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制冷应用和制冷剂类型

在由于有害制冷剂的使用逐渐减少和对能源效率(最低能源性能标准或 MEPS)的需求增加而导致 GWP 值下降的未来,HVACR 专业人员将专注于使用可最大限度降低负载的组件以及为给定类型的制冷剂提供最佳成本/性能比的技术。

有关以下重要应用程序的更多信息:

  • 冷却器
  • 可变制冷剂流量 (VRF)
  • 工业制冷
  • 商业冷藏和食品配送行业

冷却器

一般来说,在制冷剂方面,冷水机分为低/中压(L/M)和中/高压(M/H)两大类。L/M 冷水机组可以利用纯 HFO 制冷剂(R1233zd 和 R1234ze)的优势,导致 GWP 系数接近于零。可燃性损失低且易于管理,特别是对于安装在室外或机舱内的系统。预计在中短期内,这些类型的系统将采用 GWP 系数极低的制冷剂。在大型 L/M 冷水机组的情况下,最大 GWP 限制可能达到 630,相当于 HFO R513A 混合物的 GWP 系数,包含在 2015 年 7 月的 EPA-SNAP 法规中(就其本身而言,R134a 将2024 年从名单中删除)。

对于 M/H 冷水机组,替代品的平均 GWP 范围为 125 至 750,但用户必须愿意接受 A2L 可燃性等级。同样,这对于安装在室外或机舱内的系统来说也是可以接受的。市场可能会采用在系统成本和性能之间提供最佳折衷的较低 GWP 替代方案。我们的预测是,选择范围将缩小到 GWP 在 500 到 750 之间的高密度/压力制冷剂。

基于冷水机组尺寸的市场转型和 GWP 水平。大多数 M/H 冷水机将使用 GWP 接近 750 的制冷剂,而大多数 L/M 冷水机将使用 GWP 极低的制冷剂。

VRF系统

由于使用分散式蒸发器和随后使用管道,与管道系统相比,VRF 系统每单元使用相对大量的制冷剂。为了尽量减小管道尺寸,需要使用中到高密度制冷剂,尽管 R410A 的唯一替代品是 A2L 型制冷剂,例如 R32 或 DR55。

A2L 制冷剂的使用与 EN 378 和 ISO 5149 等安全标准密切相关,这些标准的最新版本大大增加了 A2L 制冷剂的允许体积。ASHRAE15 工作组也在研究未来对低 GWP 制冷剂的需求。然而,虽然此类安全标准必不可少,但仅靠它们是不够的。许多地方消防法规对 A2L 制冷剂的使用造成了严重障碍。不断开发具有替代循环流体的创新选择:水是显而易见的选择,甚至还提出了二氧化碳。最近由蒙特利尔议定书启动的 HFC 淘汰计划迫使人们对与使用 A2L 制冷剂相关的机会和风险进行研究。未来几年将使 VRF 系统的首选制冷剂更加清晰。

工业制冷

乍一看,就使用低 GWP 制冷剂而言,工业 (IR) 制冷似乎是一个简单的行业,但仍有潜在的不利因素,我们认为仍有创新空间。NH₃(氨)因其卓越的效率一直是工业制冷的首选制冷剂,并且随着对可持续制冷剂需求的增加而继续使用。然而,安全问题可能会限制 NH₃ 的成功,因为它有毒。在过去十年中,发生了几起严重事故,这些事故给我们行业带来了一些重要教训:避免重载并仔细规划最大工厂的位置。这导致工业制冷寻求新的创新方法来减少负载量。在提高效率的同时减少负载规模的一种方法是将 NH₃ 与 CO₂ 结合:CO₂ 接管热载体的角色并在大型存储设施内循环。

商业冷藏和食品配送行业

商业制冷应用和食品配送行业在使用的系统类型和制冷剂方面非常多样化。这包括冷藏室、带玻璃门的冷藏柜、展示柜和绝缘展示柜(集中或连接到更大的系统);所有这些应用都基于带有冷凝装置的密封或自主制冷回路。

商业制冷应用和食品配送行业分为三大类。

气密密封应用非常适合使用低 GWP 制冷剂,由于充注量低,因此非常安全。其中许多系统已经使用了 R600a 和 R290 等碳氢化合物,但需要注意的是,欧盟逐步减少法规要求自 2016 年以来 GWP 值低于 150。

冷凝装置的制冷剂充注量通常在 5 至 20 公斤之间,它们在易燃性方面的安全性非常重要,因为其中许多系统都可供公众使用。

R404A 等高 GWP 制冷剂已使用多年。但是,也有新的替代品出现,例如 A1 级的 HFC 制冷剂,其 GWP 系数小于 R404A 的 GWP 系数的 60%。然而,在运行限制和制冷剂梯度之间的较高压缩机排气温度对其冷却性能的影响提出了巨大挑战。我们相信,在缓慢寻找二氧化碳、R290(碳氢化合物)或 HFO 混合物等更低的解决方案之前,市场将迅速转向平均 GWP 水平约为 1500 的水平。

由于充注量大且泄漏率高,集中式 DX 系统是迄今为止制冷剂消耗最大的应用。在欧盟逐步淘汰过程中,估计他们使用了推荐的基本制冷剂用量的 40% 以上。在过去十年中,CO₂ 已成为一种可行的制冷剂,可用于不同的系统配置:

  • 在所有回路(MT 和 LT)中使用 CO₂ 的跨临界系统。跨临界二氧化碳系统也推动了集成加热和冷却系统的发展,制冷剂的选择与系统类型之间存在联系。
  • 间接系统,其中使用 HFC、HC 或 NH₃ 的冷却器型框架冷却接收器中的 CO₂,然后通过 MV 回路循环,对其进行冷却。LT 也被 CO₂ 覆盖并直接冷凝到顶部冷却器或 MT CO 回路。
  • 级联系统,其中 CO₂ 仅用于 LT 电路并使用 HFC 级联到 MV 电路。这种类型的系统消耗了传统系统中大约 80% 的 HFC 制冷剂。

由于外部环境温度,地理位置会影响任何系统的能源效率。众所周知,二氧化碳跨临界系统对外界温度极为敏感。然而,喷射技术的最新进展大大提高了二氧化碳系统的效率,即使在非常炎热的气候下也是如此。因此,我们预计未来几年该市场将出现大幅增长。