汽车新型制冷剂CO2 可行性分析

任凯

（渭南职业技术学院，陕西 渭南714000）

1 概述

随着近几十年经济的高速发展，轿车数量快速增长，汽车零部件行业也得到了飞速的发展，汽车空调也因此发展十分快速。随着汽车空调的发展，制冷剂的大量使用，全球气温变暖、气候异常等环境问题日益加剧，环保问题成为整个国际社会的焦点问题之一。目前汽车制冷空调行业大量使用R12 和R134A 制冷剂，造成大气臭氧层空洞和温室效应的危害，已被人们广泛认同。R12 对于臭氧层和大气变暖的不利影响，为了保护环境，R12 已被禁止使用。R134A 制冷剂，因为对于臭氧层没有破坏力，成为替代R12 的重要制冷剂。但R134A 化学性质稳定，不易分解，长期使用会积累在大气层，最终形成温室效应。目前看来，任何一种人工合成物质如果排放到自然界中，都会污染环境，因此，从自然界中找一种物质，代替人工合成物作为制冷剂，能有效保护环境。而CO2正好满足这点，可以作为制冷剂研究。下面我们将对比CO2和R134A 这两种制冷剂，综合分析CO2作为制冷剂的可行性。

2 CO2 的物理性质

在常温常压下，CO2是无色无味的气体，不会破坏臭氧层，对全球变暖的作用很小，储量丰富，既可以自然提取也可以利用工业废气提取，安全性和化学稳定性强，不可燃，即便在高温下也不分解产生有害气体，可适应各种润滑油和常用机械零部件材料。优良的传热特性,导热系数较大，换热效果好。在制冷压缩比方面，CO2比较低，但是压缩机容积效率比较高[1]。还有CO2和R134A 的GWP 值都比较低，远远小于150，可以满足全球各地环保法规的要求[2]。综上所述，CO2具有十分好的环保性、流动传热特性，可以作为制冷剂使用。 （转下页）

3 制冷剂制造过程的环保问题

前面提到R134A 和CO2这两种制冷剂的GWP 值都小于150，因此，他们都满足全球各地的环保法规的要求。但这两种制冷剂在制造过程中的环保问题还是需多加注意。经过调查，在制冷剂的生产环节，R134A 如果操作不当，很容易造成制冷剂的泄露，对人员和设备要求很高；而CO2由于存在于大气中，则不会污染环境，同时，使用CO2做为制冷剂，在一定程度上保护了环境，可以减少CO2的排放[3]。由此可见，在环保方面，采用CO2制冷剂更安全环保。

4 空调制冷性能的比较

CO2虽然有很多优点，但是其缺点也十分明显，CO2会是随着冷却温度的升高，COP 值会迅速下降，十分影响制冷效果。另一边R134A 物理性质稳定，不会随着温度的升高降低有大的改变，制冷效果良好。但R134A 是有毒气体，容易发生燃烧，燃烧也会生成氟化氢等有毒气体，而氟化氢具有强烈的腐蚀性。如果人体接触这些有毒气体，会对人体产生巨大伤害，严重者会危及生命。由此也可见防止R134A 泄漏和燃烧的重要性，这就要求空调系统设计人员在进行R134A 系统设计时必须考虑密封和燃烧问题[4]。另外，在汽车运行压力方面，目前R134A 制冷剂在汽车上使用正常，没有发生因高压导致爆炸的事例。而CO2运行压力要比R134A 压力低的多。因此，使用CO2应该也不会发生因压力过高而爆炸的事。

5 应用成本的比较

目前R134A 在国内使用非常广泛，因此也就诞生了各种各样的大小企业来生产R134A, 因此其价格主要根据市场供求关系决定。据调查，目前R134A 制造成本在每吨2 万元左右，其市场销售价在每吨4 万元左右，每瓶制冷剂的成本在20 元左右，每台车加4 瓶左右，那么一台车加注成本有100 元，这次不算人工费[5]。而CO2通常是大气产物或者其他工业产品的副产品，因而价格非常低廉便宜，其价格主要由人工、包装、运输的成本决定，各地区有些差异，但是不会太大，通常在每吨600 元左右。按此计算，每辆车的制冷剂成本约为1.2 元。通过对比，可以看出R134A 的价格偏高，CO2更加实惠。

6 可持续发展应用的比较

目前看来R12 和R134A 这类化学合成制冷剂都是不可持续发展的制冷剂，R12 已经被禁用使用，R134A 也已经被大多欧美国家禁用，我国虽然还没有禁用，但也出台了很多相关文件，相信后面也会禁用[6]。但对于天然制冷剂CO2来讲，基本不存在污染和破坏环境的风险，根本不可能被禁用，因为CO2长期存在于大气中，是大气的组成部分，使用CO2作为汽车空调制冷剂对环境不会造成影响，自然也就不可能被禁止使用。

另外，随着汽车整车技术的进步，汽车空调技术也有很大的发展[7]。由于整车是按照常规燃料动力车辆- 油电混合动力汽车- 电动汽车的方向发展，所以热泵系统必将是未来汽车空调系统不可缺少的部分。对比CO2和R134A 在热泵系统的性能比较，CO2空调系统在这方面占有明显优势。

因此，从可持续发展应用的角度考虑，CO2空调系统明显优于R134A 空调系统。

7 结论

根据以上对比分析，可以得到以下结论：a. CO2的GWP 值非常低，远远低于150，能够满足欧美各国法规的要求，但R134A 不行，已经被欧美大多数国家禁用；b. CO2专用空调系统的制冷C0P 值高于R134A 空调系统，并且R134A 不适合用于低温环境下的热泵系统；c.CO2和R134A 两种空调系统都可以在当前高压下正常运行，发生安全事故的概率比较小，但必要的预防措施还是不能缺少；d.由于存在专利垄断，目前R134A制冷剂价格偏高，批量生产的CO2和R134A 在包装、人工、运输成本基本相当，但CO2制冷剂目前没有成熟的生产设备，前期开发成本要明显高于R134A 系统；e. 从可持续发展应用的角度考虑，CO2不会污染破坏环境，是汽车空调系统最佳的制冷剂。