制冷劑R22與R134a的應(yīng)用比較
目前全社會(huì)越來(lái)越重視環(huán)保問(wèn)題，部分地區(qū)政府相關(guān)職能部門也發(fā)出了全面禁氟的政策法令，但禁氟不僅是錯(cuò)誤的概念，也導(dǎo)致了廣大用戶和生產(chǎn)廠家的應(yīng)用困惑。本文從氟利昂概念、國(guó)際公約、國(guó)家政策、應(yīng)用特性入手對(duì)常用制冷劑R22和R134a做全面分析，以明確制冷劑R22的優(yōu)勢(shì)地位。
一、氟利昂的概念
目前，國(guó)內(nèi)很多用戶都要求生產(chǎn)廠家采用R134a等環(huán)保冷媒，拒絕使用氟里昂R22冷媒，理由是響應(yīng)國(guó)家號(hào)召保護(hù)環(huán)境。其實(shí)R22和R134a都是氟利昂家族的成員，屬于氫氯氟烴類。氟里昂是飽和烴類（碳?xì)浠衔铮┑柠u族衍生物的總稱。從氟里昂的定義可以看出，現(xiàn)在人們所謂的環(huán)保冷媒R134a、R410A及R407C等其實(shí)都屬于氟里昂家族。所以禁氟這一概念把該禁不該禁的內(nèi)容混為一談。
氟里昂之所以能夠破壞臭氧層是因?yàn)橹评鋭┲泻?/span>CL元素，而且隨著CL原子數(shù)量的增加對(duì)臭氧層破壞能力也增加，隨著H元素含量的增加對(duì)臭氧層破壞能力降低；造成溫室效應(yīng)主要是因?yàn)橹评鋭┰诰徛趸纸膺^(guò) 程中，生成大量的溫室氣體，如CO2等。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的不同，氟里昂制冷劑大致可以分為以下三大類：
1.氯氟烴類：簡(jiǎn)稱CFC，主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等，由于其對(duì)臭氧層的破壞作用最大，被《蒙特利爾議定書》列為一類受控物質(zhì)。此類物質(zhì)目前已被我國(guó)逐步禁止使用。
2.氫氯氟烴：簡(jiǎn)稱HCFC，主要包括R22、R123、R141b、R142b等，臭氧層破壞系數(shù)僅僅是R11的百分之幾，因此，《中國(guó)消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國(guó)家方案》將HCFC類物質(zhì)視為CFC類物質(zhì)的最重要的過(guò)渡性替代物質(zhì)。
3.氫氟烴類：簡(jiǎn)稱HFC，主要包括R134a，R125，R32，R407C，R410A、R152等，臭氧層破壞系數(shù)為0，但是氣候變暖潛能值較高。
我國(guó)目前所使用的所有制冷劑（包括環(huán)保冷媒）全部都是氟里昂制品，理想的非氟里昂制冷劑到目前為止還沒(méi)有研發(fā)出來(lái)。在新的制冷劑研發(fā)出來(lái)之前，我們所要解決的是空調(diào)機(jī)組選用那種制冷劑，對(duì)我們賴以生存的環(huán)境造成的破壞力相對(duì)小一些。
二、國(guó)際公約和《國(guó)家方案》
保護(hù)臭氧層的全球合作行動(dòng)始于1985年保護(hù)臭氧層維也納公約的協(xié)商與締結(jié)。在聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的倡議下，1987年簽署了關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的《蒙特利爾議定書》，該議定書于1989年1月1日生效，之后還實(shí)施了倫敦修正案（1990年）、哥本哈根修正案（1992年）、維也納調(diào)正案（1995年）和北京修正案（1999年）。為防止氣候變暖，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署在1988年設(shè)立了國(guó)際間有關(guān)氣候變化政府協(xié)商組織，并于1997年12月在日本召開(kāi)了第三屆締約國(guó)京都會(huì)議，形成了消減溫室氣體的決議案。下表為各議案的匯總表：
國(guó)際公約對(duì)CFCs、 HCFCs、HFCs的規(guī)定
國(guó)際規(guī)定 CFCs HCFCs HFCs
蒙特利爾議定書 蒙特利爾議定書 京都議定書
發(fā)達(dá)國(guó)家
1996．1.1禁止生產(chǎn)和消費(fèi) 2004年消減35%
2010年消減65%
2015年消減90%
2020年禁止
2030年前可作為補(bǔ)充用，可生產(chǎn)基準(zhǔn)年的0.5%以下 2008-2012年平均減少排放5.2%
發(fā)展中
國(guó)家 2010.1.1禁止生產(chǎn)和消費(fèi) 2016.1.1消費(fèi)凍結(jié)在2015年水平
2040.1.1禁止消費(fèi)
美國(guó) 1996.1.1禁止生產(chǎn)和消費(fèi) 2010.1.1凍結(jié)R22和R142b
生產(chǎn)、禁止生產(chǎn)R22新設(shè)備
2015.1.1凍結(jié)R123和R124生產(chǎn)
2020.1.1禁用R22和R141b、
禁止生產(chǎn)R123和R124新設(shè)備
2030.1.1禁用R123和R124
歐共體 1996.1.1禁止生產(chǎn)和消費(fèi) 2000.1.1年消減50%
2004.1.1年消減75%
2007.1.1年消減90%
2015.1.1年消減100%
從上表可知，發(fā)達(dá)國(guó)家從2004年就要開(kāi)始消減R22的生產(chǎn)和消費(fèi)量，我國(guó)的任務(wù)是在2016年將消費(fèi)凍結(jié)在2015年水平上。所以在2015年以前不但可以繼續(xù)消費(fèi)HCFCs（包括R22、R123和R141b等），而且還可以擴(kuò)大HCFCs的生產(chǎn)和消費(fèi)，直到2040年才禁止消費(fèi)包括R22在內(nèi)的HCFCs。在這里應(yīng)該搞清楚發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家淘汰和限制R22、R123和R141b等HCFCs制冷劑的時(shí)間表是不同的。
中國(guó)政府 1993年1月批準(zhǔn)實(shí)施《中國(guó)消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國(guó)家方案》(以下簡(jiǎn)稱《國(guó)家方案》),通過(guò)實(shí)施《國(guó)家方案》，有效地控制了中國(guó)消耗臭氧層物質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱ODS)生產(chǎn)和消費(fèi)的增長(zhǎng)勢(shì)頭,建立了實(shí)施《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》多邊基金項(xiàng)目管理體制，并實(shí)現(xiàn)了在氣霧劑行業(yè)(尚無(wú)替代技術(shù)的產(chǎn)品除外)禁止使用氯氟化碳物質(zhì)(亦稱全氯氟烴類物質(zhì)，以下簡(jiǎn)稱CFCs)，為中國(guó)進(jìn)一步的履約工作奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)中國(guó)ODS替代品的需求應(yīng)逐步由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)滿足的戰(zhàn)略,對(duì)中國(guó)未來(lái)所需的主要替代品HCFC-22、HCFC-141b、HFC-134a、異丁烷和環(huán)戊烷等的消費(fèi)需求進(jìn)行了估算，并據(jù)此制定了替代品生產(chǎn)計(jì)劃，見(jiàn)下表。
一、氟利昂的概念
目前，國(guó)內(nèi)很多用戶都要求生產(chǎn)廠家采用R134a等環(huán)保冷媒，拒絕使用氟里昂R22冷媒，理由是響應(yīng)國(guó)家號(hào)召保護(hù)環(huán)境。其實(shí)R22和R134a都是氟利昂家族的成員，屬于氫氯氟烴類。氟里昂是飽和烴類（碳?xì)浠衔铮┑柠u族衍生物的總稱。從氟里昂的定義可以看出，現(xiàn)在人們所謂的環(huán)保冷媒R134a、R410A及R407C等其實(shí)都屬于氟里昂家族。所以禁氟這一概念把該禁不該禁的內(nèi)容混為一談。
氟里昂之所以能夠破壞臭氧層是因?yàn)橹评鋭┲泻?/span>CL元素，而且隨著CL原子數(shù)量的增加對(duì)臭氧層破壞能力也增加，隨著H元素含量的增加對(duì)臭氧層破壞能力降低；造成溫室效應(yīng)主要是因?yàn)橹评鋭┰诰徛趸纸膺^(guò) 程中，生成大量的溫室氣體，如CO2等。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的不同，氟里昂制冷劑大致可以分為以下三大類：
1.氯氟烴類：簡(jiǎn)稱CFC，主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等，由于其對(duì)臭氧層的破壞作用最大，被《蒙特利爾議定書》列為一類受控物質(zhì)。此類物質(zhì)目前已被我國(guó)逐步禁止使用。
2.氫氯氟烴：簡(jiǎn)稱HCFC，主要包括R22、R123、R141b、R142b等，臭氧層破壞系數(shù)僅僅是R11的百分之幾，因此，《中國(guó)消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國(guó)家方案》將HCFC類物質(zhì)視為CFC類物質(zhì)的最重要的過(guò)渡性替代物質(zhì)。
3.氫氟烴類：簡(jiǎn)稱HFC，主要包括R134a，R125，R32，R407C，R410A、R152等，臭氧層破壞系數(shù)為0，但是氣候變暖潛能值較高。
我國(guó)目前所使用的所有制冷劑（包括環(huán)保冷媒）全部都是氟里昂制品，理想的非氟里昂制冷劑到目前為止還沒(méi)有研發(fā)出來(lái)。在新的制冷劑研發(fā)出來(lái)之前，我們所要解決的是空調(diào)機(jī)組選用那種制冷劑，對(duì)我們賴以生存的環(huán)境造成的破壞力相對(duì)小一些。
二、國(guó)際公約和《國(guó)家方案》
保護(hù)臭氧層的全球合作行動(dòng)始于1985年保護(hù)臭氧層維也納公約的協(xié)商與締結(jié)。在聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的倡議下，1987年簽署了關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的《蒙特利爾議定書》，該議定書于1989年1月1日生效，之后還實(shí)施了倫敦修正案（1990年）、哥本哈根修正案（1992年）、維也納調(diào)正案（1995年）和北京修正案（1999年）。為防止氣候變暖，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署在1988年設(shè)立了國(guó)際間有關(guān)氣候變化政府協(xié)商組織，并于1997年12月在日本召開(kāi)了第三屆締約國(guó)京都會(huì)議，形成了消減溫室氣體的決議案。下表為各議案的匯總表：
國(guó)際公約對(duì)CFCs、 HCFCs、HFCs的規(guī)定
國(guó)際規(guī)定 CFCs HCFCs HFCs
蒙特利爾議定書 蒙特利爾議定書 京都議定書
發(fā)達(dá)國(guó)家
1996．1.1禁止生產(chǎn)和消費(fèi) 2004年消減35%
2010年消減65%
2015年消減90%
2020年禁止
2030年前可作為補(bǔ)充用，可生產(chǎn)基準(zhǔn)年的0.5%以下 2008-2012年平均減少排放5.2%
發(fā)展中
國(guó)家 2010.1.1禁止生產(chǎn)和消費(fèi) 2016.1.1消費(fèi)凍結(jié)在2015年水平
2040.1.1禁止消費(fèi)
美國(guó) 1996.1.1禁止生產(chǎn)和消費(fèi) 2010.1.1凍結(jié)R22和R142b
生產(chǎn)、禁止生產(chǎn)R22新設(shè)備
2015.1.1凍結(jié)R123和R124生產(chǎn)
2020.1.1禁用R22和R141b、
禁止生產(chǎn)R123和R124新設(shè)備
2030.1.1禁用R123和R124
歐共體 1996.1.1禁止生產(chǎn)和消費(fèi) 2000.1.1年消減50%
2004.1.1年消減75%
2007.1.1年消減90%
2015.1.1年消減100%
從上表可知，發(fā)達(dá)國(guó)家從2004年就要開(kāi)始消減R22的生產(chǎn)和消費(fèi)量，我國(guó)的任務(wù)是在2016年將消費(fèi)凍結(jié)在2015年水平上。所以在2015年以前不但可以繼續(xù)消費(fèi)HCFCs（包括R22、R123和R141b等），而且還可以擴(kuò)大HCFCs的生產(chǎn)和消費(fèi)，直到2040年才禁止消費(fèi)包括R22在內(nèi)的HCFCs。在這里應(yīng)該搞清楚發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家淘汰和限制R22、R123和R141b等HCFCs制冷劑的時(shí)間表是不同的。
中國(guó)政府 1993年1月批準(zhǔn)實(shí)施《中國(guó)消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國(guó)家方案》(以下簡(jiǎn)稱《國(guó)家方案》),通過(guò)實(shí)施《國(guó)家方案》，有效地控制了中國(guó)消耗臭氧層物質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱ODS)生產(chǎn)和消費(fèi)的增長(zhǎng)勢(shì)頭,建立了實(shí)施《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》多邊基金項(xiàng)目管理體制，并實(shí)現(xiàn)了在氣霧劑行業(yè)(尚無(wú)替代技術(shù)的產(chǎn)品除外)禁止使用氯氟化碳物質(zhì)(亦稱全氯氟烴類物質(zhì)，以下簡(jiǎn)稱CFCs)，為中國(guó)進(jìn)一步的履約工作奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)中國(guó)ODS替代品的需求應(yīng)逐步由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)滿足的戰(zhàn)略,對(duì)中國(guó)未來(lái)所需的主要替代品HCFC-22、HCFC-141b、HFC-134a、異丁烷和環(huán)戊烷等的消費(fèi)需求進(jìn)行了估算，并據(jù)此制定了替代品生產(chǎn)計(jì)劃，見(jiàn)下表。
替代品生產(chǎn)計(jì)劃(噸/年)
替代品 1999 2005 2010
HCFC-22 15000 33000 45000
HCFC-141b 2500 5200 12000
HFC-134a 2000 11000 20000
HFC-152a 130 160 200
異丁烷 80 100 120
環(huán)戊烷 1100 1400 1800
丁烷 850 3300 4400
戊烷 400 2700 9500
二氯甲烷 650 4600 44000
丙丁烷 60000 70000 80000
根據(jù)《國(guó)家方案》不難看出，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，HCFC-22（R22）在空調(diào)、制冷行業(yè)仍將扮演十分重要的角色，各種媒體所謂的禁氟是指禁止使用氯氟化碳CFCs物質(zhì)，而非HCFCs、HFCs物質(zhì)。
三、R22與R134a的應(yīng)用特性差別
選擇一種合適的制冷劑替代物是十分困難的，必須考慮許多因素和進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，既要符合消耗臭氧潛能值(ODP)、全球變暖潛能值(GWP)等方面的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮熱工性能、毒性、可燃性、相容性、投資和運(yùn)行成本等。下面將R22與R134a的應(yīng)用特性分析如下：
1、R134a的全球變暖潛能值(GWP)為0.25， R22為0.36 ，同屬于溫室氣體。
2、R134a的消耗臭氧潛能值(ODP)為0， R22為0.06，這是R134a成為環(huán)保型制冷劑的理由。
3、R134a的比容是R22的1.47倍，且蒸發(fā)潛熱小，因此R134a機(jī)組的冷凍能力僅為R22機(jī)組的60% 。按單位制冷量?jī)r(jià)格計(jì)算，R22機(jī)組的價(jià)格約為R134a機(jī)組的60%左右。
4、R134a的熱傳導(dǎo)率比R22下降10%，因此R134a機(jī)組的換熱器的換熱面積需要更大。
5、R134a的吸水性很強(qiáng)，是R22的20倍，因此對(duì)機(jī)組系統(tǒng)中干燥器的要求更高，以避免發(fā)生冰堵現(xiàn)象。
6、R134a比 R22對(duì)橡膠類物質(zhì)的膨潤(rùn)作用較強(qiáng)，在實(shí)際運(yùn)行中冷媒泄漏率較高。另外對(duì)銅的腐蝕性較強(qiáng)，使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生“鍍銅現(xiàn)象”，因此系統(tǒng)中必須增加添加劑。
7、R134a系統(tǒng)需要專用的壓縮機(jī)及專用的脂類潤(rùn)滑油，脂類潤(rùn)滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高擴(kuò)散性，在系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性上劣于R22系統(tǒng)所使用的礦物油。
8、R134a等HFCs類冷媒及其專用脂類油的價(jià)格高于R22，設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本更高。
被稱為環(huán)保制冷劑的 HFCs類的其他制冷劑如R410A、 R440A、R407C，雖然在效率方面優(yōu)于R134a，但同樣存在工作壓力太高、對(duì)管道部件最適化和耐壓要求高、須改進(jìn)換熱器和機(jī)組設(shè)計(jì)、投資運(yùn)行維護(hù)成本高等缺點(diǎn)，在大型制冷機(jī)組的應(yīng)用方面現(xiàn)階段還不適應(yīng)我國(guó)的基本國(guó)情，這就是國(guó)際公約中對(duì)發(fā)展中國(guó)家放寬使用HCFCs年限的原因，也是發(fā)展中國(guó)家集體努力爭(zhēng)取的結(jié)果。
綜上所述，在短期內(nèi)理想的制冷劑是不存在的，在我國(guó)現(xiàn)階段R22制冷劑與R134a類環(huán)保制冷劑相比，仍然具有高效、穩(wěn)定、價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，在大型制冷機(jī)組的應(yīng)用方面還將處于優(yōu)勢(shì)地位，在理想的制冷劑出世之前，R22制冷劑還可以被消費(fèi)到2040年。
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