制冷应用及制冷剂类型

在未来,由于 HCFC 和 CFC 的逐步淘汰,以及能效需求 (MEPS) 的增加,GWP 值会不断降低,因此 HVAC-R 专业人员将重点使用允许尽可能低充注量的组件以及对于给定类型制冷剂具有最佳性价比的技术。

了解以下重要应用:

冷水机

一般来说,从制冷剂方面来看,冷水机可分为两类: 低/中 (L/M) 压力冷水机和中/高 (M/H) 压力冷水机。得益于使用纯 HFO(R1233zd 和 R1234ze),L/M 压力冷水机的 GWP 值接近于零。其可燃性损失非常低且易于管理,对于那些安装在室外或机房中的系统尤甚。在中短期内,这类系统将有望采用超低 GWP 制冷剂。对于大型 L / M 冷水机,GWP 上限可能会达到 630,相当于 2015 年 7 月发布的 EPA-SNAP 规定中列出的 HFO 混合物 R513A 的 GWP,而 R134a 将从 2024 年开始不再列入此规定。

对于 M/H 压力冷水机,中等 GWP 的替代品位于 125-750 GWP 的范围内,但用户必须愿意接受 A2L 可燃性分类。同样,这对于安装在室外或机房的系统应该是可以接受的。市场很可能将转向在系统成本和性能之间达到了最佳平衡的 GWP 替代品。我们预计,GWP 约为 500-750 的高密度/高压制冷剂将受到市场的青睐。

VRF系统(多联机)

由于 VRF 系统采用分散的蒸发器且需要后继管道连接,因此与管道系统相比,VRF 系统每个单元使用的制冷剂相对较多。要想将管道尺寸缩减至最小,就需要使用中到高密度制冷剂,其中 R410A 的仅有替代品是 A2L 制冷剂,例如 R32 或 DR55。

A2L 制冷剂的使用与 EN378 和 ISO5149 等安全标准密切相关,上述标准的最新版本大幅提高了 A2L 制冷剂的允许用量。ASHRAE15 工作小组也正在研究未来对低 GWP 制冷剂的需求。然而,尽管这些安全标准不可或缺,但仅凭这些标准尚不足以解决问题。许多的当地消防法规严重阻碍了 A2L 制冷剂的使用。创新性的可替代循环流体正在不断发展 - 显然,水是一个很好的选择,甚至还有人提出使用 CO2 用于循环。揭示与使用 A2L 制冷剂有关的机遇和风险已经受到了近期依据《蒙特利尔议定书》执行的 HFC 逐渐削减所带来的压力。未来几年,VRF 制冷剂的选择可能会有更明确的方向。

工业制冷

乍看之下,工业制冷似乎是一个很容易向低 GWP 制冷剂转换的行业,但我们仍然可以看到潜在的困难以及不断创新的空间。NH3(氨)以其优异的制冷效率成为工业制冷中的首选制冷剂,并随着对可持续制冷剂的需求不断增加而一直投入使用。然而,由于 NH3 本身具有毒性,安全问题或将限制它的广泛采用。在过去的十年中,发生了一些严重的事故,这些事故也给我们行业带来了一些深刻的经验教训,比如避免大量充注,以及仔细规划大型工厂的选址。这使得工业制冷部门开始寻找新的创新方法来减少充注量。要想降低充注量且同时提高效率,可使用的一种方法是将 NH3 与 CO2 相结合: CO2 具有热载体的作用,并将在大型储存设施内循环。

商业制冷及食品零售

商业制冷和食品零售应用在所用系统类型和制冷剂方面非常多样化。其中包括冷库、玻璃门售卖机、陈列柜和岛柜,它们可以为集中式也可以为插入式,且拥有带冷凝机组的密封或自动冷却回路。 

商业制冷和食品零售应用可以分为三大类。 

密封应用适用于使用低 GWP 制冷剂,因为充注量较小,所以这些制冷剂是安全的。许多此类系统已经使用了 R600a 和 R290 等碳氢化合物,欧盟的逐步削减计划自 2016 年以来已要求 GWP 值低于 150。

冷凝机组中制冷剂的充注量通常在 5 到 20 千克之间,因为在这些系统中有许多可供公众使用,所以必须保证其防火安全性。

诸如 R404A 之类的高 GWP 制冷剂已经使用多年,但是新替代性 A1 类 HFC 的 GWP 仍不及 R404A 的 60%。然而,较高的压缩机排气温度对作业范围的影响以及制冷剂温度滑动对冷却性能的影响提出了新的挑战。我们认为市场将迅速转向 1500 左右的平均 GWP 水平,然后慢慢寻求更多具有更低 GWP 的解决方案,如 CO2、R290(碳氢化合物)或 HFO 混合物。

由于具有较大的充注量和高泄漏率,集中式 DX 系统是迄今为止消耗制冷剂最多的用例。在欧盟的逐步削减计划执行期间,估计它们使用的制冷剂将比该计划建议的基准量高出 40%。在过去十年中,CO2 已经成为一种可行的制冷剂,并且可以用于不同的系统配置中:

  • 跨临界系统,其中所有的回路(MT 和 LT)均使用 CO2。CO2 跨临界系统一直以来也在推动着集成加热和冷却系统的发展,将制冷剂选择与系统类型相关联。
  • 间接系统,其中类似冷水机的机架使用 HFC、HC 或 NH3 冷却储液器中的 CO2,后者随后在 MT 回路中循环,以使 MT 回路冷却。LT 也被 CO2 所覆盖并直接冷凝到顶部的冷水机或 CO2  MT 回路。 
  • 复叠系统,其中 CO2 仅用于 LT 回路并级联至使用 HFC 的 MT 回路中。这种类型的系统仍然使用传统系统中使用的约 80% 的 HFC 制冷剂

由于室外环境温度的缘故,任何系统的能源效率都会受到地理位置的影响。众所周知,跨临界 CO2 系统对室外温度异常敏感。但是,充注技术的最新发展大大提高了 CO2 系统的效率(即使在非常温暖的气候条件下),我们认为,在未来几年内,市场突破值得期待。

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