R22的新型绿色替代制冷剂

1、R22的新型绿色替代制冷剂目前研究得较成熟的 R22 的替代工质，如 R407C、R410A，它们对环境仍然有一定的危害， 本文介绍了一些环保性能更好的制冷剂， 并对它们的物理、 化学性质以及循环性能进行了一些讨论。1 前言 为了保护大气臭氧层，根据蒙特利尔议定书的规定，对于目前在空调器中广泛使用的 R22 制冷剂， 发达国家在 2020 年以前要全部淘汰， 广大发展中国家到 2030 年要全部禁用。 而欧 盟国家则声称，将在 2015 年 1 月 1 日全面禁止使用 R22。作为发展中国家的中国，虽然距 离“蒙特利尔议定书”的最后期限还有很长的时间，但随着中国加入wTO，中国的家电产品已经开

2、始大量的进入国际市场，为了避免将来面临绿色壁垒，增强产品的竞争力， 加大对 R22的替代制冷剂的研究和使用，是十分必要的。目前最热门的、研究得很成 熟的 R22 替代物，主要是 R407C、 R410A，已经进入了应用阶段，但是它们的GWP值很高，对环境仍然有一定的影响， 不是真正的“绿色”制冷剂。 随着人们环境保护意识的增强， 这些制冷剂在将来即 使不被淘汰， 它们的使用也会受到很多的限制。 因此有必要寻找那些环保性能更好的制冷剂， 并对它们进行进一步的研究， 本文介绍了几种对臭氧层没有破坏， 而且 GWP值很小的绿色替 代制冷剂。附注： ODP、 GW、P EER在制冷工业中表示什么 ?1

3、、ODP(ozone depression potential)消耗臭氧潜能值。 ODP值越小，制冷剂的环境特性越好。根据目前的水平，认为 ODP值小于或等于 0.05 的制冷剂是可 以接受的。2、GWP(Global Warming Potential) 全球变暖潜能值GWP是一种物质产生温室效应的一个指数。 GWP是在 100 年的时间框架内， 各种温室气体的温室效应对应于相同效应的二氧化碳的质量。 二氧化碳被作为参 照气体，是因为其对全球变暖的影响最大。3、EER是空调器的制冷性能系数，也称能效比，表示空调器的单位功率制冷量。英文为 Energy Efficiency Ratio 。数学

4、计算表达式为： EER=制冷量/ 制冷消耗功率。单位： W/W或 kW/h?W2 R22 的绿色替代制冷剂比 R407C、R410A等工质对环境的破坏更小的 R22 的替代制冷剂，包括清华大学的THR03、丙烷、液化石油气 (LPG)、丙烷仃烷混合物等等，以下简要介绍它们的物理、化学性质以及 循环性能。21 THR03这种制冷剂是清华大学筛选出来的一种三元混合物制冷剂， 是在热工性能优秀的可燃物质中 加入阻燃剂 ( 抑制燃烧物质 ) ，利用优势互补原理开发的用于替代HCFC一 22的三元混合物。211 THR03的基本物性THR03与 R22的基本物性比较如表 1 所示。从表 1 可看出， T

5、HR03与 HCFC一 22 的基本物性是很接近的，它作为 R22 的替代制冷剂时， 可以不改变原空调主要部件的基本条件而直接充灌。212 THR03的环境指标表 2 所示为 THR03 与其他几种制冷剂的环境指标，从表中可以看出， THR03不仅对臭氧层没有破坏，而且对温室效应的影响也很小。它的GWP值比 R22 和它的两种替代制冷剂 R407C和 R410A要小很多， THR03的环保性能是这几种制冷 剂中最好的，基本上是一种绿色的制冷剂。213 THR03的循环性能根据文献 1 ，THR03的循环性能系数比两种替代制冷剂R407C、R410A要高；而容积制冷量与 R22 十分接近， 具有

6、不更换原系统压缩机的基本条件； 排气温度比 R22低；蒸发压力很接 近 R22；冷凝压力比 R407C、 R410A低，很接近 R22。THR03的综合循环性能要好于 R407C和 R410A。214 THR03的其他优点(a)THR03 制冷剂气化潜热大；气相比热大，排气温度低；液相比热大，节流损失小；两相 区的导热系数大，有利于换热器的换热； 两相区的粘度小，流动阻力小。这些性质决定了在 实际循环中， THR03可以减小不可逆损失，具有节能潜力。(b)THR03 制冷剂与现有压缩机材料相容性好，除需将矿物油(MO)更换为酯类油 (POE)外，现在 R22系统的压缩机的结构设计及电机绝缘料基

7、本无需改动。THR03POE与原 R22 MO空调系统的其他材料，如铜管、铝管、邦迪管、电机线圈绑线、漆包线、聚酯薄膜、热缩套管等 的相容性也很好。(C)THR03制冷剂不可燃，相对于碳氢化合物制冷剂来说，安全性能好。22 丙烷 (R290)22 1 丙烷的基本物性如表 3 所示，丙烷的标准沸点、临界温度、临界压力等物性参数都与R22 极其相近。而且，丙烷的饱和蒸气压一温度曲线与 R22 十分接近。另外丙烷的热物理性质在许多方面都接近或 优于 R22：在相同的压力下， 7 时丙烷的潜热比 R2 2大 844；在相同的温度下丙烷的 饱和蒸汽比热比 R22的大得多， 使得丙烷的排气温度要比 R22

8、 低；另外丙烷在相同的温度下 动力粘度小于 R22，导热系数大于 R22，有利于降低传热损失和流动损失。丙烷制冷剂的另 一个优良物性是， 它与矿物油的相溶性很好， 用它作为 R22 的替代制冷剂时， 不需考虑润滑 油的问题。22 2 丙烷的环境指标如表 3 所示。丙烷的 ODP值为 0，对臭氧层没 有破坏；而且 GWP值极小，几乎没有温室效应的 影响。丙烷是一种真正的绿色制冷剂。22 3 丙烷制冷剂的循环性能R290 作为 R22的替代制冷剂，其循环性能如 下一节所述，参见图 1图 4。22 4 安全性能丙烷是一种可燃物质， 作为制冷剂使用时要特别注意它的安全。 由于在制冷系统中丙烷的充 灌量

9、很小，当泄漏发生时，在系统外，它的浓度在燃烧范围以外，不会有燃烧爆炸的危险； 但在系统内部， 局部浓度可以在燃烧范围内， 有可能发生危险。为了避免发生危险，可采取 如下措施： 在丙烷中加入少许阻燃剂； 空调器的电路中全部采用无火花的开关和触头。 2 3 液化石油气 (LPG) 231 LPG的循环性能R290是一种 R22 较理想的替代制冷剂， 但是高纯度的 R290的生产需要一个很严格的工艺流 程。因此，在工业上有这样一种观点，即可以用当地生产且大量销售的液化石油气(LPG)来作为 R22的替代制冷剂。 文献 4 中对 R22、R290、LPG进行了比较实验， 实验中所用天然气 的组成为 9

10、8 95 的丙烷 (R290) 、1，007的乙烷 (R170)、00397的异丁烷 (R600a) 以 及极少量的其他成分。 结果表明， 采用 R290、LPG作为制冷剂的系统性能达到或者超过了原 有的 R22 系统的性能。图 1 所示为热泵循环中采用不同制冷剂的系 统的性能系数的比较图。由图中可以看出，在实际循环中，R290和 LPG的性能系数要好于R22，这主要是因为它们有很好的热力性能，在系统中它们的流动损失很小，而且换热性能 好，传热损失小。图 2 为容积制冷量比较图。从图中可以看出，LPG、R290的容积制冷量比 R22 小，在工作范围内， LPG的容积制冷量比 R290大。实验还

11、表明， 随着冷凝温度的降低， LPG的容积制冷量 与 R22 的差别减小，但与 R290 的差别增大。图 3 为三种制冷剂的制热能力比较图。从图中可以看出，在工作范围内，R22 制热能力要高于 R290 和 LPG，而 LPG的制热能力高于 R290。与容积制冷量类似，随着冷凝温度的降低， LPG的制热能力与 R22之间的差别减小，但与 R290 之间的差别增大。图 4 为使用三种不同制冷剂系统的压缩机排气温度。由图中可以看出，R290 和 LPG的排气温度比 R22低很多，而 LPG的排气温度比 R290 更低。另外，采用 LPG作为替代制冷剂时， 它的输人功率比 R22小，跟 R290的输

12、人功率相当；制冷剂充灌量比R22 小很多，与 R290的充灌量几乎相同。232 LPG的环境指标 LPG的主要成分为碳氢化合物，而且是一种天然物质，对环境没有任何危害，是名副其实的 绿色制冷剂。23 3 需解决的问题 LPG作为替代制冷剂的缺点是，世界各地的液化石油气的成分并不完全相同，而且其中可能 还含有含硫的腐蚀性成分，这些因素对制冷系统的影响还需进行进一步的研究。可以看出，和 R29 一样，在热泵循环或制冷循环中，采用LPG作为 R22的替代制冷剂， 可以达到甚至超过原来以 R22 作为制冷剂的系统性能， 但是它们的制冷、 制热 能力有所下降。而 LPG 作为制冷剂，其性能要好于 纯 R

13、290，LPG是 R22 的一种很好的替 代制冷剂。2.4 其它绿色替代制冷剂其它的一些制冷剂，比如丙烯、丙烷 / 丙烯混合物，丙烷 / 丁烷混合物、丙烷 / 异丁烷混合物等，都是可能代替 R22 而且几乎没有破坏的替代工质。丙烯( R1270)丙烯的饱和压力线和 R22很接近， 实验表明， 丙烯的制冷 / 制热能力以及性能系 数都略高于 R22，和丙烷一样，丙烯是一种很有潜力的纯质制冷剂。丙烯/ 丙烷混合物( R1270/R290)丙烯和丙烷的混合物体积成分为20%/80%，这种混合物的泡点线和露点线几乎重合，与R22的饱和压力线十分接近， 尤其是温度低于 40时， 三者几乎是一条曲线， 单

14、从压力性能来看，这种混合物是 R22 的一种十分理想的混合替代制冷剂；另外，它的容积制冷量与R22相当；排气温度远小于 R22，温度滑移很小；理论循环性能系数小于R22，但与 R290 类似，良好的热力学性能和流动性能可能使得在实际循环中其性能系数可能达到或超过R22。丙烷 / 丁烷( R290/R600) 、丙烷 / 异丁烷( R290/R600a) 混合物。在丙烷中加入部分丁烷、异丁烷，可以改善系统的循环性能，提高COP值。在 ASHRAE标准规定的工况下做的实验表明，丙烷/丁烷，丙烷 / 异丁烷的混合制冷剂，制冷 / 制热能力比 R22 小，但是，在合适的组分下，他们的性能系数高于 R22。结束语本文介绍了几种环保