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空调制冷剂的选择甄别

2016-05-15 13:12:12 山东紫翔化工销售有限公司 阅读

目前环保问题成了全球的热门话题,臭氧层的不断破坏和气候的逐渐变暖,是当今地球人类所面临的两大亟待解决的环境问题。谈到臭氧层的破坏,人们立刻会想到空调制冷行业的氟里昂,曾经有一段时间,人们对氟里昂几乎达到谈虎色变的程度。谈到气候变暖,人们不觉想到两极冰山融化、雪山冰线缩小、海平面上升、暴雨洪水泛滥。 

 

2002年7月1日《河北省淘汰消耗臭氧层物质实施办法》出台,规定:家用冰箱、冰柜、空调从2002年7月1日起不得继续充灌含氟里昂制冷剂;2003年底,在用汽车空调完成替换氟里昂制冷剂;2003年1月1日后出厂的新车空调不得使用含氟里昂的制冷剂;2003年底前工业及商业用中央空调及冷藏设备淘汰氟里昂制冷剂。 

 

由于家用冰箱、空调及冷柜都用到氟里昂制冷剂,为人们普遍认知。因而制冷空调行业成了破坏臭氧层和制造温室效应的众矢之的。但人们很少知道,氟里昂大部分排放是由于化工工业生产过程造成的,空调制冷剂的泄漏只是一小部分。工业上如灭火、发泡等是一次性使用,大量的氟里昂物质排放到大气中,而空调制冷剂是密封在机组的循环系统中,只是存在机组泄漏的可能。 

 

诚然,空调制冷行业是臭氧层破坏和制造温室效应的参与者。那么,摆在我们面前的是,冷媒替代技术的研发及使用,已成为当今制冷空调行业的研究课题。 

 

一、氟里昂制冷剂 

 

首先了解氟里昂的定义,氟里昂是饱和烃类(碳氢化合物)的卤族衍生物的总称,是本世纪三十年代随着化学工业的发展而出现的一类制冷剂,它的出现解决了制冷空调界对制冷剂的寻求。从氟里昂的定义可以看出,现在人们所说的非氟里昂的R134a、R410A及R407C等其实都是氟里昂。 

 

我们用于制冷行业的氟族制冷剂有R11(CFCL3)、R12(CF2CL2)、R22(CHF2CL)、R32(CH2F2)、R113(C2F3CL3)、R114(C2F4CL2)、R115(C2F5CL)、R123(C2HF3Cl2)、R125(CHF2CF3)、R134a(CH2FCF3)、R143a(CH3CF3)、R141b(CCL2FCH3)、R142b(H3C2F2CL)、R152(CH3CHF2)、R404A(44%的R125和52%的R143a及4%的134a)、R407C(23%的R32和25%的R125及52%的R134a)、R410A(50%的R32和50%的R125)、R500(73.8%的R12和26.2%的R152)、R502(48.8%的R22和51.2%的R115)等。 

 

氟里昂能够破坏臭氧层是因为制冷剂中有CL元素的存在,而且随着CL原子数量的增加,对臭氧层破坏能力增加,随着H元素含量的增加对臭氧层破坏能力降低;造成温室效应主要是因为制冷剂在缓慢氧化分解过程中,生成大量的温室气体,如CO2等。根据氟里昂制冷剂的分子结构,大致可以分为以下3类: 

 

1.氯氟烃类:简称CFC,主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等,由于对臭氧层的破坏作用以及最大,被《蒙特利尔议定书》列为一类受控物质。此类物质目前已禁止使用,在制造聚氨酯海绵的过程中,R11已由R141b作为过渡性替代品。 

 

2.氢氯氟烃:简称HCFC,主要包括R22、R123、R141b、R142b等,臭氧层破坏系数仅仅是R11的百分之几,因此,目前HCFC类物质被视为CFC类物质的最重要的过渡性替代物质。在《蒙特利尔议定书》中R22被限定2020年淘汰,R123被限定2030年,发展中国家可以推迟10年。 

 

3.氢氟烃类:简称HFC,主要包括R134a,R125,R32,R407C,R410A、R152等,臭氧层破坏系数为0,但是气候变暖潜能值很高。在《蒙特利尔议定书》没有规定其使用期限,在《联合国气候变化框架公约》京都议定书中定性为温室气体。 

 

我们目前所使用的所有制冷剂全部都是氟里昂制品,非氟里昂制冷剂到目前为止还没有研发出来。在新的制冷剂研发出来之前,我们所要解决的是空调机组选用那种制冷剂,对我们赖以生存的环境造成的破坏力相对小一些。我们应当明令禁止的应当是第1类产品,而不是第2类、第3类制冷剂。 

 

二、国际及国内对环境保护的相关协议及法规 

 

1.臭氧层保护方面 

 

1985年3月22日于维也纳订立的《保护臭氧层维也纳公约》,人们开始意识到臭氧层的变化对人类健康和环境可能造成有害影响。1987年9月16日《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》订于蒙特利尔。1990年6月27日至29日,缔约国第二次会议在伦敦召开,对原《蒙特利尔议定书》进行调整和修正。1991年6月19日至21日,缔约国在内罗毕召开第三次会议,对《蒙特利尔议定书》进一步修正。经修正的《蒙特利尔议定书》于1992年8月20日生效。之后,缔约方又于1993年在哥本哈根、1999年在北京对《蒙特利尔议定书》进行修改。 

 

2.减少温室气体排放方面 

 

1992年5月9日在纽约制订的《联合国气候变化框架公约》,于1997年12月10日在日本京都召开的第三次缔约国会议上通过,《京都议定书》旨在促进用以限制或削减《蒙特利尔议定书》未予管制的温室气体的排放的政策和做法。《京都议定书》对发达国家减少排放温室气体的数量和时间进行了进一步的规范。在《京都议定书》中,包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氯(N2O)、氢氟碳化物 ( HFCS)、全氟化碳(PFCS)、六氟化硫(SF6)等6类温室气体被列为受控物质。 

 

3.我国关于环保协议的执行方面 

 

中华人民共和国政府于1991年6月13日,对内罗毕修正的《蒙特利尔议定书》交存加入书,并于1992年8月20日对我国生效。我国于1993年国务院批准《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》,规定最迟于2010年淘汰全部CFC类物质。至今,我国政府尚未批准《哥本哈根修正案》及其后的几个议定修正案,在最新的《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》(2000年修正稿)中规定国家方案未涉及这类物质,同时也明确以HCFC类物质为过渡性替代物质的措施是正确的。 

 

我国政府于1998年5月29日正式签署《京都议定书》,中国常驻联合国代表王英凡大使已于2002年8月30日,向联合国秘书长交存了中国政府核准《〈联合国气候变化框架公约〉京都议定书》的核准书。 

 

三、几种制冷剂的比较 

 

目前,在空调制冷行业中,除了汽车空调行业外,其他领域的制冷设备如:家用冰箱、空调、食品冷冻冷藏柜、运输冷藏设备、速冻机、中央空调等基本上还是以过渡性冷媒R22为主要的产品。从国内的主要冷水机组生产厂商生产的产品来看,活塞式、涡旋式冷水机组普遍采用R22制冷剂;螺杆式冷水机组采用R22和R134a制冷剂,但从2001年螺杆式冷水机组总体销售量上来看,采用R22制冷剂的销售量占有相当大的比重;离心式冷水机组采用R22、R123和R134a制冷剂, R123、R134a产品的市场销售情况占总量的40%左右。 

 

评价一种制冷剂的好坏,我认为应当综合考虑下列因素: 

 

  1.臭氧层破坏潜能值(Ozeme Depletion Potential),简称ODP值; 

 

  2.全球变暖潜能值(Global Warming Potential),简称GWP值; 

 

  3.理想循环状况下的制冷系数(Coefficient of Performance),简称COP值; 

 

  4.安全性; 

 

  5.经济性。 

 

下面列举几种制冷剂的物理性质的对比。 

 

几种制冷剂的物理性质 

 

制冷剂 R22 R123 R134a R407C R410A 

分子量 86.48 152.91 102.03 86.2 72.56 

大气压下沸点(℃) -40.8 27.6 -26.1 -36.6 -52.7 

临界温度(℃) 96.0 184 101.1 87.3 72.5 

临界压力(kPa绝对压力) 4920 3605 4067 4819 4950 

沸点汽化潜热(kJ/kg) 234.1 167.9 215.0 249.37 256.7 

液体比热(30℃,kJ/kg℃) 1.403 1.101(25℃) 1.51 1.51 1.78 

恒压汽体比热(30℃,kJ/kg℃) 0.64 0.682(25℃) 0.88 0.96 0.85 

理想工况制冷系数(COP) 6.98 7.44 6.94 6.94 6.43 

臭氧消耗指数(ODP)相对于R11 0.05 0.02 0 0 0 

温室效应指数(GWP)相对于R11 0.34 0.02 0.29 0.36 0.42 

生存寿命(年) 13.3 1.4 14 —— —— 

安全性 不可燃,轻微致癌 不可燃,良性肿瘤 不可燃,良性肿瘤 不可燃 不可燃 

国际允许使用期限 2020 2030 无 无 无 

应用 广泛应用于家庭、商业、工业空调、冷冻 离心式冷水机组 螺杆式、离心式冷水机组 理论上同R22但许多实际技术尚未解决 家用空调、冰箱 

 

从上表不难看出,虽然R134a、R407C及R410A对臭氧层破坏力为0,但其温室效应指数却是R123的十几倍;从其寿命上看,R22及R134a比R123的寿命长十倍,寿命越长,大气中积存的R22、R134a越多,温室效应隐患越来越大,长时间的积累就形成“消化不良”的病态。 

 

目前空调制冷行业普遍R22,其主要原因是R22在空调温区内具有优越的物理特性和制冷性能,而且性能稳定,技术成熟,价格低廉。HFC类物质由于对臭氧层无破坏作用,被认为是将来替代HCFC的首选物质。用来替代R22的主要物质有R134a、R407C及R410A,但是这些HFC类物质由于物理特性的限制,很多技术问题尚悬而未决,均不是R22最理想的替代物。 

 

1.R22与R123的比较: 

 

(1)R22与R123同属氢氯氟烃,但R22的臭氧层破坏力是R123的2.5倍,温室效应指数是R123的17倍。 

 

(2)R123是低压制冷剂,工作时蒸发器为负压,冷凝器为0.04Mpa,停机时机内为-0.004Mpa,因此,即便机组泄漏也只存在外界空气进入机组的可能。 

 

(3)R22临界压力比R123高1300kPa,机组内部提高,泄漏几率提高。 

 

2.R22与R134a的比较: 

 

(1)R134a的比容是R22的1.47倍,且蒸发潜热小,因此就同排气体积的压缩机而言,R134a机组的冷冻能力仅为R22机组的60%。 

 

(2)R134a的热传导率比R22下降10%,因此换热器的换热面积增大。 

 

(3)R134a的吸水性很强,是R22的20倍,因此对R134a机组系统中干燥器的要求较高,以避免系统的冰堵现象。 

 

(4)R134a对铜的腐蚀性较强,使用过程中会发生“镀铜现象”因此系统中必须增加添加剂。 

 

(5)R134a对橡胶类物质的膨润作用较强,在实际使用过程中,冷媒泄漏率高。 

 

(6)R134a系统需要专用的压缩机及专用的脂类润滑油,脂类润滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高扩散性,在系统性能的稳定性上劣于R22系统所使用的矿物油。 

 

(7)目前,HFC类冷媒及其专用脂类油的价格高于R22,设备的运行成本将上升。 

 

3.R22与R407C的比较: 

 

R407C在热工特性上与R22最为接近,除了在制冷性能、效率上略差以及上述HFC类物质所具有的技术问题之外,还由于这类物质属于非共沸混合物,其成分浓度随温度、压力的变化而变化,这对空调系统的生产、调试及维修都带来一定的困难,对系统热传导性能也会产生一定的影响。特别是当R407C泄漏时,系统制冷剂在一般情况下均需要全部置换,以保证各混合组分的比例,达到最佳制冷效果。 

 

四、结束语 

 

有关制冷剂的选择问题,国内外许多专家学者都发表了详尽的论述,现在普遍使用的制冷剂也就是R22、R123和R134a等几种。作者从工程设计到制冷设备营销,再到工程设备招标,经历过从几个不同的角度看待这些事情,现只发表一下自己的几点看法: 

 

(1)制冷剂的选择与设备生产厂商的技术及设计思路密切相关。与采用的压缩机型式、热力循环效率、制冷工况、对材料的腐蚀性、与润滑油的相溶性、以及经济性、安全性等有很大关系,可以理解为厂商的“个性”。 

 

(2)有的制冷机组厂家声称采用无氟的制冷剂或如何环保的制冷剂,把冷水机组的销售变成制冷剂选用的无谓的“舌战”,给不太了解氟里昂制冷剂的用户造成困惑,恰恰忽劣了机组本身的性能。 

 

(3)有些制冷剂生产厂宣传自己生产的制冷剂是无氟的,据有关权威机构化验,其大部分组成成分为R22,这种做法说的利害一些是商业炒作行为。更有甚者有些媒体也宣称要告别“用氟时代”,其充当的脚色是为愚弄人者摇旗呐喊,更为这些现代的无知感到悲哀。 

 

(4)我国没有承诺何时终止使用R22、R123等制冷剂的时间,关于制冷剂选择的焦虑是没有必要的,用户大可不必把心思花费到考虑选用何种制冷剂上,这些事情应交由设备生产厂商去考虑,因为这些是他们最关心的。