汽車新型制冷劑CO2 可行性分析

任凱

（渭南職業(yè)技術學院，陜西 渭南714000）

1 概述

隨著近幾十年經濟的高速發(fā)展，轎車數量快速增長，汽車零部件行業(yè)也得到了飛速的發(fā)展，汽車空調也因此發(fā)展十分快速。隨著汽車空調的發(fā)展，制冷劑的大量使用，全球氣溫變暖、氣候異常等環(huán)境問題日益加劇，環(huán)保問題成為整個國際社會的焦點問題之一。目前汽車制冷空調行業(yè)大量使用R12 和R134A 制冷劑，造成大氣臭氧層空洞和溫室效應的危害，已被人們廣泛認同。R12 對于臭氧層和大氣變暖的不利影響，為了保護環(huán)境，R12 已被禁止使用。R134A 制冷劑，因為對于臭氧層沒有破壞力，成為替代R12 的重要制冷劑。但R134A 化學性質穩(wěn)定，不易分解，長期使用會積累在大氣層，最終形成溫室效應。目前看來，任何一種人工合成物質如果排放到自然界中，都會污染環(huán)境，因此，從自然界中找一種物質，代替人工合成物作為制冷劑，能有效保護環(huán)境。而CO2正好滿足這點，可以作為制冷劑研究。下面我們將對比CO2和R134A 這兩種制冷劑，綜合分析CO2作為制冷劑的可行性。

2 CO2 的物理性質

在常溫常壓下，CO2是無色無味的氣體，不會破壞臭氧層，對全球變暖的作用很小，儲量豐富，既可以自然提取也可以利用工業(yè)廢氣提取，安全性和化學穩(wěn)定性強，不可燃，即便在高溫下也不分解產生有害氣體，可適應各種潤滑油和常用機械零部件材料。優(yōu)良的傳熱特性,導熱系數較大，換熱效果好。在制冷壓縮比方面，CO2比較低，但是壓縮機容積效率比較高[1]。還有CO2和R134A 的GWP 值都比較低，遠遠小于150，可以滿足全球各地環(huán)保法規(guī)的要求[2]。綜上所述，CO2具有十分好的環(huán)保性、流動傳熱特性，可以作為制冷劑使用。 （轉下頁）

3 制冷劑制造過程的環(huán)保問題

前面提到R134A 和CO2這兩種制冷劑的GWP 值都小于150，因此，他們都滿足全球各地的環(huán)保法規(guī)的要求。但這兩種制冷劑在制造過程中的環(huán)保問題還是需多加注意。經過調查，在制冷劑的生產環(huán)節(jié)，R134A 如果操作不當，很容易造成制冷劑的泄露，對人員和設備要求很高；而CO2由于存在于大氣中，則不會污染環(huán)境，同時，使用CO2做為制冷劑，在一定程度上保護了環(huán)境，可以減少CO2的排放[3]。由此可見，在環(huán)保方面，采用CO2制冷劑更安全環(huán)保。

4 空調制冷性能的比較

CO2雖然有很多優(yōu)點，但是其缺點也十分明顯，CO2會是隨著冷卻溫度的升高，COP 值會迅速下降，十分影響制冷效果。另一邊R134A 物理性質穩(wěn)定，不會隨著溫度的升高降低有大的改變，制冷效果良好。但R134A 是有毒氣體，容易發(fā)生燃燒，燃燒也會生成氟化氫等有毒氣體，而氟化氫具有強烈的腐蝕性。如果人體接觸這些有毒氣體，會對人體產生巨大傷害，嚴重者會危及生命。由此也可見防止R134A 泄漏和燃燒的重要性，這就要求空調系統(tǒng)設計人員在進行R134A 系統(tǒng)設計時必須考慮密封和燃燒問題[4]。另外，在汽車運行壓力方面，目前R134A 制冷劑在汽車上使用正常，沒有發(fā)生因高壓導致爆炸的事例。而CO2運行壓力要比R134A 壓力低的多。因此，使用CO2應該也不會發(fā)生因壓力過高而爆炸的事。

5 應用成本的比較

目前R134A 在國內使用非常廣泛，因此也就誕生了各種各樣的大小企業(yè)來生產R134A, 因此其價格主要根據市場供求關系決定。據調查，目前R134A 制造成本在每噸2 萬元左右，其市場銷售價在每噸4 萬元左右，每瓶制冷劑的成本在20 元左右，每臺車加4 瓶左右，那么一臺車加注成本有100 元，這次不算人工費[5]。而CO2通常是大氣產物或者其他工業(yè)產品的副產品，因而價格非常低廉便宜，其價格主要由人工、包裝、運輸的成本決定，各地區(qū)有些差異，但是不會太大，通常在每噸600 元左右。按此計算，每輛車的制冷劑成本約為1.2 元。通過對比，可以看出R134A 的價格偏高，CO2更加實惠。

6 可持續(xù)發(fā)展應用的比較

目前看來R12 和R134A 這類化學合成制冷劑都是不可持續(xù)發(fā)展的制冷劑，R12 已經被禁用使用，R134A 也已經被大多歐美國家禁用，我國雖然還沒有禁用，但也出臺了很多相關文件，相信后面也會禁用[6]。但對于天然制冷劑CO2來講，基本不存在污染和破壞環(huán)境的風險，根本不可能被禁用，因為CO2長期存在于大氣中，是大氣的組成部分，使用CO2作為汽車空調制冷劑對環(huán)境不會造成影響，自然也就不可能被禁止使用。

另外，隨著汽車整車技術的進步，汽車空調技術也有很大的發(fā)展[7]。由于整車是按照常規(guī)燃料動力車輛- 油電混合動力汽車- 電動汽車的方向發(fā)展，所以熱泵系統(tǒng)必將是未來汽車空調系統(tǒng)不可缺少的部分。對比CO2和R134A 在熱泵系統(tǒng)的性能比較，CO2空調系統(tǒng)在這方面占有明顯優(yōu)勢。

因此，從可持續(xù)發(fā)展應用的角度考慮，CO2空調系統(tǒng)明顯優(yōu)于R134A 空調系統(tǒng)。

7 結論

根據以上對比分析，可以得到以下結論：a. CO2的GWP 值非常低，遠遠低于150，能夠滿足歐美各國法規(guī)的要求，但R134A 不行，已經被歐美大多數國家禁用；b. CO2專用空調系統(tǒng)的制冷C0P 值高于R134A 空調系統(tǒng)，并且R134A 不適合用于低溫環(huán)境下的熱泵系統(tǒng)；c.CO2和R134A 兩種空調系統(tǒng)都可以在當前高壓下正常運行，發(fā)生安全事故的概率比較小，但必要的預防措施還是不能缺少；d.由于存在專利壟斷，目前R134A制冷劑價格偏高，批量生產的CO2和R134A 在包裝、人工、運輸成本基本相當，但CO2制冷劑目前沒有成熟的生產設備，前期開發(fā)成本要明顯高于R134A 系統(tǒng)；e. 從可持續(xù)發(fā)展應用的角度考慮，CO2不會污染破壞環(huán)境，是汽車空調系統(tǒng)最佳的制冷劑。