浅析制冷剂的替代与发展

魏恺乐 周亚华 李中伟

摘 要：制冷空调技术对人类社会的文明进步产生了巨大的推动作用。零ODP值、更低GWP值的替代制冷剂将成为未来的唯一选择。这些替代制冷剂尽管环境友好，但多存在或可燃或有毒或工作压力高等问题，也引起了人们的顾虑和担忧。实际上制冷空调行业使用这类制冷剂已有漫长的历史，长期的经验和当前国内外大量的科学研究和风险评估表明，只要采取和严格遵守相关的安全措施，能够保障这些替代制冷剂的安全使用。

关键词：制冷空调;发展现状;替代制冷剂;优选

一、制冷空调的重要性

我国作为一个制造业大国，制冷空调行业也经历着快速发展的阶段，未来新型制冷剂的发展对其的重要性不言而喻。从社会和经济层面来看，空调和制冷是至关重要的行业。社会层面：制冷空调对国家绿色经济的发展影响是多方面的，全世界从事相关行业的人数（尤其是工业、商业）超过了300万人，制冷对人的生活是不可或缺的，在食品行业，制冷有利于减少食物的损失，保持食品在生产到消费的整个阶段不变质;在医疗卫生行业，疫苗的存储需要制冷，冷冻技术用于外科手术等。经济层面：制冷运用于诸多工艺流程和高端技术，比如深度制冷技术能使天然气液化，这是一种比其它燃料更环保和节能的，此外，许多工业生产都离不开制冷。

二、替代制冷剂的发展现状

（一）碳氢化合物丙烷（R290a）和异丁烷（R600a）

考虑到经济和环境可持续发展，碳氢化合物制冷剂成为了最佳选择。碳氢化合物是天然物质，具有优良的热力性能，与矿物油良好的相溶性;它们的ODP值为0、GWP值极低、具有良好的效率、无毒性等特点。丙烷的热力学性质非常接近R22，因此丙烷可能成为R22的直接冲洗制冷剂。和R22相比，丙烷具有更好的制冷性能、换热能力以及良好的液体分离特性。此外，由于丙烷压降增加较少，更适合多流换热器，提高了系统的COP。实验结果显示，室外温度降低会增加碳氢制冷系统的制冷量以及能效比，相比较于R22系统，碳氢制冷系统具备更加完善的制冷性能。室外温度较低时，烃类系统性能较好，有利于节能。异丁烷制冷剂在蒸汽压缩制冷系统中具有更高的能效，且少于50g的加注量，其爆炸几率为0，因此，它的发展前景更为乐观。

（二）R32

R32的GWP值为675，ODP值为0，对环境的影响已有大幅降低，R32是R410A组分的一种，与R410A相比，具有相近的压力、更好的传热性能和较低粘度的特性。石林·等人研究了在家用商用空调中用R32替代R22的可行性。结果表明，R32的热性能高于R410A，COP为5.3%，但排气温度也高于24℃，因此R32排气温度过高是有待解决的主要问题之一。在降低排气温度的方案中，徐淑雪的R32准两级压缩热泵系统实验研究表明，与使用相同工质的单级系统相比，排气温度可降低10℃-20℃，并可控制在130℃以内，从而保证了机组的安全运行。供热能力提高12%。此外，秦燕等人提出了一种通过补充空气来降低R32系统排气温度的方案。R32和R410A对同一系统的对比试验结果表明，R32取代R410A后，系统的能效提高，排气温度也提高。采用供气方式后，可以有效降低排气温度，提高系统的热交换量和COP。从以上研究可以看出，R32是一种潜在的替代制冷剂。同时也应对适合R32的专用压缩机的研究更加重视，有利于R32的推广发展。

（三）氨（R717）

氨制冷剂广泛应用于工业领域，是最早的制冷剂之一。它仍然是工業系统，尤其是食品和饮料加工和制冷的选择。它的ODP和GWP值为0，物理性能使它具有良好的能效。目前，螺杆式压缩机的出现克服了排气温度高的问题。板式换热器的应用会减少制冷剂的用量，增强其安全性能。氨由于其良好的热力学和环保特性以及低廉的价格，是工业领域的首选制冷剂。氨的应用技术虽然非常成熟，但它有毒、易燃、易爆，其安全问题需要引起重视。应用氨制冷系统的企业应该更加重视安全问题，加强安全培训，严格遵循安全标准，保证安全。

三、替代制冷剂面临的主要问题

如今制冷剂的使用将在全球范围内继续扩大，尤其是发展中国家，因为制冷与空调与生产生活息息相关。但是，大气中HFCs的浓度也在高速增长，其对环境的影响包括臭氧层空洞和全球变暖。因此，制冷空调行业制冷剂的选择变得越来越重要。建议不要过度使用任何单一化合物来替代臭氧消耗物质已成为全球共识。除此之外，在体现可持续发展的基础上，中国在未来会逐步淘汰目前所使用的制冷剂R134a，并且大力开发和使用天然制冷剂的制冷系统。

四、结论

随着新型制冷剂的发展，新型制冷剂更加注重其对于环境的影响，但这些制冷剂都有着或多或少的问题，如工作压力高，易燃易爆以及具有毒性的一系列问题。在未来制冷剂的替代发展对于我们国家构建环境友好型社会起着重大作用，全社会都应积极配合，为我国绿色经济发展做贡献。

参考文献：

[1]陈伟，祁影霞，张华.HCFCs制冷剂替代物研究进展及性能分析[J].制冷技术，2011，39（12）.

[2]李峰，徐博，杨涛，等.家用空调激通道换热器流量分配特性研究[J].制冷技术，2012，32（3）.

[3]杨林德，吴建华，侯杰.分体式房间空调器R290和R1270替代R22实验研究[J].制冷学报，2013，34（2）.

[4]许树学，马国远，赵博，等.以R32为工质的准二级压缩热泵系统实验研究[J].制冷学报，2011，32（5）.

作者简介：魏恺乐（1999-），男，河北大城县人，本科在读，研究方向：能源与动力工程方面;周亚华（1999-），女，河北南宫人，本科在读，研究方向：能源与动力工程方面;李中伟（1996-），男，河北张家口人，本科在读，研究方向：能源与动力工程方面。