制冷剂发展及替代分析

制冷剂发展及替代2一、四个名词制冷剂发展及替代三、第三代制冷剂二、第二代制冷剂四、第四代制冷剂五、对我国低GWP制冷剂选用的一些看法3四个名词2、温室影响指数GWPGWP考虑对全球气候变暖的直接影响1、臭氧层衰减指数ODP3、总当量温室影响指数TEW1TEW1考虑直接影响和间接影响4、光雾效应值POCPHC、NO2等物质在阳光下产生光化学烟雾程度的指数一、四个名词4第二代制冷剂二、第二代制冷剂（以安全和耐久性为选择标准），1931～19901931年R121932年R11上世纪50年代R22此后，CFC和HCFC类物质成为第二代制冷剂的主流，带来了全新变革。5第三代制冷剂三、第三代制冷剂（以保护臭氧层为标准），1990～20101、一些制冷剂的ODP2、CFC类和HCFC类物质的禁用时间表3、替代制冷剂主要内容6R11、R12、R22等物质含有氯离子cl，且在大气中寿命很长，到达臭氧层后使臭氧层消融，造成臭氧空洞。以R11为基础，取R11的ODP为1，给出部分制冷剂的ODP,见表1。1、一些制冷剂的ODP符号制冷剂ODPCFCR11R12R113R114R1151.00.9～1.01.00.6～0.80.3～0.5HCFCR22R1230.04～0.060.013～0.022表1第三代制冷剂72、CFC类和HCFC类物质的禁用时间表第三代制冷剂CFC类物质已被实际淘汰对蒙特利尔协定的“第2条款国”，对HCFC类制冷剂2010年在新设备中淘汰R22；2020年禁止所有新设备中使用。对“第五条款国”，即发展中国家，对HCFC类制冷剂2013年开始冻结；然后逐步消减，到2040年全部淘汰。83、替代制冷剂第三代制冷剂1989年第一批替代制冷剂商品化生产之后10年开发了大多数的替代品例如表2所示替代品表2制冷剂替代品CFC11CFC12HCFC22HCFC123(过渡)HFC134aHFC410A9大气臭氧层现状图1大气臭氧层现状第三代制冷剂按美国NASA的数据，得到图1。从图可见‥1998年前，浓度一直下降，空洞面积不断增大‥1998年以后，浓度和空洞面积趋于稳定3、替代制冷剂10研究表明，制冷剂的寿命要合适第三代制冷剂3、替代制冷剂11第四代制冷剂四、第四代制冷剂（以全球变暖效应为标准），2010～1、全球温度变化的情况•图2是全球温度变化的情况图2全球温度变化与图1相比，1998年以后，臭氧层问题已有成功的应对，但气候变暖问题却不断恶化。12第四代制冷剂•按气候变化政府间委员会（IPCC）的报告：“原因极可能是由于所观察到的人为的温室气体浓度的增加。”132、GWP的控制范围对新型号汽车空调器：欧洲议会对新型号汽车空调器禁止使用100年累计GWP值超过150的氟化学品制冷剂。此指令从2011年起生效。低GWP制冷剂的部分候选物见表3。第四代制冷剂14五、对我国低GWP制冷剂选用的一些看法对我国低GWP制冷剂选用的一些看法主要针对蒸汽压缩式制冷系统。1.冷藏冷冻系统2.空调系统主要内容151、冷藏冷冻系统对我国低GWP制冷剂选用的一些看法•CO2或HC丹麦技术研究院与生产商Carlsberg合作生产的饮料冰柜，应用CO2、R290和R134a。在超市中使用并经测试，表明二者比R134a分别节能11.7%和27.7%。冰淇淋生产商联合利华从2003年到2008年生产27万台冰柜（工质R290），实践表明安全性、可靠性与R134a没有什么不同，且更节能。应用CO2的关键技术之一是CO2压缩机。西安交大压缩机研究所已掌握了设计技术，并已开发出一台半封闭式CO2压缩机的样机。•NH3新的制冷剂——氨和乙烷的混合物（55/45）在单级压缩时，蒸发温度达－55℃，压缩机出口处温度明显低于纯NH3，与油的相溶性也好于纯NH3。162、空调系统对我国低GWP制冷剂选用的一些看法家用空调器汽车空调器冷水机组17对我国低GWP制冷剂选用的一些看法家用空调器R22的替代物有R161(氟乙烷)、R290、R32和R410A。它们的环保性能见表4。表4HFC-161与其它HCFC-22替代品的环保性能工质HCFC-22HFC-161HC-290R410AR417AR32沸点（℃）-40.8-37.1-42.1-51.4-39.1-51.7ODP（臭氧消耗潜能值）0.0500000GWP（温室效应值）181012～20210023001100POCP（光雾效应值）～15.5220///从环保性能看，这四种制冷剂选用时，排序如上。18R161、R290和R22的基本性能见表5。对我国低GWP制冷剂选用的一些看法家用空调器表5HFC-161、HCFC-22和HC-290的基本性能名称HFC-161HCFC-22HC-290化学式CF3CH2FCHClF2CH3CH2CH3分子量48.0686.4744.1沸点（℃）-37.1-40.8-42.1临界温度（℃）102.296.196.7临界压力（MPa)5.094.994.25液体密度(g/cm3@25℃)0.6441.190.493相对气体密度（空气=1）1.6631.56燃烧热MJ/KG2.2-50.419对我国低GWP制冷剂选用的一些看法家用空调器几种制冷剂的可燃性比较见表6。表6HFC-161与其它常用的物质可燃性比较工质HFC-161HC-290HC-600aLFL（%）3.82.11.7工质HFC-152aHCFC-141bHCFC-142bLFL（%）4.85.8620对我国低GWP制冷剂选用的一些看法家用空调器几种制冷剂的安全性见表7。表7HFC-161与其它HCFC-22替代品安全性比较工质HFC-161HCFC-22HC-290HFC-125HFC-32HFC-152aLC50(50%致死)ppm,rat,4hr256000220000/800000760000383000ASHRAE34安全类别/A1A3A1A2A2表7中，R161的安全性类别待定。上海市预防医学研究院以R161对大鼠进行毒性实验，认为其安全性与R22、R410相当。21对我国低GWP制冷剂选用的一些看法家用空调器作为R22的替代品之一的R410A，虽然目前被制造商广泛选用，但其GWP比R22高16%，能效比降低了6%，因而从长远看，前景并不乐观。R290因其可燃性强，宜用于灌注量小的空调器。其灌注量应符合欧盟IEC60335-2-40和EN378-1的规定。R161与国产矿物油KRA/B-N46有良好相溶性，可直接使用R22的润滑油。它的能效比略高于R22，排气温度略低于R22，但单位容积制冷量小于R22。22对我国低GWP制冷剂选用的一些看法家用空调器R161、R290及R22的理论循环比较，见表8。表8HFC-161与HCFC-22、HC-290理论循环比较工质蒸发压力冷凝压力单位质量制冷量单位容积制冷量单位容积耗功能效比COP排气温度PePcq0qvwvT2工况：蒸发温度7.2℃，吸气温度35℃，冷凝温度54.4℃，过冷度8.3℃，机械效率1.0/MPaMPaKJ/KgKJ/m3KW/m3/℃R220.62542.146170.83943.8824.34.784101.9R1610.53801.893316.23481.4711.34.89595.44R2900.58741.8833083425.0698.34.90583.95工况：蒸发温度7.2℃，吸气温度18.3℃，冷凝温度54.4℃，过冷度8.3℃，机械效率1.0R220.62542.146158.93969.3816.94.859384.99R1610.53801.893290.93464.6706.34.905679.0R2900.58741.883277.03329.5694.84.792468.723在吸气温度18.3℃时，R161的能效比和制冷量高于R290；吸气温度35℃时，能效比和R290接近，制冷量高于R290。24汽车空调器对我国低GWP制冷剂选用的一些看法R134a的替代物有CO2、R152a以及正在研制的R1234yf(由Dupont、Honeywell等公司研制)。R1234yf的GWP仅为4，热力性质与R134a相近，已通过急性和次慢性试验，但慢性试验尚未完成。25对我国低GWP制冷剂选用的一些看法冷水机组虽然目前尚未见新替代工质的报导，但为时不会太久。因为R134a的替代物将很快确定。此外，R123似在重新审查，因它的ODP虽不为零（0.02），但其它性能均佳，且GWP远低于R134a，只有93。26制冷剂发展及替代