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1、Johnson Controls,Inc.Confidential and Proprietary for internal use only.Not authorized for distribution.冷水机组制冷剂替代技术研究012024Johnson Controls,Inc.Confidential and Proprietary for internal use only.Not authorized for distribution.制冷剂替代/制冷剂的可选择性R410A的替代品:所有HFC和HFO混合物都弱度易燃的,GWP值400.R22和R134a的替代品:部分可燃,部分不
2、可燃HFC的GWP高低压制冷剂不可燃高压中压低压低压制冷剂 A1:R1233zdE,R514a中压制冷剂 A1:R513a(R134a/R1234yf(44/56)),A1:R515b(R1234ze/R227ea(91.1/8.9))A2L:R1234zeE A3:R290高压制冷剂 A1:R32 A2L:R454b(R32/R1234yf 68.9/31.1)A3:R290注重高循环效率,并结合低GWP离心冷水机组-R1233zdE/R1234zeE(R515b)螺杆冷水机组-R1234zeE(R515b)Johnson Controls,Inc.Confidential and Prop
3、rietary for internal use only.Not authorized for distribution.全球化学品统一分类和标签制度(GHS)(全球统一制度)类别使用或产生下列物质生产的火灾危险性特征符号危险说明1A在20和101.3kPa标准压力下,气体:(a)的混合物在空气中所占比例按体积13%时可点燃;或(b)不论易燃性下限如何,与空气混合后可燃范围至少为12%极易燃气体1B符合类别1A的易燃性标准,具有下列情形之一的气体:(a)在空气中按体积易燃性下限6%;或(b)基本燃烧速率10cm/s易燃气体2类别1A或类别1B以外的易燃气体无符号易燃气体制冷剂R32R454B
4、R1234zeER290最小燃烧下限 LFL%13.7%10.99%-2.1%与空气混合后可燃烧范围13.733.4%-5.711.3%2.19.5%易燃气体类别1B1B21A按ISO 817的制冷剂分类A2LA2LA2LA3按GB 50016需要的建筑类别乙乙甲甲替代的A2L,A3制冷剂的分类举例R1234zeE的易燃性分类以R1234ze为例,仅以LFL%为标准衡量需要在甲类建筑中测试,但由于其在标准工况下不可燃,60下,可燃范围为5.6%3.5%VOL,燃烧产生热量19000kJ/kgR290、R600aR1234zeE的易燃性属类GB 50016 生产的火灾危险性分类生产的火灾危险性类
5、别使用或产生下列物质生产的火灾危险性特征甲1.闪点小于28的液体2.爆炸下限小于10%的气体乙1.闪点不小于28但小于60的液体2.爆炸下限不小于10%的气体丙1.闪点不小于60的液体等丁、戊主要使用加工难燃不燃物质火灾危险性特征最大允许量与房间容积比总量爆炸下限小于10%的气体1L/m325m3爆炸下限大于等于10%的气体5L/m350m3GB 50016对于建筑物火灾危险性分类仅用可燃气体的爆炸下限LFL作为唯一标准。影响气体火灾危险性的指标还有可燃范围,最大燃烧速率,燃烧产生热量等 对于不按物质危险性确定火灾危险性的最大允许量要求中,最大允许量很低Johnson Controls,Inc
6、.Confidential and Proprietary for internal use only.Not authorized for distribution.美国规范进展:IBC、IMC、IFC 2004 更新 IMC(国际机械代码)、IFC(国际防火代码)于2012年以来,每3年进行更新,允许商业和住宅使用 A2L 制冷剂来替代全球升温潜能值(GWP)较高的氢氟碳化合物制冷剂,并直接引用ASHRAE15对A2L的规定。2004年标准更新主要方面:取消了可燃/不可燃的制冷剂分类描述,以2L,2,3类代替,因此,2L类制冷剂作为独立类别,区别于2类制冷剂的管控要求,不再作为2类制冷剂的
7、子集进行统一管控条目变更内容IMC 1102.1.1A2L,A2类制冷剂机组各自按照标准要求满足UL要求IMC 1106.3删除机房空调应用A2L类冷媒规范限制,遵循ASHRAE15的最新规范要求IFC 608.17删除机房空调应用A2L类冷媒对于电气设备的规范限制,遵循ASHRAE15的最新规范要求IMC 1104.3.3所有 A2、B2、A3 和 B3 组制冷剂的总重量不得超过 1,100 磅(499kg),A2L 类制冷剂的总量不受此限,但单个独立回路中的数量在释放到空间时不得超过燃烧下限(LFL)的 25%。IMC 1106.4IFC 608.18使用A2L类制冷剂系统的机房空调不再区
8、分是否符合NFPA 70 第 I 类 2 分区危险场所的情况,重新修订要求。IMC 1106.4.1IFC 608.18.1对于 A2L 和 B2L 类制冷剂,明火和热表面的温度可以高于 A2、A3、B2 和 B3 组制冷剂,对于热表面的温度放宽到700。IMC 1106.4.2/3IFC 608.18.2/3对机房的通风和探测器要求遵循ASHRAE 15的要求IMC 1109.2.7对于A2L类制冷剂机组的标识要求是警告,其他2类以上是危险标识A2L Refrigerants Transition-ICC(iccsafe.org)International code councilJohns
9、on Controls,Inc.Confidential and Proprietary for internal use only.Not authorized for distribution.从R134a到R1234zeE(R515b)R1234zeE水冷离心机组设计要点 为R1234zeE最大化流量设计叶轮 优化蜗壳设计 PRV重新设计 阀门大小重新校核 吸排气管重新校核 过冷器等重新校核 蒸发器设计流速重新校核R1234zeE的物理特性 工作压力略低于R134a,同样的设计压力下,可以提高约10-12的水温,可用于热泵应用 比体积为R134a的1.24倍,故冷量衰减25%-30%绝热
10、效率相当,性能差异不大R1234zeE水冷螺杆机组设计要点 滑阀驱动系统设计调整 能调控制逻辑优化 排气过热度控制优化 降膜蒸发器设计优化改善带液目标:提高性能,减少冷媒充注量Johnson Controls,Inc.Confidential and Proprietary for internal use only.Not authorized for distribution.由R1233zd(E)的转速较低的特征可以得到:直驱-低压变频 1500冷吨从R134a到R1233zdE压降决定性能R1233zdE水冷离心机组 单级低系统复杂度,减少各部件压降 减小尺寸,提高性能:高速叶轮/有叶
11、扩压器 降膜蒸发器:减少带液风险,减少冷媒充注量目标:提高性能,减少冷媒充注量Johnson Controls,Inc.Confidential and Proprietary for internal use only.Not authorized for distribution.降低冷媒充注量:降膜蒸发器R1233zdE:减少带液风险 减少淹没效应对性能的影响 减少冷媒充注量 设计难点:蒸冷压差有限分配器压差有限小压头工况满足FloodedEvaporatorFalling FilmEvaporatorCondenserCondenserR1234zeE:减少带液风险 降低冷媒充注量 提
12、高换热效率目标:提高性能,减少冷媒充注量060090002100满液蒸发器机组充注量kg降膜蒸发器机组充注量kg1500 ton 冷媒充注量差异比较37.6%Johnson Controls,Inc.Confidential and Proprietary for internal use only.Not authorized for distribution.降低冷媒充注量:经济器大空间分离 冷媒充注量大 体积大,难放置混合式分离 体积小 冷媒充注量小 易放置在机组上00500大空间分离式 立式离心分离式混合式2500冷吨经
13、济器冷媒充注量 kg立式离心分离 冷媒充注量小 高度高 大冷量限制新经济器的应用,有效提高气液分离效率,减少冷媒充注量目标:提高性能,减少冷媒充注量Johnson Controls,Inc.Confidential and Proprietary for internal use only.Not authorized for distribution.300-2800 TR90-350 TR300-1500 TR1500-3200 TRYVWH(螺杆式冷水机组)可变VI/变频系统R515B&R1234zeYK(单级离心式冷水机组)油润滑系统R515B&R1234zeE&R513AYZ(单级离
14、心式冷水机组)磁浮无油润滑系统R1233zdEYKCP(1.5级离心式冷水机组)油润滑系统R1234zeE产品发布及性能数据COP:6.56IPLV:10.43(变频)COP:7.22IPLV:11.83(变频)应用R1234zeE最高出水温度72,6-11MW高温热泵离心式冷水机组YKHT即将面世!COP:6.72IPLV:8.5(2800TR定频)COP:7.02IPLV:8.8(3200TR定频)Johnson Controls,Inc.Confidential and Proprietary for internal use only.Not authorized for distri
15、bution.中国相关标准法规需尽快规划对A2L制冷剂的合理归属和管理 虽然中国正在大力推广低GWP制冷剂,但与欧美国相比,A2L弱可燃制冷剂的相关国家标准和规范的修改较慢 国际建筑规范(IBC)、国际消防规范(IFC)和国际机械规范(IMC)批准了A2L规范的变更,允许使用A2L制冷剂,符合ASHRAE15-2019和UL 60335-2-40 欧洲采用EN60335-2-40 ISO5149 中国标准规范的限制 GB50016-2014 建筑设计防火规范 and GB50058-2014 爆炸危险环境电力装置设计规范 大部分A2L制冷剂按GB50016划入乙类火灾危险性类别,A2和A3属于甲类可燃气体 中大型商用制冷设备的使用严重受限 制冷设备的生产和测试需要乙类建筑 制冷剂的储存需要考虑防火间距Johnson Controls,Inc.Confidential and Proprietary for internal use only.Not authorized for distribution.Q&A