可持续替代制冷剂在制冷系统中的应用探析

可持续性是制冷系统设计和未来发展的重要指标。自制冷剂诞生以来，制造商们就不断选择合适的方案以满足安全运行标准、客户需求和环境保护。

但是，诸如R-12和R502等CFCs制冷剂系统已经得到广泛使用，直到全球变暖问题提上日程。CFCs是一种有机化合物，由碳、氯、氟以及甲烷和乙烷的衍生物组成。在二十世纪八十年代末期，含氯的物质被标示为ODP。蒙特利尔议定书，一个世界范围内的、为保护臭氧层的协议，对破坏臭氧层物质的生产进行了淘汰，最终终止了CFCs作为制冷剂的使用。

另外，HCFCs和HFCs具有比CFCs更低的ODP值。但R-404A和R134a等常用的HFCs制冷剂却具有较高的GWP值，这些物质将导致全球变暖。

目前的法规和市场环境

全球的制造商都在开发低GWP值制冷剂的应用。例如，欧洲目前正强制实施汽车空调中R134a制冷剂的淘汰。由此，大多数欧洲汽车制造商已经用HFO-1234yf来替代R134a，HFO-1234yf是一种具有极低GWP值和零ODP值的新制冷剂。对于固定式空调，一些欧洲制造商也正采用低GWP值的替代制冷剂，如CO2制冷剂系统。美国还没有制订这方面的法规。

现有的制冷剂

替代HFCs和HCFCs制冷剂的是CO2系统和丙烷系统。CO2，也就是R744，同时具有低GWP值和ODP值。这个制冷剂的系统成本低，且来源丰富。但是，CO2系统的运行处于跨临界状态，这使得其效率比传统的混合制冷剂如R-404A和R134a低10-15%。另外，CO2运行压力极高，这就需要系统中各个部件能够承受高压的状态。R404A系统的运行压力为：高压侧：300-400psi(磅/平方英尺)，低压侧：30psi。而CO2系统的运行压力为：高压侧：1800psi，低压侧：400psi。由于运行压力高，CO2系统压缩机也必须能够耐受高压。同时，与通常的HFCs和HCFCs系统不同，CO2系统目前还不能应用到远端低压系统，只能应用于超市等制冷系统。

丙烷也是常用的替代制冷剂。与CO2一样，丙烷制冷剂也具有低ODP值和GWP值，并且来源丰富。与CO2不同的是，丙烷系统是低压系统，但是其极易燃烧，对于制造商来说，需要采用满足特殊安全标准的配件和运行体系。丙烷系统的易燃性需要运行人员更加关注周围环境，并严格按照操作手册。丙烷系统也是欧洲的主要替代制冷剂。很多欧洲制造商在一些小型冰箱中使用R-290系统替代诸如R134a等HFC制冷剂。

R-290制冷剂的ODP值为零，其GWP值非常低，且与系统配件可以很好地进行匹配。当然，由于其可燃性，丙烷的应用也仅限于单一设备。任何允许丙烷使用的商用设备的最大充灌量是150克。对于150克的充灌量，制冰机可以每天生产400磅的冰，这适用于欧洲大部分的设备。但是，很多美国用户需要更高容积的设备以满足他们客户的制冰需求。举例来说，很多大型美国企业购买的制冷设备每天的制冰量达到1000磅或以上。

美国制造商们正继续研究市场上潜在的替代制冷剂系统，包括在制造工艺和安全指南范围内，对美国系统的技术和环境性能进行研究。终端用户也时刻关注系统运行对环境的影响，他们希望制造商们可以提供替代制冷剂的解决方案。