作为制冷剂的15种碳氢类物质
行业已经认识到了碳氢物质的环保性和经济可行性。
一个发达的社会体系离不开制冷。无论是住宅、食品生产和储存（如冷冻食品、酸奶和/或咖啡）、汽车或化学制药过程还是空调，“冷却”是最基本的元素。工业生产的“冷”是现代生活的支柱。在德国，14%的一次能源用于冷却目的。通过使用天然制冷剂可以减少对环境的影响。
碳氢是一类天然制冷剂，由地球上物质循环而得，是天然气生产或石油精炼过程中的副产品。碳氢首次作为制冷剂使用可以追溯到19世纪20年代初，但在19世纪50年代被CFC/HFC所替代。CFC/HFC无毒和无可燃性，曾被称为“安全制冷剂”。但是，人们逐步认识到这些物质对环境和气候造成致命的影响，因此最终被禁止使用。
使用天然制冷剂的制冷系统为应对全球变暖做出了重要贡献，因此应大力推动这些系统在市场中的应用份额。在很多领域，碳氢可以作为合成制冷剂的理想替代品，因为它们的压力和制冷性能与合成制冷剂类似。同时，它们还具备独特的优势。
表1 一些重要的碳氢物质
|
化学式 |
制冷剂 |
沸点/℃ |
临界温度/℃ |
|
|
正丁烷 |
C4H10 |
R600 |
-0.5 |
152.0 |
|
异丁烷 |
C4H10 |
R600a |
-12.0 |
135.0 |
|
丙烷 |
C3H8 |
R290 |
-42.0 |
96.6 |
|
丙烯 |
C3H6 |
R1270 |
-47.7 |
91.0 |
|
乙烷 |
C2H6 |
R170 |
-88.7 |
91.0 |
|
乙烯 |
C2H4 |
R1150 |
-103.8 |
9.5 |
针对一些特殊应用，为获得更好的性能，碳氢混合物也已经商业化。一些物质已经列入ASHRAE标准和EN 378标准。
从气候变化方面来看，碳氢和氨或CO2一样具有优势。与很多合成制冷剂相比，它们不会破坏臭氧层，同时GWP值很低或为零。
但是，碳氢是高度可燃的，无味的。乙烯比空气轻，乙烷与空气密度相当，而丁烷、丙烷和丙烯的密度高于空气。在泄漏的情况下，它们可以在地面进行收集。因此，当规划和安装碳氢系统时，需要特别的规定。为保证安全，在建设、维护和维修碳氢制冷系统时都必须符合所有国家和国际安全规定（如EN 378、压力设备指令和ATEX指令等）。
安装和运营碳氢制冷系统必须符合相关标准和指令要求。根据EN 378-1和压力设备指令（DGRL），按照毒性和可燃性对制冷剂进行分级。
表2 制冷剂分级
|
毒性可燃性 |
毒性可燃性 |
||
|
A级 |
B级 |
流体组 |
|
|
低毒性 |
高毒性 |
||
|
不燃 |
A1 |
B1 |
2 |
|
低可燃 |
A2 |
B2 |
1 |
|
易燃 |
A3 |
B3 |
1 |
EN 378-1中定义的可燃性、毒性和DGRL流体组为任何地区进行碳氢系统的项目规划提供依据。碳氢属于安全组A3类和流体组1，表示它是低毒性、易燃。
表3 不同制冷剂的GWP比较
|
制冷剂 |
GWP值 |
|
R717 （氨，NH3） |
0 |
|
R744 （二氧化碳，CO2） |
1 |
|
R290 （丙烷）（HC） |
3 |
|
R22 |
1 810 |
|
R134a |
1 430 |
|
R404A |
3 922 |
|
R410A |
2 088 |
注：来源于EN378，AR 4。
表4 碳氢特性
|
生态 |
ODP=0，GWP≤ 3 |
|
热力学 |
COP（EER）值较好，甚至在高冷凝温度条件下 |
|
物理 |
良好的热交换性能 |
|
化学 |
与空气混合可燃烧/爆炸，良好的材料兼容性 |
|
生理 |
无毒 |
碳氢具有优秀的热力学特性，可以减少一次能源需求，由此降低间接全球变暖影响。
碳氢系统比合成制冷剂的总当量变暖影响（TEWI）平衡值更高。TEWI平衡值表示了一个制冷系统直接和间接全球变暖影响的总和。直接全球变暖影响包括制冷剂排放到环境中以及在泄漏和回收过程中的制冷剂损失的CO2当量。间接全球变暖影响是指在制冷系统生命周期内所需要的驱动能源产生的CO2当量。为降低对全球环境的影响，需要尽可能地降低TEWI值，如使用碳氢制冷剂。
与合成制冷剂不同，碳氢也是具有成本效益的。价格的差异不仅体现在系统初充灌量，也体现在泄漏损害后再补充过程中。另一方面，系统报废时的处理成本也较低。
碳氢系统的运行成本也具优势。其中一个理由是低能耗。以丙烷为例，它被称作是最高效的制冷剂之一。即使是基于安全原因，将制冷剂作为中间循环的系统也是高效的。
由于它们的性能优势，碳氢也具有开发新应用领域的潜力。基于此，碳氢制冷系统不仅具有生态优势，从经济上看也是可持续的。
碳氢已经用于不同工业领域。从设计上看，带
有中间循环（如盐水、乙二醇或CO2）的制冷系统和将CO2作为低温制冷剂的复叠系统已经成为标准配置。上述2个系统可以减少碳氢的充灌量。
已经成功用于家用冰箱和冷柜超过20年，碳氢越来越多地用于空调、中温和低温以及热泵等单级制冷系统。早在1995年，碳氢已经成为制冷和热泵技术的替代制冷剂。
如今已经出现了使用丙烷的空调器、使用丙烷和异丁烷的冷藏柜、使用丙烯的壁挂式多层冷藏柜、使用CO2/丙烷的风冷和水冷冷水机组和复叠式制冷系统等产品。
碳氢主要应用领域包括：
家用冰箱和冰柜
商用冷冻和冷藏柜
啤酒冷藏柜
饮料自动售卖机
除湿器
热泵
零售店用制冷设备
空调
低温复叠系统
用于间接制冷的水和盐水冷水机组，特别是室外安装
表5 碳氢替代HFC类制冷剂
|
HFC |
HC |
说明 |
|
R134a |
R600a |
家用―制冷量和压力水平有较大差异 |
|
R134a |
R290/600a混合物 |
商用 |
|
R404A，R507A |
R290，R1270 R290/1270混合物 |
商用，工业用（如化工） |
|
R407C |
R290，R1270 |
空气和热泵系统 |
|
R410A |
R1270/170混合物 |
制冷量和压力水平有差异 |
|
R23，R14 |
R170，R1150 |
低温复叠系统 |
|
R227ea |
R600a |
高温应用 |
|
R236ea，R236fa，R245fa |
R601，R601a |
高温应用，ORC应用 |
编译自：欧洲氨协会
编译：暖通空调 三石
建筑资质代办咨询热线：13198516101
咨询热线：13198516101 
