新型制冷劑性能優(yōu)缺點(diǎn)

1、二氧化碳具有高密度和低粘度，其流動(dòng)損失小、傳熱效果良好，并且通過對(duì)傳熱作用的強(qiáng)化，可以彌補(bǔ)其循環(huán)不高的缺點(diǎn)。同時(shí)二氧化碳環(huán)境表現(xiàn)優(yōu)良、費(fèi)用低易獲取、穩(wěn)定性好、有利于減小裝置體積。最重要的是，其安全無毒，不可燃，這一點(diǎn)比R290具有明顯的優(yōu)勢。當(dāng)然，采用二氧化碳為制冷劑也有缺點(diǎn)，二氧化碳高的臨界壓力和低的臨界溫度也給它做制冷劑帶來了許多難題。無論亞臨界循環(huán)還是跨臨界循環(huán)，二氧化碳制冷系統(tǒng)的運(yùn)行壓力都將高于傳統(tǒng)的制冷空調(diào)系統(tǒng)，這必然會(huì)給系統(tǒng)及部件的設(shè)計(jì)帶來許多新的要求。同時(shí)現(xiàn)階段還存在二氧化碳制冷系統(tǒng)的效率相對(duì)較低的問題。目前二氧化碳的研究和應(yīng)用主要集中于三個(gè)方面：一方面是汽車空調(diào)領(lǐng)域，由于制冷劑

2、排放量大，對(duì)環(huán)境的危害也大，必須盡早采用對(duì)環(huán)境無危害的制冷劑；第二方面是熱泵熱水器，二氧化碳在超臨界條件下放熱存在一個(gè)相當(dāng)大的溫度滑移，有利于將熱水加熱到一個(gè)更高的溫度；第三方面是考慮到二氧化碳良好的低溫流動(dòng)性能和換熱特性，采用它作為復(fù)疊制冷循環(huán)低溫級(jí)制冷劑。目前看來，二氧化碳在國內(nèi)市場的前景，還有點(diǎn)像“霧里看花”，就像王立群所言，他們都了解它的好，但真正用的少。國內(nèi)空調(diào)行業(yè)暫時(shí)看不到二氧化碳發(fā)展的影子，其在國內(nèi)冷凍冷藏市場也才剛剛邁步，但在熱泵熱水器領(lǐng)域，國內(nèi)即將出臺(tái)二氧化碳熱泵熱水器的核心配件標(biāo)準(zhǔn)GB/T26181-2010。參與標(biāo)準(zhǔn)制定的上海日立電器有限公司熱泵推進(jìn)辦公室部長樂紅勝認(rèn)為，

3、雖然在國內(nèi)采用二氧化碳制冷劑的熱泵熱水器還沒問世，核心部件壓縮機(jī)也處于研發(fā)階段，“但這一超前標(biāo)準(zhǔn)的制定，將會(huì)對(duì)產(chǎn)品的市場推廣起到良好的作用。”二、CO2制冷劑的性質(zhì)（一）CO2制冷劑具有的主要優(yōu)勢1CO2是天然物質(zhì)，ODP=0，GWP=1。使用CO2作為制冷工質(zhì)，對(duì)大氣臭氧層沒有破壞作用，可以減少全球溫室效應(yīng)，來源廣泛，勿需回收，可以大大降低制冷劑替代成本，節(jié)約能源，從根本上解決化合物對(duì)環(huán)境的污染問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。2CO2安全無毒、不可燃，并具有良好的熱穩(wěn)定性，即使在高溫下也不會(huì)分解出有害的氣體。萬一泄漏對(duì)人體、食品、生態(tài)都無損害。3CO2具有與制冷循環(huán)和設(shè)備相適應(yīng)的熱物性。分子量小，制

4、冷能力大，0的單位制冷量比常規(guī)制冷劑高58倍，因而對(duì)于相同冷負(fù)荷的制冷系統(tǒng)，壓縮機(jī)的尺寸可以明顯減小，重量減輕，整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊；潤滑條件容易滿足，對(duì)制冷系統(tǒng)常見材料無腐蝕，可以改善開啟式壓縮機(jī)的密封性能，減少泄漏。4CO2黏度小，0時(shí)CO2飽和液體的運(yùn)動(dòng)黏度只是NH3的5.2%、R12的23.8%5，流體的流動(dòng)阻力小，傳熱性能比CFC類制冷劑更好，可以改善全封閉制冷壓縮機(jī)的散熱。（二）CO2制冷劑存在的主要缺點(diǎn)及分析1CO2臨界壓力較高（7.38MPa），因此CO2跨臨界制冷循環(huán)的工作壓力較傳統(tǒng)的亞臨界兩相制冷循環(huán)的工作壓力高得多，約為傳統(tǒng)制冷工質(zhì)CFC或HCFC系統(tǒng)壓力的倍4。所以制冷系統(tǒng)

5、中工質(zhì)流經(jīng)的管路系統(tǒng)必須經(jīng)安全性分析。但是由于CO2的單位容積制冷量約為常規(guī)制冷劑的58倍，系統(tǒng)所需的CO2容積流量很小，而設(shè)備內(nèi)氣體的爆炸能量為壓力與容積乘積的函數(shù)，所以雖然系統(tǒng)的工質(zhì)壓力高，但容積較小，其壓力和容積的乘積與常規(guī)工質(zhì)相差不大，設(shè)備內(nèi)氣體的爆炸能量增加的并不多。以可靠性理論為依據(jù)，根據(jù)CO2跨臨界制冷系統(tǒng)管道可靠性的不同影響因素及其變化規(guī)律，對(duì)不同管材情況下的可靠性進(jìn)行深入地研究與分析，得到的結(jié)論是：當(dāng)管路系統(tǒng)的管外徑給定時(shí)，只要合理地選擇管材和管壁厚度，就能保證系統(tǒng)在給定壓力下運(yùn)行的可靠性和安全性，CO2跨臨界循環(huán)較高的運(yùn)行壓力是可以得到合理解決的；現(xiàn)有鋼管基本可以直接應(yīng)用，

6、而現(xiàn)有銅管則需根據(jù)管徑和壁厚經(jīng)安全性分析后選用6。因此CO2運(yùn)行工作壓力較高所引起的安全性問題，并不會(huì)影響CO2作為環(huán)保制冷劑推廣應(yīng)用的障礙。2CO2單級(jí)壓縮跨臨界循環(huán)的性能系數(shù)COP比相同溫度條件下的R12、R22、R134a等常規(guī)制冷劑的制冷性能系數(shù)都低。針對(duì)CO2制冷循環(huán)性能系數(shù)低的缺點(diǎn)，學(xué)者們經(jīng)研究探索發(fā)現(xiàn)，完全可以通過完善系統(tǒng)循環(huán)方式、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)備來解決，如采用雙級(jí)壓縮和采用膨脹機(jī)回收一部分膨脹功的措施加以改善，來提高制冷循環(huán)效率。有理論分析表明，采用膨脹機(jī)CO2跨臨界循環(huán)的效率要高于常規(guī)制冷工質(zhì)的節(jié)流膨脹循環(huán)2。三、CO2制冷劑的應(yīng)用前景自前國際制冷學(xué)會(huì)主席GLorentzen提出

7、采用CO2作為環(huán)保制冷劑及跨臨界循環(huán)理論以來7，CO2在環(huán)保和性能上的優(yōu)勢越來越多地吸引了世界各國學(xué)者研究的注意力，其系統(tǒng)和部件的開發(fā)也得到了很大的發(fā)展，現(xiàn)有研究結(jié)果表明，CO2系統(tǒng)在高環(huán)境溫度（45以上）時(shí)，制冷性能低于傳統(tǒng)系統(tǒng)，3545間與傳統(tǒng)系統(tǒng)相近，35以下時(shí)性能更優(yōu)5。目前CO2跨臨界循環(huán)在汽車空調(diào)、熱泵、商用制冷裝置、食品冷藏冷凍等方面的應(yīng)用前景都很好，性能都相當(dāng)于甚至好于原來采用R22或R12或R134a的制冷裝置，特別適用于需要大的溫度變化的場合，而且在較低的蒸發(fā)溫度下性能較好2。CO2作為一種天然制冷工質(zhì)，就其物性特征而言，具有其他非天然工質(zhì)不可比擬的優(yōu)勢。伴隨著CO2制冷系

8、統(tǒng)研究工作的不斷深入，CO2作為新一代制冷工質(zhì)將會(huì)得到進(jìn)一步推廣，相信在不久的將來，汽車空調(diào)系統(tǒng)、商用制冷系統(tǒng)、住宅空調(diào)系統(tǒng)以及各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的熱泵干燥系統(tǒng)將會(huì)大量使用CO2替代現(xiàn)有制冷工質(zhì)。四、結(jié)束語作為制冷劑，人們希望它環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)，但實(shí)際上并不存在一種十全十美的制冷劑。與其他制冷劑相比，CO2具有環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)和單位容積制冷量等性能方面上的明顯優(yōu)勢，也有運(yùn)行工作壓力和效率方面上的不足。目前的研究表明，只要合理選擇管材和管壁的厚度，可保證CO2系統(tǒng)在跨臨界壓力下運(yùn)行的安全性和可靠性，而合理改善CO2跨臨界循環(huán)方式，可以有效地減少節(jié)流損失，提高系統(tǒng)的循環(huán)效率，CO2作為環(huán)保制冷劑之一，有

9、著很好的應(yīng)用前景，隨著制冷與空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展必將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。R32替代問題1) R32 與 R22 以及 R410A 的熱物理性質(zhì)較為接近,且 GW P值適中 ,充注量僅為 R22 的 0. 6倍 ,CO2 減排比例可達(dá) 77. 6 % ,比 R410A 優(yōu)越 ,綜合環(huán)境性能較好。2) R32 的可燃性是 R22 替代物可燃性工質(zhì)中最弱的 ,可燃性極限比 R1234yf 還低 ,屬于 A2L類 ,運(yùn)輸過程中認(rèn)為是 “不可燃” 的。在空調(diào)/熱泵機(jī)組中 ,目前標(biāo)準(zhǔn) R32 的允許最大充注量比 R290約大 10 倍,比 R161 約大 5 倍到 10 倍以上 ,如按A2L ,預(yù)計(jì)將更為放寬。

10、3) R32 的熱工性能比 R410A 好 , CO P 約高5. 3 % ,冷量約大 12. 7 %。但須解決其排氣溫度高等問題。4) R32 的市場可獲得性好 ,價(jià)格便宜 ,國內(nèi)有大量生產(chǎn) ,且無侵權(quán)問題?？傊?,在家用/商用空調(diào)中 R32 是一種兼顧減排、 安全、 節(jié)能和市場諸方面要求的、 很有前景的替代 R22 的制冷劑。希望今后能加強(qiáng)其實(shí)際應(yīng)用的研究 ,順利且經(jīng)濟(jì)地完成 HCFCs 淘汰的國家目標(biāo)。3 結(jié)論1) 對(duì)比 R32 ,R22 ,R407C和 R410A 四種制冷劑的基本特性 ,從傳熱和流動(dòng)角度看 ,R32 具有較低的黏度、 較高的導(dǎo)熱系數(shù) ,以及較高的汽化潛熱、 冷凝壓力和

11、蒸發(fā)壓力。由于 R32 系統(tǒng)的冷凝壓力較高 ,對(duì)系統(tǒng)的承壓性能提出了更高的要求 ,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)須要采取適當(dāng)?shù)姆椒刂谱罡邏毫?,以保證系統(tǒng)的安全性?？紤]到系統(tǒng)的可靠性 ,R32 系統(tǒng)的最高出水溫度建議為 55 。2) 通過理論循環(huán)計(jì)算分析 ,R32 系統(tǒng)具有較低的壓縮比 ,較高的 CO P 以及很好的容積制熱量 ,適合用于空氣源熱泵熱水器;但是 , R32 系統(tǒng)的排氣溫度較高 ,須要通過制冷劑噴液等方法降低排氣溫度 ,以保證壓縮機(jī)的可靠性。3) R32 制冷劑經(jīng)過合理的系統(tǒng)匹配后可以用于空氣源熱泵熱水器 ,并得到較高的 CO P。在當(dāng)前節(jié)能減排的大環(huán)境下 ,可以考慮推廣使用 R32。同時(shí) ,考

12、慮到空氣源熱泵熱水器能效限定值國家標(biāo)準(zhǔn)在制定中 ,隨著該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施 ,可能會(huì)推動(dòng)這種有利于提高系統(tǒng) CO P的 R32 制冷劑在空氣源熱泵熱水器上的應(yīng)用。4) 具有較低 GW P值的 R32 制冷劑 ,在我國空氣源熱泵熱水器行業(yè)的推廣應(yīng)用 ,將有助于實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展戰(zhàn)略。國內(nèi)對(duì)空氣源熱泵熱水器用制冷劑提出了很多替代方案 ,比如 R417A , R404A , R407C , R134a和 CO2等。各種不同制冷劑在實(shí)際應(yīng)用中取得的效果除了與制冷劑本身的特性有關(guān)外 ,還與熱泵 熱水器的類別以及使用條件有很大關(guān)系。所以 ,一種性能優(yōu)良的制冷劑只有與一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)良的熱泵熱水器產(chǎn)品相結(jié)合 ,才能夠

13、最大地發(fā)揮其節(jié)能環(huán)保性能 ,為用戶和廠家提供最大的經(jīng)濟(jì)效益。5 R32能否為我國空調(diào)行業(yè)與氟化工行業(yè)的轉(zhuǎn)軌形成“互利雙贏”局面R32的市場可獲得性好，國內(nèi)已有大量生產(chǎn)，不少氟化工企業(yè)(如山東東岳、常熟中昊、江蘇梅蘭、浙江蘭天等)均有產(chǎn)品，且無侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，并且價(jià)格還有優(yōu)勢(R22市場價(jià)約11000元/噸，R290約12000元/噸，R32約14000元/噸，R161批量生產(chǎn)后約20000元/噸，R410A和R407C約45000元/噸)，R32的價(jià)格僅為R410A的30%。從生產(chǎn)工藝路線看，R22以工業(yè)無水氟化氫和氯仿為原料，在一定溫度和壓力的條件下，通過催化劑的作用進(jìn)行液相反應(yīng)，制得R22粗品；

14、經(jīng)水洗、堿洗除去氯化氫氣體、氟化氫后，再經(jīng)脫水、液化、脫氣、精餾等過程，最后制得純凈品R22。R32和R22的生產(chǎn)工藝路線相同，只是原料為工業(yè)無水氟化氫和R30；副產(chǎn)品也不同，為HCI、R31和少量R30，它們均可回收利用，基本沒有高GWP的R23。但設(shè)備和管道的壓力較高，好在 R22的生產(chǎn)設(shè)備一般都能滿足要求，只需略經(jīng)改動(dòng)就能轉(zhuǎn)產(chǎn)R32。因此這就為面臨淘汰R22巨大壓力的我國氟化工行業(yè)提供了一線機(jī)遇，有利于實(shí)現(xiàn)R22生產(chǎn)路線的轉(zhuǎn)軌。6 使用R32需要解決哪些關(guān)鍵技術(shù)從熱工性能分析和試驗(yàn)結(jié)果可看出，應(yīng)用R32時(shí)需注意解決制熱工況下高排氣溫度、兩器小管徑化、降低泄漏率、開發(fā)專用壓縮機(jī)和整機(jī)優(yōu)化、

15、微燃風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和模擬試驗(yàn)等問題，這些問題有關(guān)企業(yè)和研究院?；径寄茉O(shè)法解決。下面列出一些解決思路與途徑：1)排氣溫度過高：可進(jìn)行材料相容性和油溶性研究，進(jìn)行噴液冷卻或增焓技術(shù)、節(jié)流閥控制匹配。2)兩器小管徑化：研究微細(xì)管換熱機(jī)理、兩器構(gòu)型匹配。3)降低泄漏率：減少活動(dòng)連接、密封件選配。4)壓縮機(jī)開發(fā)和整機(jī)優(yōu)化：R410A壓縮機(jī)簡單改型或優(yōu)化、R32專用壓縮機(jī)開發(fā)、整機(jī)優(yōu)化匹配。5)微燃風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和模擬試驗(yàn)：泄漏分析、風(fēng)險(xiǎn)概率事故樹分析、微燃破壞性模擬和試驗(yàn)。R2903 結(jié)論通過實(shí)驗(yàn)研究與對(duì)比分析, 可以得出如下結(jié)論。( 1 ) R290 是一種優(yōu)秀的制冷劑, 可以在家用空調(diào)中替代 R22;( 2

16、) 空調(diào)器在恰當(dāng)?shù)某湟毫肯率褂?R290 時(shí)與 R22相 比 , 制 冷 量 降 低 約 1.24%9.65% ; 功 率 降 低 約17.37%18.04%; 能效比增加 10.26%19.53% ;( 3 ) 實(shí)驗(yàn)和分析的前提是不改變?cè)?R22 的家用空調(diào)器, 這也是上述結(jié)論的前提條件。實(shí)際應(yīng)用中, 若對(duì)壓縮機(jī)和換熱設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以收到更好的效果;( 4 ) R290 熱穩(wěn)定性不如 R22, 對(duì)空調(diào)整機(jī)的穩(wěn)定性也有不利的影響;( 5 ) R290 的充注量小, 僅為 R22 的 46% 左右, 這就減少了可燃性造成的使用障礙, 有可能被越來越多的國家所接受R290 制冷劑是一種環(huán)保高

17、效制冷劑 可以在家用空調(diào)器上使用并達(dá)到較高能效 通過減小換熱器管徑 采用微通道換熱器等措施 可在達(dá)到高能效的前提下即節(jié)省材料成本又減少制冷劑灌注量 雖然 R290 是可燃的 但經(jīng)過減少灌注量并采取適當(dāng)安全措施后是可以實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)使用的但減少灌注量后 由于制冷劑質(zhì)量流量的不足 R290 的空調(diào)器制熱面臨很大的問題 還需探索提高汽車空調(diào)技術(shù)及應(yīng)用前景1制冷劑HFCl34a是目前使用最廣泛的汽車空調(diào)制冷劑。盡管它對(duì)臭氧層沒有破壞作用，但其GWP(全球變暖潛能值)高達(dá)1300-1：R134a親油性差，對(duì)現(xiàn)用冷凍潤滑油不相容還對(duì)銅管有腐蝕性。R134a已經(jīng)被認(rèn)為是一種過渡型的替代物。所以研究新的替代制冷

18、劑勢在必行。作為汽車空調(diào)的替代制冷劑，天然制冷劑CO：有著不可比擬的優(yōu)勢，主要概括如下：(1)與目前使用的HFcl34a相比，溫室效應(yīng)小，GwP值僅為l。(2)CO：是自然資源，可以回收利用工廠排放的CO：，減少化工副產(chǎn)品CO：的排放。無毒，自身費(fèi)用低，無需回收或再生，操作與運(yùn)行的費(fèi)用也較低。(3)化學(xué)穩(wěn)定性好，不可燃。(4)低溫下的制冷劑密度大，供暖效果好。(5)有利于減小裝置體積。高的工作壓力使得壓縮機(jī)吸氣比容較小，使得容積制冷量較大。壓縮尺寸減?。毫鲃?dòng)和傳熱性能提高，減少了管道和熱交換器的尺寸從而使系統(tǒng)非常緊湊。因此，天然制冷劑被認(rèn)為是未來汽車空調(diào)的首選，有很好的應(yīng)用前景。1. CO2

19、跨臨界循環(huán)系統(tǒng), 充分利用了 CO2 高飽和壓力, 良好的熱力性能及相當(dāng)大的單位容積冷量,具有高效緊湊等特點(diǎn), 適合于汽車空調(diào),2. 在 CO2 跨臨界循環(huán)系統(tǒng)研究的理論和實(shí)驗(yàn)方面已經(jīng)取得了不小的成就, CO2 系統(tǒng)日趨成熟, 商用化指日可待,3. CO2 具有優(yōu)良環(huán)保性能, 從安全方面考慮, 汽車空調(diào)中 CO 雖然壓力高, 但其體積很小, 即使在部件破裂的情況下 制冷劑側(cè)容積不到 2 L 的 C0 2汽車空調(diào)機(jī)所釋放出來的潛在能量還趕不上一個(gè)典型的 C0 2 滅火器釋放的多 在保護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)控與保護(hù)下 機(jī)械系統(tǒng)的安全性是完全可靠的4. C0 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原車用空調(diào)系統(tǒng)有明顯不同 高壓側(cè)壓力

20、回?zé)釗Q熱量等系統(tǒng)循環(huán)參數(shù)對(duì)系統(tǒng) COP 影響顯著 必須對(duì)系統(tǒng)熱力循環(huán)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)5. 以 C0 2 作為工質(zhì)的汽車空調(diào)系統(tǒng) 無論在理論方面 還是在部件實(shí)現(xiàn)方面 都完全具備了可能性 水系統(tǒng)熱泵熱水器規(guī)范制冷快報(bào) - 隨著熱泵技術(shù)的日臻成熟，熱泵越來越受到國際市場的歡迎。在過去的10年時(shí)間里，大約有30多個(gè)國家的熱泵年平均增長率達(dá)到了10%，在國際社會(huì)中，熱泵由于其在減少二氧化碳方面的作用而受到了廣泛重視。據(jù)空調(diào)制冷大市場調(diào)查了解，而空氣能熱泵熱水器的使用也逐漸規(guī)范起來，空氣能熱泵熱水器各種場所的用水以建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB50015-2003第五章第一節(jié)<熱水用水定額、水溫和水質(zhì)>中的熱水用水定額國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，包括賓館、工廠以及學(xué)校等場所。據(jù)了解，以建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB50015-2003第五章第一節(jié)<熱水用水定額、水溫和水質(zhì)>中的熱水用水定額國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，其中對(duì)學(xué)生宿舍盥洗室用熱水定額為2540L/人.日；國家標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)規(guī)定了熱水的溫度按60計(jì)；