制冷剂 – 发展历史, 使用禁令, 天然工质和合成制冷剂

内容概要:

• 制冷剂的发展历史 | 基加利修正案
• 里程碑时刻 | R600a 替代 R134a 成为家用冰箱制冷剂
• 制冷剂 – 天然工质, 半天然制冷剂, 合成制冷剂, 以及混合制冷剂 | 碳氢化合物 | 氢氟烯烃 HFO
• 思科普产品公告

制冷剂的历史

制冷剂自用于制冷设备以来一直在不断发展。设备升级换代、对高效解决方案的需求，以及近年来对环境和安全方面的考虑，都推动了新型解决方案的开发和应用。

在最初阶段，市场上曾使用过易燃和具有一定毒性的液体，但其危险性还是遏止了这类制冷剂的广泛使用。20 世纪初，不易燃、毒性低的化学制冷剂开始使用，氟氯碳 CFCs 和含氢氯氟烃 HCFCs 时代随之到来。20 世纪 80 年代后期，人们意识到了化学物质对臭氧层的负面影响，由此签署了《蒙特利尔议定书》对其使用进行管制。因为成分中含有释放后会破坏臭氧层的氯，CFC 和 HCFC 制冷剂的使用也逐步减少，化学公司随之将氢氟烃 HFCs 作为替代品。虽然 HFC 制冷剂不会直接破坏臭氧层，但全球升温潜能值很高，会产生影响气候变化的温室气体。

基加利修正案

2016 年颁布的《基加利修正案》解决了这一问题，此后 HFCs 的使用至 2050 年将逐步减少 80-85%。这些有效的环保法规和举措，引起了社会对低全球升温潜能值（GWP）和低臭氧消耗潜能值（ODP）制冷剂的注意。在绿色制冷剂中，碳氢化合物（HC）和二氧化碳（CO₂）的应用急剧增加。HC 和 CO₂ 的使用历程，早在制冷技术发展的初期就开始了。其可燃性如今也通过了安全标准的验证，正规操作下，碳氢化合物在封闭系统中已是成功替代上一代制冷剂的安全选择。

重要时刻

• 2030 年 1 月，中国 – 氢氟碳化物（HFC）排放量减少 60%（目前尚无具体法规出台）
• 2025 年 1 月，中国– HFC 排放量减少 25%（目前尚无具体法规出台）
• 2022 年 1 月，欧洲 – 禁止在商用冰箱、冰柜中使用 GWP 值大于 150 的 HFCs
• 2021 年 1 月，美国– 禁止在汽车空调中使用 R134a 制冷剂
• 2020 年 1 月，美国– 所有中背压（MBP）应用和独立低背压（LBP）系统禁止使用 HFCs
• 2020 年 1 月，欧洲 – 在移动空间内安装的空调，禁止使用 GWP 值高于 150 的 HFCs
• 2020 年 1 月，欧洲 – 禁止在商用冰箱、冰柜中使用 GWP 值大于 2500 的 HFCs
• 2019 年 1 月，美国 – 禁止在自动售货机和 MBP 制冷系统 (<2,200 BTU/h) 中使用 HFCs
• 2017 年 1 月，美国 – 禁止在超市系统中使用 HFCs
• 2016 年 7 月，美国 – 禁止在所有经改造的制冷系统中使用 HFCs
• 2015 年 1 月，欧洲 – 限制 HFC 的进口和生产数量 (增加税收)
• 2015 年 1 月，欧洲 – 在家用冰箱和冰柜中使用 GWP 值高于 150 的 HFCs
• 2015 年 1 月，全球 – 全面禁止使用 R12 并开始逐步淘汰 R22 

R600a 成为家用冰箱中 R134a 的替代制冷剂

 - 1993 年, 绿色和和平组织与东德制造商 Foron（前身为VEB dkk Scharfenstein）合作研发的 “绿色无霜冰箱”问世，这证明了 R600a 虽是易燃物质，但在家用冰箱中使用并不会引发问题。

- 绿色和平组织的创新举措给传统制造商（博世 - 西门子、利勃海尔、美诺、AEG、伊莱克斯、博克耐特）带来了巨大压力，促动他们决定尽快采用 R600a 制冷剂，并逐步淘汰刚投入使用不久的 R134a。

- 同在 1993 年，丹佛斯压缩机公司（现思科普）推出了适用 R600a 的压缩机。

- 据联合国环境规划署统计，2018 年全球有超过 10 亿台家用冰箱使用 R600a 制冷剂。

- 到 2020 年，全球 75% 的家用电器生产都基于 R600a 制冷剂。

从 20 世纪 90 年代起，思科普（原丹佛斯压缩机）开始使用碳氢化合物压缩机

制冷剂--天然、半天然、合成和混合物

制冷剂是一种在制冷系统中传递热量并实现热力转移的流体。根据化学成分，制冷剂可分为以下几类：

• CFC- 氯氟烃（R12）
• HCFC- 氢氯氟烃（R22）
• HFC- 氢氟烃（R134a、R404A）
• HFO- 氢氟烯烃（R1234yf）
• HC- 碳氢化合物（R290、R600a）

不同的化学成分对环境造成的影响也有所差异。除了制冷剂中应用的，还有其他化学物质会对环境造成破坏，因为这些有害物质会消耗臭氧层并产生温室效应。臭氧消耗潜能值（ODP）和全球变暖潜能值（GWP），是监测大气和空气质量变化的两个重要测量指标。

GWP 衡量的是在特定时期内，制冷剂相较于二氧化碳捕获大气热量的能力。GWP 值越高，对全球变暖的影响就越大。

ODP 评估的是制冷剂破坏平流层中臭氧分子的能力。ODP 值越低，制冷剂对臭氧层的破坏力就越小。

为了杜绝使用有害环境的物质以及减少整体电能消耗，颁布了许多相关法规。

1987 年实行的《蒙特利尔议定书》是一项全球环保协议，针对造成臭氧层破坏的化学物质的生产和出售进行了管控。CFC 或 HCFC 制冷剂中的氯就位列其中，也致使这类制冷剂的使用逐步减少。

为替代造成臭氧层消耗的 CFC 和 HCFC 而开发的氢氟碳化物 HFCs 制冷剂，其 ODP 值为零或接近零。尽管 HFC 不会对臭氧层造成危害，但由于它们会产生影响气候变化的温室气体，因此仍具有很高的 GWP 值。不过，这是在《蒙特利尔议定书》通过后被发现的，因此在近年由 2019 年 1 月起生效的《基加利修正案》所修正。批准《基加利修正案》的国家正在逐步减少对含氟温室气体（HFCs）的应用。

禁用 CFCs、HCFCs 和 HFCs 后，制冷领域就剩下三个可能的选择：HFC-HFO 混合物、HFOs 以及碳氢化合物（HCs）等天然工质。

碳氢化合物 HC

碳氢化合物（HCs）是由氢和碳组成的无味化合物，于环境中自然存在。与合成制冷剂相比，碳氢化合物对环境友好、无害、ODP 为零且 GWP 值非常低。HCs 的工作温度与 HFCs 几乎相同，且充注量较低。HCs 良好的热力学和物理特性使其成为节能解决方案。不过由于它易燃，所以安全要求较高（安全等级 A3）。

思科普在业内是 HCs 的早期采用者，并一直将异丁烷（R600a）和丙烷（R290）用作为最高效、经济的制冷设备友好型制冷剂。

在制冷量的限制下，建议将 R600a 制冷剂用于小型应用，例如家用冰箱和冰柜、迷你吧和酒柜。它还适用于移动制冷，包括汽车和海上运输装载的冰箱和冰柜、便携式冷却箱，以及使用太阳能和电池供电的设备。

R290 制冷剂具备高效率，非常适配食品服务和食品零售业使用的轻型商用设备、冷藏箱、冷冻箱、陈列柜、超市设备以及不断发展的医疗领域。

基于 R600a 和 R290 制冷剂自身的效能再加上系统设计，所需的充注量会比使用其他制冷剂少 40-50%。因其可燃性和易爆性，制冷剂的用量会受到因地区而异的标准限制。实际上，采取正确的预防措施并加以注意，可无需对此担忧。另外，只需投入少量资金更改组件和设计，原为 HFCs 设计的常规制冷系统就可以使用 HC 制冷剂了。

氢氟烯烃 HFO

氢氟烯烃（HFO）的化学成分是氢、氟和碳，这和 HFCs是一样的。不过氢氟烯烃的 GWP 值相对较低，对臭氧层没有影响也更加环保，并且 HFOs 不会在大气层中吸收热量导致全球变暖。不过，它们被归类为轻度易燃、安全等级为 A2L 的化合物，对环境和人类健康有一定的潜在威胁。HFOs 的典型应用是制成 R1234yf 制冷剂，思科普将其用于汽车空调系统、迷你酒吧或卡车冰箱。

氢氟烃 HFC / 氢氟烯烃 HFO 混合物

HFC 或 HFO 混合物是氟氯烃与氟氯烯烃制工质的结合，其性能与 HFCs 相似但对环境的影响更小。许多混合制冷剂还有有温度滑移的现象，因此新型工质就是为替代 HFCs 而开发的。经对思科普现有压缩机中的替代制冷剂的验证，R452A、R449A 和 R448A 被批准为 R404A/R507 的替代制冷剂，R513A 可被替代用于一些 R134a 机型。根据观察，这些制冷剂的冷却性能较低、能耗较高、运行压力和温度较高，且存在一定运行限制。经精确的系统优化后，这些制冷剂能够稳定运行多年。由于 R448A 和 R449A 在正常负载条件下内部温度非常高，因此不建议将它们用于低背压设备。经验证，前面提到的混合物被匹配到不同了的安全组：R513A、R452A、R449A 和 R448A 被归入 A1 安全组（不易燃）；R454C 和 R455A 被归入 A2L 安全组（轻度易燃）。

思科普产品公告

思科普的产品研发重点聚焦于高效与环保。我们与所有主要市场相关方一致认为，碳氢化合物 HC 制冷剂（异丁烷R600a 和丙烷 R290）可作为轻商应用的最佳解决方案。也理解这存在一个过渡阶段，一些特殊应用短期内无法重新设计能够使用 HC 制冷剂的系统，因此会使用其他工质。以下是新型制冷剂的详细信息，它们由化工行业研发，为无法使用 HC 制冷剂的应用提供了替代性方案。