制冷剂：替代制冷工质的最新研究进展

1、制冷剂发展的三个阶段  

（1）第一代制冷剂

     效率低，可燃，有毒，安全性差

（2）第二代制冷剂

     臭氧空洞、温室效应

臭氧空洞

• 皮肤癌的病变概率增加

• 人体免疫力降低

• 降低农作物产量并且使质量劣化

• 对浮游植物的生长极为不利

3、制冷替代产品禁用期限

2007年9月第19次《蒙特利尔议定书》缔约国大会上决定加快淘汰HCFCS。其中规定发达国家2010年HCFCS的使用量减少75%，2015年减少90%，2020 ~2030年只保留0.5%用于维修；

对于发展中国家，HCFCS的用量以2009年和2010年的平均水平为基准，2013年HCFCS的用量不能超过这个基准，2015年减少10%,2020年减少35%，2025年减少67.5%，2030 ~2040年只留2.5%用于维修。

因此，HCFCS类制冷剂的替代面临前所未有的压力，新一代零消耗臭氧潜能值（ODP）、低全球变暖潜能值（GWP）环保制冷剂的研究已成为全球新的迫切任务。

1、HCFCS制冷剂替代物现状

目前使用的大部分制冷剂(HCFC族和HFC族)提从氟碳族物质衍生而来。物质中氟、氯和氢元素含量的变化导致化学性质变化的趋势见图。

从近10年替代物的发展看，无论从理论上或从实践上，很难找到一种完全理想的替代物。选择制冷剂，首先必须考虑环境保护，其次按照不同用途、装置大小、压缩机的结构等具体情况选择合适的制冷剂。

2、制冷剂替代选择的原则

3、两种技术方案

4、HFCS类的代表R410A

R410A是一种混合制冷剂，它是由50%R32（二氟甲烷）和50%R125（五氟乙烷）组成的混合物。其主要特点如下：

5、天然工质替代制冷工质研究技术现状

CO₂(R744)

1）对CO₂活塞式压缩机的指示效率进行了理论分析和实验研究

2）开发了制冷量为2.8kW的全封闭双极转子式CO₂压缩机

3）滑片压缩机应用于CO₂跨临界制冷循环的研究

水（R718）

1）离心式水蒸气压缩机

2）对容量为3250kW的水蒸气压缩冷水机组进行了可行性研究

氨（R717）

NH₃/CO₂复叠式制冷系统

NH₃ -  CO载冷系统

碳氢化合物（HC）

1）研究了碳氢化合物的传热特性

2）对异丁烷（R600）封闭式制冷压缩机中轴承的摩擦性能进行了研究

在制冷空调行业，传统的HCFCS替代物替代起到了积极的作用。但是这些传统的HCFCS替代物的共同缺点是较高的GWP值，泄漏后会造成较为明显的温室效应。下表给出了目前几种HCFCS主要替代物的ODP值、GWP值、大气寿命等。

1、碳氢化合物丙烷（R290a）和异丁烷（R600a）

2、二氟甲烷（R32）

R32，化学名二氟甲烷，分子式CH2F2。为不爆炸、无毒、可燃，但任然是安全的制冷剂。R32节能、绿色、不伤害臭氧层。GWP=675，ODP=0

3、氨（R717）

4、氢氟烯烃（HFO-1234yf）

5、丙烷（R290）

R290（丙烷)是一种天然工质，ODP=0，GWP=20，是一种完全环保的制冷剂。R290的热物理特性与R22极其相似，例如标准沸点、凝固点、临界温度、临界压力等。

从上图可知：

在低温区域段，R290的饱和压力线与R22的饱和压力线基本重合；

在中温区段，R290的饱和压力线与R22的饱和压力线开始拉开距离，这样就有效的降低了压缩比和压力差，提高压缩机的工作效率，降低了压缩机的排气温度和受力情况。

在当前环保和节能的双重压力下，HCFCS类制冷剂的替代将是大势所趋。目前我国是HCFCS类制冷剂产品的最大生产和消费基地，如果盲目的加速或者淘汰HCFCS类制冷剂，势必会对目前广泛使用HCFCS类制冷剂的空调家电行业构成巨大压力，从而不利于我国经济和社会的健康发展。

因此，我国在逐步替代HCFCS的过程中：

一方面应该加大自主开发力度，掌握替代转换方面的核心技术；

另一方面应该避免替代的“盲目性”，在过渡期内充分合理发挥HCFCS类制冷剂的过渡作用。最后希望国内制冷行业内人士抓住机会，大力发展我国自主品牌的绿色、节能、安全可靠地制冷剂