淺析制冷劑的替代與發(fā)展

魏愷樂 周亞華 李中偉

摘?要：制冷空調(diào)技術(shù)對人類社會的文明進(jìn)步產(chǎn)生了巨大的推動作用。零ODP值、更低GWP值的替代制冷劑將成為未來的唯一選擇。這些替代制冷劑盡管環(huán)境友好，但多存在或可燃或有毒或工作壓力高等問題，也引起了人們的顧慮和擔(dān)憂。實(shí)際上制冷空調(diào)行業(yè)使用這類制冷劑已有漫長的歷史，長期的經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)前國內(nèi)外大量的科學(xué)研究和風(fēng)險評估表明，只要采取和嚴(yán)格遵守相關(guān)的安全措施，能夠保障這些替代制冷劑的安全使用。

關(guān)鍵詞：制冷空調(diào);發(fā)展現(xiàn)狀;替代制冷劑;優(yōu)選

一、制冷空調(diào)的重要性

我國作為一個制造業(yè)大國，制冷空調(diào)行業(yè)也經(jīng)歷著快速發(fā)展的階段，未來新型制冷劑的發(fā)展對其的重要性不言而喻。從社會和經(jīng)濟(jì)層面來看，空調(diào)和制冷是至關(guān)重要的行業(yè)。社會層面：制冷空調(diào)對國家綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展影響是多方面的，全世界從事相關(guān)行業(yè)的人數(shù)（尤其是工業(yè)、商業(yè)）超過了300萬人，制冷對人的生活是不可或缺的，在食品行業(yè)，制冷有利于減少食物的損失，保持食品在生產(chǎn)到消費(fèi)的整個階段不變質(zhì);在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，疫苗的存儲需要制冷，冷凍技術(shù)用于外科手術(shù)等。經(jīng)濟(jì)層面：制冷運(yùn)用于諸多工藝流程和高端技術(shù)，比如深度制冷技術(shù)能使天然氣液化，這是一種比其它燃料更環(huán)保和節(jié)能的，此外，許多工業(yè)生產(chǎn)都離不開制冷。

二、替代制冷劑的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）碳?xì)浠衔锉椋≧290a）和異丁烷（R600a）

考慮到經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，碳?xì)浠衔镏评鋭┏蔀榱俗罴堰x擇。碳?xì)浠衔锸翘烊晃镔|(zhì)，具有優(yōu)良的熱力性能，與礦物油良好的相溶性;它們的ODP值為0、GWP值極低、具有良好的效率、無毒性等特點(diǎn)。丙烷的熱力學(xué)性質(zhì)非常接近R22，因此丙烷可能成為R22的直接沖洗制冷劑。和R22相比，丙烷具有更好的制冷性能、換熱能力以及良好的液體分離特性。此外，由于丙烷壓降增加較少，更適合多流換熱器，提高了系統(tǒng)的COP。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，室外溫度降低會增加碳?xì)渲评湎到y(tǒng)的制冷量以及能效比，相比較于R22系統(tǒng)，碳?xì)渲评湎到y(tǒng)具備更加完善的制冷性能。室外溫度較低時，烴類系統(tǒng)性能較好，有利于節(jié)能。異丁烷制冷劑在蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)中具有更高的能效，且少于50g的加注量，其爆炸幾率為0，因此，它的發(fā)展前景更為樂觀。

（二）R32

R32的GWP值為675，ODP值為0，對環(huán)境的影響已有大幅降低，R32是R410A組分的一種，與R410A相比，具有相近的壓力、更好的傳熱性能和較低粘度的特性。石林·等人研究了在家用商用空調(diào)中用R32替代R22的可行性。結(jié)果表明，R32的熱性能高于R410A，COP為5.3%，但排氣溫度也高于24℃，因此R32排氣溫度過高是有待解決的主要問題之一。在降低排氣溫度的方案中，徐淑雪的R32準(zhǔn)兩級壓縮熱泵系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究表明，與使用相同工質(zhì)的單級系統(tǒng)相比，排氣溫度可降低10℃-20℃，并可控制在130℃以內(nèi)，從而保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。供熱能力提高12%。此外，秦燕等人提出了一種通過補(bǔ)充空氣來降低R32系統(tǒng)排氣溫度的方案。R32和R410A對同一系統(tǒng)的對比試驗(yàn)結(jié)果表明，R32取代R410A后，系統(tǒng)的能效提高，排氣溫度也提高。采用供氣方式后，可以有效降低排氣溫度，提高系統(tǒng)的熱交換量和COP。從以上研究可以看出，R32是一種潛在的替代制冷劑。同時也應(yīng)對適合R32的專用壓縮機(jī)的研究更加重視，有利于R32的推廣發(fā)展。

（三）氨（R717）

氨制冷劑廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，是最早的制冷劑之一。它仍然是工業(yè)系統(tǒng)，尤其是食品和飲料加工和制冷的選擇。它的ODP和GWP值為0，物理性能使它具有良好的能效。目前，螺桿式壓縮機(jī)的出現(xiàn)克服了排氣溫度高的問題。板式換熱器的應(yīng)用會減少制冷劑的用量，增強(qiáng)其安全性能。氨由于其良好的熱力學(xué)和環(huán)保特性以及低廉的價格，是工業(yè)領(lǐng)域的首選制冷劑。氨的應(yīng)用技術(shù)雖然非常成熟，但它有毒、易燃、易爆，其安全問題需要引起重視。應(yīng)用氨制冷系統(tǒng)的企業(yè)應(yīng)該更加重視安全問題，加強(qiáng)安全培訓(xùn)，嚴(yán)格遵循安全標(biāo)準(zhǔn)，保證安全。

三、替代制冷劑面臨的主要問題

如今制冷劑的使用將在全球范圍內(nèi)繼續(xù)擴(kuò)大，尤其是發(fā)展中國家，因?yàn)橹评渑c空調(diào)與生產(chǎn)生活息息相關(guān)。但是，大氣中HFCs的濃度也在高速增長，其對環(huán)境的影響包括臭氧層空洞和全球變暖。因此，制冷空調(diào)行業(yè)制冷劑的選擇變得越來越重要。建議不要過度使用任何單一化合物來替代臭氧消耗物質(zhì)已成為全球共識。除此之外，在體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，中國在未來會逐步淘汰目前所使用的制冷劑R134a，并且大力開發(fā)和使用天然制冷劑的制冷系統(tǒng)。

四、結(jié)論

隨著新型制冷劑的發(fā)展，新型制冷劑更加注重其對于環(huán)境的影響，但這些制冷劑都有著或多或少的問題，如工作壓力高，易燃易爆以及具有毒性的一系列問題。在未來制冷劑的替代發(fā)展對于我們國家構(gòu)建環(huán)境友好型社會起著重大作用，全社會都應(yīng)積極配合，為我國綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展做貢獻(xiàn)。

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作者簡介：魏愷樂（1999-），男，河北大城縣人，本科在讀，研究方向：能源與動力工程方面;周亞華（1999-），女，河北南宮人，本科在讀，研究方向：能源與動力工程方面;李中偉（1996-），男，河北張家口人，本科在讀，研究方向：能源與動力工程方面。