根据美国国家标准与技术研究院(NIST)的一项新的计算研究,超过12种化学混合物可以作为替代制冷剂,它们不会像今天的制冷剂那样给大气加热,也不会着火。
NIST的研究确定了22种“最佳”不易燃或略易燃的混合物全球变暖潜能值一种衡量气体释放到大气中会吸收多少热量的方法,而不是目前汽车空调(AC)的标准制冷剂R-134a(四氟乙烷)。
大多数已确定的混合物都将R-134a与一种或两种其他商用制冷剂结合在一起。
NIST的新分析是对美国军方进行的,但也适用于民用应用,如家庭和汽车的空调系统,是2017年分析的后续NIST的研究该研究发现,所有单组分、气候友好型制冷剂至少都是轻微易燃的。该研究表明,混合物可能提供最佳解决方案。
NIST机械工程师、该研究的主要作者Ian Bell说:“军方坚持要求不易燃的混合物,但民用应用越来越趋向于至少是微易燃的混合物。”
为了帮助减少全球变暖,包括美国在内的近200个国家在2016年同意修改《蒙特利尔议定书》,在本世纪中叶之前逐步减少大多数空调系统中使用的制冷剂。部分减少,而不是完全停止,认识到在选择替代品时需要作出复杂的选择。
在新的研究中,NIST的研究人员在压力、可燃性和全球升温潜能值范围内选择了13种流体,这些流体可能产生具有所需特性的混合物。所有液体毒性都很低,而且在市面上可以买到。研究人员对13种液体中的两种或三种可能的组合进行了广泛的评估。
这些液体包括氢氟烯烃,它的全球升温潜能值很低,但轻度易燃;具有中等至高全球升温潜能值的不易燃氢氟碳化合物;温和易燃高果糖玉米糖浆;二氧化碳是不易燃的,GWP值也很低,只有1,但会提高混合物的工作压力,这是不可取的。
NIST的研究人员没有找到任何符合所有要求的混合物——不可燃性、低全球升温潜能值、高效率(每单位功的冷却量)以及与R-134a基准系统相似的总体冷却能力。
研究发现,与R-134a的全球变暖潜能值1300相比,14种不易燃混合物的全球变暖潜能值最多减少51%。另外8种微燃混合物的全球升温潜能值降低了99%。研究人员在一个详细的制冷循环模型中模拟了这22种混合物的性能。该研究使用计算工具进行;研究人员计划进行实验室实验来验证这一结果。
这项研究揭示了几个趋势。与R-134a相比,最有前途的不燃混合物的效率略低。这些不燃混合物的全球升温潜能值上限较低,为640;这是由于混合物中需要大量的R-134a来抑制低gwp流体的可燃性。其他含有大量二氧化碳的混合物也不易燃,但与R-134a相比,这些混合物的效率非常低,不被认为是可行的替代品。
此外,随着全球变暖潜能值和可燃性的增加,效率也呈现出增长的总体趋势。这是因为低gwp流体往往是更复杂的分子,这种复杂性会阻碍制冷性能。
“我们发现的‘好的’混合物非常接近不易燃,”贝尔警告说。“这并不意味着在适当的环境下,它们不会继续燃烧。我们需要谨慎,因为这是一种黑暗的艺术。这里有一个基本的权衡:如果你真的想要不可燃性和效率,你不可能两全其美。你会得到其中一个。”
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