制冷剂发展及替代

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1.0
R22 R161
0.6254 0.5380 0.5874
2.146 1.893 1.883
158.9 290.9 277.0
3969.3 3464.6 3329.5
816.9 706.3 694.8
4.8593 4.9056 4.7924
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。
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对我国低GWP制冷剂选用的一些看法
2、空调系统
家用空调器
汽车空调器
冷水机组
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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4 HFC-161与其它 HCFC-22替代品的环保性能
工质 沸点（℃） ODP（臭氧消耗潜能值） GWP（温室效应值） POCP（光雾效应值） HCFC-22 -40.8 0.05 1810 ～1 HFC-161 -37.1 0 12 5.5 HC-290 -42.1 0 ～20 220 R410A -51.4 0 2100 / R417A -39.1 0 2300 / R32 -51.7 0 1100 /
3
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。
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第三代制冷剂
三、第三代制冷剂（以保护臭氧层为标准），1990～2010
1、一些制冷剂的ODP
制冷剂发展及替代
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从图可见
图1 大气臭氧层现状
‥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
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第三代制冷剂
3、替代制冷剂
研究表明，制冷剂的寿命要合适
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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
7
第三代制冷剂
3、替代制冷剂 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
CFC11
HCFC123(过渡)
CFC12
HCFC22
HFC134a
HFC410A
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第三代制冷剂
3、替代制冷剂 大气臭氧层现状
按美国NASA的数据，得到图1。
q0
KJ/Kg 170.8 316.2 308
qv
KJ/ m3 3943.8 3481.4 3425.0
wv
KW/m3 824.3 711.3 698.3 / 4.784 4.895 4..95
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 MPa 0.6254 0.5380 0.5874
已通过急性和次慢性试验，但慢性试验尚未完成。
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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。
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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。
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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。”
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第四代制冷剂
2、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。
分子量
沸点（℃） 临界温度（℃） 临界压力（MPa) 液体密度(g/cm3@25℃) 相对气体密度（空气=1） 燃烧热MJ/KG
18
48.06
-37.1 102.2 5.09 0.644 1.66 2.2
86.47
-40.8 96.1 4.99 1.19 3 -
44.1
-42.1 96.7 4.25 0.493 1.56 50.4
制冷剂发展及替代
制冷剂发展及替代
一、四个名词 二、第二代制冷剂 三、第三代制冷剂 四、第四代制冷剂 五、对我国低GWP制冷剂选用的一些看法
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四个名词
一、四
个
名
词
ODP GWP
1、臭氧层衰减指数 2、温室影响指数
GWP 考虑对全球气候变暖的直接影响 3、总当量温室影响指数 TEW1 TEW1 考虑直接影响和间接影响 4、光雾效应值 POCP HC、NO2等物质在阳光下产生光化学烟 雾程度的指数
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6 HFC-161与其它常用的物质可燃性比较
工质 HFC-161 HC-290 HC-600 a
LFL（%）
3.8
2.1
1.7
工质
HFC-152a
HCFC-141b
HCFC-142b
LFL（%）
4.8
5.8
6
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对我国低GWP制冷剂选用的一些看法
84.99 79.0 68.7
R290
22
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。
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对我国低GWP制冷剂选用的一些看法
汽车空调器
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，
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对我国低GWP制冷剂选用的一些看法
五、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
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对我国低GWP制冷剂选用的一些看法
1、冷藏冷冻系统 • 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%。
从环保性能看，这四种制冷剂选用时，排序如上。
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对我国低GWP制冷剂选用的一些看法
家用空调器 R161、R290和R22的基本性能见表5。 表5 HFC-161、HCFC-22和 HC-290的基本性能
名称 化学式 HFC-161 CF3CH2F HCFC-22 CHClF2 HC-290 CH3CH2CH3
家用空调器 几种制冷剂的安全性见表7。 表7 HFC-161与其它 HCFC-22替代品安全性比较
工质 HFC161 HCFC22 HC290 HFC125 HFC-32 HFC152a
LC50(50%致死)ppm,rat,4hr ASHRAE34安全类别
256000 /
220000 A1
/ A3
2、CFC类和HCFC类物质的禁用时间表
主 要 内 容
3、替代制冷剂
5
第三代制冷剂
1、一些制冷剂的ODP
R11、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。
表1
符号 制冷剂 R11 R12 R113 R114 R115 R22 R123 ODP 1.0 0.9～1.0 1.0 0.6～0.8 0.3～0.5 0.04～0.06 0.013～0.022
800000 A1
760000 A2
383000 A2
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。
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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。
CFC
HCFC
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第三代制冷剂
2、CFC类和HCFC类物质的禁用时间表 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。
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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8
工质 蒸发压力 冷凝压力
HFC-161与 HCFC-22、HC-290理论循环比较
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
Pe
/ R22 R161 R290
Pc
MPa 2.146 1.893 1.883