丙烷、異丁烷等作為空調製冷劑的應用及探索

來源：維普資訊

　　可以用作製冷劑的自然製冷劑有5種：水、CO2、NH3、碳氫化合物（目前主要應用的有高純丙烷、高純異丁烷）和空氣，丙烷、異丁烷是碳氫化合物的一種。早在19世紀，碳氫化合物已經作為(wei) 一種製冷劑應用於(yu) 冰箱等家用製冷器具中，受當時理論和技術所限，人們(men) 對其應用和安全性缺乏應有認識，在一台冰箱中充注多達1kg以上的碳氫化合物，使整個(ge) 係統效率低，容易泄漏，造成火災等安全事故，從(cong) 而給人們(men) 留下了碳氫化合物製冷效率低、安全性差的印象。1974年，人們(men) 發現含氯元素會(hui) 對臭氧層產(chan) 生破壞作用，其後，隨著“蒙特利爾條約”對CFC和HCFC物質的禁用，碳氫化合物物質替代製冷劑研究才在全球重新展開。

　　一、丙烷在空調中的應用情況
　　目前在世界上房間空調R22製冷劑替代的通行做法是采用R410A或R407C兩(liang) 種製冷劑，但這兩(liang) 種物質屬於(yu) “京都議定書(shu) ”中受控排放的HFCs類溫室效應氣體(ti) ，另外，人工合成製冷劑雖然有比較好的熱力性能，但對自然環境有不同層次，不同方麵的影響，解決(jue) 了一方麵環境問題，同時又產(chan) 生了新問題或無法解決(jue) 其他方麵問題，所以，R410A不屬於(yu) 完全理想的製冷劑。在家用空調替代物方麵，歐洲國家和日本走在前列，目前使用R410A和R407C等HFCs類製冷劑替代R22，但歐洲有些企業(ye) 已經開始研發自然製冷劑製冷係統，自然製冷劑對環境影響最小，是長期替代的理想物質。
　　同R22相比，丙烷對臭氧層破壞係數是0，全球變暖係數GWP值很低，基本可以忽略。但丙烷屬於(yu) 可燃製冷劑，在一定條件下可以燃燒，甚至爆炸。丙烷與(yu) 礦物油相溶，如果在空調中采用丙烷為(wei) 替代製冷劑，空調壓縮機企業(ye) 則可以使用現有R22壓縮機的生產(chan) 線，隻是壓縮機排量需要適當增加，壓縮機生產(chan) 成本較匹配R22的壓縮機略有增加。而R410A和R407C壓縮機使用POE或PVE油，其中POE油吸濕性強，生產(chan) 中水分管理嚴(yan) 格，一旦水分超標，壓縮機極易出現“鍍銅”現象，導致空調係統出現故障。
　　中國在製冷空調製冷劑替代方麵基本上是追隨日本和美國，由於(yu) 對可燃製冷劑特性、法規不了解或不理解，國內(nei) 各空調器廠其本上都未進行有關(guan) 丙烷空調試驗研究。世界上對丙烷在空調的應用研究主要集中在美國、日本及歐洲國家。在北歐，丙烷主要應用在以采暖熱泵係統方麵，近期，意大利DELONGHI/FaAA和美國LENNOX等公司也對丙烷在家用空調上進行了應用研究。其中DELONGHI/FaAA公司在2004年IKK展出了使用丙烷的移動空調（型號PACF130EC0）。
　　通過實驗測試，如果用 R22空調係統直接換用丙烷製冷劑，空調係統的製冷量減少10%，能效比提高4%.Y.Hwang用9kW的熱泵係統對R22和丙烷進行優(you) 化對比試驗，對壓縮機、膨脹閥以及充注量分別按製冷劑作相應優(you) 化。試驗結果表明，相同係統情況下，丙烷充注量是R22的48%～49%，在同等過熱度不同測試工況下，丙烷比R22製冷量小3%～6%，能效比低2%～8%；額定製熱工況時，丙烷比R22能力和COP低1%～6%，當環境溫度高於(yu) －20℃時，R22係統的COP值高於(yu) 丙烷；當環境溫度低於(yu) －20℃時，丙烷係統的COP值高於(yu) R22係統。

　　二、丙烷和R22替代物的成本比較
　　R410A和R407C製冷劑目前售價(jia) 大約為(wei) 80元/kg，R22大約23元/kg，而丙烷是液化石油氣的主要成分，如果有需求，石化行業(ye) 都可以加工，現在石油價(jia) 格持續上漲，以一罐15kg液化石油氣75元計算，每公斤液化石油氣5元，按95%丙烷含量，通過分離雜質，提純丙烷，按3倍於(yu) 材料成本作為(wei) 售價(jia) 計算，丙烷售價(jia) 約為(wei) 15.8元/kg，在相同製冷係統中，R22和R410A充注量相當，而丙烷充注量僅(jin) 相當於(yu) R22的50%，丙烷係統的成本比R22係統要低，比R410A係統低很多。
　　由於(yu) 丙烷和礦物油相溶，因此匹配丙烷的壓縮機生產(chan) 線兼容R22壓縮機生產(chan) 線，壓縮機生產(chan) 成本降低，在空調整機商檢房標準檢測機可共用。而R410A、R407C係統和R22係統使用不同的潤滑油，所以，R410A空調係統使用的壓縮機需要新建生產(chan) 線，並且需要在空調整機商檢房建不同的標準檢測機，來分別對應POE油、PVE油和礦物油空調係統。
　　R410A和R407C電控係統和R22完全一致，但丙烷空調電控係統需要考慮將電器部件如繼電器、壓縮機過載保護器、主令開關(guan) 、溫控器等部件改為(wei) 密閉式，一些電控部件價(jia) 格會(hui) 偏高，所以丙烷係統的電控国产传媒在线成本高於(yu) R407C和R410A.
　　數據是基於(yu) R22的一種12000Btu/h熱泵分體(ti) 空調成本采用相對值對比的結果。相比於(yu) R410A係統中的R410A衝(chong) 注量，丙烷的衝(chong) 注量隻相當其50%，所匹配的壓縮機生產(chan) 成本也較低，但電控成本較高。如果能在丙烷空調中采用鋁製換熱器、鋁製管路、鋁製閥門，丙烷空調係統的生產(chan) 成本將大大降低。

　　三、各國對可燃製冷劑態度和安全法規
　　美國、日本等國的很多廠商為(wei) 研究替代空調CFC類和HCFC類製冷劑做了很大的前期投入，在家用空調用製冷劑方麵做了大量R410A和R407C等合成製冷製冷劑研究工作，從(cong) 前期替代方麵指導應用到係列零部件開發規模化、產(chan) 業(ye) 化，申請了大量相關(guan) 專(zhuan) 利，可以為(wei) 空調製造商提供從(cong) 前期預研、生產(chan) 線改造，国产传媒在线配套等一攬子解決(jue) 方案，但出於(yu) 自身利益考慮，這些企業(ye) 不會(hui) 主動向自然製冷劑轉換。另一方麵，可燃製冷劑帶給人們(men) 心理陰影不容忽視，缺乏改造丙烷空調生產(chan) 線、以及在空調中安全應用等多方麵經驗，所以丙烷在空調係統中的應用研究進展緩慢。
　　世界各國對於(yu) 可燃製冷劑立場和態度有很大不同，在能否使用、使用場合以及最大允許充注量等問題上存在較大分歧。目前在冰箱等小型製冷係統中使用高純異丁烷等碳氫化合物已基本得到歐盟各國認可，一般規定每台冰箱充注量應小於(yu) 150g（美國UL250標準規定小於(yu) 50g）。由此可以推測，如果在家用空調中使用少於(yu) 某個(ge) 限定值的丙烷應該是可以被大多數國家接受的。
　　由於(yu) 美國人比較注重安全，所以對可燃製冷劑的使用比較排斥。非洲國家出於(yu) 對維修人員素質低的考慮，暫時沒有采用可燃製冷劑的計劃。日本沒有限製可燃製冷劑的法規，但按照常理，日本對可燃製冷劑的態度將取決(jue) 於(yu) ISO和IEC的安全指導。歐洲的法國考慮協調國家標準和IEC和ISO一致，英國、德國等歐洲國家出台相關(guan) 標準允許使用可燃製冷劑，表3 是英國對可燃製冷劑使用方麵的規定。我國國家標準GB 9237-2001則明確規定不允許在家用空調采用可燃製冷劑。

　　四、丙烷在家用空調上的應用建議
　　丙烷屬於(yu) 碳氫化合物，是可燃製冷劑，一定條件下可以燃燒，但一個(ge) 打火機和一個(ge) 充滿液化石油氣的鋼瓶的結果顯然不同——其破壞作用是與(yu) 碳氫化合物含有量有關(guan) 的，相對於(yu) 家用液化石油氣鋼瓶中丙烷含量15kg（按丙烷>95%含量計算），空調中充注丙烷量非常少，與(yu) 廚房隨時都有明火相比，空調中的丙烷應用環境要比液化石油氣安全得多。筆者認為(wei) ，碳氫化合物作為(wei) 製冷劑的危險性被過分誇大了。實際上，隻要遵照安全規範，就能確保它安全使用，丙烷作為(wei) 製冷劑並不可怕。
　　和用在冰箱高純異丁烷製冷劑相比，丙烷燃燒下限比高純異丁烷高。且一旦發生泄漏，冰箱100%泄漏在室內(nei) （箱內(nei) ），空調一般還要區分室內(nei) 室外兩(liang) 種情況，空調無論室內(nei) 和室外均有風扇運轉是強製對流，能很快將周圍丙烷濃度降低；而冰箱是自然對流，周圍環境濃度下降慢。從(cong) 這一點上，空調使用可燃製冷劑並不比冰箱危險。
　　丙烷有優(you) 良的熱力性能，在家用空調方麵比R410A係統性能更優(you) 越。隨著安全意識提高以及相關(guan) 法規陸續製定，丙烷在空調應該有非常廣闊應用前景。希望國家有關(guan) 部門應根據國情考慮中國R22替代物選擇，並參照國外標準製定相應可燃製冷劑使用安全標準。當然，目前對R410A的研究數據比較充分，而丙烷研究數據少且陳舊，無法準確評估丙烷性質。隻有充分的試驗結果和數據，才能使国产av资源更好判斷製冷劑優(you) 點和缺點，最終確定家用空調製冷劑長期替代方向。

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