在全球几乎每个行业中,推动燃料和能源效率以及减少全球变暖影响的趋势一直在持续。供暖、通风和空调(HVAC)行业是这一趋势的焦点之一。美国能源信息署估计,用于冷却住宅和商业建筑的能源占总电力消耗的10%。为了减少电力使用和温室气体排放,行业的势是转向使用A2L空调系统,这些系统采用了新型制冷剂,旨在提高能源效率并减少对全球变暖的影响。使用新型A2L制冷剂及其大面积应用将有助于持续减少温室气体排放,推动一个更健*的世界。
A2L制冷剂的发展可以追溯到20世纪70年代末和80年代中期。当时,科学家在研究地球大气层臭氧层变薄时,发现了人为的氯氟烃(CFCs)和氢氯氟烃(HCFCs)对地球的影响。
这些发现终促成了1987年9月通过全球创建《蒙特利尔议定书》。到目前为止,这是一个得到全球198个***成员国全部批准的条约。该条约制定了对近100种被指*为臭氧消耗物质的人造化学品的淘汰计划,这些化学品中许多曾在制冷和空调领域大规模使用。根据该计划,发达国*在2020年完成了HCFCs的淘汰,发展中*家则按计划将在2030年完成淘汰。为了替代这些臭氧消耗化学品,出现了一组新的化学品——氢氟烃(HFCs)。尽管它们对臭氧层的影响较小,但它们仍具有较高全球变暖潜力(GWP),对全球变暖产生了负面的影响。
为了解决这一问题,国*上在2016年制定了《基加利修正案》,旨在逐步淘汰HFCs,到2040年代末在发达国*减少80%到85%的使用。许多欧洲国*采取了行动,美国于2022年9月批准了该协议。过去40多年中,制冷剂技术和方法的发展趋势一直是朝着降低GWP和总体环境影响的方向发展。
制冷剂的环境影响以及A2L类别受到关注的原因在于这些化学品对环境的整体影响。在这个背景下,化学品一般根据ISO 817的易燃性和毒性进行分类。A3类化学品被认为毒性较低,但高度易燃,如丙烷。而B1类化学品可能不易燃,但有*。A2L化学品略有易燃性,但毒性较低。
第三个要考虑的因素是化学品在特定用途上的效率和有*性。毕竟,大多数HVAC设备的环境影响——约70%——在于它们的电力消耗(以及用于提供电力的能源生成过程)。
整体上,目标是找到化学品的全球变暖潜力(GWP)与其在HVAC环境中使用效率之间的平衡,同时考虑易燃性、毒性或其他问题。
虽然传统的氢氟烃在其时代为HVAC系统提供了强大的效率,但它们具有很高的GWP率,此外还有之前讨论的臭氧消耗问题。近年来开发的许多A2L制冷剂在HVAC性能方面表现更强,同时没有那些臭氧消耗或温室气体副作用。其他化学品如丙烷、二氧化碳或氨也被用于此应用,但每种化学品都有阻碍其使用的问题。二氧化碳系统的操作压力比其他系统高出5到10倍,可能不允许在某些环境中使用;丙烷极易燃,而氨则有可能高度有*。
A2L制冷剂已在欧盟、日本、印度、澳大利亚和汽车行业使用了一段时间。随着使用A2L系统的好处越来越明显,监管机构对商业和住宅HVAC系统的使用进行了调整,如ASHRAE 15-2019和UL 60335-2-40。A2L气体需要泄漏,达到化学品的下限易燃浓度,然后暴露于明火或其他点火源才会燃*。为防止这种情况,大多数监管关注点在于防止和检测系统内的泄漏。设计用于A2L制冷剂的系统须设计为在泄漏检测系统被绕过时无法操作。这些泄漏检测系统必须在非常苛刻的环境条件下——高湿度和极端温度下——无需额外维护或校准的情况下工作15年。此外,用于维护HVAC设备的许多化学品可能使用油或其他化学品,这些可能会污染一些检测系统。这些因素给HVAC原始设备制造商及其合作伙伴带来了压力,要求他们开发适应下一代设备的解决方案。
追溯到40多年前,HVAC技术的持续发展趋势一直是推动更环*的技术和制冷剂的发展——这一趋势可能在未来几十年继续形成。根据《基加利修正案》采取的减少和消*HFCs的行动预计将防止超过1亿吨二氧化碳当量的温室气体排放。到2100年,这一努力有望帮助避免高达0.5摄氏度的全球气温上升。展望未来,随着全球对安全、环境影响和能源效率的持续关注,HVAC系统设计在未来几年和几十年中将继续发展。
标注:
A2L 制冷剂以其ASHRAE 安全分类命名,具有轻度可燃性、低毒性和低全球变暖潜值(GWP) 的特点。 A2L 制冷剂包括氢氟烯烃(HFO) 和氢氟烯烃(HFO)混合物。