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1、从气候平安方面探讨环保制冷剂的判定和选择高慧翔(中铁二院工程集团有限货任公司成都610031)【摘要】本文以大家最常见的氟利昂为主线，订正大家对常见制冷剂的片面相识，在比照国内外相关协定和法规的根底上，探讨环保型制冷剂的评价方法，并对空调行业制冷剂的运用提出一些建议。【关键词】环保；平安；ODP；GWP；冷水机组中图分类号*文献标识码*TheDeterminationandSe1.ectiononEnvironmenta1.ProtectionRefrigerantfromtheC1.imateSecurityGaoHuixiangWuWei(ChinaRaiIwayEryuanEnginee
2、ringGroupCO.,1.TD)AbstractTakingthemostcommonFreoneveryoneasthemain1.ine,tocorrectyouonconmonrefrigerantone-sidedunderstanding,basedonthecomparisonbetweenthedomesticandforeignre1.atedagreementsandregu1.ations,discussestheeva1.uationmethodofenvironmenta1.protectiontyperefrigerant,andputsforwardsomesu
3、ggestionsontheuseofairconditioningindustryrefrigerant.KeywordsEnvironmenta1.protection;safety;ODP;GWP;waterchi1.1.er.0引言目前环保问题成r全球的瞩目热门话题，臭氧层的不断破坏和地球气候的渐渐变暖，是当今人类所面临的两大亟待解决的环境问题.近30多年的探讨发觉氟利昂对全球环境有着严峻的影响，干脆影响人类的生存条件，这已引起r国际上的极大关注。暧通空调行业最常用的碳氢制冷剂，是饱和碳氢化合物中全部或局部氢元素被氯、辄和溪代替后衍生物的总称。国际规定用R作为这类制冷剂的代号,如R22
4、.等,分为氯叙煌(CFCs),含氢氯氟烽(HCFCs).含氢氟二(HECs)三大类，其中CFCS和HCFCS中均含有氯，是破坏臭班层的元凶，是公认制止运用的制冷剂,而HFCS虽然不含有破坏臭氧层的氯原但依旧含有卤素氟原G而各种卤原子泄露到大气中，会加剧地球的温室效应，因此也只是过渡性制冷剂。环保制冷剂的最终目标，就是要完全淘汰卤原A但是这只是比拟片面的看法。1制冷剂的开展历程制冷剂的开展经验了三个历史阶段。第一阶段是19世纪20世纪初期。该阶段的制冷剂主要是从大自然中干脆获得的，如酒精、氨气、汽油、二氧化碳等，它们大多数具有可燃、有毒、腐蚀性、压力过高等不利因素。其次阶段是20世纪30年头到9
5、0年头。20世纪30年头，美国杜邦公司先后创建了R1.1.、RI2、R13等一系列CFCS制冷剂,并为其注册了杜邦公司专有的商品名称Freon(中文名称：翅利昂)，在其之后接连又创建了R22、R123等HCFCs等制冷剂，并将其也纳入氟利昂的范畴之内。在这一阶段，全球大局部制冷设备主要以R1.hRI2、R22这三种典型制冷剂为主。但是，自从1985年英国南极考察队发觉南极洲上空的臭氧空洞以来，人们渐渐发觉以CFCs和哈龙等为首的一系列化学品，正是消耗臭氧层的代表物质（简称“ODS物质）,第三阶段是1990年至今。这一阶段，各国科学家都在主动找寻绿色环保型制冷剂，主要替代产品为氢氟JHFCs和自
6、然工质类。2从消耗臭氧层方面考虑对制冷剂的淘汰方案对制冷剂的环保要求和淘汰方案，是人类世上第次几乎全部国家参与的协同战斗，截至2019年为止，在189个联合国成员中有183个国家参与了该活动。作为全球性的具有法律效应的臭氧层爱护措施，其内容主要表达在?蒙特利尔议定书？的条款上。该协议要求,兴盛国家对ODS制冷剂的淘汰时辰表为：1996年1月1日起，CECs（R1.kRI2、RI3、RII3、RII4、R115等）完全停顿生产和消费；HCFCS到1996年1月1日起，冻结在1989年HCFCs消费量与2.8%的1989年CFCS消费量之和的水平上，2030年1月1日起，完全停顿生产和消费。与其相
7、对应，开展中国家的淘汰时辰表为：2021年1月I日起，CFCs（R1.KR1.2、RI3、Ru3、R1.1.4、K115等）完全停顿生产和消费；HCFCS到2021年1月1日起，冻结在2021年的水平上，2040年1月1日起，完全停顿生产和消费。但依据2019年9月？蒙特利尔议定书？第19次缔约方会议的要求，开展中国家的HCFCS淘汰时间修改为：在2021年将HCECs的生产及消费冻结在2021及2021年平均值的水平上,2030年12月31日起,HCFCs完全停顿生产和消费。3从温室效应方面考虑对制冷剂的淘汰方案3. 1温室气体的相识相对于臭氧层淘汰方案，国际上对温室效应方面的政策变更，表现
8、得较为曲折坎坷。从20世纪70年头人类开场关注引起大气温度上升的温室效应，到各国政府开场致力于统一解决气体排放的?联合国气候变更框架公约？，每步脚印都走得比拟艰辛。依据公约统一相识，造成地球温度上升的温室气体主要包括：氧化碳、甲烷、对流层臭氧、氧化亚氮、碳氟化合物、颗粒型烟雾。温室气体的排放源头，大约70%的温室气体排放都来自于化石燃料的运用和某些工业过程，而大约30%的温室气体排放那么来自于农业生产方式和土地用途的变更。对于我们暖通行业来说，最为关切的是碳氟化合物以及与其间接相关的二氧化碳。3.2国际上对温室气体排放的政策1992年5月联合国政府间谈判委员会就气候变更问题达成了？联合国气候变
9、更框架公约？，成为世界上第一个为全面限制二氧化碳等温室气体排放，以应对全球气候变暖给人类经济和社会带来不利影响的国际公约.2019年12月？联合国气候变更框架公约？第三次缔约方大会在日本京都实行，通过了旨在限制兴盛国家温室气体排放量的？京都议定书？。？京都议定书?是?联合国气候变更框架公约？的补充，它与?联合国气候变更框架公约？的最主要区分是，？公约?激励兴盛国家减排，而？议定书?强制要求兴盛国家减排，具有法律约束力。2019年2月16日？京都议定书?正式生效。截至2021年底全球己有194个国家签署了？联合国气候变更框架公约？，184个国家签署了？京都议定书？。?京都议定书?遵循?公约？制定
10、的“共同但有区分的贲任原那么，要求作为温室气体排放大户的兴盛国家实行详细措施限制温室气体的排放，而开展中国家不承当有法律约束力的温室气体限控义务。议定书一共规定r6种温室气体，分别是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、六氟化硫、氢箱;碳化物和全辄化碳。值得留意的是，虽然CFCS和HCFCS也均是温室气体，但？京都议定书?指出该类气体已受?蒙特利尔议定书？的管制，所以未包括在？京都议定书？的6类气体之中。4对环保型制冷剂如何进展判定？4.1 我国标准对环保制冷剂的规定国标?制冷剂编号方法和平安性分类？(GB/T77782021)定义的环境友好的制冷剂，在综合考虑制冷剂的消耗臭氧层潜能值(ODP).全球变暖
11、潜能值(GWP),制冷剂的年泄漏率、设备寿命等特性的根底上，引用美国绿色建筑协会的1.EED-NC标准2.2版中的评价标准，其推断标准为：1.CGWId+1.CODI100000100,(1)1.CGWId=EGWPrX(1.r1.ife+Mr)Rc/1.ife,(2)1.C0DI=(0DPr(1.r1.ife+Mr)Rc/1.ife,(3)其中1.r为制冷剂年泄漏率，Mr为寿命终止时的制冷剂损耗率、RC为单位制冷量制冷剂充注量(单位为IbS制冷剂/冷吨，I1.bS=O45359kg)等参数的取值，1.ife为设备寿命(年)卜表歹U出了我们比拟常用的局部制冷剂的环保性评估状况。表1局部制冷剂的
12、ODP值和GWP值Tab1.e1.AportionofrefrigerantODPandGWPva1.ues名称制冷剂编号大气中寿命(年)ODPGWP环境友好CECsR1.1.504000否名称制冷剂编号大气中寿命（年）ODPGWP环境友好R121028500否R1.13855000否R1.143009300否R1.1517009300否HCFCSR221700否R12393是R124480否HFCsR232640否R320650是R12502800否R134a01300是R143a03800否R152a0140是甲烷R50（CHJ021是HCsR170（乙烷，C2H6）1011是R290（丙
13、烷，1011是名称制冷剂编号大气中寿命（年）ODPGWP环境友好CJIJR600a(异丁烷，C1.1.(CH1)2CHj)1011是混合制冷剂R1O7CR32/125134a(23/25/52)三种组成成份的各自寿命见上面01530否R41OAR32/125(50/50j两种组成成份的各自寿命见上面01730否无机化合物K704(He)0是R717(NH3)01是K71805001是R764(SO2)0否上表中除无机化合物外,主要是取自？制冷剂编号方法和平安性分类？（GBT7778-2019）的表CI“ODP值和GWP值。其中G桥是以C02为基准的积分时间100年的值。由（1）式可以看出，我国
14、对制冷剂环保性的推断标准只关注GWP、ODP、年泄漏量、单位制冷剂充注量和设备寿命，而没有考虑机组运行间接带来的温室效应，该效应与冷水机组的性能系数有关。目前我国冷水机组的供电来源较多状况由火力发电厂供应，火力发电会向大气排放CO2,尤其我国还处于主要以火力发电为主的国家，因此冷水机组的性能系数COP值也是须要考虑的一个问题，国标中未考虑这一项有点缺憾。据报道，目前我国火力发电比例占到总发电量的73%,水电站到25%其余为核电和风力发电，其中核电发电目前仅占1.3%,风力发电还缺乏1.%o依据国家发改委的近期规划，力争在2021年,将核电比例提高到5%以上，风力发电提高到6%左右，但火力发电依
15、IH会占有最大比重。4.2 国际上对常用制冷剂环保性的观点国际上对环保制冷剂的评价方法，更多的是采纳变暖影响总当量TE1.M,参见?空气调整用制冷技术？(第四版，闫启森主编)，其计算公式如卜丁TEWI=CVP(1.N+Mu)+ENb其中：1.为制冷机的制冷剂年泄露量(kg/a),N为制冷机寿命（八）,M为系统中制冷剂总质量(kg),为制冷机报废时的制冷剂损耗率，E为制冷机每年的能耗(kWh)a,b为每IkW-h电C02的释放量kg(kWh)J0(4)式的前半局部指计算年限内泄露和损耗的制冷剂相当于多少公斤C02的枳聚效果：后半局部表达产生IkWh的电，由燃料燃烧所释放的C02量。相对我国的推断
16、标准，该评价方法增加;设备运行效率间接引起的C02排风量。但是，无论是国内还是国外对环保制冷剂的评价方法，均忽视了一个很重要的指标一一制冷剂在大气中的寿命(简称“大气寿命)，假如大气寿命很低，那么再高的GNP值，对大气的温室效应影响也比拟短暂而显得不明显；反之，再低的GIYP值，对大气的温室效应也不应无视，希望相关标准在以后制定制冷剂的评价指标时能将此因素考虑进去。4.3 是否对HCFC制冷剂进展一刀切？依据？蒙特利尔议定书？，I1.CFCs为近期减排、远期淘汰的产品，其中包括我们最常用的R123,该制冷剂的。但依据我国？制冷剂编号方法和平安性分类?(GB/T7778-2021)的规定，R12
17、3是环保型制冷剂，可以长期运用。也就是说我国在执行联合国？蒙特利尔议定书?时，并非是简洁地对HCFCS进展一刀切，而是综合考虑了它的ODP和GWP的大小后，再对其环保性进展判定，这一点值得确定。R123的大气寿命只有1.3年，ODP=O.02,GWP=72,在国际上，一些科学家与大气学学者也希望将R123从受控淘汰的HCFCS名单上排掉的建议和提案，至今还未得到正式认可。4.4 国内外对R410的相识差异2021年5月1日实施的？制冷剂编号方法和平安性分类？IGB/T7778-2021)在对制冷剂是否为环保性的评价时，对制冷剂的1.r、Mr和RC等3个参数只给出一个默认的数值，即分别是2双10
18、%、2.5,而笔者杳阅美国绿色建筑协会的1.EED-NC原标准2.2版发觉，原条文中对此三个参数的取值为0.5%2%.2%10%.O55。依据我国标准给定的参数计算,R1.34aR410A,R407C的评价值分别为97.5、129.75、114.75,所以R134a为环保制冷剂,R410A和R407C为非环保制冷剂。诚然，M1.OA始终多年来被杜邦、霍尼韦尔、大金等三家国际化工巨头利用专利技术长期垄断，假如采纳该制冷剂，我国每年须要花高价去购置制冷剂或者支付高额的专利授权许后进展生产，但在房间空调和多联式空调机组中，它可能是近期替代高压R22最相宜的冷媒。随着霍尼韦尔对R410A在欧洲的专利于
19、2021年到期，杜邦在我国申请的R410的专利爱护时间也已于2021年完毕，各大制冷剂生产商均可自由生产由美国联信创建的R410,从而使其售价会大幅卜降。鉴于此，可以理解我国在编写？制冷剂编号方法和平安性分类？(GB/T7778-2021)时的苦衷，因此可能有意将环保评价计算方法中的一些参数进展人为设定，从而使R410A制冷剂排斥在环保冷媒之外，但从现在看来，笔者希望能客观地依据1.EEDfc中的取值进展计算。5制冷剂替代总体思路制冷剂的选择主要考虑制冷性能和环境平安两个方面，前者主要关注其蒸发冷凝压力/温度、汽化潜热、临界温度、单位体枳制冷量、制冷效率、传热系数、流淌性能、腐蚀性、绝缘性、与
20、冷冻油的互溶性等方面；后者那么主要关切ODP值、GWP值、毒性、易燃性、易爆性。节能和环保构成制冷剂选择的两大必备条件，二者缺一不行。由于本文的重点是关于制冷剂的环保性，此处不对其制冷性能绽开过多的探讨。而对于环保性方面，既要考虑制冷剂对破坏臭氧层的问题，亦需考虑对温室效应方面的影响。大气臭氧层消耗和全球气候变暖是与空调制冷行业相关的两个重大环保问题。片面地强调制冷剂的消耗臭氧层潜能值（ODP）或全球变暖潜能值（GWP）都是不全面、不科学的。国际上制冷剂主要有两种替代思路，其一是用Hb-Cs替代CVCs和HCFCs：其二是用自然工质（如NH3、Co2、HCS）替代是CS和HCFCs.以美日为首
21、的国家主见采纳HFCs作为中远期的替代物，认为H1.-Cs虽然是GWP大于1000的温室效应气体，但HFCS占到整个温室气体排放的比例极低，目前只有不到1斩即使按目前的运用比例到2030年也不会超过3机美国认为人类须要做的工作是如何实行措施使其削减排放（如设备防泄漏和回收措施），而不是淘汰或禁用。以德国为首的欧盟，那么不以为然，他们坚持认为HFCS的GWP值太高，必需严格制止。尽管HCS存在可燃危急，时运用者有不利影响，但相对于整个地球平安性来说，局部的危急应听从大局。作为最大的开展中国家，我们既不能仿照美国的短期利益思维，也不应照搬欧盟的做法。针对实际国情，我国提出近期采纳低GWP的IICF
22、Cs.I1.FCs和HCS的混合物作为替代物，以后再渐渐找寻相宜的自然工质进展替代。综上所述，各国制冷剂的替代路途如表X所示。表2各国制冷剂的替代状况衣Tab1.e2Countriesofrefrigerantrep1.acement国家总日欧盟中国等开展中国家近期替代物HFCs以HCS为主的自然工质以低GWP的HCFCs、IIECs和HCS的混合物为主，渐渐过渡到自然工质典型制冷剂R134a.R410AR407CR717(NH3sR290(丙)、R744(C02)以R134a、R410A、R407C为主,R744等自然工质为辅6环保制冷剂在制冷设备中的实际应用状况对应不同的运用场所，空调制冷
23、工况分为高温、中温柔低温（对应冷凝压力分为低压、中压、高压）三种类型，在国际上提出臭氧层空洞概念之前，全球运用最广泛、最高效的制冷剂主要为RU、RI2、R22。从表KnJ以看出，对于小型的汽车空调和家用冰箱冰柜，不管其压缩机采纳活塞式、滚动转广式还是涡旋式，均采纳R12中压制冷剂：对于制冷量范围比拟广的中大型空调机组（包括房间空气调整器、单元式空气调整机、多联机组、螺杆式冷水机组等），应用最广泛的制冷剂是R22,其占了全部制冷剂的90%以上的份额：而对于大型离心式冷水机组那么采纳R1.I作为其最高效的制冷剂。简洁地说，空调制冷行业在选择环保性制冷剂的主要任务，就是找寻对应于R11、RI2、R2
24、2三种制冷剂的替代物。表X中列出的近期制冷剂替代物，只是从目前阶段的现实条件考虑，可以短暂被认定为环保型的制冷剂，从远期而言，由于其大局部替代物的GWP仍旧偏高，仍旧有被再次替代的可能。甚至，即使对于目前认为是永久的制冷剂一一自然工质而言，我们也不敢妄言在今后不会再发生第四次制冷剂大变革，因为人类对环保概念的本身也是在不断重新相识和定义的。目前，各个国家都在主动找寻和研发更加环保的制冷剂，这将是一场旷日长久且异样猛烈的技术竞赛。制冷空调的运用是如此之重要，谁能首先研发出既高效又环保的新型制冷剂，就无疑会驾驭将来空调行业的发言权和主动权。表3各种空调制冷设备的制冷剂替代状况表Tab1.e3Ava
25、rietyofrefrigerantofrefrigerationequipmentsubstitutiontab1.eW移动空调家用空调工业和商业用空调空鹦组汽车空调WW中臂空大型空调压颦1.突活塞式、滚动转子、涡旋式涡旋式螺杆式离心式W中压高压低压1班蒯曲R1.2R22RIIODP/GWPJ学小质量怀准讲总CWR134aR-1234yfR600aR134aK410AR407C*R32R290R410AR407C*R32K134aR410R32R123*R245caODP/GWP0/13000/40/200/13000/20000/17000/5500/200/20000/17000/550
26、0/13000/20000/5500/560摩尔质量标准沸点C-29CeCCcC7几种常见制冷剂的状况说明7.1R123应作为RII的主要替代物依据？蒙特利尔议定书?设定的淘汰时辰表，R123在中国将于2030年停顿在新产品中运用。但是中国?环境标记产品技术要求？(HJBZ41-2000)的受控限制为ODPWo.11,假设用R134a替代R123,GWP值将提高13%19%,而ODP值仅增加了0.012%o因此在中国国家环境爱护总局2019年9月公告？消耗臭氧层物质(ODS)替代品举荐书目(第一批)？中R123榜上出名。作为R1.1.的过渡性替代物，我们应当主推R123,而不是R134a.7.
27、2R410A和R134a应作为R22的主要替代物对于R22的替代物，R407C曾是欧洲的主推替代制冷剂，但后来发觉采纳该种替代方案的制冷设备，其设备制冷量与制冷效率均要比原来的R22机型低5%8%,再加上由于R407C的滑移温度较大，一旦发生泄漏，系统中工质的组成比例会发生变更，影响系统性能。与此相类似的R410A,其滑移温度只有0.04K,混合组分的比例也更简洁，而且它在液相时热导率高、粘度低，具有比R22还优良的传输特性，特别适合制冷剂的远距离输送。基于此，欧洲渐渐变更原来的看法，与美日达成一样看法，将R410A确定为R22在单元式空调机和多联机组中的最正确替代物，并且开场淘汰R407C。
28、在中大型螺杆式冷水机组方面，中外状况那么有点不同，中国是R134a最忠实的运用者，而欧美兴盛国家那么对R407C发现出较大的爱好。究其缘由，是由于欧美兴盛国家的大型公共建筑建立时间较早，R22在早期的制冷设备中占据了统治地位，因此在对R22进展替代时，更多考虑的是以最地的代价对原有设备或生产线进展改造。而R107C的蒸发冷凝压力与R22最为接近，自然成为欧美等国在大型制冷设备中普遍采纳R407C的一个主因。我国那么不然，在20世纪90年头进展大规模的城市建立时，为其配置的制冷设备已经考虑了环保要求，尤其在进入2000年以后，大局部冷水机组的选购已经将环保要求写进了招标文件中，R134a几乎成为
29、螺杆式冷水机组的不二之选。7.3R32是R410A的有力竞争者作为环保型制冷剂，R32的ODP=0、GWP=650,环保性能比R410A还优秀，而且它没有非共沸混合物的温度滑移现象，在家用空调和多联机组领域同样可以作为R22的替代物。但是与R22相比,R32的排气压力和排气温度过高,须要对现有的空调机组及其生产线，进展大规模的升级改造，导致在价格上没有优势。R32目前已经在日本及欧洲运用，将来将会有很广袤的开展前景。8总结(1)关注臭氧层消耗的？蒙特利尔议定书?对CFCS和HCFCS进展了强制淘汰要求。(2)关注温室效应的？京都议定书？和？联合国气候变更框架公约？，对6种气体提出了减排要求。(
30、3)我国标准对制冷剂环保性的推断标准只关注GWP.ODP、年泄漏量、单位制冷剂充注量和设备寿命，而没有考虑机组运行间接带来的温室效应。相对来说，国际上对环保制冷剂的评价方法更为科学。(4)无论是国内还是国外对环保制冷剂的评价方法，均忽视r-个很重要的指标一一制冷剂在大气中的寿命。(5)不应对HCFC制冷剂进展一刀切,其中的R123为环保型制冷剂。(6)国内外对R1.1.OA的相识存在差异，笔者建议其评价标准与国际上保持一样。(7)国际上对制冷剂的替代方法有两种思路，我国从实际国情动身，提出近期采纳低GNP的HCFCs、HFCS和HCS的混合物作为替代物，以后再渐渐找寻相宜的自然工质进展替代。(
31、8)空调制冷行业在选择环保性制冷剂的主要任务，就是找寻时应于R1.KRI2、R22三种制冷剂的替代物。(9)R123应作为RII的主要替代物,R410A和R134a应作为R22的主要替代物，R32也是R410A的有力竞争者。参考文献：1任朝辉，李晓斌.复合玻纤风管与镀锌铁皮风管的技术经济比拟U1.制冷与空调(四川)，2019,78(2)：40-41.2左振海，颜鹏程.地卜.汽车库通风与排烟设计探讨J.制冷与空调(叫川),2021,108(3)：108-110.3 GB500192019,采暖通风与空气调整设计标准S.北京:中国方案出版社,2019.4 GB500982021,人民防空工程设计防
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