摘要:阐述了离心式冷水机组的两种替代制冷剂HFC134a和HCFC123的性能,综合比较了这两种制冷剂的安全性、效率和其它一些因素。从安全性能来讲,HFC134a占有优势;在效率方面,HCFC123略高于HFC134a;由于HCFC123的ODP不为零,根据蒙特利尔议定书这一强制性条约,它将限制禁用;同时京都议定书也要求限制HFCs的排放量。最后文中结合了中国国情对HCFC123的使用进行了风险分析,认为就目前而言,HFC134a应当成为替代剂的主流。

关键词:离心式冷水机组;HFC134a;HCFC123;性能

检测和制冷剂充注的,而HCFC123机组是在无充注下出厂的,它们必须现场充注以及泄漏检测,这无疑提高了制冷剂损失的可能性并且增大了现场工作的难度。

由于HFC134a冷水机组是正压运行,它们无需抽气回收系统,而HCFC123机组是在负压下工作,必须安装抽气回收装置以避免空气和水蒸汽进入机组。显然,抽气回收设备增加了机组的复杂性和维修的难度。同时它也对机组性能产生一定影响,因为在实际的制冷过程中冷凝器内部可能存在着一部分空气,这将增大冷凝压力,降低系统COP。

HCFC123机组运行时冷凝器内正压,蒸发器内负压,这对机械密封来说是不利的,所以HFC134a要优于HCFC123。反过来讲,高压运行可能导致泄漏增加的可能性,但是现代工业技术已经在减少泄漏和制冷剂的操作管理方面取得很明显的进步。表2显示了不同机组的年泄漏率,可看出HFC134a机组的泄漏更小。

通常运行压力较高机组的尺寸较小,容积制冷量较大,制冷剂的充注量较小。同时在对制冷剂进行回收时,正压使得移除冷水机中的制冷剂变得容易,并且无抽气回收设备,也就免去了对它的维修。

3安全性[3]

制冷剂的安全性能是不容忽视的,依据国家制定的最新标准GB7778-2001,以毒性定量和可燃性定量的方法,将制冷剂分类,此方法较科学,目前广泛采用。

毒性指在急剧或长期接触、吸入或摄取情况下,制冷剂对人体健康的有毒或致命的能力。根据制冷剂的毒性、可燃性因素,将制冷剂分类如表3,其中字母A或B表示毒性程度,数字1、2或3表示可燃程度。

HCFC123和HFC134a都为不燃制冷剂,但HCFC123比HFC134a毒性高。

4效率

制冷剂的选择会影响制冷循环的效率。表4给出了制冷剂HFC134a与HCFC123在不同工况时性能系数COP的值。由计算结果分析可知,HFC134a的理论效率比HCFC123低3%～5%;随着过冷度的增加,HFC134a的COP比HCFC123的提高得快。在实际的制冷循环中,由于制冷剂HFC134a有更好的热导性以及不凝性气体对HCFC123的影响,两者的COP差距将会缩小[4]。

值得注意的是,两者效率的差距与《公共建筑节能设计标准》所提出的50%节能率相比很小。当采用新技术对机组性能改进后,对节能的贡献要更大,从图2中明显地看到这一点,采用双机头后的效率较单机头提高25.3%,采用双机头变频后可提高达49.8%。

5其它方面

的GWP较高,《京都协议》明确规定控制和消减其排放量。然而,2000年所有温室效应气体排放中HFCs占2%以下,并且计划到2050年要控制在3%以下(数据来源IPCC:政府间气候变化专业委员会),从这个数据可以看出相对整个温室效应问题,HFC的温室效应仅是很小的一部分。ORNL则提出了一种更为全面地评价制冷工质温室效应的指标,称为总当量变暖因素TEWI。它不仅包括了制冷工质本身的直接温室效应,而且还包括了因制冷装置耗能而排放CO2所产生的间接温室效应。有文献[5]表明,在总当量变暖因素TEWI中,直接当量变暖因素TEWI(D)所占的比例很小(小于5%),而间接当量变暖因素TEWI(I)占TEWI95.4%以上,说明制冷工质的特性参数GWP对TEWI的影响并不显著。HCFC123的ODP不为零,蒙特利尔议定书已规定了对其的淘汰进程。值得注意的是发达国家明显加快了淘汰时间,HCFC123的产量面临较快的下降,欧盟法规更加速了对HCFC123的淘汰。这无疑给发展中国家带来了两大潜在风险:1)HCFC123产量非常小,应用范围狭窄,生产集中在发达国家,而发达国家HCFC的产量现在面临较快的下降,HCFC123的价格必然由于减产而上涨,机组的维修和保养费用势必也将面临上升的风险;2)发达国家终将逐步停止HCFC123机组,其针对该制冷剂产品的后续技术研究和发展已基本处于停滞状态,给产品的后续技术带来潜在风险,还有零部件供应问题。现在购买的HCFC123机组,在其寿命周期内将有很长时间面临制冷剂供应和技术维修的风险,如图3所示。

6结语

根据本文对HFC134a与HCFC123的运行压力、制冷效率、安全性能等几个方面的比较分析得知:HFC134a机组正压运行,无抽气回收装置,并具有更小的制冷剂泄漏率;HFC134a机组的效率较HCFC123机组略低,采用新技术对机组改进后,两者差距可进一步减小;HFC134a的安全性能更好。综上所述,HFC134a与HCFC123相比较,具有价格低廉,实用性好,安全性能优良,可靠,产品尺寸小,无强制性淘汰规定等特点。HFC134a正得到越来越广泛的应用,除了主要制造商生产的离心和螺杆冷水机组,它还被用于汽车空调,冷藏车,医用呼吸器等设备中。

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