May 17 2018

美高梅开户接受了新的低GWP制冷劑的挑戰

美高梅开户接受低GWP制冷劑挑戰

文/Federico Bisco

序言:

对于整个制冷空调行业来说,2018年是非常关键的一年。欧盟发布的关于温室氟化气体(F-Gas)的517/2014条例规定,从2015年开始逐步减少HFC制冷剂的使用,当年减少量达到37%;到2020年则要达到45%。目前常见的HFC制冷剂因生产困难和价格上涨等原因,导致其使用量不断下降,而国际制冷剂供应商通过政治和商业手段等直接控制了R410a, R134a 和R404a等制冷剂的使用,由此驱使整个行业积极寻找可替代制冷劑解决方案。

GWP的替代制冷劑:

目前,行業對于未來制冷劑尚無明確定論,除了傳統的天然制冷劑(HC和R744),新的合成制冷劑或混合制冷劑也已進入市場。在未來幾年內,它們均可以滿足歐盟F-Gas條例的低GWP規定;但是,它們也存在一定的缺陷和問題,所以我們必須認真評估,特別是在相關應用方面。

表 1

爲了更好地說明當前現狀和未來的發展,制冷劑根據不同的應用可分爲三大類,表1根據最大工作壓力列出了三類合成制冷劑。

R134a替代制冷劑

R134a是目前汽车空调系统最好的制冷剂;除此之外,其还广泛用于大型冷冻机组,以及螺杆压缩机和离心压缩机的热泵系统中。HFOs家族的R1234被一致认为是R134a的最佳替代制冷劑,R1234制冷剂分为两种类型:R1234yf和 R1234ze。R1234yf已广泛应用于汽车行业,尽管R1234yf属于A2L类(轻度易燃),但是因其容量与R134a非常相似,无需修改设备尺寸即可快速替换。R1234ze虽然可燃性较低,与R1234yf同属A2L类,但是根据PED指令(2014/68/EU),其属于第2类制冷剂。且R1234ze没有经过“yf”的成功变体,当R1234ze替代使用在R134a系统时,系统制冷量会降低20%左右。该表同时列出了其他可能作为R1234系列HFOs制冷剂的替代品,但是它们各有缺陷:混合制冷剂R513a和R450a的GWP值与R134a相同,且无易燃风险,但只是作为暂时的解决方案,并没有占据市场的主导地位。另一方面,碳氢化合物(R600和R1270)具有很高的可燃性,某些商业应用规定充注量应低于150g,因此其很难在大功率设备中推广使用。在充分掌握R134a替代制冷劑的特性后,美高梅开户多年来研究HFOs及其混合制冷剂的化学兼容性,尤其是R1234制冷剂,美高梅开户已经能够提供全系列的机械和电子阀件,满足这些制冷剂和冷冻油的化学兼容性。同时,美高梅开户相关阀件已完成碳氢制冷剂和轻度易燃(A2L类)制冷剂如R1234yf的认证,包括四通换向阀(SHF系列)、电磁阀(MDF,HDF和FDF系列),以及电子膨胀阀(DPF系列)均可用于新冷媒系统中。

R404a替代制冷劑

过去十年,R404a无疑是意大利和欧洲市场使用最多的制冷剂;而R407系列混合制冷剂也取得一定程度地成功。但是,R404a的GWP值高达近4000,因而被认定是全球变暖最可怕的敌人。替代R404a并不是一件简单的事情,目前有两种可行办法:第一种是自然工质,主要是丙烷(R290);第二种是引入低GWP的混合物,但是GWP值依然在2000左右。丙烷是一种具有优良物理性能的碳氢化合物,当它在冰箱系统中使用时,其效率可以媲美R22制冷剂。但是丙烷依然存着可燃性问题,以及受制于IEC 60335-2-8的规定,商用系统中制冷剂充注量不得大于150g。以现有技术来看,这种规定使系统的功率仅为1.5~2kW,从而限制其主要应用在超市或者小型商用机组中。美高梅开户为天然制冷剂,尤其是丙烷提供了可靠的解决方案,研发出一系列适用于可燃制冷剂的控制部件。美高梅开户也是全球唯一一家将阀件和微通道换热器集成应用在蒸发器和冷凝器端的公司,微通道能够有效减少通道面积,从而解决制冷剂充注量的问题。采用微通道技术,特殊设计的制冷剂回路,使内部体积减少70%。得益于这一设计,部分厂商在遵守150g规定的同时,能够生产制冷量超过2kW的冷柜。尽管最近国际电工技术委员会(IEC/SC 61C)提议,修订了IEC 60335-2-89对冷媒充注的标准,由150g增加到500g,丙烷依然很难在大功率系统中应用。在商业制冷领域,我们看到一些GWP值仅为R404f一半的混合制冷剂正在引进,其中最典型的是R407a和R407f的混合物。但是它们也被认为是短期内的过渡制冷剂,并将最终被逐步淘汰;而新型混合制冷剂已经到来,如在意大利大获成功的R452a,和欧洲其他地区使用的R448a/R449a。这些混物的共性是不易燃,正因如此,受到了许多制冷厂商的关注。但是,它们的GWP值远远超过150,被归于过渡性制冷剂。而我们正翘首以待,不远的将来,什么才能真正驱动行业变革。针对R454家族的混合物制冷剂的讨论已经开始,但是这些制冷剂都属于A2L类,因此与丙烷存在着同样的可燃性的威胁。在目前制冷剂尚未确定的阶段,美高梅开户依可以为客户提供适用于各类新冷媒的产品打包解决方案。美高梅开户推出了新一代的全系列热力膨胀阀(RFKH, RFGB 和RFGD系列),并专门设计了应用于以上新型混合制冷剂的产品系列。除热力膨胀阀外,美高梅开户还为客户提供全系列的电子膨胀阀(DPF和VPF系列),能够精确调节冷媒流量,显著提高系统能效。电子膨胀阀DPF系列与其控制器SEC(圖1)配套使用,通过设置控制器的参数来控制制冷剂流量,从而实现一个电子膨胀阀应用在不同冷媒的系统中。

圖1

食品冷鏈領域似乎越來越傾向于使用二氧化碳(R744)制冷劑,至少在高緯度地區,R744能夠使系統達到更高的能效水平。由于二氧化碳的物理性能(臨界點爲33℃),所以其面臨的關鍵問題是設備的能效問題,即使經過高度優化的系統,其COP也不會超過2,這種情況在氣候溫暖地區和化石燃料發電的地區更加突出。一方面GWP值要求低,另一方面電能消耗較高,大量二氧化碳排放到大氣中,在意大利,我們看到應用R744系統的設備推廣非常緩慢;而歐洲其他地區的情況則恰恰相反,這些跨臨界系統正在積極推動二氧化碳制冷劑的應用。作爲制冷空調行業的引領者,美高梅开户以一貫的專業技術和專注創深耕制冷領域,在二氧化碳系統應用方面,美高梅开户能夠提供全系列的球閥解決方案,如亞臨界應用的CBV系列球閥可以達到60bar,和跨臨界應用的CBVT系列球閥(圖2)。美高梅开户提供的AISI304不鏽鋼制成的閥件産品,全不鏽鋼閥體使産品耐壓強度達到100bar。同時,美高梅开户擁有雙金屬焊接的專利技術,接管部位內部爲99%的純銅,方便客戶焊接,在R744系統中,一般采用K65銅管進行釺焊操作。

圖 2


R410a替代制冷劑

在制冷行業這場革命中,空調無疑正在經曆最困難的轉型期。多年來,應用于空調的制冷劑主要是R410a。而自2017年1月以來,受通貨膨脹的影響,R410a的價格已上漲兩倍多。除歐洲嚴格限制R410a的使用外,中國生産R125制冷劑的部分工廠也已關閉,而R410a中50%的成分是R125。中小型空調是由亞洲行業巨頭推動的,長期以來使用廣爲人知的R32制冷劑,R32也是R410a的成分之一,雖然這種制冷劑的GWP值不高,但是它具有輕度易燃性(A2L類),根據PED指令,R32屬于1類制冷劑,要求設計壓力不低于46bar。此外,在常規的空調工況下,壓縮機的排氣溫度高達150℃,此時制冷劑往往被用來冷卻機器(chillers),這對壓縮機和閥件生産商提出了許多嚴苛的要求。美高梅开户目前能夠提供對這種制冷劑有良好化學兼容性的産品,並與認證機構合作,爲DN>25的大型部件提供PED認證。同時,美高梅开户還積極爲R452b尋找可靠産品,R452b制冷劑可能是大中型熱泵未來的解決方案。

結論:

制冷空調市場正處在一個重大的轉折點,新的環境保護法令和經濟政策的壓力迫使制冷劑生産商積極向低GWP制冷劑及其混合物轉型。除過渡性制冷劑外,所有與“制冷”相關的工質都在向易燃或輕度易燃的自然工質或混合工質發展,這一趨勢要求制冷行業生産商徹底改變工藝設計和部件材料選擇,以提供最大兼容性和可靠性的産品,即使在泄露等事故發生時,也能確保安全性。同樣地,相關條例也需要修訂以保證新型制冷劑廣泛使用時的安全標准。美高梅开户在這一變化中看到了重大的機遇,通過大量的研發投入,爲行業客戶提供優秀的産品和最前瞻的技術。