制冷剂R22与R134a的应用比较

目前全社会越来越重视环保问题，部分地区政府相关职能部门也发出了全面禁氟的政策法令，但禁氟不仅是错误的概念，也导致了广大用户和生产厂家的应用困惑。本文从氟利昂概念、国际公约、国家政策、应用特性入手对常用制冷剂R22和R134a做全面分析，以明确制冷剂R22的优势地位。
一、氟利昂的概念
目前，国内很多用户都要求生产厂家采用R134a等环保冷媒，拒绝使用氟里昂R22冷媒，理由是响应国家号召保护环境。其实R22和R134a都是氟利昂家族的成员，属于氢氯氟烃类。氟里昂是饱和烃类（碳氢化合物）的卤族衍生物的总称。从氟里昂的定义可以看出，现在人们所谓的环保冷媒R134a、R410A及R407C等其实都属于氟里昂家族。所以禁氟这一概念把该禁不该禁的内容混为一谈。
氟里昂之所以能够破坏臭氧层是因为制冷剂中含有CL元素，而且随着CL原子数量的增加对臭氧层破坏能力也增加，随着H元素含量的增加对臭氧层破坏能力降低；造成温室效应主要是因为制冷剂在缓慢氧化分解过　　程中，生成大量的温室气体，如CO2等。根据分子结构的不同，氟里昂制冷剂大致可以分为以下三大类：
1.氯氟烃类：简称CFC，主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等，由于其对臭氧层的破坏作用最大，被《蒙特利尔议定书》列为一类受控物质。此类物质目前已被我国逐步禁止使用。
2.氢氯氟烃：简称HCFC，主要包括R22、R123、R141b、R142b等，臭氧层破坏系数仅仅是R11的百分之几，因此，《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》将HCFC类物质视为CFC类物质的最重要的过渡性替代物质。
3.氢氟烃类：简称HFC，主要包括R134a，R125，R32，R407C，R410A、R152等，臭氧层破坏系数为0，但是气候变暖潜能值较高。
我国目前所使用的所有制冷剂（包括环保冷媒）全部都是氟里昂制品，理想的非氟里昂制冷剂到目前为止还没有研发出来。在新的制冷剂研发出来之前，我们所要解决的是空调机组选用那种制冷剂，对我们赖以生存的环境造成的破坏力相对小一些。
二、国际公约和《国家方案》
保护臭氧层的全球合作行动始于1985年保护臭氧层维也纳公约的协商与缔结。在联合国环境规划署的倡议下，1987年签署了关于消耗臭氧层物质的《蒙特利尔议定书》，该议定书于1989年1月1日生效，之后还实施了伦敦修正案（1990年）、哥本哈根修正案（1992年）、维也纳调正案（1995年）和北京修正案（1999年）。为防止气候变暖，联合国环境规划署在1988年设立了国际间有关气候变化政府协商组织，并于1997年12月在日本召开了第三届缔约国京都会议，形成了消减温室气体的决议案。下表为各议案的汇总表：
　　国际公约对CFCs、 HCFCs、HFCs的规定
　　国际规定 CFCs HCFCs HFCs
　　蒙特利尔议定书 蒙特利尔议定书 京都议定书
　　发达国家 
　　1996．1.1禁止生产和消费 2004年消减35%
　　2010年消减65%
　　2015年消减90%
　　2020年禁止
　　2030年前可作为补充用，可生产基准年的0.5%以下 2008-2012年平均减少排放5.2%
 
发展中

国家 2010.1.1禁止生产和消费 2016.1.1消费冻结在2015年水平
2040.1.1禁止消费 
美国 1996.1.1禁止生产和消费 2010.1.1冻结R22和R142b
生产、禁止生产R22新设备
2015.1.1冻结R123和R124生产
2020.1.1禁用R22和R141b、
禁止生产R123和R124新设备
2030.1.1禁用R123和R124 
欧共体 1996.1.1禁止生产和消费 2000.1.1年消减50%
2004.1.1年消减75%
2007.1.1年消减90%
2015.1.1年消减100%
  
从上表可知，发达国家从2004年就要开始消减R22的生产和消费量 ，我国的任务是在2016年将消费冻结在2015年水平上。所以在2015年以前不但可以继续消费HCFCs（包括R22、R123和R141b等），而且还可以扩大HCFCs的生产和消费，直到2040年才禁止消费包括R22在内的HCFCs。在这里应该搞清楚发达国家与发展中国家淘汰和限制R22、R123和R141b等HCFCs制冷剂的时间表是不同的。
中国政府 1993年1月批准实施《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家 方案》(以下简称《国家方案》),通过实施《国家方案》，有效地控制了中国消耗臭氧层物质(以 下简称ODS)生产和消费的增长势头,建立了实施《关于消耗臭氧层物质 的蒙特利尔议定书》多边基金项目管理体制， 并实现了在气雾剂行业(尚无替代技术的产品除外)禁止使用氯氟化碳 物质(亦称全氯氟烃类物质，以下简称CFCs)，为中国进一步的履约工作奠定了基础。根据中国ODS替代品的需求应逐步由国内生产满足的战略,对中国未来所需的主要替代品HCFC-22、HCFC-141b、HFC-134a、异丁烷和环戊烷 等的消费需求进行了估算，并据此制定了替代品生产计划，见下表。   

替代品生产计划(吨/年)
替代品 1999 2005 2010
HCFC-22 15000 33000 45000
HCFC-141b 2500 5200 12000
HFC-134a 2000 11000 20000
HFC-152a 130 160 200
异丁烷 80 100 120
环戊烷 1100 1400 1800
丁烷 850 3300 4400
戊烷 400 2700 9500
二氯甲烷 650 4600 44000
丙丁烷 60000 70000 80000
 
根据《国家方案》不难看出，在今后相当长的一段时间内，HCFC-22（R22）在空调、制冷行业仍将扮演十分重要的角色，各种媒体所谓的禁氟是指禁止使用氯氟化碳CFCs物质，而非HCFCs、HFCs物质。
三、R22与R134a的应用特性差别
选择一种合适的制冷剂替代物是十分困难的，必须考虑许多因素和进行全面评价，既要符合消耗臭氧潜能值(ODP)、全球变暖潜能值(GWP)等方面的要求，同时还应考虑热工性能、毒性、可燃性、相容性、投资和运行成本等。下面将R22与R134a的应用特性分析如下：
1、R134a的全球变暖潜能值(GWP)为0.25， R22为0.36 ，同属于温室气体。
2、R134a的消耗臭氧潜能值(ODP)为0， R22为0.06， 这是R134a成为环保型制冷剂的理由。
3、R134a的比容是R22的1.47倍，且蒸发潜热小，因此R134a机组的冷冻能力仅为R22机组的60% 。按单位制冷量价格计算，R22机组的价格约为R134a机组的60%左右。
4、R134a的热传导率比R22下降10%，因此R134a机组的换热器的换热面积需要更大。
5、R134a的吸水性很强，是R22的20倍，因此对机组系统中干燥器的要求更高，以避免发生冰堵现象。
6、R134a比 R22对橡胶类物质的膨润作用较强，在实际运行中冷媒泄漏率较高。另外对铜的腐蚀性较强，使用过程中会发生“镀铜现象”，因此系统中必须增加添加剂。
7、R134a系统需要专用的压缩机及专用的脂类润滑油，脂类润滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高扩散性，在系统性能的稳定性上劣于R22系统所使用的矿物油。
8、R134a等HFCs类冷媒及其专用脂类油的价格高于R22，设备的运行维护成本更高。
被称为环保制冷剂的 HFCs类的其他制冷剂如R410A、 R440A、R407C，虽然在效率方面优于R134a，但同样存在工作压力太高、对管道部件最适化和耐压要求高、须改进换热器和机组设计、投资运行维护成本高等缺点，在大型制冷机组的应用方面现阶段还不适应我国的基本国情，这就是国际公约中对发展中国家放宽使用HCFCs年限的原因，也是发展中国家集体努力争取的结果。
综上所述，在短期内理想的制冷剂是不存在的，在我国现阶段R22制冷剂与R134a类环保制冷剂相比，仍然具有高效、稳定、价廉的优点，在大型制冷机组的应用方面还将处于优势地位，在理想的制冷剂出世之前，R22制冷剂还可以被消费到2040年。