空調制冷劑的選擇

張光輝

1 空調制冷劑的現狀

目前在中國市場上使用的主要制冷劑是R22,R134a,R123,R407C,R410a等,R22一般被使用在小制冷量的機組;目前也有一些廠家開始使用R407C和R410a替換R22,但由于其高昂的價格和溫度滑移較高,目前還沒有得到大范圍推廣;水冷螺桿式制冷機組獨資和合資品牌大都使用了R134a冷媒,國產螺桿機組絕大多數還在使用R22冷媒,也有部分品牌的機組在使用R410a;水冷離心式制冷機組使用的冷媒是R123和R134a。

2 幾種典型制冷劑所面臨的問題

制冷劑全球環境影響應主要從以下兩方面考慮:1)臭氧層破壞潛在效應(Relative Ozone Depletion Potential),簡稱ODP;2)全球溫室潛在效應(Relative Global Warming Potential),簡稱GWP或總等效溫室效應(Total Equivalent Warming Impact),簡稱TEWI[1]。另外還有兩個方面,即大氣壽命和理論COP值。對常見的空調制冷劑,以上四個主要環境評價指標見表1。

表1 制冷劑的環境評價指標

關于臭氧層破壞的問題,從1976年聯合國環境署(UNEP)理事會第一次會議開始,至今已經舉行了17次會議,制定了對各類制冷劑的淘汰時間,見表2。

同時,隨著全球災難性天氣的增多,眾多學者又把目光聚集在全球溫室效應上。1997年12月在日本東京召開了《聯合國氣候變化框架公約締約國第三次會議》(UNFCCC),通過了旨在限制發達國家溫室氣體排放量以抑制全球變暖的《京都議定書》。從保護地球、抑制全球氣候變暖的角度出發,限制了六種溫室氣體的排放(CO2,CH4,N2O,HFCS,PFCS和SF6),R134a制冷劑屬于HFCS類物質,而在《蒙特利爾議定書》中R134a是作為一些ODS物質的替代物質。非常明顯,兩個全球性的國際議定書在對待HFC類物質的政策上出現了嚴重的分歧。

表2 各類制冷劑淘汰時間

制冷劑的問題已經開始困擾大家,對中國來說,已經掌握了R22制冷劑的制造工藝,并且它的價格也非常適合中國目前的國情,《蒙特利爾議定書》對HCFC類物質淘汰有一個緩沖期。目前有很多呼聲要提前替代R22,有一些是國際環保組織的推動,也有利益集團的推動,主要主張是用R410A,R407C進行替代。目前中國還不具備獨立生產上述兩種制冷劑的能力,它們的專利只是掌握在少數大公司手里,因此價格非常昂貴,并且所用的壓縮機和電動機都要進行重新設計,這樣空調器的制造成本至少要提高20%,這對于我們正處于發展中的國家來說,是非常不切合實際的。而對于R134a物質,曾被稱作“綠色工質”,但隨著《京都議定書》于2005年2月16日的正式生效、歐盟宣布將要淘汰和禁止在某些領域的使用,使R134a的前景也不容樂觀,只能稱其為“過渡制冷劑”。對于R123制冷劑,是一種被爭論的非常厲害的冷媒,因為隸屬于HCFC類,根據《蒙特利爾議定書》的有關規定,屬于少數幾種受控物質之一。當前的形勢下,沒有一種制冷劑是完美的,無論是HCFC類還是HFC類物質都是過渡性的制冷劑。

3 影響制冷劑選擇的幾種因素

目前大家公認的理想制冷劑應具備以下幾個方面的性能:1)低的ODP值;2)非常低的GWP值;3)非常短的大氣壽命;4)高效率等[2]。絕對理想環保的制冷劑是不存在的,圖1為ODP值和GWP值綜合對比的結果[2]。

從圖1對比的情況來看,123,152a是較能符合理想制冷劑選擇要求的,其中123的 ODP=0.02,GWP=50;152a的 ODP=0,GWP=120。

4 目前制冷劑的替代問題

對于制冷劑的替代問題,是一個熱門話題,觀點很多、意見也很不一致。其實中國政府早在1993年1月就批準實施《中國消耗臭氧層物質逐步淘汰國家方案》(以下簡稱《國家方案》),后加以修訂。針對中國的國情和行業的現狀,對中國空調機組制冷劑的替換提出了如下方案:對于透平式制冷機(離心機組),選擇HCFC-123或HFC-134a替代CFC-11;對于單元式空調機中制冷量為22 kW～140 kW的中型半封閉制冷壓縮機,選擇HCFC-22替代CFC-12。對于在用的工商制冷設備,中國將采取預防泄漏,加強回收、鼓勵以混合工質制冷劑更換CFCs制冷劑的技術路線。

中國屬于發展中國家,一方面要履行自己的國際責任,同時也要兼顧實際國情。根據《蒙特利爾議定書》的規定,中國到2040年才全面禁止HCFC類物質的使用,還有很長時間的緩沖期,搞提前替代及一刀切是不可取的。舉個例子來說,R22目前還是中國主要使用的制冷劑,R134a在中國還處于非常初期的階段,甚至我們還沒有建立起自己的制造工業,一些混合制冷劑也僅僅是在嘗試著使用。而隨著全球變暖的出現及《京都議定書》的生效,歐盟和一些發達國家已經開始淘汰和限制R134a的使用了,如果我們盲目的搞提前替代及一刀切,我們的處境就會非常被動,處處受制于人,不停地被動改造自己的制造工藝,那無疑是對中國制冷行業的極端不負責任。

5 結語

關于制冷劑的選擇和替代,會成為今后數年國際性的問題。R22是一款綜合性能非常優良的制冷劑,其低廉的價格、高效率及成熟的制造和使用經驗,都奠定了它在中小冷量制冷機組中的廣泛應用;R123和R22同隸屬于HCFC類工質,其優良的綜合性能和迄今最高效率的保持者,奠定其在透平式制冷機(離心機組)中的使用。

同時我們也必須清醒地意識到HCFC類物質是必然要被淘汰的,R134a等制冷劑也許可以解決當前HCFC類物質的替代,從長遠和發展的觀點分析,根據《京都議定書》的有關規定,R134a被淘汰也是必然的,所以不建議搞提前替代HCFC類工質。

[1] 朱德英.淺議制冷劑替代品的發展[J].安徽化工,2007,33(3):62.

[2] James M.Calm.全面科學地實施對制冷劑的管制[J].汪訓昌,譯.制冷與空調,2004,4(2):57,59.

[3] 王 敏.純質制冷劑沸騰換熱系數的實驗關聯式的比較[J].山西建筑,2007,33(34):203-204.