汽車新型制冷劑CO2 可行性分析

任凱

（渭南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南714000）

1 概述

隨著近幾十年經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，轎車數(shù)量快速增長(zhǎng)，汽車零部件行業(yè)也得到了飛速的發(fā)展，汽車空調(diào)也因此發(fā)展十分快速。隨著汽車空調(diào)的發(fā)展，制冷劑的大量使用，全球氣溫變暖、氣候異常等環(huán)境問(wèn)題日益加劇，環(huán)保問(wèn)題成為整個(gè)國(guó)際社會(huì)的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。目前汽車制冷空調(diào)行業(yè)大量使用R12 和R134A 制冷劑，造成大氣臭氧層空洞和溫室效應(yīng)的危害，已被人們廣泛認(rèn)同。R12 對(duì)于臭氧層和大氣變暖的不利影響，為了保護(hù)環(huán)境，R12 已被禁止使用。R134A 制冷劑，因?yàn)閷?duì)于臭氧層沒(méi)有破壞力，成為替代R12 的重要制冷劑。但R134A 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解，長(zhǎng)期使用會(huì)積累在大氣層，最終形成溫室效應(yīng)。目前看來(lái)，任何一種人工合成物質(zhì)如果排放到自然界中，都會(huì)污染環(huán)境，因此，從自然界中找一種物質(zhì)，代替人工合成物作為制冷劑，能有效保護(hù)環(huán)境。而CO2正好滿足這點(diǎn)，可以作為制冷劑研究。下面我們將對(duì)比CO2和R134A 這兩種制冷劑，綜合分析CO2作為制冷劑的可行性。

2 CO2 的物理性質(zhì)

在常溫常壓下，CO2是無(wú)色無(wú)味的氣體，不會(huì)破壞臭氧層，對(duì)全球變暖的作用很小，儲(chǔ)量豐富，既可以自然提取也可以利用工業(yè)廢氣提取，安全性和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，不可燃，即便在高溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體，可適應(yīng)各種潤(rùn)滑油和常用機(jī)械零部件材料。優(yōu)良的傳熱特性,導(dǎo)熱系數(shù)較大，換熱效果好。在制冷壓縮比方面，CO2比較低，但是壓縮機(jī)容積效率比較高[1]。還有CO2和R134A 的GWP 值都比較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于150，可以滿足全球各地環(huán)保法規(guī)的要求[2]。綜上所述，CO2具有十分好的環(huán)保性、流動(dòng)傳熱特性，可以作為制冷劑使用。 （轉(zhuǎn)下頁(yè)）

3 制冷劑制造過(guò)程的環(huán)保問(wèn)題

前面提到R134A 和CO2這兩種制冷劑的GWP 值都小于150，因此，他們都滿足全球各地的環(huán)保法規(guī)的要求。但這兩種制冷劑在制造過(guò)程中的環(huán)保問(wèn)題還是需多加注意。經(jīng)過(guò)調(diào)查，在制冷劑的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，R134A 如果操作不當(dāng)，很容易造成制冷劑的泄露，對(duì)人員和設(shè)備要求很高；而CO2由于存在于大氣中，則不會(huì)污染環(huán)境，同時(shí)，使用CO2做為制冷劑，在一定程度上保護(hù)了環(huán)境，可以減少CO2的排放[3]。由此可見(jiàn)，在環(huán)保方面，采用CO2制冷劑更安全環(huán)保。

4 空調(diào)制冷性能的比較

CO2雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是其缺點(diǎn)也十分明顯，CO2會(huì)是隨著冷卻溫度的升高，COP 值會(huì)迅速下降，十分影響制冷效果。另一邊R134A 物理性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)隨著溫度的升高降低有大的改變，制冷效果良好。但R134A 是有毒氣體，容易發(fā)生燃燒，燃燒也會(huì)生成氟化氫等有毒氣體，而氟化氫具有強(qiáng)烈的腐蝕性。如果人體接觸這些有毒氣體，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生巨大傷害，嚴(yán)重者會(huì)危及生命。由此也可見(jiàn)防止R134A 泄漏和燃燒的重要性，這就要求空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行R134A 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮密封和燃燒問(wèn)題[4]。另外，在汽車運(yùn)行壓力方面，目前R134A 制冷劑在汽車上使用正常，沒(méi)有發(fā)生因高壓導(dǎo)致爆炸的事例。而CO2運(yùn)行壓力要比R134A 壓力低的多。因此，使用CO2應(yīng)該也不會(huì)發(fā)生因壓力過(guò)高而爆炸的事。

5 應(yīng)用成本的比較

目前R134A 在國(guó)內(nèi)使用非常廣泛，因此也就誕生了各種各樣的大小企業(yè)來(lái)生產(chǎn)R134A, 因此其價(jià)格主要根據(jù)市場(chǎng)供求關(guān)系決定。據(jù)調(diào)查，目前R134A 制造成本在每噸2 萬(wàn)元左右，其市場(chǎng)銷售價(jià)在每噸4 萬(wàn)元左右，每瓶制冷劑的成本在20 元左右，每臺(tái)車加4 瓶左右，那么一臺(tái)車加注成本有100 元，這次不算人工費(fèi)[5]。而CO2通常是大氣產(chǎn)物或者其他工業(yè)產(chǎn)品的副產(chǎn)品，因而價(jià)格非常低廉便宜，其價(jià)格主要由人工、包裝、運(yùn)輸?shù)某杀緵Q定，各地區(qū)有些差異，但是不會(huì)太大，通常在每噸600 元左右。按此計(jì)算，每輛車的制冷劑成本約為1.2 元。通過(guò)對(duì)比，可以看出R134A 的價(jià)格偏高，CO2更加實(shí)惠。

6 可持續(xù)發(fā)展應(yīng)用的比較

目前看來(lái)R12 和R134A 這類化學(xué)合成制冷劑都是不可持續(xù)發(fā)展的制冷劑，R12 已經(jīng)被禁用使用，R134A 也已經(jīng)被大多歐美國(guó)家禁用，我國(guó)雖然還沒(méi)有禁用，但也出臺(tái)了很多相關(guān)文件，相信后面也會(huì)禁用[6]。但對(duì)于天然制冷劑CO2來(lái)講，基本不存在污染和破壞環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，根本不可能被禁用，因?yàn)镃O2長(zhǎng)期存在于大氣中，是大氣的組成部分，使用CO2作為汽車空調(diào)制冷劑對(duì)環(huán)境不會(huì)造成影響，自然也就不可能被禁止使用。

另外，隨著汽車整車技術(shù)的進(jìn)步，汽車空調(diào)技術(shù)也有很大的發(fā)展[7]。由于整車是按照常規(guī)燃料動(dòng)力車輛- 油電混合動(dòng)力汽車- 電動(dòng)汽車的方向發(fā)展，所以熱泵系統(tǒng)必將是未來(lái)汽車空調(diào)系統(tǒng)不可缺少的部分。對(duì)比CO2和R134A 在熱泵系統(tǒng)的性能比較，CO2空調(diào)系統(tǒng)在這方面占有明顯優(yōu)勢(shì)。

因此，從可持續(xù)發(fā)展應(yīng)用的角度考慮，CO2空調(diào)系統(tǒng)明顯優(yōu)于R134A 空調(diào)系統(tǒng)。

7 結(jié)論

根據(jù)以上對(duì)比分析，可以得到以下結(jié)論：a. CO2的GWP 值非常低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于150，能夠滿足歐美各國(guó)法規(guī)的要求，但R134A 不行，已經(jīng)被歐美大多數(shù)國(guó)家禁用；b. CO2專用空調(diào)系統(tǒng)的制冷C0P 值高于R134A 空調(diào)系統(tǒng)，并且R134A 不適合用于低溫環(huán)境下的熱泵系統(tǒng)；c.CO2和R134A 兩種空調(diào)系統(tǒng)都可以在當(dāng)前高壓下正常運(yùn)行，發(fā)生安全事故的概率比較小，但必要的預(yù)防措施還是不能缺少；d.由于存在專利壟斷，目前R134A制冷劑價(jià)格偏高，批量生產(chǎn)的CO2和R134A 在包裝、人工、運(yùn)輸成本基本相當(dāng)，但CO2制冷劑目前沒(méi)有成熟的生產(chǎn)設(shè)備，前期開(kāi)發(fā)成本要明顯高于R134A 系統(tǒng)；e. 從可持續(xù)發(fā)展應(yīng)用的角度考慮，CO2不會(huì)污染破壞環(huán)境，是汽車空調(diào)系統(tǒng)最佳的制冷劑。