R290是最终"版本"?浅析制冷剂发历程

绿缔冷柜 2017-03-16

  6月28日,在深圳,国内首批“纯无氟”空调正式上市了,这也标志着新型环保制冷剂R290的时代已经到来!纵观制冷剂的发展历程,从民众熟知的氟利昂系列,到过渡性质更多一些的氢氯氟烃(例如R22)、氢氟烃(例如R410A)等替代品,再来到如今纯无氟的R290,制冷剂经过人类160多年的探索研究,可以说每一次更新换代都是一步大跨越!随着R290空调的上市,制冷剂最终“版本"问题又成为了人们议论的焦点,R290,它还有什么样的缺点值得科研人员再去攻关呢?今天笔者就来和大家聊聊制冷剂的那些事儿!


R290是最终"版本"?浅析制冷剂发展历程

  人类最早使用制冷剂的历史要追溯到19世纪中叶了,雅各布.帕金斯(Jacob Perkins)在1834年建造了首台实用制冷机器,它最初使用的制冷剂是乙醚。随后,二氧化碳(CO2) 和氨(NH3)分别在1866年和1873年被用作了制冷剂。再往后,其他化学制品包括化学氰(石油醚和石脑油)、二氧化硫(R-764)和甲醚,也开始被作为蒸气压缩用制冷剂。


“红极一时”的氟利昂(图片来源于百度)

  看完上面这些制冷剂是否感觉回到了上古时代?其实民众最先了解制冷剂普遍是因为它——氟利昂和著名的南极臭氧层空洞事件,话说氟利昂也挺“可怜”的,刚被人熟知就被逼着要“下架"了,不过科学要进步,优胜略汰这是必然的。所以,从此以后制冷剂的科研方向就走上了“不伤臭氧层”这条道路。其实氟利昂破坏臭氧层并不是因为“氟”元素,而是因为“氯”元素,氟利昂分子上升到平流层后,会在强烈紫外线的作用下被分解,含氯的氟利昂分子会离解出氯原子(称为“自由基”),然后同臭氧发生连锁反应,不断破坏臭氧分子。所以在首批R290空调上线之前,国内厂家普遍宣称的无"氟“空调其实指的仅仅是无“氯”,此番提出"纯无氟"概念,是因为R290只由C、H元素组成,既不含有氯元素也不含”氟"元素,做到了真正的无氟!


全球变暖已不容忽视图片来源于百度

  不伤臭氧层是制冷剂的主要研究方向,所以ODP(消耗臭氧潜能值)值大约为氟利昂系列1/20的氢氯氟烃(例如R22)就自然而然的走进了人们的视野,成为了氟利昂的替代品,但是后续的实验证明,氢氯氟烃长期和过量使用对臭氧层产生的危害作用仍不可忽视。而且这时候,另外一个环保课题也越来越被大家重视了,它就是全球变暖,研究表明,氢氯氟烃物质的GWP(全球变暖潜能值)值非常高,对全球气候变化影响巨大,这一指数的超标也直接给R22判了死刑!所以R410A的登场成为必然,R410A由于不含氯元素,它不会破坏臭氧层,理论的ODP为0,而且其工作压力为R22空调的1.6倍左右,制冷(暖)效率高, 还能够提高空调性能。所以R410A一入市,便成为了全球公认的最优制冷剂,当下国内正在销售的空调也大都采用了这一制冷剂。R410A的重大改变是因为它主要由氢,氟和碳元素组成,具有稳定,无毒,性能优越等特点。但是,不幸的是,你猜对了,与氢氯氟烃一样,R410A的GWP值依旧很高(GWP为1730)。随着全球气候变暖的形势越来越严峻,R410A被替换也只是时间问题。


R410A对温室效应影响依旧很大图片来源于百度

  接下来就是前文我们讲到的R290制冷剂了,经历了过渡期的R22和R410A,R290这时候的登场显的众望所归!在说它之前,我们也有必要科普一下其相关概念,制冷剂R290,即丙烷,是一种可以从液化气中直接获得的天然碳氢制冷剂,天然工质的R290分子中不含有氯原子,它只由碳、氢元素构成,因而ODP值为零,对臭氧层不具有破坏作用。此外,与同样对臭氧层无破坏作用的HFC物质相比,R290的GWP值接近0,对温室效应也没有影响。


R290制冷剂已趋于完美图片来源于百度

  所以,看完了上述介绍,是否觉得“无伤臭氧层"和"对温室效应没有负影响”的R290就是完美的了呢?这......还真不好说,虽然R290在环保上的优势让其确实趋近于完美了,不过其“易燃易爆”的缺点是目前限制其大规模推广的最大阻碍。据了解,目前多数厂家的空调密封性检测标准要求很高,正常空调年泄露量可以控制在5g以下,不会产生任何危险。但是,现在出现的制冷剂泄露多集中在空调安装、使用、维修过程中,而这些过程中又存在如环境、使用方式等诸多不可控因素,因此这些过程中的安全控制措施仍需进一步研究与完善。不过随着首批R290空调的正式下线,相信在安装和维修等措施上相关的安全措施也会进一步加强,从技术层面来说,用C、H元素构成的R290作为最终制冷剂是十分理想的状态了,至于易燃易爆等问题,除了制造安装过程需要格外注意之外,也期待科研人员能够尽快开发出R290的迭代产品,从根本上解决这一问题!


国内首批纯无氟空调上市(图片来源于百度

  我们说了半天制冷剂,大家不禁要问,除了这些大方针政策方面的考虑,以我们一个消费者的角度来看,制冷剂的发展对于我们又有什么意义呢?笔者要告诉大家的是,制冷剂作为热交换的媒介,它的性质直接关系到制冷装置的制冷效果、经济性、安全性及运行管理,因而制冷剂的更新换代,并不是单纯的出于环境保护的考虑,从最初的氟利昂到现在的R290。每一次的更新迭代,制冷剂都能带来更低的冷凝温度,以增大空调的能效比,新的制冷剂也催生着更高效压缩机的诞生,以此推动空调、冰箱等热交换电器的进一步发展,所以制冷剂的发展不论从宏观还是微观角度来看,都与我们的生活有着密切的联系!


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