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R410a、R134a、R407C、R22现行常用制冷剂特点比较及制冷剂淘汰时间表

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发表于 2014-7-31 16:42:40 |显示全部楼层
一、R410a、R134a、R407C、R22现行常用制冷剂特点比较​

   最近论坛出现一些关于制冷剂课题的讨论,现将有关制冷剂课件资料一起和大家享。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。​

   以下为R410a、R134a、R407C、R22现行常用制冷剂比较:​

   R134a是一种单一成分制冷剂,而R407C和R410A是混合制冷剂。其中R410A是R32和R125的混合物,R407C是R32,R125和R134a的混合物。混合制冷剂的优点在于,可以根据使用的具体要求,对各种性质如易燃性、容量、排气温度和效能加以考虑,量身合成一种制冷剂。


   选择制冷剂需要考虑的因素很多,因为选择任何一种制冷剂 都会对空调系统的整体运行情况、可靠性、成本和市场接受度造成一定影响。令大家非常感兴趣的是,新的制冷剂由于其热传递和压降的不同而导致制冷剂传输性能的不同,这会最终在系统设计和系统性能上产生重大的影响。表1列出了各制冷剂一些重要性质的比较,接下来我们将简要探讨其重要的性能特点。


    R134a的容量比R22小,压力比R22低。由于这些特点,相同能力的R134a空调需要配置一台更大排气量的压缩机,更大的蒸发器、冷凝器和管路。最终所导致的是,制造和运行一个和R22相同冷量的系统,R134a系统会需要更高的成本。


   R407C的容量和压力都和R22比较接近。因此,只要简单调整系统设计就能使原R22系统也适用于R407C系统。不过,系统能效比会较原系统降低约5%。这是由于相对于其他制冷剂,R407C会有高达6度的温度漂移。因此R407C系统在同等标准冷凝器和蒸发器时均会减少热传递,影响系统能效比。


    R410A的容量和压力高于R22,运行压力高出50%-60%。高压力和高气体密度带来的结果是,不但可以用更小排气量的压缩机,还可以用更小直径的管路和阀门。高压排气阀的使用消除了系统冷凝高压带来的隐患。厚压缩机壳体使系统经受更高的运行压力。压缩机造得厚重些还有一个好处,即R410A的运行噪声比R22压缩机明显地低2-4个分贝。


   与R22系统相比,R410A系统有个显著的热传递优势—蒸发器的热传递高35%,冷凝器高5%。而R134a和R407C的系统热传递系数均低于R22。同等质量流量下,R410A的压降较小,使其可以使用比R22或其他制冷剂更小管路和阀门。这将为制造R410A系统降低更多的材料成本更有可能并且在长配管家用机和多联机系统中更有优势。当然,只有重新设计系统,才能充分发挥R410A的热传递和压降小的优势——例如可以考虑采取以下优化技术,使用较小直径的盘管,不同的翅片结构和增加循环回路长度,减少制冷回路的数量。最终我们可以看到,针对R410A制冷剂重新设计后的系统中,采用较小体积的蒸发器和冷凝器,成本更低,而且最高可达30%的制冷剂充注减少量。制冷剂充注量的减少,除了成本降低外,还能提升整个系统的可靠性。


    在相同冷量,相同冷凝温度的系统中,R410A的系统能效比(COP)可以比R22高出6%。这是由于压缩机在压缩过程中的损耗更低,蒸发器和冷凝器具有更强的热传递性,整个系统内的压降更小。高效的热传递和更小的压降使其在相同运行条件下,冷凝温度更低,蒸发温度更高,这使压缩机在耗电更少,效率比更高的情况下,获得一个更好的运行范围。此外, 对于R410A的低压缩损失特性,小型商用空调系统中的大型压缩机比小型的家用空调压缩机受益更多。​

        制冷剂的三种状态:饱和、过热、过冷


   饱和制冷剂


   饱和制冷剂中汽液转化处于运态平衡,此时的液体,气体处于饱和状态。


   饱和温度和饱和压力之间存在着一一对应关系,饱和压力随着饱和温度升高而升高,二者中有一个发生变化,另一个也将出现相应的变化。


   系统中蒸发器中的制冷剂吸热、冷凝器中的制冷剂放热,在这些地方制冷剂处于饱和状态。


   所谓饱和就是制冷剂中液态和气态共存。

  在饱和状态下,制冷剂的温度和压力存在着一一对应关系。

   对于任意一个饱和温度,我们都可确定制冷系统中的运行压力,而且只有一个饱和压力。

  从公布的制冷剂特性表中操作者可以查到任何蒸发压力所对应的饱和温度。操作者看到一个蒸发压力值,但他不知道此时的蒸发温度,公布的制冷剂特性表可以告诉他盘管的温度。

   过热制冷剂

   过热制冷剂中制冷剂汽体的温度高于对应饱和压力下的饱和温度,液态制冷剂蒸发后才会出现过热。

   在过热情况,制冷剂气体温度和压力之间不存在一一对应关系。

   在蒸发器出口附近,制冷剂完全蒸发后仍继续吸收热量而变成温度高于饱和温度的过热制冷剂,制冷剂在过热情况下由吸气管进入压缩机。

  所谓过热就是在制冷剂中没有液体存在,制冷剂完全蒸发并开始变热。

   在过热状态下,同样的制冷剂温度可以有多种压力。

   过热度:在一定压力下,过热蒸汽的温度超过饱和温度的值。

  盘管出口的过热度对我们确定阀门的开启度提供帮助,凭经验一般盘管出口的过热度保持在100F

   要确定过热度,操作者需要知道盘管和盘管末端的温度。

   过冷制冷剂

  过冷制冷剂中制冷剂液体温度低于对应饱和压力下的饱和温度,流态制冷剂中无蒸汽时才会出现过冷。

  在过冷情况下,制冷剂液体温度和压力之间不存在一一对应的关系。

  在冷凝器出口到节流阀之间,制冷剂凝结成饱和液体后仍可能继续放热冷却而成为过冷制冷剂。​

   二、制冷剂淘汰时间表​

   作为世界上最大的发展中国家,我国积极参与了国际控制ODS物质的行动。我国与1991年5月1日加入《议定书》伦敦修正案,并于1992年8月10日正式生效。​

   我国政府于1992年编制《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案》,并在1993年初得到国务院和多变基金执委会的批准,正式成为中国政府为保护臭氧层和履行国际条约的基本文件。​

   CFCs和HCFCs制冷剂淘汰时间表​

   截止到目前为止,得到大部分缔约国认可的是《议定书》及其伦敦修正案和哥本哈根修正案。其中详细规定了发达国家和发展中国家不同的淘汰期限。在《议定书》及其修正案的基础上,各个国家又根据本国特点,规定了本国的淘汰时间表,特别是欧洲国家均有所提前。​

现分述如下:​

(1)        对于CFCs制冷剂:​

发达国家已从1996年1月1日起100%禁止生产和使用。​

发展中国家将要求:1)1999年7月1日起冻结在1995~1997年的平均水平;2)2005年1月1日起从1995~1997年的平均水平削减50%:3)2007年1月1日起削减85%:到2010年1月1日,削减100%。​

(2)        对于HCFCs制冷剂:(国际情况)​

《议定书》及其修正案对HCFCs物质的要求和趋势一直在作调整。​

《议定书》及《议定书》伦敦修正案,主要规定了逐步削减与禁用CFCs和哈龙类物质的要求和时间表,对HCFCs物质没有提出相应的限制要求。​

《议定书》哥本哈根修正案第一次将HCFCs物质纳入受控物质清单,并规定了相应的逐步削减与禁用时间表。对于发展中国家规定2016年1月1日将HCFCs冻结在2015年的消费水平上,于2040年1月1日起禁止生产与使用。​

《议定书》蒙特利尔修正案则进一步将原定的HCFCs最后禁用时间从2030年提前到2020年(发达国家),并把“基准”从原来1989年CFCs消费量的3.1%改为2.8%。对于发展中国家,则规定2016年1月1日冻结在2015年的消费水平上,并于2030年1月1日期禁止生产与使用​

《议定书》北京修正案规定发展中国家于2016年将其HCFCs物质生产冻结在其2015年生产和消费水平上,并在其后可以生产不超过其冻结水平的15%来满足国内基本需求。​

由上述演变过程可见,对HCFCs物质原来一直采取淘汰的态度,但是到了《议定书》北京修正案却发生了微妙而又重要的变化。特别是对于所有国家,都允许在其冻结后可以继续生产其冻结水平的15%,以满足国内基本需要,改变了以前在禁用期后不再允许生产的策略。​

(3)        我国的《国家方案》中的制冷剂淘汰时间表:​

1)        自1999年7月1日,CFCs的生产和消费量分别冻结再1995~1977年3月的平均水平(冻结水平);​

2)        自2005年1月1日,削减冻结水平的50%;​

3)        自2007年1月1日,削减冻结水平的85%;​

4)        自2010年1月1日,完全停止CFCs。​

《国家方案》中对各制冷空调行业规定了具体的淘汰目标:​

1)        工商制冷:2003年停止CFC11/12新灌装,2010年停止CFC11/12维修补充的再灌装。​

2)        家电:1990年40%新生产冰箱……​

3)        汽车空调:2002年停止新生产CFC12空调……​

到目前为止,我国仅签署了《议定书》伦敦修正案,所以尚未对HCFCs也就是对R22的淘汰作出任何承诺,如果做出承诺,也是按照《议定书》哥本哈根修正案中发展中国家来走,可以使用到2040年。​

目前,世界上善无一种制冷剂可以完全替代R22。​
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