一种R410A替代制冷剂的特性及应用前景分析

    由于R22制冷剂中的氯原子对大气臭氧层有破坏作用,根据5消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书及其修正案6的规定,发达国家自2020年起每年的消费量要消减到1989年基数的0.5%,并且禁止在新设备中使用,2030年完全禁用,发展中国家允许延迟10年执行[1]。在实际操作中,发达国家大大加快了空调器制冷剂R22的替代,其中德国、澳大利亚及瑞士等北欧国家已于2000年禁用,欧盟自2001年1月1日起禁止在冷冻设备上使用,并在2004年全面禁用R22。

    另一方面,由于能源紧缺问题的日益突出,各国对家用空调器能效比都提出了更高的要求。如欧盟国家在2004年实施的能耗等级制度中规定:A级能耗EER需大于3.2,COP值要求高于3.6[2]。日本政府规定:从2004年起制冷量为2 500 W的空调的制冷和制热的平均COP应达到5.27以上。

    目前关于家用空调R22的替代制冷剂,研究比较成熟的主要是R407C和R410A,日本生产的空调器已经基本上全部采用R410A制冷剂。随着我国加入WTO,市场竞争日益激烈,我国家电产品出口愈来愈多,特别是家用空调器。据统计,2004冷冻年度,中国空调器产量达到5 300万套,其中出口2 300万套(出口欧洲达792万套)[3]。出口量的迅速增长对节能环保制冷剂的需求量大大增加,但R407C和R410A制冷剂的专利权都在国外,杜邦、霍尼维尔、大金等几家公司控制着R407C和R410A生产和供应。国内空调厂家在采用这些制冷剂的时候受到严重制约,不得不付出高昂的费用。特别是2004年2~3月份R407C和R410A制冷剂紧缺,价格上涨达到R22价格的近20倍,使许多出口订单无法按期交货,并且由于制冷剂价格的大幅度上涨,出口利润下跌。

    因此,我国有必要研制一些具有自主知识产权的新型环保制冷剂。浙江化工研究院开发的ZCI-8制冷剂就是其中之一,它由HFC-32,HFC-125和HFC-161按特定质量分数混合而成。受该单位委托,笔者所在公司对该制冷剂进行了测试分析。

    1 ZCI-8与R410A部分特性的比较分析

    ZCI-8制冷剂的3种组分中均不含氯原子,其ODP为零。

    由于ZCI-8中添加了GWP值仅为10的组元HFC-161,综合起来该产品的GWP值为1 085,是R410A的79%,环境性能优于R410A。

    HFC-161的传热性能优于HFC-125,单位质量制冷量约为HFC-125的3.5倍,因此添加了HFC-161的ZCI-8制冷剂的传热性能要优于R410A制冷剂。

    材料相溶性方面,ZCI-8中的HFC-32和HFC-125与R410A的组分相同,另一组分HFC-161(CH3CH2F)与HFC-125(CHF2CF3)相比F原子数量少,对材料的腐蚀性要比HFC-125小,因此满足R410A制冷剂腐蚀性要求的材料同样适用于ZCI-8制冷剂。

    安全性方面,与R410A相比,ZCI-8添加了HFC-161。现有数据表明,HFC-161的毒性与其他组分的数量级相同,并与HFC-32同属于美国国家防火协会(NFPA)毒性等级2。