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制冷剂R22与R134a的应用比较
    目前全社会越来越重视环保问题,部分地区政府相关职能部门也发出了全面禁氟的政策法令,但禁氟不仅是错误的概念,也导致了广大用户和生产厂家的应用困惑。本文从氟利昂概念、国际公约、国家政策、应用特性入手对常用制冷剂R22和R134a做全面分析,以明确制冷剂R22的优势地位。
一、氟利昂的概念
    目前,国内很多用户都要求生产厂家采用R134a等环保冷媒,拒绝使用氟里昂R22冷媒,理由是响应国家号召保护环境。其实R22和R134a都是氟利昂家族的成员,属于氢氯氟烃类。氟里昂是饱和烃类(碳氢化合物)的卤族衍生物的总称。从氟里昂的定义可以看出,现在人们所谓的环保冷媒R134a、R410A及R407C等其实都属于氟里昂家族。所以禁氟这一概念把该禁不该禁的内容混为一谈。
   氟里昂之所以能够破坏臭氧层是因为制冷剂中含有CL元素,而且随着CL原子数量的增加对臭氧层破坏能力也增加,随着H元素含量的增加对臭氧层破坏能力降低;造成温室效应主要是因为制冷剂在缓慢氧化分解过程中,生成大量的温室气体,如CO2等。根据分子结构的不同,氟里昂制冷剂大致可以分为以下三大类:
1.氯氟烃类:简称CFC,主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等,由于其对臭氧层的破坏作用最大,被《蒙特利尔议定书》列为一类受控物质。此类物质目前已被我国逐步禁止使用。
2.氢氯氟烃:简称HCFC,主要包括R22、R123、R141b、R142b等,臭氧层破坏系数仅仅是R11的百分之几,因此,《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》将HCFC类物质视为CFC类物质的最重要的过渡性替代物质。
3.氢氟烃类:简称HFC,主要包括R134a,R125,R32,R407C,R410A、R152等,臭氧层破坏系数为0,但是气候变暖潜能值较高。
    我国目前所使用的所有制冷剂(包括环保冷媒)全部都是氟里昂制品,理想的非氟里昂制冷剂到目前为止还没有研发出来。在新的制冷剂研发出来之前,我们所要解决的是空调机组选用那种制冷剂,对我们赖以生存的环境造成的破坏力相对小一些。
二、国际公约和《国家方案》
    保护臭氧层的全球合作行动始于1985年保护臭氧层维也纳公约的协商与缔结。在联合国环境规划署的倡议下,1987年签署了关于消耗臭氧层物质的《蒙特利尔议定书》,该议定书于1989年1月1日生效,之后还实施了伦敦修正案(1990年)、哥本哈根修正案(1992年)、维也纳调正案(1995年)和北京修正案(1999年)。为防止气候变暖,联合国环境规划署在1988年设立了国际间有关气候变化政府协商组织,并于1997年12月在日本召开了第三届缔约国京都会议,形成了消减温室气体的决议案。下表为各议案的汇总表:
国际公约对CFCs、 HCFCs、HFCs的规定
国际规定
CFCs
HCFCs
HFCs
蒙特利尔议定书
蒙特利尔议定书
京都议定书
发达国家
 
1996.1.1禁止生产和消费
2004年消减35%
2010年消减65%
2015年消减90%
2020年禁止
2030年前可作为补充用,可生产基准年的0.5%以下
2008-2012年平均减少排放5.2%
 
发展中
国家
2010.1.1禁止生产和消费
2016.1.1消费冻结在2015年水平
2040.1.1禁止消费
 
美国
1996.1.1禁止生产和消费
2010.1.1冻结R22和R142b
生产、禁止生产R22新设备
2015.1.1冻结R123和R124生产
2020.1.1禁用R22和R141b、
禁止生产R123和R124新设备
2030.1.1禁用R123和R124
 
欧共体
1996.1.1禁止生产和消费
2000.1.1年消减50%
2004.1.1年消减75%
2007.1.1年消减90%
2015.1.1年消减100%
 
 
    从上表可知,发达国家从2004年就要开始消减R22的生产和消费量 ,我国的任务是在2016年将消费冻结在2015年水平上。所以在2015年以前不但可以继续消费HCFCs(包括R22、R123和R141b等),而且还可以扩大HCFCs的生产和消费,直到2040年才禁止消费包括R22在内的HCFCs。在这里应该搞清楚发达国家与发展中国家淘汰和限制R22、R123和R141b等HCFCs制冷剂的时间表是不同的。
    中国政府 1993年1月批准实施《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家 方案》(以下简称《国家方案》),通过实施《国家方案》,有效地控制了中国消耗臭氧层物质(以 下简称ODS)生产和消费的增长势头,建立了实施《关于消耗臭氧层物质 的蒙特利尔议定书》多边基金项目管理体制, 并实现了在气雾剂行业(尚无替代技术的产品除外)禁止使用氯氟化碳 物质(亦称全氯氟烃类物质,以下简称CFCs),为中国进一步的履约工作奠定了基础。根据中国ODS替代品的需求应逐步由国内生产满足的战略,对中国未来所需的主要替代品HCFC-22、HCFC-141b、HFC-134a、异丁烷和环戊烷 等的消费需求进行了估算,并据此制定了替代品生产计划,见下表。    
替代品生产计划(吨/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
异丁烷
80
100
120
环戊烷
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
 
根据《国家方案》不难看出,在今后相当长的一段时间内,HCFC-22(R22)在空调、制冷行业仍将扮演十分重要的角色,各种媒体所谓的禁氟是指禁止使用氯氟化碳CFCs物质,而非HCFCs、HFCs物质。
三、R22与R134a的应用特性差别
选    择一种合适的制冷剂替代物是十分困难的,必须考虑许多因素和进行全面评价,既要符合消耗臭氧潜能值(ODP)、全球变暖潜能值(GWP)等方面的要求,同时还应考虑热工性能、毒性、可燃性、相容性、投资和运行成本等。下面将R22与R134a的应用特性分析如下:
1、R134a的全球变暖潜能值(GWP)为0.25, R22为0.36 ,同属于温室气体。
2、R134a的消耗臭氧潜能值(ODP)为0, R22为0.06, 这是R134a成为环保型制冷剂的理由。
3、R134a的比容是R22的1.47倍,且蒸发潜热小,因此R134a机组的冷冻能力仅为R22机组的60% 。按单位制冷量价格计算,R22机组的价格约为R134a机组的60%左右。
4、R134a的热传导率比R22下降10%,因此R134a机组的换热器的换热面积需要更大。
5、R134a的吸水性很强,是R22的20倍,因此对机组系统中干燥器的要求更高,以避免发生冰堵现象。
6、R134a比 R22对橡胶类物质的膨润作用较强,在实际运行中冷媒泄漏率较高。另外对铜的腐蚀性较强,使用过程中会发生“镀铜现象”,因此系统中必须增加添加剂。
7、R134a系统需要专用的压缩机及专用的脂类润滑油,脂类润滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高扩散性,在系统性能的稳定性上劣于R22系统所使用的矿物油。
8、R134a等HFCs类冷媒及其专用脂类油的价格高于R22,设备的运行维护成本更高。
    被称为环保制冷剂的 HFCs类的其他制冷剂如R410A、 R440A、R407C,虽然在效率方面优于R134a,但同样存在工作压力太高、对管道部件最适化和耐压要求高、须改进换热器和机组设计、投资运行维护成本高等缺点,在大型制冷机组的应用方面现阶段还不适应我国的基本国情,这就是国际公约中对发展中国家放宽使用HCFCs年限的原因,也是发展中国家集体努力争取的结果。
    综上所述,在短期内理想的制冷剂是不存在的,在我国现阶段R22制冷剂与R134a类环保制冷剂相比,仍然具有高效、稳定、价廉的优点,在大型制冷机组的应用方面还将处于优势地位,在理想的制冷剂出世之前,R22制冷剂还可以被消费到2040年。

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