21世纪制冷空调行业绿色环保制冷剂的趋势与展望(四)

  4 21 世纪绿色环保制冷剂的展望

  4.1 HFC 类制冷剂的实用化

  目前, HFC 类制冷剂还有许多问题尚待进一步解决,如所有问题已解决的话,也就不会在发达国家中出现 CFC-12 和 R502 的黑市了。

  适用于 HFC 制冷剂的酯类油(POE),价格昂贵,润滑性较差,特别是吸水性和水解性强,凡 POE 油含水量大于 500 ~ 1000 × 10 -6 的,多半要失败。由于 POE 油是一种比制冷剂更好的溶剂,因此必须小心选择所使用的材料、加工过程用的切削油和清洗液等流体,否则由于制冷剂/油的化学反应,会形成蜡状物质,造成膨胀装置的堵塞。今后的展望是进一步开发高稳定性的 POE 油; PVE 油由于 有优良的润滑性和弱水的水解性,也有待开发。

  改进设备设计,提高能效是必然趋势。能效的提高,可减轻或抵消由于 HFC 排放引起的温室效应。例如冰箱,美国从 1972 年到 1993 年,能耗已降低了 60% ,如 2001 年达到美国政府制定的能耗标准,则将进一步降低 30%。按照这个标准, 570L 冰箱的能耗,相当于 60W 灯泡的耗电。单元式空调,从 1975 年到 1995 年,季节能效比 SEER 已由 7.0 提高到 10.8 ,即节能 35% ,期望到 2006 年,能耗还将进一步下降 20%。离心式冷水机组,从 1978 年到 1998 年,能耗由 0.23Kw/ kW(0.8 kW/rt) 降到 0.17 Kw/ kW(0.6kW/rt)( 平均数 ) ,好的设备由 0.20Kw/ kW(0.7 kW/rt) 降到 0.14 Kw/ kW(0.48kW/rt)。通过采用 多级和 直接驱动等措施和优化设计,期望 2005 年可以从 0.14 Kw/ kW(0.48kW/rt) 进一步降到 0.13 Kw/ kW(0.45kW/rt)。

  4.2 天然制冷剂的推广与实用化

  NH3 是一种传统工质,其优点是 ODP=0 , GWP=0 ,价格低廉、能效高、传热性能好,且易检漏、含水量余地大、管径小,但其毒性需认真对待,而 100 多年使用的历史表明, NH3 的安全记录是好的,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 兼容性、高的排气温度等问题也需合理解决。看来, NH3 会有更大的空调市场份额。

  另一种传统天然工质是 CO2 ,现已引起注意,其优点是 ODP=0 , GWP 值为 1。主要问题是其临界温度低(31 ℃),因此能效低,而且它是一种高压制冷剂,系统的压力较现有的制冷剂高很多。 CO2 制冷剂可能应用的领域有以下三个方面。第一是 CO2 超临界循环的汽车空调。由于其压比 柢 ,使压缩机效率高,高效换热器(如冲压微槽管)的采用也对提高其能效 作出 贡献。由于高压侧 CO2 大的温度变化,使进口空气温度与 CO2 的排气温度可以非常接近(仅相差几℃),这样,可以减少高压侧不可逆传热引起的损失。为了减轻重量和缩小尺寸,换热器头部的优化设计开发也已在进行。此外 CO2 系统在热泵方面的特殊优越性,可以解决现代汽车冬天不能向车厢提供足够热量的缺陷。目前德国已有商用的 CO2 空调系统的公共汽车投入公交运输,空调器尺寸与 HFC-134a 相当。第二是 CO2 热泵热水加热器,由于 CO2 在高压 侧具有 较大变化(约 80 ~ 100℃)的放热过程,适用于加热水。 1998 年和 1999 年报道,试验结果比采用电能或天然气燃烧加热,可节能 75% ,水温可从8℃升高到60℃。第三是 在复叠式 制冷系统中, CO2用作低压级制冷剂,高压级则用 NH3 或 HFC-134a 作制冷剂。目前欧洲已有 20 台安装于超市中,运行情况表明技术上是可行的。这种系统还适用于低温冷冻干燥。 CO2 的再次引入,在现代化技术条件下,似乎被认为是制冷空调行业发展中许多有意义的领域之一。

  4.3 新一代替代工质的开发与实用化

  新的高效、绿色环保制冷剂,从热力学角度说,必须具有高的临界温度和低的液相摩尔热容。例如为了替代 HCFC-22 ,新的替代物其临界温度必须高于 100℃。目前已经有人关注 R161 和 R1311 ,它们的临界温度分别为 102.2 ℃和 120℃。它们均溶于矿物质油, ODP 为 0 , GWP 值很低,前者为 10 ,后者小于 1。但它们均有一定的急性毒性, R161 还有一定的可燃性, R1311 的稳定性也不够理想。对于这两种化合物,还需要进行长期的理化试验和研究开发工作。

  HFC-245ca 被认为是 CFC-11 和 HCFC-123 的一种具有前景的替代物,它具有与 CFC-11 相近的饱和压力,呈现出好的稳定性及低的毒性,并且对漆包线的侵蚀比 HCFC-123 有所减轻,但有一定的可燃性。目前尚需进行深入研究,确认机组效率和着火的风险性。 HFC-245ca/338mccp(八氟丁烷)混合物也正在研究中。

  HFC-263fa 目前正被考虑用作高温热泵中 HCFC-124 的替代物,其运行压力比 HCFC-124 更接近于 CFC-114 ,美国海军正考虑将其作为一种很有潜力的长期替代物用于军用冷水机组组中。近年来正在对其效率、设备改造要求、稳定性、材料兼容性及毒性等问题进行研究。混合物 HFC-236fa/134a/R600a 也正在研究中。日本提出了用 HFE-245(五氟甲基 醚)作为 HCFC-124 的替代物,已进行了 8 年研究,尚在进一步研究。

  总之,为了适应环保的要求, 21 世纪制冷空调行业的发展方向:绿色环保,高效节能,减少排放,加强回收,注重培训,研究开发。

  我们决意为制冷产业贡献更多优质冷冻材料。


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