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未雨绸缪:医院替代HFCs制冷剂的长期气候效益
REEI 2020/07/17

2016年,《蒙特利尔议定书》缔约方197个国家和地区达成了逐步减排氢氟烃HFCs的《基加利修正案》。该协议是继《巴黎协定》后又一里程碑式的重要国际环境公约。基加利修正案规定中国在内的发展中国家将从2024年开始逐渐对HFCs的生产进行冻结,2029年在基线水平上削减10%,到2045年削减80%[1]。HFCs是目前我国HCFCs的主要替代产品,2016年世界HFCs产量约为87万吨, 其中我国HFCs产量45万吨[2],未来中国批准基加利修正案后将会面临巨大的削减压力。


应用广泛:国内医疗机构HFCs使用情况

医院作为人群密集的公共场所,内部热湿环境要求高,需要设置大型的集中式空调系统并长时间持续工作。由于空调运行时间长,机组的各个部件连接部位长时间受力加震动导致密闭性的降低,再加上制冷剂一直处于流动状态,增加了制冷剂泄露的风险,从而造成可能的环境影响。目前在医院普遍使用的HFCs制冷剂具有较高的全球变暖潜力(GWP),是应对气候变化、控制全球温升过程的重要领域。因此,医院建筑空调制冷设备的制冷剂使用情况已经引起决策者关注。初步对国内33所医院的空调机组和制冷剂使用情况进行了线上信息搜集和分析。按照地域划分为东、西、南、北四个部分(见表1)。


表1:33所医疗机构按照地区分类结果

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调研的33所医疗机构中包括公立医院31所、私立医院2所。公立医院中三级甲等规模18所、二级甲等规模10所、二级乙等规模2所,另外专科医院1所,等级不详。在搜集到的33所医疗机构的信息中,部分提及了相关医院的两种或两种以上型号空调机组,所以统计样本共有45个。由于本调查旨在了解不同医疗机构使用的制冷剂种类,不涉及制冷剂用量及制冷面积的分析,所以即使某个医院的某个型号空调机组有多台,也只按一个样本统计。


在所收集的45个空调机组样本中,使用HFCs类制冷剂R134a和R410A的分别为27台和12台,使用HCFCs类制冷剂R22和R123的分别为4台和2台。33所医院中,使用HFCs的有27所,使用HCFCs的有3所,两种类型制冷剂都使用的有3所。根据所搜集的有限信息,我们初步认为,自从2007年《蒙特利尔议定书》第19次缔约方会议将HCFCs完全淘汰时间提前后,高GWP值的HFCs类制冷剂(R134a、R410A)近十年在国内大中型医院空调设备上得到了较广泛的应用。


仍待探寻:HFCs削减方案对比

世界各国在高GWP值的HFCs替换制冷剂方面做了大量的研究工作,并提出了三条具有应用价值的新工质替代路线[3],分别为:1)开发不饱和氟化烯烃(HFOs)类制冷工质;2)开发混合制冷剂工质;3)采用天然制冷工质。除此之外,较低GWP值的HFCs也得到了广泛的应用。其各自典型制冷剂、特性和应用现状见表2。


表2:不同削减方案代表制冷剂特性和应用

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由表2可以看出,目前尚未找到HFCs完全理想的替代物。天然工质因安全性低不适合作为医院空调设备的制冷剂,较低GWP值的HFCs可在医院的中小型空调机组领域作为中长期的替代方案,HFOs及其混合物可成为医院大型空调机组HFCs的替代品。


其中HFOs类纯工质的GWP接近于0,但是容积制冷量低,直接替换HFCs会导致机组制冷能力下降。顿汉布什公司研究人员分别将R1234ze和R134a在同一台螺杆式冷水机组上开展制冷循环性能试验,采用R1234ze制冷剂时,其容积制冷量有所衰减(约24%)[4]。为达到HFCs产生的制冷量,需要对机组进行重新设计。


目前HFOs纯工质替代技术还不成熟、涉及到高昂的专利费用,现阶段在国内医院大型空调机组中使用纯HFOs并不合适,可先选择使用热物性较好的HFOs混合制冷剂作为一种中长期过渡方案。


大有可观:HFCs削减成本与收益分析

国外有研究表明,在全球范围内削减HFCs能够使本世纪末全球气温升高幅度减缓0.5°C[5]。联合国环境规划署(UNEP)评估,相比不受控情况,到2050年中国消减HFCs可带来减少300亿~400亿吨CO2当量的气候效益,为全球实现降温0.5℃的目标贡献三分之一的力量[6]。HFCs替换的时间和速度对于可以实现的气候收益有很重要的作用。尽早实施削减政策并且加快替代进程可以实现更高的减排成果。使用低GWP值替代制冷剂可以获得可观的环保效益,但是其替代成本也值得人们关心。


以在一台8冷吨的多联机上使用HFOs混合制冷剂R452B(GWP约为600)替代R410A为例来计算减排成本。该机组上使用R410A,需要充注10.8kg,而当前R410A的售价约为每千克28元;如果选用R452B直接替代,需要充注9kg,可实现16吨的CO2当量减排,而当前R452B的售价约为230元/kg。所以,如不考虑应用新制冷剂带来的系统改造和其他技术研发等费用,可大致估算用R452B替代R410A,其CO2当量削减成本为110元/吨[7]


低GWP值HFCs替代成本方面,在一台整体式单冷机组上利用R32和R410A进行匹配实验对比。在满足相同制冷量情况下,使用R32时压缩机和两器配置容量减少,灌注量减少40%,蒸发器尺寸宽度和U管数减少25%,冷凝器的宽度和管径同样也有减小,可以大幅降低系统的配置成本[8]。目前R32均价为31000元/吨,R410A均价为28000元/吨,由于使用R32可减少40%灌注量,这意味着制冷剂原材料成本减少33.6%。


结语

根据调研结果。现阶段国内医疗机构制冷设备仍广泛使用高GWP值的HFCs,因此医院管理者应当认识到使用HFCs带来的负面环境影响并逐步制定替代策略。完全理想的替代制冷剂仍未发现,现阶段国内医疗机构可分别使用HFOs混合制冷剂和低GWP值HFCs作为大型和中小型空调机组制冷剂的中长期替代方案。虽然替代HFCs会增加一定的成本,但是由于环保收益明显,符合国家节能减排的长期战略,加之《基加利修正案》对国际社会在空调制冷能效提升方面的推动,替代HFCs势必成为中国医疗机构提升制冷能效的发展趋势。




注释:

[1] 张霞玲,张美琼,王燕,王凯明. 法律法规引导下制冷剂的替代趋势[J].润滑油.2019,34(3):1-6.

[2] 赵立群. HFCs氢氟烃产业发展研究与展望[J]. 化学工业. 第36卷第1期, 16-25.

[3] 李连生. 制冷剂替代技术研究进展及发展趋势[J]. 制冷学报. 第32卷第6期, 53-58.

[4] 杜国良. R1234ze与R134a在冷水机组中的应用对比与探讨[J]. 制冷与空调. 第18卷, 第8期.51-54

[5] Y. Xu, D. Zaelke. The role of HFCs in mitigating 21st century climate change[J]. Atmospheric Chemistry and Physics. 13(12): 6083-6089.

[6] 张朝晖、陈敬良、高钰、刘慧成、白俊文.《蒙特利尔议定书》基加利修正案对制冷空调行业的影响分。2017,17(1):1-7

[7] 史琳、安青松.基加利修正案生效后替代制冷剂的选择与对策思考,制冷与空调,2019,19(9):50-58

[8] 何志超. 整体式空调系统中R32替换R410A的对比分析[J]. 家电科技. 2015,第08期,50-51



作者:赵守冲、李炎锋、赵昂

校对:李颖

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