目前主要的10种0HFC商用制冷剂

2025-07-09 10:24分类：热点新闻阅读：

本文选取目前主要的10种0HFC商用制冷剂,系统介绍其特性及应用情况,以期为制冷行业提供参考

R134a

(一)物性特点
R134a(四氟乙烷)是最早得到广泛应用的HFC制冷剂。其ODP为0,GWP=1430,是典型的高GWP值冷媒。R134a无色无味,不燃,无毒,化学性质稳定。其沸点-26.1℃,临界温度101.1℃,饱和蒸汽压与R12相近,易于在原R12系统中替代[3]。R134a的电绝缘性好,可用于冷冻机的马达直接冷却。但其对水具有一定吸湿性,需严格控制系统含水量。

(二)主要应用
R134a主要用于汽车空调。由于其热力性能与R12相近,原R12车用空调只需略作改造,即可顺利过渡到R134a。目前全球汽车空调基本实现了R134a替代。R134a还广泛应用于家用电冰箱。它取代原R12冷媒后,制冷系统性能系数COP略有下降,但通过提高压缩机效率和换热器性能,可实现制冷量和能效的提升[4]。此外,R134a还用于商业制冷的中高温冷藏和工业冷水机组等。

(三)市场现状
R134a是目前产量最大、应用最广的HFC制冷剂。据不完全统计,2018年全球R134a产量约30万吨,占HFC总量的42%[5]。我国是R134a的生产和消费大国,拥有数十家R134a制造企业,年产能超过10万吨。但受国际履约进程加快影响,R134a的增长速度正逐年放缓。一些发达国家已开始限制R134a在新车空调中的使用。预计到2030年,R134a的使用量将较峰值下降50%以上[6]。

R410A

(一)物性特点
R410A是由R32和R125按50/50质量比复配而成。它是一种近共沸混合物,在相变过程中温度变化很小,接近单一工质的性能。R410A的ODP为0,GWP=2088,是一种高压冷媒,在常温下即可超过2MPa。其液体密度大,对管路设计提出了更高要求。R410A的制冷量和容积制冷量均明显高于R22,压缩机尺寸可缩小[7]。但其排气温度也更高,需采取可靠的冷却措施。此外,R410A与矿物油不相容,一般采用POE合成油。

(二)主要应用
R410A主要用于空调器。它是R22的理想替代品。与R22相比,R410A的空调系统COP可提高5%以上,制冷剂充注量减少30~40%,配管直径缩小20%[8]。目前变频式、多联式空调大都采用R410A。它还可用于除湿热泵和水冷机组。以R410A为工质的热泵式干衣机、热泵热水器等也开始进入市场。

(三)市场状况
R410A已成为空调冷媒的主力。据产业在线统计,2017年我国R410A表观消费量约9万吨,同比增长31%。空调产业的快速增长直接带动了R410A需求的上升。预计2020年我国R410A需求量将达到25万吨[9]。但从长远看,作为高GWP值的HFC冷媒,R410A难逃被替代的命运。一些生产企业已开始评估和开发R410A的低GWP替代品。

R407C

(一)物性特点
R407C由R32/R125/R134a三种成分按质量比23/25/52复配而成。与R410A不同,它是非共沸混合物,在相变过程中温度滑移达5~7℃。这一特性使得蒸发器出口过热度较大,有利于提高换热效率,但也对系统控制提出了更高要求[10]。R407C的ODP为0,GWP=1774,常温饱和压力与R22相当,易于对R22系统改造替代。其容积制冷量略低于R22,压缩机排气温度适中,可采用常规矿物油。

(二)主要应用
R407C主要用于工商业制冷。它与R22物性相近,适合作为R22系统的过渡性替代品。在大型冷库、速冻设备、冷藏集装箱等领域,原R22机组改用R407C运行,只需对膨胀阀和控制器略作调整,即可获得与R22相近的制冷量和能效[11]。一些原R22冷水机组和热泵机组,也可在更换压缩机润滑油后,改用R407C。但由于其温度滑移特性,并不完全适合热泵供暖等对温度波动敏感的场合。

(三)市场状况
随着R22的加速淘汰,R407C作为R22的替代品,需求量出现快速增长。据权威数据,2016年全球R407C市场规模为7.3万吨,预计到2020年将增至12.8万吨[12]。我国是R407C的主要生产国,拥有金冷、三美等一批大型制造企业,出口量约占全球总量的70%。但国内R407C的应用尚不普及,仍有较大的替代空间。从发展趋势看,R407C作为过渡型的替代品,市场前景有限,低GWP混配工质R448A、R449A等更具发展潜力。

R417A

(一)物性特点
R417A是由R125、R134a和R600三种成分组成的混配工质,其质量配比为46.6%/50%/3.4%。它也属于非共沸混合物,温度滑移在4~6℃之间。R417A的热力性能与R22相近,在-20℃时的饱和蒸汽压与R22基本一致,容积制冷量约为R22的95%[13]。其ODP为0,GWP值2346,是目前常用制冷剂中GWP最高的品种之一。与R22一样,R417A属不可燃、低毒性冷媒,可兼容常规矿物油。

(二)主要应用
R417A主要用于中低温商业制冷。它特别适合在原R22系统的改造替代中发挥过渡作用。在冷库、陈列柜、制冰机、冷藏集装箱等设备中,只需调整膨胀阀开度,更换滤干器和油封,即可实现R417A的无缝切换[14]。改造后制冷系统性能与原R22系统相当,无需对客户使用习惯做大的改变,因而得到了用户的欢迎。R417A 还可用于一些原R502设备的改造,但需对压缩机重新选型。

(三)市场状况
作为R22淘汰进程中的过渡替代品,R417A在超市冷柜和冷库领域获得了一定的市场。据业内人士透露,以色列和澳大利亚等国的大型连锁超市,已有相当比例的R22设备改用了R417A。我国也有十多家R417A生产企业。但从长远看,高GWP值限制了R417A的发展空间。随着R404A、R507等可直接替代R22的新混配工质的成熟,R417A将逐步退出历史舞台。

R404A

(一)物性特点
R404A由R125、R143a和R134a三种成分复配而成,其质量比为44%/52%/4%。与R410A类似,它也属于近共沸混合物,在相变过程中温度变化不大。R404A的ODP为0,GWP高达3922,是常用HFC类制冷剂中GWP最高的品种。它的饱和蒸汽压与R502相当,在-40℃时约为0.5MPa,高于R22约60%[15]。R404A的制冷量大,压缩机排气温度较高,需采用POE合成油。其放射性热传递系数高,与热交换器匹配性好。

(二)主要应用
R404A主要用于低温冷冻。在冷冻食品加工、超市冷冻设备、速冻隧道、血液冷藏等-40℃以下的低温领域,R404A是R502的最佳替代品。它可直接用于原R502系统,在更换压缩机润滑油后即可运行,制冷量和COP均优于R502[16]。对于新设计的R404A低温系统,可采用微通道换热技术,减少冷媒充注量,提高设备紧凑性。但R404A的高GWP值使其面临严格的排放限制,正逐步被R407A、R407F等温和的过渡替代品所取代。

(三)市场现状
据权威数据,2017年全球R404A市场需求量约为9万吨,占HFC冷媒市场的12%。我国也是R404A的生产和消费大国,金冷、巨化等多家企业的年产能合计超过2万吨。目前国内冷冻冷藏领域仍有大量R22设备尚未淘汰,R404A替代R22和R502的空间还很大。但从全球来看,一些发达国家和地区已开始限制高GWP值制冷剂在部分领域的使用。如欧盟的F-gas法规要求,到2022年R404A在所有固定式制冷设备中的使用量要在2015年的基础上削减60%[17]。

R507

(一)物性特点
R507由R125和R143a两种成分按50/50质量比混配而成。与R404A类似,它也是一种近共沸混合物。在饱和蒸汽压力、临界参数、制冷量等方面,R507与R404A非常接近。不同的是,R507的成分更简单,蒸发和冷凝温度滑移更小,利于系统的控制和运行[18]。R507的ODP为0,GWP值高达3985,在常用制冷剂中仅次于R23,因而面临更严格的使用限制。与所有HFC类制冷剂一样,R507应使用POE油,并严格控制系统的清洁度和干燥度。

(二)主要应用
与R404A的应用领域高度重合,R507主要用于商业低温冷冻。在超市冷冻柜、速冻隧道、医用低温设备、低温冷藏集装箱等-40℃以下的系统中,R507是R502的理想替代品。特别是在对温度波动敏感的食品速冻领域,R507比R404A具有更好的可控性[19]。对于原R502系统,采用R507替换后,在蒸发温度略有降低的情况下,压缩机功率和制冷量基本不变。R507还可作为低温级联系统和超低温制冷的高温级制冷剂。

(三)市场现状
作为R404A的近似替代品,R507在全球的市场需求略低于R404A。据相关数据,2016年R507的全球市场容量约为5万吨。由于R404A先于R507进入市场,客户的认知度和接受度更高,因此R507的市场增长速度不及R404A。我国R507的产销量也低于R404A,生产厂家主要有三美、巨化等。但随着R404A的逐步退出,R507有望在冷冻冷藏领域得到更多的应用。从长远看,高GWP值终将限制R507的可持续发展。

R23

(一)物性特点
R23即三氟甲烷,是一种单元HFC制冷剂。在常用的HFC类制冷剂中,R23的沸点最低,为-82.1℃。这使其在常压下即可获得-100℃以下的超低温度。R23的ODP为0,但GWP值高达14800,是目前GWP最高的HFC制冷剂。它无色无味,化学性质稳定,溶解度低,电绝缘性能优异。R23的饱和蒸汽压力适中,临界温度26℃,可在临界点附近实现高效制冷[20]。作为HFC冷媒,R23也应使用合成油作为压缩机润滑剂。

(二)主要应用
独特的超低温性能,决定了R23的应用领域集中在超低温制冷。在医药生物、半导体制造、航天航空等需要-70℃以下超低温的场合,R23是罕见的高效制冷剂。采用R23/R134a或R23/R404A的二元级联制冷系统,可获得-80℃~-100℃的宽泛温区。R23还是一种重要的电子气体,可用作等离子体蚀刻和清洗的工艺气体[21]。此外,R23还可用作灭火剂,其灭火性能优于常规的二氧化碳。

(三)市场状况
由于超低温应用领域相对较小,R23在制冷剂市场中的占比很低,全球年需求量不足1000吨。我国是R23的主要生产国,金冷、三美、巨化等企业均有R23产品,部分产品出口日本、欧美等地。但R23超高的GWP值,使其面临极为严苛的排放限制。根据基加利修正案,到2036年,发达国家要在2011-2013年平均水平的基础上,把HFC的消费量削减85%[22]。因此从长远看,R23将被迫退出历史舞台,由其他超低温制冷剂所取代。

R508A/R508B

(一)物性特点
R508A和R508B是由R23和R116组成的二元混合制冷剂,其区别在于成分配比不同。R23/R116的质量比在R508A中为39/61,在R508B中为46/54。相应地,R508B的沸点(-87.4℃)低于R508A(-83.1℃),R508A的临界温度(11.2℃)高于R508B(9.4℃)[23]。二者的ODP值均为0,GWP值也相差无几,分别为13214(R508A)和13396(R508B)。与R23一样,R508A/B也是不可燃、无毒的电绝缘型冷媒。

(二)主要应用
R508A/B主要应用于超低温冷冻。由于具有比R23更低的蒸发温度,它们可替代R13实现-100℃以下的制冷温度。在医药生物的超低温保存、半导体制造的极低温冷阱、航天设备的深冷处理等领域,R508A/B越来越多地得到应用。与R23相比,R508A/B的优点是饱和蒸汽压力更低,可采用较低的工作压力,设备的安全等级要求可相应降低。此外,R116惰性成分的加入,可降低R23的易溶性,对系统润滑性能更有利[24]。

(三)市场状况
作为R13和R503的替代品,R508A/B的市场需求主要来自于超低温冷冻领域。由于应用范围极为有限,其在制冷剂市场中的地位更是微不足道。我国虽有R508A/B的生产,但产量很小,专供高端应用。从发展趋势看,新的混配工质如R514A(R1130/R23)正在兴起,有望在超低温领域取代R508A/B。而从更长远看,随着HFO类新型制冷剂的开发成熟,以R23为主成分的R508A/B在未来的生存空间也将十分有限。

R152a

(一)物性特点
R152a即1,1-二氟乙烷,是继R134a之后又一个重要的HFC制冷剂。与R134a相比,R152a的分子量更小,饱和蒸汽压更高,在相同蒸发温度下可多获得30%的制冷量。R152a的ODP为0,GWP仅为124,是目前GWP最低的HFC制冷剂。但R152a有轻微可燃性,其燃烧下限高达4.8%。在阳光下,R152a还可发生光解反应。尽管如此,R152a仍具有很高的安全系数,可在采取适当防范措施的条件下安全使用。

(二)主要应用
R152a主要应用于家用和轻商用制冷。它是R12的良好替代品,可直接用于中小型冷水机组、除湿机、热泵热水器等。与R134a相比,采用R152a可使压缩机排气温度降低10℃左右,显著改善润滑条件。在家用电冰箱领域,虽然R134a仍占主导地位,但R152a的节能和环保优势日益显现。实验表明,R152a冰箱的能效比可较R134a提高5%以上。此外,R152a还可用于汽车空调。由于其制冷量大,系统管路可缩短20%,更有利于轻量化。

(三)市场现状
目前R152a的市场主要集中在发达国家。据统计,2018年美国R152a的表观消费量为2.4万吨,占其HFC消费总量的17%。欧洲和日本也有少量R152a的生产和使用。我国虽是HFC冷媒的生产大国,但R152a的产销量很小。这与R152a生产技术难度大,以及家电行业基本被R600a所垄断有关。但随着国际HFC淘汰进程的加快,R152a作为过渡型替代品,市场前景可期。从应用趋势看,R152a与HFO-1234yf的混配物,有望成为新一代汽车空调的首选冷媒。

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