率相对较低的问题。 目前二氧化碳的研究和应用主要集中于三个方面：一方面是汽车空调领域，由于制冷剂排放量大，对环境的危害也大，必须尽早采用对环境无危害的制冷剂；第二方面是热泵热水器，二氧化碳在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移，有利于将热水加热到一个更高的温度；第三方面是考虑到二氧化碳良好的低温流动性能和换热特性，采用它作为复叠制冷循环低温级制冷剂。 在复叠式制冷系统中，二氧化碳循环在亚临界条件下运行。此时二氧化碳用作低压级制冷剂，高压级用NH3作制冷剂。与其它低压制冷剂相比，即使处在低温，二氧化碳的粘度也非常小，传热性能良好，因为利用潜热，其制冷能力相当大。目前，欧洲在超市中已建立了几个这种用二氧化碳作低温制冷剂的复叠式制冷系统，运行情况表明技术上是可行的，这种系统还适用于低温冷冻干燥过程。美国伊利诺伊大学（UIUC）空调和制冷中心的C.W.Bullard等对二氧化碳工质在家用空调、超市冷柜等方面的应用进行了广泛的理论与实验研究。而超市的制冷剂替代也是当务之急。据了解，超市消耗的能源中多达60%是用于制冷的。使用二氧化碳的制冷系统将大幅度减少这一数字。目前关于R22制冷剂的替代国际上主要有两种技术方案：一种是以北欧国家和韩国为代表，其主张采用天然工质作为替代物，如纯工质R290、R1270、R744、R600a、R600、R717等，以及HCs类的混合物；另一种是以美国和日本为代表的采用HFCs作为替代物，如美国联合信号公司的非共沸混合物R410A、杜邦公司和I.C.I公司的混合物R407C，以及R32和R152a等，这些制冷剂的ODP均为0，能够达到保护臭氧层的目的，但是会产生温室效应。 目前看来，二氧化碳在国内市场的前景，还有点像雾里看花，就像王立群所言，他们都了解它的好，但真正用的少。国内空调行业暂时看不到二氧化碳发展的影子，其在国内冷冻冷藏市场也才刚刚迈步，但在热泵热水器领域，国内即将出台二氧化碳热泵热水器的核心配件标准-GB/T26181-2010。参与标准制定的上海日立电器有限公司热泵推进办公室部长乐红胜认为，虽然在国内采用二氧化碳制冷剂的热泵热水器还没问世，核心部件压缩机也处于研发阶段，但这一超前标准的制定，将会对产品的市场推广起到良好的作用。二、CO2制冷剂的性质（一）CO2制冷剂具有的主要优势1CO2是天然物质，ODP=0，GWP=1。使用CO2作为制冷工质，对大气臭氧层没有破坏作用，可以减少全球温室效应，来源广泛，勿需回收，可以大大降低制冷剂替代成本，节约能源，从根本上解决化合物对环境的污染问题，具有良好的经济性。2CO2安全无毒、不可燃，并具有良好的热稳定性，即使在高温下也不会分解出有害的气体。万一泄漏对人体、食品、生态都无损害。3CO2具有与制冷循环和设备相适应的热物性。分子量小，制冷能力大，0的单位制冷量比常规制冷剂高58倍，因而对于相同冷负荷的制冷系统，压缩机的尺寸可以明显减小，重量减轻，整个系统非常紧凑；润滑条件容易满足，对制冷系统常见材料无腐蚀，可以改善开启式压缩机的密封性能，减少泄漏。4CO2黏度小，0时CO2饱和液体的运动黏度只是NH3的5.2%、R12的23.8%5，流体的流动阻力小，传热性能比CFC类制冷剂更好，可以改善全封闭制冷压缩机的散热。（二）CO2制冷剂存在的主要缺点及分析1CO2临界压力较高（7.38MPa），因此CO2跨临界制冷循环的工作压力较传统的亚临界两相制冷循环的工作压力高得多，约为传统制冷工质CFC或HCFC系统压力的倍4。所以制冷系统中工质流经的管路系统必须经安全性分析。但是由于CO2的单位容积制冷量约为常规制冷剂的58倍，系统所需的CO2容积流量很小，而设备内气体的爆炸能量为压力与容积乘积的函数，所以虽然系统的工质压力高，但容积较小，其压力和容积的乘积与常规工质相差不大，设备内气体的爆炸能量增加的并不多。以可靠性理论为依据，根据CO2跨临界制冷系统管道可靠性的不同影响因素及其变化规律，对不同管材情况下的可靠性进行深入地研究与分析，得到的结论是：当管路系统的管外径给定时，只要合理地选择管材和管壁厚度，就能保证系统在给定压力下运行的可靠性和安全性，CO2跨临界循环较高的运行压力是可以得到合理解决的；现有钢管基本可以直接应用，而现有铜管则需根据管径和壁厚经安全性分析后选用6。因此CO2运行工作压力较高所引起的安全性问题，并不会影响CO2作为环保制冷剂推广应用的障碍。2CO2单级压缩跨临界循环的性能系数COP比相同温度条件下的R12、R22、R134a等常规制冷剂的制冷性能系数都低。针对CO2制冷循环性能系数低的缺点，学者们经研究探索发现，完全可以通过完善系统循环方式、优化系统设备来解决，如采用双级压缩和采用膨胀机回收一部分膨胀功的措施加以改善，来提高制冷循环效率。有理论分析表明，采用膨胀机CO2跨临界循环的效率要高于常规制冷工质的节流膨胀循环2。三、CO2制冷剂的应用前景自前国际制冷学会主席GLorentzen提出采用CO2作为环保制冷剂及跨临界循环理论以来7，CO2在环保和性能上的优势越来越多地吸引了世界各国学者研究的注意力，其系统和部件的开发也得到了很大的发展，现有研究结果表明，CO2系统在高环境温度（45以上）时，制冷性能低于传统系统，3545间与传统系统相近，35以下时性能更优5。目前CO2跨临界循环在汽车空调、热泵、商用制冷装置、食品冷藏冷冻等方面的应用前景都很好，性能都相当于甚至好于原来采用R22或R12或R134a的制冷装置，特别适用于需要大的温度变化的场合，而且在较低的蒸发温度下性能较好2。CO2作为一种天然制冷工质，就其物性特征而言，具有其他非天然工质不可比拟的优势。伴随着CO2制冷系统研究工作的不断深入，CO2作为新一代制冷工质将会得到进一步推广，相信在不久的将来，汽车空调系统、商用制冷系统、住宅空调系统以及各个生产企业的热泵干燥系统将会大量使用CO2替代现有制冷工质。四、结束语作为制冷剂，人们希望它环保、高效、经济，但实际上并不存在一种十全十美的制冷剂。与其他制冷剂相比，CO2具有环保、安全、经济和单位容积制冷量等性能方面上的明显优势，也有运行工作压力和效率方面上的不足。目前的研究表明，只要合理选择管材和管壁的厚度，可保证CO2系统在跨临界压力下运行的安全性和可靠性，而合理改善CO2跨临界循环方式，可以有效地减少节流损失，提高系统的循环效率，CO2作为环保制冷剂之一，有着很好的应用前景，随着制冷与空调技术领域的发展必将会得到广泛应用。R32替代问题1) R32 与 R22 以及 R410A 的热物理性质较为接近,且 GW P值适中 ,充注量仅为 R22 的 0. 6倍 ,CO2 减排比例可达 77. 6 % ,比 R410A 优越 ,综合环境性能较好。2) R32 的可燃性是 R22 替代物可燃性工质中最弱的 ,可燃性极限比 R1234yf 还低 ,属于 A2L类 ,运输过程中认为是 不可燃 的。在空调/热泵机组中 ,目前标准 R32 的允许最大充注量比 R290约大 10 倍,比 R161 约大 5 倍到 10 倍以上 ,如按A2L ,预计将更为放宽。3) R32 的热工性能比 R410A 好 , CO P 约高5. 3 % ,冷量约大 12. 7 %。但须解决其排气温度高等问题。4) R32 的市场可获得性好 ,价格便宜 ,国内有大量生产 ,且无侵权问题。总之 ,在家用/商用空调中 R32 是一种兼顾减排、 安全、 节能和市场诸方面要求的、 很有前景的替代 R22 的制冷剂。希望今后能加强其实际应用的研究 ,顺利且经济地完成 HCFCs 淘汰的国家目标。3 结论1) 对比 R32 ,R22 ,R407C和 R410A 四种制冷剂的基本特性 ,从传热和流动角度看 ,R32 具有较低的黏度、 较高的导热系数 ,以及较高的汽化潜热、 冷凝压力和蒸发压力。由于 R32 系统的冷凝压力较高 ,对系统的承压性能提出了更高的要求 ,在系统设计时须要采取适当的方法控制最高压力 ,以保证系统的安全性。考虑到系统的可靠性 ,R32 系统的最高出水温度建议为 55 。2) 通过理论循环计算分析 ,R32 系统具有较低的压缩比 ,较高的 CO P 以及很好的容积制热量 ,适合用于空气源热泵热水器;但是 , R32 系统的排气温度较高 ,须要通过制冷剂喷液等方法降低排气温度 ,以保证压缩机的可靠性。3) R32 制冷剂经过合理的系统匹配后可以用于空气源热泵热水器 ,并得到较高的 CO P。在当前节能减排的大环境下 ,可以考虑推广使用 R32。同时 ,考虑到空气源热泵热水器能效限定值国家标准在制定中 ,随着该标准的实施 ,可能会推动这种有利于提高系统 CO P的 R32 制冷剂在空气源热泵热水器上的应用。4) 具有较低 GW P值的 R32 制冷剂 ,在我国空气源热泵热水器行业的推广应用 ,将有助于实现低碳经济的发展战略。国内对空气源热泵热水器用制冷剂提出了很多替代方案 ,比如 R417A , R404A , R407C , R134a和 CO2等。各种不同制冷剂在实际应用中取得的效果除了与制冷剂本身的特性有关外 ,还与热泵热水器的类别以及使用条件有很大关系。所以 ,一种性能优良的制冷剂只有与一个系统设计优良的热泵热水器产品相结合 ,才能够最大地发挥其节能环保性能 ,为用户和厂家提供最大的经济效益。5 R32能否为我国空调行业与氟化工行业的转轨形成互利双赢局面R32的市场可获得性好，国内已有大量生产，不少氟化工企业(如山东东岳、常熟中昊、江苏梅兰、浙江兰天等)均有产品，且无侵权风险，并且价格还有优势(R22市场价约11000元/吨，R290约12000元/吨，R32约14000元/吨，R161批量生产后约20000元/吨，R410A和R407C约45000元/吨)，R32的价格仅为R410A的30%。从生产工艺路线看，R22以工业无水氟化氢和氯仿为原料，在一定温度和压力的条件下，通过催化剂的作用进行液相反应，制得R22粗品；经水洗、碱洗除去氯化氢气体、氟化氢后，再经脱水、液化、脱气、精馏等过程，最后制得纯净品R22。R32和R22的生产工艺路线相同，只是原料为工业无水氟化氢和R30；副产品也不同，为HCI、R31和少量R30，它们均可回收利用，基本没有高GWP的R23。但设备和管道的压力较高，好在 R22的生产设备一般都能满足要求，只需略经改动就能转产R32。因此这就为面临淘汰R22巨大压力的我国氟化工行业提供了一线机遇，有利于实现R22生产路线的转轨。6 使用R32需要解决哪些关键技术从热工性能分析和试验结果可看出，应用R32时需注意解决制热工况下高排气温度、两器小管径化、降低泄漏率、开发专用压缩机和整机优化、微燃风险评估和模拟试验等问题，这些问题有关企业和研究院校基本都能设法解决。下面列出一些解决思路与途径：1)排气温度过高：可进行材料相容性和油溶性研究，进行喷液冷却或增焓技术、节流阀控制匹配。2)两器小管径化：研究微细管换热机理、两器构型匹配。3)降低泄漏率：减少活动连接、密封件选配。4)压缩机开发和整机优化：R410A压缩机简单改型或优化、R32专用压缩机开发、整机优化匹配。5)微燃风险评估和模拟试验：泄漏分析、风险概率事故树分析、微燃破坏性模拟和试验。R2903 结论通过实验研究与对比分析, 可以得出如下结论。( 1 ) R290 是一种优秀的制冷剂, 可以在家用空调中替代 R22;( 2 ) 空调器在恰当的充液量下使用 R290 时与 R22相 比 , 制 冷 量 降 低 约 1.24%9.65% ; 功 率 降 低 约17.37%18.04%; 能效比增加 10.26%19.53% ;( 3 ) 实验和分析的前提是不改变原用 R22 的家用空调器, 这也是上述结论的前提条件。实际应用中, 若对压缩机和换热设备进行优化设计可以收到更好的效果;( 4 ) R290 热稳定性不如 R22, 对空调整机的稳定性也有不利的影响;( 5 ) R290 的充注量小, 仅为 R22 的 46% 左右, 这就减少了可燃性造成的使用障碍, 有可能被越来越多的国家所接受R290 制冷剂是一种环保高效制冷剂 可以在家用空调器上使用并达到较高能效 通过减小换热器管径 采用微通道换热器等措施 可在达到高能效的前提下即节省材料成本又减少制冷剂灌注量 虽然 R290 是可燃的 但经过减少灌注量并采取适当安全措施后是可以实现安全生产使用的但减少灌注量后 由于制冷剂质量流量的不足 R290 的空调器制热面临很大的问题 还需探索提高汽车空调技术及应用前景1制冷剂HFCl34a是目前使用最广泛的汽车空调制冷剂。尽管它对臭氧层没有破坏作用，但其GWP(全球变暖潜能值)高达1300-1：R134a亲油性差，对现用冷冻润滑油不相容还对铜管有腐蚀性。R134a已经被认为是一种过渡型的替代物。所以研究新的替代制冷剂势在必行。作为汽车空调的替代制冷剂，天然制冷剂CO：有着不可比拟的优势，主要概括如下：(1)与目前使用的HFcl34a相比，温室效应小，GwP值仅为l。(2)CO：是自然资源，可以回收利用工厂排放的CO：，减少化工副产品CO：的排放。无毒，自身费用低，无需回收或再生，操作与运行的费用也较低。(3)化学稳定性好，不可燃。(4)低温下的制冷剂密度大，供暖效果好。(5)有利于减小装置体积。高的工作压力使得压缩机吸气比容较小，使得容积制冷量较大。压缩尺寸减小：流动和传热性能提高，减少了管道和热交换器的尺寸从而使系统非常紧凑。因此，天然制冷剂被认为是未来汽车空调的首选，有很好的应用前景。1. CO2 跨临界循环系统, 充分利用了 CO2 高饱和压力, 良好的热力性能及相当大的单位容积冷量,具有高效紧凑等特点, 适合于汽车空调,2. 在 CO2 跨临界循环系统研究的理论和实验方面已经取得了不小的成就, CO2 系统日趋成熟, 商用化指日可待,3. CO2 具有优良环保性能, 从安全方面考虑, 汽车空调中 CO 虽然压力高, 但其体积很小, 即使在部件破裂的情况下 制冷剂侧容积不到 2 L 的 C0 2汽车空调机所释放出来的潜在能量还赶不上一个典型的 C0 2 灭火器释放的多 在保护系统的监控与保护下 机械系统的安全性是完全可靠的 4. C0 2 系统结构与原车用空调系统有明显不同 高压侧压力 回热换热量等系统循环参数对系统 COP 影响显著 必须对系统热力循环进行优化设计 5. 以 C0 2 作为工质的汽车空调系统 无论在理论方面 还是在部件实现方面 都完全具备了可能性水系统 热泵热水器规范制冷快报 - 随着热泵技术的日臻成熟，热泵越来越受到国际市场的欢迎。在过去的10年时间里，大约有30多个国家的热泵年平均增长率达到了10%，在国际社会中，热泵由于其在减少二氧化碳方面的作用而受到了广泛重视。据空调制冷大市场调查了解，而空气能热泵热水器的使用也逐渐规范起来，空气能热泵热水器各种场所的用水以建筑给水排水设计规范GB50015-2003第五章第一节中的热水用水定额国家标准为依据，包括宾馆、工厂以及学校等场所。据了解，以建筑给水排水设计规范GB50015-2003第五章第一节中的热水用水定额国家标准为依