如何選用制冷劑

閆庚禮

摘要：制冷劑的選擇與設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)計思路密切相關(guān)。與采用的壓縮機型式、熱力循環(huán)效率、制冷工況、對材料的腐蝕性、與潤滑油的相溶性、以及經(jīng)濟性、安全性等有很大關(guān)系。

關(guān)鍵詞：制冷劑 選擇 分析

0 引言

由于家用冰箱、空調(diào)及冷柜都用到氟里昂制冷劑，為人們普遍認知。因而制冷空調(diào)行業(yè)成了破壞臭氧層和制造溫室效應(yīng)的眾矢之的。但人們很少知道，氟里昂大部分排放是由于化工工業(yè)生產(chǎn)過程造成的，空調(diào)制冷劑的泄漏只是一小部分。工業(yè)上如滅火、發(fā)泡等是一次性使用，大量的氟里昂物質(zhì)排放到大氣中，而空調(diào)制冷劑是密封在機組的循環(huán)系統(tǒng)中，只是存在機組泄漏的可能。

1 常用制冷劑

首先了解氟里昂的定義，氟里昂是飽和烴類（碳氫化合物）的鹵族衍生物的總稱，是本世紀三十年代隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一類制冷劑，它的出現(xiàn)解決了制冷空調(diào)界對制冷劑的尋求。從氟里昂的定義可以看出，現(xiàn)在人們所說的非氟里昂的R134a、R410A及R407C等其實都是氟里昂。

氟里昂能夠破壞臭氧層是因為制冷劑中有CL元素的存在，而且隨著CL原子數(shù)量的增加，對臭氧層破壞能力增加，隨著H元素含量的增加對臭氧層破壞能力降低；造成溫室效應(yīng)主要是因為制冷劑在緩慢氧化分解過程中，生成大量的溫室氣體，如CO2等。根據(jù)氟里昂制冷劑的分子結(jié)構(gòu)，大致可以分為以下3類：

1.1 氯氟烴類：簡稱CFC，主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等，由于對臭氧層的破壞作用以及最大，被《蒙特利爾議定書》列為一類受控物質(zhì)。此類物質(zhì)目前已禁止使用，在制造聚氨酯海綿的過程中，R11已由R141b作為過渡性替代品。

1.2 氫氯氟烴：簡稱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，目前HCFC類物質(zhì)被視為CFC類物質(zhì)的最重要的過渡性替代物質(zhì)。在《蒙特利爾議定書》中R22被限定2020年淘汰，R123被限定2030年，發(fā)展中國家可以推遲10年。

1.3 氫氟烴類：簡稱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很高。在《蒙特利爾議定書》沒有規(guī)定其使用期限，在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》京都議定書中定性為溫室氣體。

2 常用制冷劑性能比較

目前，在空調(diào)制冷行業(yè)中，除了汽車空調(diào)行業(yè)外，其他領(lǐng)域的制冷設(shè)備如：家用冰箱、空調(diào)、食品冷凍冷藏柜、運輸冷藏設(shè)備、速凍機、中央空調(diào)等基本上還是以過渡性冷媒R22為主要的產(chǎn)品。評價一種制冷劑的好壞，我認為應(yīng)當綜合考慮下列因素：

2.1 臭氧層破壞潛能值（Ozeme Depletion Potential），簡稱ODP值；

2.2 全球變暖潛能值（Global Warming Potential），簡稱GWP值；

2.3 理想循環(huán)狀況下的制冷系數(shù)（Coefficient of Performance），簡稱COP值；

2.4 經(jīng)濟性。下面列舉幾種制冷劑的物理性質(zhì)的對比。

幾種制冷劑的物理性質(zhì)

制冷劑R22R123R134aR407CR410A

分子量86.48152.91102.0386.272.56

大氣壓下沸點(℃) -40.827.6-26.1-36.6-52.7

臨界溫度(℃)96.0184101.187.372.5等

應(yīng)用廣泛應(yīng)用于家庭、商業(yè)、工業(yè)空調(diào)、冷凍離心式冷水機組 螺桿式、離心式冷水機組理論上同R22但許多實際技術(shù)尚未解決 家用空調(diào)、冰箱。

從上表不難看出，雖然R134a、R407C及R410A對臭氧層破壞力為0，但其溫室效應(yīng)指數(shù)卻是R123的十幾倍；從其壽命上看，R22及R134a比R123的壽命長十倍，壽命越長，大氣中積存的R22、R134a越多，溫室效應(yīng)隱患越來越大，長時間的積累就形成“消化不良”的病態(tài)。

目前空調(diào)制冷行業(yè)普遍R22，其主要原因是R22在空調(diào)溫區(qū)內(nèi)具有優(yōu)越的物理特性和制冷性能，而且性能穩(wěn)定，技術(shù)成熟，價格低廉。HFC類物質(zhì)由于對臭氧層無破壞作用，被認為是將來替代HCFC的首選物質(zhì)。用來替代R22的主要物質(zhì)有R134a、R407C及R410A，但是這些HFC類物質(zhì)由于物理特性的限制，很多技術(shù)問題尚懸而未決，均不是R22最理想的替代物。

2.4.1 R22與R123的比較：①R22與R123同屬氫氯氟烴，但R22的臭氧層破壞力是R123的2.5倍，溫室效應(yīng)指數(shù)是R123的17倍。②R123是低壓制冷劑，工作時蒸發(fā)器為負壓，冷凝器為0.04Mpa，停機時機內(nèi)為－0.004Mpa，因此，即便機組泄漏也只存在外界空氣進入機組的可能。③R22臨界壓力比R123高1300kPa，機組內(nèi)部提高，泄漏幾率提高。

2.4.2 R22與R134a的比較：①R134a的比容是R22的1.47倍，且蒸發(fā)潛熱小，因此就同排氣體積的壓縮機而言，R134a機組的冷凍能力僅為R22機組的60%。②R134a的熱傳導(dǎo)率比R22下降10%，因此換熱器的換熱面積增大。③R134a的吸水性很強，是R22的20倍，因此對R134a機組系統(tǒng)中干燥器的要求較高，以避免系統(tǒng)的冰堵現(xiàn)象。④R134a對銅的腐蝕性較強，使用過程中會發(fā)生“鍍銅現(xiàn)象”因此系統(tǒng)中必須增加添加劑。⑤R134a對橡膠類物質(zhì)的膨潤作用較強，在實際使用過程中，冷媒泄漏率高。⑥R134a系統(tǒng)需要專用的壓縮機及專用的脂類潤滑油，脂類潤滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高擴散性，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。⑦目前，HFC類冷媒及其專用脂類油的價格高于R22，設(shè)備的運行成本將上升。

2.4.3 R22與R407C的比較 R407C在熱工特性上與R22最為接近，除了在制冷性能、效率上略差以及上述HFC類物質(zhì)所具有的技術(shù)問題之外，還由于這類物質(zhì)屬于非共沸混合物，其成分濃度隨溫度、壓力的變化而變化，這對空調(diào)系統(tǒng)的生產(chǎn)、調(diào)試及維修都帶來一定的困難，對系統(tǒng)熱傳導(dǎo)性能也會產(chǎn)生一定的影響。特別是當R407C泄漏時，系統(tǒng)制冷劑在一般情況下均需要全部置換，以保證各混合組分的比例，達到最佳制冷效果。

3 小結(jié)

3.1 制冷劑的選擇與設(shè)備生產(chǎn)廠商的技術(shù)及設(shè)計思路密切相關(guān)。與采用的壓縮機型式、熱力循環(huán)效率、制冷工況、對材料的腐蝕性、與潤滑油的相溶性、以及經(jīng)濟性、安全性等有很大關(guān)系，可以理解為廠商的“個性”。

3.2 有的制冷機組廠家聲稱采用無氟的制冷劑或如何環(huán)保的制冷劑，把冷水機組的銷售變成制冷劑選用的無謂的“舌戰(zhàn)”，給不太了解氟里昂制冷劑的用戶造成困惑，恰恰忽劣了機組本身的性能。

3.3 有些制冷劑生產(chǎn)廠宣傳自己生產(chǎn)的制冷劑是無氟的，據(jù)有關(guān)權(quán)威機構(gòu)化驗，其大部分組成成分為R22，這種做法說的利害一些是商業(yè)炒作行為。更有甚者有些媒體也宣稱要告別“用氟時代”，其充當?shù)哪_色是為愚弄人者搖旗吶喊，更為這些現(xiàn)代的無知感到悲哀。

3.4 我國沒有承諾何時終止使用R22、R123等制冷劑的時間，關(guān)于制冷劑選擇的焦慮是沒有必要的，用戶大可不必把心思花費到考慮選用何種制冷劑上，這些事情應(yīng)交由設(shè)備生產(chǎn)廠商去考慮，因為這些是他們最關(guān)心的。