制冷剂的替代发展方向
自 1987 年《蒙特利尔议定书》签订以来,各国纷纷展开了对 CFCs 和 HCFCs 物质的替代物的研究,在 1997 年签订《京都议定书》以前, CFCs 和 HCFCs 类的制冷剂替代研究主要以保护臭氧为目的,主要研制 HCFs 类制冷剂。但《京都议定书》签订以后,人们转而同时注重臭氧保护和减小温室效应,要求制冷剂不但要 OPD 值较小, GWP 值也要较小。
根据《蒙特利尔议定书》 CFCs 在发达国家已经被禁用, HCFCs 因为对臭氧仍具有破坏作用也即将被淘汰。由于 GWP 较高,《京都议定书》将替代 CFCs 和 HCFCs 的 HFCs 物质列入限控物质清单中,要求发达国家控制 HFCs 的排放。所有这些都对制冷剂的替代研究提出了更高的要求。因此理想的替代制冷剂除应有较低的 ODP 值和 GWP 值外,还应具有良好的安全性、经济性、优良的热物性等优点,争取做到既环保又节能。
新型的替代制冷剂主要包括人工合成型和天然型两大类,有单一工质和混合工质两个方面,混合工质又可分为共沸混和物、 近共沸 混和物和非共沸混和物三种。
目前合成制冷剂方面主要有以下几种:
1.R-134a
R134a 的 ODP = 0 , GWP = 420 ,不可燃,无毒,无味,使用安全,其热物性质与 R12 十分接近,可用来替代 R12 ,用于 汽车空调 和家用冰箱等领域。但使用 R134a ,会使 能耗 增大,且与 CFC—12 用的润滑油不相溶,与材料的兼容性方面也不同 CFC-12。另外它还是一种温室效应气体,所以仍然存在一定的缺陷。
2.R-152a
从物化性方面看 HFC-152a 也与 CFC-12 接近,用 R152a 替代 R12 后能耗可降低 3 %~ 7 %,但其在空气中含量达 4.8 %- 16.8 %时具有可燃性,因此推广使用收到一定的限制。而它可与其它物质混合,组成非共沸混合物来替代 CFC-12。
3.R-410A
R410A 是 近共沸 混合制冷剂,是由质量分数为 50 % R32 和 50 % R125 组成。 ODP = 0 ,主要用来替代 R22 ,单位容积制冷量较大,传热性能及流动性能较好,但同温度下压力值比 R22 高约 60 %。
4.R-407C
R407C 是非共沸混合制冷剂,是由质量分数为 23 %的 R32、25 %的 R125 和 51 %的 R134a 组成, ODP = 0 ,单位容积制冷量大,但传热性能较差。
天然制冷剂方面主要有:
5.碳氢化合物[6]
目前作为制冷剂应用的碳氢化合物主要是丙烷(R290)、丁烷(R600)和 异丁烷(R600a)等,其中 R600a 已在欧洲和一些发展中国家广泛用于冰箱中,并且它符合《京都议定书》的要求, ODP = 0 , GWP = 15 ,环保性能好,成本低,运行压力低,噪声小,但其易燃,易爆。此外 R290 和 R600a 组成的混合制冷剂也有一定的发展使用。
6.氨(R-717)
氨已被 使用达 120 年之久而至今仍在使用。其 ODP=0、GWP=0 ,具有优良的热力性质,价格廉且容易检漏。 不过氨有毒性 而且可燃,应当引起注意,不过一百多年的使用记录表明,氨的事故率是很低的,今后必须找到更好的安全办法,如减少充灌量,采用螺杆式 压缩机 ,引入板式换热器等等。然而,其油溶性、与某些材料不容性、高的排气温度等问题也需合理解决。看来, NH3 会有更大的市场份额。
7.二氧化碳(R-744)
CO2 是自然界天然存在的物质, ODP = 0 , GWP=1。来源广泛、成本低廉, CO2 安全无毒,不可燃,适应各种润滑油常用机械 零部件 材料,即便在高温下也不分解产生有害气体。 CO2 的蒸发潜热较大,单位容积制冷量相当高,故压缩机及部件尺寸较小;绝热指数较高 K=1.30 ,压缩机压比约为 2.5~3.0 ,比其它制冷系统低,容积效率相对较大,接近于 最佳经济 水平,有很大的发展潜力。
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