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这十五种碳氢类物质可以作为制冷剂

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 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十九世纪二十年代初,但在十九世纪五十年代被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

 

    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

 

       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

 

表4 碳氢特性

 

    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。上述两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二十年,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CO / 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:

1、家用冰箱和冰柜;

2、商用冷冻和冷藏柜;

3、啤酒冷藏柜;

4、饮料自动售卖机;

5、除湿器;

6、热泵;

7、零售店用制冷设备;

8、空调;

9、低温复叠系统;

10、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


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