从节能环保角度论改进汽车空调制冷剂的意义

2022-09-10

我国大气污染状况十分严重, 已经影响到我们正常的生活与学习。如果继续这样下去, 我们将连最起码的生存环境都无法得到保证。所以, 在现在汽车到处可见的时代, 汽车空调制冷剂的改进对保护环境在很大程度上起推动作用, 并且具有很重大的现实意义。现在的中国不会再牺牲环境以换取利益, 每个国民的环境保护意识也正在逐步地加强与提高, 因此从节能环保的角度改进汽车空调制冷剂是国家提倡鼓励的, 也是有利于我国社会稳定发展的。

一、我国大气环保现状及原因分析

在制冷这一过程中, 制冷剂是完成制冷有效循环的主导工作物质。汽车空调系统中的制冷剂主要是采用卤代烃制冷剂, 主要包括:氯氟烃、氢氯氟烃以及氢氟烃。大气污染受到汽车空调制冷剂的严重影响, 主要体现在以下两个方面:第一, 大气臭氧层遭到巨大的破坏;第二, 使得全球气候逐步变暖, 造成温室效应。对于卤代烃制冷剂, 加大使用量, 必然会对大气造成更严重的污染, 导致臭氧层稀薄[1]。

工业经济的迅猛发展, 不仅为国家的发展提供了足够的资金, 同时也为国家带来了巨大的环境问题。臭氧层的不断破坏和气候的逐渐变暖, 是当今地球人类所面临的两大亟待解决的环境问题。大气污染不仅仅影响当前地球人的正常生活秩序, 对人类未来生存条件以及所有地球生物的生存有着重大的影响。虽然现在我国大气环保的情况不容乐观, 但是随着国家大力提倡环保意识, 出台一系列相关政策, 再结合实际付诸行动, 环境问题将会得到逐步治理。

二、节能环保理念的概况及作用

节能环保是现代经济与生活中不变的主题, 也是国家长远发展必不可少的重大研究课题。节能环保理念的提出, 有利于节约资源, 合理利用资源以及保护环境。提倡节能环保, 节约有限资源, 创造最大化的利润, 同时加大对环保型新能源的开发, 为我国持续长远的发展打下夯实的基础。节能环保理念正在不断融入百姓生活, 让理念转入点滴生活, 是政府需要大力推广的。节能理念推广的重大意义主要表现在以下几个方面:第一, 有利于资源的合理利用, 提高资源的有效利用。比如新型车用空调制冷剂的改进, 使得资源整合利用, 并且杜绝不必要的浪费。第二, 降低对环境的污染。人人遵守节能环保制度, 不仅利于国家的稳健发展, 同时利于自身身心健康。第三, 正确认识到污染环境的危害性。比如, 通过宣传重污染城市的环境危害, 使百姓提高保护身边环境的意识, 做到保护环境人人有责。第四, 树立低碳生活的发展观念。减少二氧化碳的排放, 以免加剧温室效应。

三、节能环保用于改进汽车空调制冷剂的意义

1. 促进汽车空调制冷系统创新和研发

制冷剂CFC-12 (二氟二氯甲烷) 使用普遍, 是一种不易分解稳定性很强的物质, 其寿命长达120多年, 当排放到大气中时, 受紫外线的作用释放出氯原子, 与大气中的高浓度臭氧发生反应, 破坏臭氧层, 导致温室效应和过量的紫外线对地球生物的伤害。制冷剂HFC-134a (四氟乙烷) 不含氯原子, 对臭氧层没有破坏作用, 且具备以下几个条件:第一, 在性能方面与R12的性质相似, 制冷能力比较高;第二, 使用时保证安全性、无毒性;第三, 传热性能好, 制冷剂用量少;第四, 对汽车空调系统的改动较少。基于以上优点, HFC-134a是目前国际公认的环保制冷剂。

降低制冷剂的充注量也是改进汽车空调制冷剂的创新点之一。因为汽车空调系统中制冷剂HFC-134a的GWP值 (全球变暖潜能值) 为1300, 温室效应潜能比较高, 充注量的减少意味着最终直接排放到环境中的制冷剂也就越少。所以, 减少制冷剂的充注量也成为研究中的一个重点内容。降低汽车空调制冷剂充注量的方法主要包括以下四个方面:第一, 在汽车设计最初阶段, 减小汽车内部空间大小;第二, 政府制定相关政策, 在规定地点采用定量的加灌方式[2];第三, 充注制冷剂是使用新型充注工具;第四, 充注制冷剂时注意防漏, 以免造成浪费。

2. 调转我国汽车空调制冷剂发展方向

现代社会飞速发展, 为了满足人们对高品质生活的需求, 一般情况下, 大多数汽车都安装有空调。上世纪九十年代, 蒙特利尔协议书提出CFC-12是一级被禁制冷剂, 我国在规范汽车空调相关标准体系的同时, 大力整顿淘汰被禁制冷剂, 开发使用新型制冷剂HFC-134a, 迄今为止已经有十余年的时间, 取得了很大的成效。在治理的同时政府大力推进科技运用于汽车空调制冷剂的研究, 另一方面, 加强新能源运用在汽车中, 制定相应的鼓励政策, 进而推进我国汽车空调制冷剂未来的发展方向。理论上最理想的环保制冷剂应该是无毒、不燃烧、不爆炸、对金属及非金属无腐蚀作用、泄漏时易于察觉、化学性质稳定、对润滑油无破坏性、具有较大的蒸发潜热, 同时, 最为关键的一点是不会对环境造成污染破坏, 不破坏臭氧层, 温室效应低。而就我国目前资源以及环境现状来看, 我国汽车空调制冷剂的发展方向应向天然工质型制冷剂以及绿色制冷剂调转[3]。

随着我国汽车行业阵容不断强大, 汽车内的相应设施也逐渐得到完善, 但是标准体系仍然有不完善的地方, 主要包括在以下三个方面:第一, 应当完善产品的标准体系。比如说, 汽车空调制冷剂的标准体系。随着国家对汽车企业发展严格要求, 对汽车行业中具有节能环保的项目给与相关的鼓励政策。因此, 这样就必须要求完善汽车空调制冷剂的标准体系, 建立健全相关的政策约束, 更好的做到汽车行业里的节能环保, 同时也可以节约相应的资源以及延长其使用寿命。第二, 应当严格要求新能源的汽车空调达到制定标准。在国家发布的相关政策下, 节能环保的新型能源汽车发展成为时代的主流, 但是我国由于技术的限制, 在这方面建树并不是很高, 所以, 在运用新能源的时候也应当严格要求汽车空调制冷剂的质量。这需要国家完善对新型汽车空调制冷剂等相关产品的标准体系, 进而引导汽车行业的往节能环保方向看齐。第三, 在运用新型制冷剂代替原来的技术时, 应当制定相关的标准体系用以规范。

3. 节能环保促进汽车空调制冷剂绿色发展

现阶段, HFC类型制冷剂存在如下问题还未得到有效解决。例如, 适用于HFC制冷剂的酯类油 (POE) 价格相对较高, 润滑性较差, 特别是吸水性和水解性强, 给操作造成困难, 易降解造成压缩机电路短路。同时, 由于POE油是一种比制冷剂更好的溶剂, 在加工过程中清洗液、切削油以及所用材料的选择上应谨慎仔细。以此避免因制冷剂/油化学反应形成蜡状, 从而使得膨胀装置出现堵塞。在此现状及基础上, 进一步研发稳定性强的酯类油则成为必然, 而对设备设计进行改进和能效提高则成为必然趋势。本文主要讨论的是制冷剂的绿色发展, 主要包括天然制冷剂的实用化以及推广, 新一代的替代工质实用化及开发。目前, HFC替代物虽然解决了臭氧层的消耗问题, 但其较高的GWP值仍然是困扰人们的一个不可忽视的问题。如果从环境的可接受性考虑, 天然制冷剂无疑是解决问题最彻底而又最完满的途径。

目前在天然制冷剂中以氨、丙烷与其他烃的混合物及CO2制冷技术最有可能成为HFC类型制冷剂的长期替代物。天然制冷剂NH3是传统工质的一种, 具有零臭氧层破坏系数 (ODP) 和零全球变暖的潜能值 (GWP) , 且传热的性能好、能效高以及价格低廉[4]。在使用方面, 具有检漏简单、含水量余地大以及管径小等优势, 虽然NH3有毒性且可燃, 但目前还是保持着良好的安全记录。今后必须找到更好的安全办法。天然制冷剂CO2具有高密度和低粘度、流动损失少、传热效果良好, 并且通过对传热作用的强化, 可以弥补其循环不高的缺点。同时, CO2环境表现优良、费用低, 易获取、稳定性好、有利于减少装置体积。最重要的是, 其安全无毒, 不可燃。CO2作为另一种传统的天然工质, 其零臭氧层破坏系数和潜能值为1的全球变暖作用有优势, 但是其31℃的低临界点使得其能效低, 且CO2属于高压型制冷剂, 其系统压力较多数制冷剂高。由于CO2对臭氧层没有破坏作用, 所以无需回收, 特别适用于易泄漏的制冷、空调、热泵, 比如汽车空调。目前国际上各大汽车公司都在进行了CO2汽车空调的研制, 发展CO2制冷剂是汽车空调发展必然趋势。从目前制冷剂绿色开发角度来说, 由于CO2在很大程度上促进了压缩机的效率升高, 减少了高压侧内不可逆的传热所引起的损失, 因此, CO2极大可能应用领域主要为跨临界循环汽车空调。另外, 新一代的替代工质的实用化及开发, 其绿色发展主要指的是工质的绿色环保以及高效型性能的制冷剂。从力热学角度来说, 液相摩尔热容低和临界温度高是新一代的替代工资主要特征[5]。因此, 节能环保理念进一步促进了新一代的替代工质的实用化及开发。

综上所述, 在当前环保和节能双重压力下, 发展绿色制冷剂是大势所趋。

4. 节能环保理念促进传统HFC-134a系统的改进

现阶段, 全世界汽车所用的空调制冷剂通常包括以下三种:含氢氟代烃的HFC-134a、氯氟烃类的制冷剂CFC-12以及碳氢化合物的制冷剂。碳氢化合物自然质属目前为止最理想最先进制冷工质, 没有温室效应也没有臭氧层破坏情况, 属世界上公认的环保绿色制冷剂, 但是, 由于碳氢化合物其自身具有一定易燃性, 因此, 目前仅有欧洲的少数几个国家在使用。CFC-12的制冷剂作为使用历史较长的制冷剂, 在全世界的使用均较为普遍。HFC-134a属90年代使用制冷剂工质, 由于其不含有氯原子没有对大气臭氧层进行破坏, 因此被认为是CFC-12理想的替代工质, 但是由于其本身还具有一定温室效应的潜能值, 同时, 对CFC-12的汽车空调的系统作了大量改造, 到目前为止还处于过渡型工质被使用。

在节能环保理念的角度下, 对HFC-134a系统进行改进则成为目前最可行的促进我国节能环保理念在汽车空调制冷剂的应用的主要途径。对HFC-134a系统的改进的主要目标是降低制冷剂的充注量以及在提高部件的质量基础上提升系统的效率, 其改进的具体内容有以下五个方面:第一, 对传统HFC-134a系统, 使用变排量的压缩机。由于汽车空调中压缩机的转速是随着汽车的速度增加加大, 汽车在高速行驶的过程中, 汽车空调的压缩机的耗工及制冷量均明显增大, 致使汽车动力性以及车内舒适性都有一定程度的降低。而通过对HFC-134a系统的改进, 变排量的压缩机则可根据汽车车内温度以及汽车发动机的转速, 自动的对压缩机的制冷量进行调节, 提高了舒适度, 降低了汽车动力的消耗, 使其节能量达30%[6]。第二, 对传统HFC-134a系统使用高效的换热器。以此使得汽车内空调换热能力得到进一步提高, 同时, 减少了换热器的体积与重量。第三, 对传统的HFC-134a系统进行节流装置改进。主要以电子膨胀阀或是热力膨胀阀取代了节流短管, 以此减缩小蒸发器的过热面积, 从而提高蒸发器的面积的利用率, 致使系统的节能量达到10%左右。第四, 采用新型的接头和软管。以此降低制冷剂的泄漏率, 并在以上三点改进的基础上, 促进了新系统充注量降低20%左右, 对节能环保有着十分重要的作用。第五, 在条件允许的前提下, 可使用模糊控制, 将汽车空调的模糊控制在可节能的15-21%之间。然而, 这一汽车空调造价若要增加, 则需控制一个良好性能价格比来满足市场的需求。

结束语

从节能环保的角度上来看, 大力推进汽车空调绿色制冷剂的研发, 不仅可提高资源的利用率, 同时也保护环境。而保护环境不仅仅是靠国家与汽车行业技术的提高, 同时也需要广大人民群众参与到其中, 共同为保护环境贡献力量。加大对科技创新的投入, 发展新技术以及新产品, 在保护环境的前提下继续推动汽车行业的创新, 这样才能够为我国汽车行业长远发展做出突出贡献。

摘要：近年, 在国家政策的大力拉动下, 我国工业经济得到很大程度的提高, 但是随之而来的环境污染以及资源严重不足问题成为不可逃避的话题。随着我国城乡居民的消费升级, 汽车产业快速增长, 汽车空调制冷剂的改进不仅可以提高资源的有效利用率, 对保护环境也具有重大现实意义。从节能环保的角度来说, 积极开发研制无公害制冷剂, 在满足人们对高品质生活需求的同时, 可以进一步降低能源的损耗、减少污染物排放、保护我们的生存环境。本文通过我国现在大气环保的现状、汽车空调制冷剂选型的现状、节能意识的概况及作用以及节能环保用于改进汽车空调制冷剂的意义进行相关的阐述。

关键词：节能环保,改进,汽车空调,制冷剂