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1、低碳低碳环环保制冷保制冷剂剂在地在地铁铁列列车车空空调调中的中的应应用用人工合成人工合成HFO制冷制冷剂剂、天然制冷、天然制冷剂剂CO2的的应应用用政策和市政策和市场场的的趋势趋势22021/10/28“蒙特利蒙特利尔尔议议定定书书”基加利修正案基加利修正案2019/01/01生效将18种HFCs加入受控物质清单基加利修正案（2016）32021/10/28“蒙特利蒙特利尔尔议议定定书书”基加利修正案基加利修正案HFCs削减时间表发达国家HFCs削减时间表42021/10/28发展中国家HFCs削减时间表欧盟欧盟F-gas法法规规Regulation (EU) No.517/2014在2015
2、/01/01实施；目 标：到2030年，F-gas排放在2015年基础上削减到 21%企业需申请F-gas配额（Quota）欧盟于2018年9月批准了基加利修正案EU No.517/201452021/10/28欧盟推荐的替代制冷欧盟推荐的替代制冷剂剂方案方案https:/ec.europa.eu/clima/policies/f-gas/alternatives_en62021/10/28制冷制冷剂剂的的发发展展安全和安全和 耐用性耐用性 制冷机制冷机 家用冷家用冷冻冻 空空调调 工工业业冷冷冻冻臭氧臭氧层层 保保护护缓缓解解 温室效温室效应应第第1代代1830-1930任何可用的材料自然工
3、质(H2O/CO2/NH3/R- 600a/R-290/R-1270/空气)SO2(R-764)HCOOCH3(R-611)CCl4(R-10)醚第第2代代1931-1990sCFCs/HCFCs(代号/正常沸点)R-1123.7R-12-29.8R-22-40.8R-502-45.3(R-115/22)第第3代代1990-2010sHFCs/HCFCs(代号/正常沸点)R-12327.8R-134a-26.1R-407C-43.6(R-32/125/134a)R-410A-51.4(R-32/125)R-404A-45.7(R-125/143a/134a)第第4代代2010s-HFOs /
4、HFCs(代号/正常沸点)R-1336mzz(Z)33.4R-1233zd(E)18.3R-1234ze(E)-43.6R-1234yf-29.5R-32-51.7R-32/HFO/HFC混合 HFO/HFC混合(如：R-513A)无火焰传播 低可燃性高可燃性国际制冷学会自然工质冷媒研讨会（2018）HFO：氢氟烯烃CFC：氯氟烃 HCFC：氟氯烃HFC：氢氟烃72021/10/28NIST制冷制冷剂筛选项剂筛选项目目识别可能替代R-410A和R-22的分子NIST：美国国家标准与技术研究所分子数据库：PubChem数据库筛选原则：含C/H/N/O/S/F/Cl/Br，最大原子数18GWP_1
5、00 0.33*Q_R-410A毒性和稳定性评估工况：HFO-1234yfhttps:/pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/空空调调工况工况冷冷冻冻工况工况蒸发温度10 -20 冷凝温度40 30 82021/10/28国际制冷学会自然工质冷媒研讨会（2018）“不会出不会出现现第第5代制冷代制冷剂剂”卤代烃类制冷剂的可燃性和低GWP的权衡使用F或Cl替代H：降低可燃性，但大气寿命增加、GWP增加增加C=C键：降低GWP，但可燃性增加不会出现第五代制冷剂只能应用现有制冷剂或其混合物我们只能辩证的选取制冷剂考虑环境和安全因素开发高效、无泄漏的设备提升制冷剂使用实践：设备调试、维修、
6、报废HFC-134a102021/10/28HFO-1234yf制冷制冷剂剂的安全性分的安全性分组组可 燃 性 增 加高 可燃性A3B3低 可燃性A2 A2LB2 B2L无火焰传播A1B1列列车应车应用用A1低毒高毒毒性增加毒 性AOEL 400 ppmBOEL 0.10 kg / m3且：燃烧热 0.10 kg / m3且：燃烧热 0.10 kg / m3且：燃烧热 19000 kJ / kg2L：在23 ，101.3 kPa 测试时，最大燃烧速度 10 cm / s3在60 ，101.3 kPa测试 时，无火焰传播且：LFL 0.10 kg / m3或：燃烧热 19000 kJ / kg在
7、60 ，101.3 kPa测试 时，无火焰传播且：LFL 0.10 kg / m3或：燃烧热 19000 kJ / kg在60 ，101.3 kPa测试 时，无火焰传播且：LFL 0.10 kg / m3或：燃烧热 19000 kJ / kgLFL- 燃燃烧烧极限极限值值下限下限WCF- *WCFF- *ASHRAE 34-2016常常见见制冷制冷剂剂的物理特性的物理特性制冷制冷剂剂#122021/10/28摩摩尔尔质质量量沸点沸点(NBP), 凝固点凝固点, 临临界温度界温度, 临临界界压压力力,kPa大气寿命大气寿命,年年ODPGWP_100 AR4GWP_100 AR5HCFC-2286
8、.468-40.81-157.4296.1454990.011.90.03418101760HFC-134a102.03-26.07-103.3101.064059.313.40.0014301300HFC-3252.024-51.65-136.8178.1055782.05.20.00675677HFO-1234yf114.04-29.4594.73382.20.0290.004 1HFO-1234ze(E)114.04-18.95109.373636.30.0450.007 1HC-29044.096-42.11-187.6296.744251.20.0340.005R-71717.03-
9、33.33-77.655132.2511333.00.00R-74444.01-78.40-56.558(527kPa)30.9787377.30.0011R-407C86.204-43.6386.0344629.80.0017701620R-410A72.585-51.4571.3584902.60.0020901920R-454B62.61-50.0178.115267.30.00466467R-513A108.4-29.1194.913647.80.00631573常常见见制冷制冷剂剂的循的循环环性能性能MPaMPag/sL/sm3/kgL/sR-7442.9097.2132.487.7
10、20.01300.01270.09773.51461.3排气量小；COP低HFC-320.6531.9282.953.870.00410.05630.21785.92459.7性能接近R-410A0.6431.8862.945.850.00570.04060.23815.7846.6R-404A0.4861.4212.928.420.00830.04050.34105.59834.6HCFC-220.3991.1922.996.030.00510.05840.35206.10547.8性能接近R-407C0.3961.2673.195.980.00530.05880.35185.93043.9
11、R-7170.3321.1673.510.900.00150.36890.33136.25482.1HFO-1234yf0.2500.7833.138.300.00770.07180.59545.83530.0性能接近HFC-134a0.2280.7703.376.540.00550.08800.57456.06334.8HFO-1234ze(E)0.1680.5783.447.160.00630.10860.77986.0330.0制冷制冷剂剂#蒸蒸发压发压力力冷凝冷凝压压力力压缩压缩比比制冷制冷剂剂流量流量液体流量液体流量吸气比容吸气比容排气量排气量COP排气温排气温 度度特点特点蒸发平均
12、温度7.2，冷凝平均温度30，无再冷，无过热，效率100%摘自ASHRAE手册（2017基础，第29章）132021/10/28CO2作作为为制冷制冷剂剂的特点的特点项项点点CO2作作为为制冷制冷剂剂1制冷量效率远大于其他制冷剂的容积制冷量取决于环境温度和系统特点，通常低温23运行工况环境下效率高、高温环境时效率低运行和静置压力均远远高于其他制冷剂4对环境的影响ODP=0，GWP=1，对环境友好5制冷剂的可用性是工业过程的副产品，容易获得6系统部件的可用性和传统的HFC系统部件差异较大，不易 获得7技术和服务人员的 可用性成本通常较低，需要更深入的培训8制冷剂本身成本低，但系统成本高低毒性、不
13、可燃；高系统压力带来安全 方面的挑战高的系统压力和低的临界温度需要更复 杂的系统配置如：EN 378，ISO 51491、ASHRAE 15等单一组分，亚临界运行时无温度滑移9安全性10使用的简易度11适用标准的可用性 制冷剂的成分12kJ/kgK-1.1R-744R-134aR-22R-744的主要特征的主要特征临界温度，31.0101.296.2临临界温度低界温度低临界压力，kPa7377.74059.84989.9饱和压力，kPa3384.0281.3480.6压压力力远远远远高于其他制冷高于其他制冷剂剂饱和气液焓差，kJ/kg234.5199.6206.1饱和液体密度，kg/m3932
14、.81297.61283.2饱和气体密度，kg/m394.113.920.5气体密度气体密度远远远远高于其他制冷高于其他制冷剂剂饱和液体比热容，2.51.31.2饱和液体导热系数，W/mK0.1120.0920.095导热导热系数大系数大饱和液体粘度，mPaS0.1011.1920.224粘度低粘度低1制冷量2效率3运行压力4对环境的影响5可燃性6毒性7制冷剂成本8系统成本与与HFC相比相比142021/10/28R-744HFOsHCs好好类似差制冷量制冷量功率功率系统制冷性能和压力的关系气冷器出口温度对系统COP的影响R-134a的替代方案R-407C的替代方案自然工质制冷剂R-744（C
15、O2）可可选选方案方案1：R-513A可可选选方案方案2：R-1234yf二次循二次循环环系系统统可可选选方案方案：R-454CR-7441) GWP=1，A1等级，跨临界或亚临界循环2) 国祥公司自2017年开始即开始了CO2应用的相关研 究和测试，先后开发了低地板列车空调、地铁A型列 车空调和B型列车空调样机3) 为了在成本、重量、能效比等方面做到最好的平衡， 提出了不同配置的双系统设计（系统1使用定速、大冷 量压缩机，系统2使用变速、小冷量压缩机）R-513A1) GWP 600，A1等级，性能与R-134a接近2) 国祥公司自2019年开始有关测试，目前已经在法 国大巴黎地铁、西班牙巴
16、塞罗那地铁批量应用R-1234yf1) A2L等级，充注量受到限制2) 国祥公司开发了二次循环系统，在牺牲部分能效 比、重量的情况下，满足安全要求R-454C1) GWP 150，A2L等级，性能与R-407C接近2) 国祥公司在2020年进行了直接灌注测试，结果显示： 保证正常制冷量时，充注量比原型机增加20%，但能效 比增加了4%3) 该制冷剂在批量应用时，和R-1234yf一样需使用二次 循环系统地地铁铁列列车车空空调调相关系列相关系列样样机的开机的开发发和和测试测试162021/10/28开发目标 31.1 kW（受到压缩机排量限制）通过二次循环，避免制冷剂泄漏到客室车厢内的任何 风险R-1234yf二次循二次循环环系系统样统样机机室内侧室外侧172021/10/28去离子水或防去离子水或防冻冻 液液新的部件：水泵室内风机盘管内部二次换热器水管路水管路温度传感器控制器端口需更新双速冷凝风机R-1234yf二次循二次循环环系系统样统样机机水水泵泵内部二次内部二次换热换热器（板式）器（板式）水管路及其温度水管路及其温度 传传感器感器因空因空间间限制，使用限制，使用单单台台 冷凝冷凝
