1、家用空调器制冷剂替代技术路线及成熟度研究汇报人：许树学北京工业大学制冷与低温工程系2024.01.13二、产业现状介绍汇报提纲二、产业现状介绍一、课题背景概述三、政策法规解析四、技术路线分析五、课题总结展望汇报提纲二、产业现状介绍三、政策法规解析四、技术路线分析五、课题总结展望一、课题背景概述一、课题背景概述1、中国制冷学会启动“碳中和制冷技术发展路线”研究2021.072、召开“双碳目标背景下制冷剂替代技术路线研讨会3、进一步理清工作方向和工作重点，开始筹备工作4、筹备工作基本完成5、中国制冷学会制冷节能降碳与制冷剂替代工作组成立大会6、承担子课题1：家用空调器制冷剂替代技术路线及成熟度研究

2、2022.052022.042021.102021.092022.102023.107、家用空调领域制冷剂替代技术路线及成熟度研究报告完稿一、课题背景概述序号单位1北京工业大学2中国家用电器研究院3中国家用电器协会4青岛海尔空调电子有限公司5广东美的制冷设备有限公司6三花控股集团有限公司7上海海立电器有限公司8珠海格力电器股份有限公司9大金（中国）投资有限公司子课题1：家用空调器制冷剂替代技术路线及成熟度研究。执行及工作团队汇报提纲二、产业现状介绍三、政策法规解析四、技术路线分析五、课题总结展望一、课题背景概述二、产业现状介绍1、中国家用空调产业规模图1 2011-2022中国房间空调器生产量

3、及口量图2 2010-2022年中国家用空调器年销量图3 2010-2020年中国家用空调器存量2011年，中国房间空调器生产总量突破1亿台大关，近10年来全行业生产量一直维持在1亿台以上水平；2021年中国房间空调器产量在1.55亿台左右，占全球产量接近80%；名义内销量8966.7万台，出口量6533.3万台；2019年国内家用空调的用电量为2624亿千瓦时，占居民家庭主要家用电器用电量的41%，是我国家用电器用电量最大组成部分。二、产业现状介绍2、中国家用空调制冷剂使用情况 2020年，我国已经完成了35%的R22削减任务，R22的总产量仅为22.6万吨，其中制冷与空调行业占总产量的17

4、.5%为3.94万吨，而家用空调器占制冷与空调行业R22使用配额比例的80.5%，约为3.17万吨，2022年使用仅为0.42万吨；R410A因GWP值较高，也被限制使用，2022年，R410A的使用量为5.34万吨，占总产量的30%；R32的GWP值较R410A低，并且性能与R410A相似，是当下国内主要使用的制冷剂，2022年，国内R32的使用量为9.64万吨，占总产量的50%。未来，在制冷剂替代政策的推动下，R32的占比将更大。R22(万吨/年)R410A(万吨/年)R32(万吨/年)201210.303.17201310.034.52201410.515.0820156.995.920

5、.8620167.495.501.3020177.157.323.2120185.897.464.5820194.777.235.8920202.685.768.4020210.836.238.9020220.425.349.64表1 2012-2022年中国家用空调器制冷剂使用量汇报提纲二、产业现状介绍三、政策法规解析四、技术路线分析五、课题总结展望一、课题背景概述三、政策法规解析1、全球制冷剂替代限制法规表2 基加利修正案HFCs削减时间表 全球范围：基加利修正案；欧盟：F-Gas法案；美国环境保护局（EPA）：发布法案，修订重要的新替代产品政策（SNAP）；日本为天然制冷剂项目提供补贴；

6、澳大利亚、加拿大、新西兰等国也采取了积极的HFCs减排策略；印度也将在2028年开始逐步减少HFCs类制冷剂的使用。国家类别发达国家发展中国家第一组(美国、欧盟等)第二组(俄罗斯等)第一组(中国等)第二组(印度等)削减进度2019：10%2024：40%2029：70%2034：80%2036：85%2020：5%2025：35%2029：70%2034：80%2036：85%2024：冻结2029：10%2035：30%2040：50%2045：80%2028：冻结2032：10%2037：20%2042：30%2047：85%三、政策法规解析2、基加利修正案下制冷剂替代解析图7 基加利修正

7、案HFCs削减时间图 为理清不同年份对应的制冷剂GWP限值，分析当下各类制冷剂具体的可使用年限，对各类制冷剂削减时 间 进 行 了 分 析，以R410A的GWP值作为基数，提出等效因子概念；简单的说就是，该在多大程度上及时间上采用更环保的工质替代R410A。等效因子（R410A）=（基线年使用制冷剂GWP占比）R410A的GWPi=1n式中：i=1，2，n，代表使用制冷剂的种类三、政策法规解析非A5国家第二组GWP限值图非A5国家第一组GWP限值图A5国家第一组GWP限值图A5国家第二组GWP限值图F-Gas法规GWP限值图不同国家不同年，在等效因子分别为0.5、0.7、1.0时的GWP值图。

8、2、基加利修正案下制冷剂替代解析三、政策法规解析3、美国制冷剂替代进程分析美国制冷剂替代进程 美国 R454B(R32+R1234yf)而不用R32，故以R410A、R454B、R290组合分析其替代路线。等效因子1.0时，2034年R410A退市，R290以11%占比上市，在2036年增长至35%。在2036年前使R290成为主流替代制冷剂。三、政策法规解析4、欧洲制冷剂替代进程分析欧洲制冷剂替代进程 欧洲 限制HFOs，故以R410A、R32、R290组合，分析其替代路线。等效因子0.7时，R290在2024年占比达到35%须在2024年R290成为市场主流制冷剂，存在较大挑战。三、政策法

9、规解析5、中国制冷剂替代方案分析1中国制冷剂替代方案1 中国 若不考虑R436C(R290/R600a)，以R410A、R32、R290组合，作为替代方案1来分析。等效因子0.7时，R410A在2040年占比降为4%，基本退市，R290在2045年以57%占比上市。2045年前实现R290完全成熟，成为家空主流制冷剂。三、政策法规解析6、中国制冷剂替代方案分析2中国制冷剂替代方案2 中国 以R410A、R32、R161组合，作为替代方案2来分析。与方案1完全一致，也就是说R290与R161只需使用一种即可完成替代目标。中国作为空调器全球生产基地，R290空调技术研发进度应以欧美场景为准。R16

10、1与R290的GWP值及可燃性相近，若R290使用不可避免，则R161使用的必要性似乎不大，因为R290有较广的国际接受度。汇报提纲二、产业现状介绍三、政策法规解析四、技术路线分析五、课题总结展望一、课题背景概述四、技术路线分析制冷剂R22R410AR32R454BR290R161分子式CHClF2-CH2F2-C3H8C2H5F分子量86.4772.652114.0444.148.06ODP0.05500000GWP466312安全等级A1A1A2LA2LA3A3标准沸点（）-40.8-51.5-52-50.9-42.1-37.6临界温度（）96.174.77880.9

11、496.7102.2临界压力（MPa）4.995.175.775.044.255.09凝固点（）-160.0-155.0-78.4-103.3-187.7-143潜热值（kJ/kg）（标准压力）233.9256.7382.1315.9425.4431.2燃爆极限范围-14.4%-31%11.25%-22%2.1%-9.5%3.9%-16.5%表3 常见的家用空调制冷剂物性对比对企业的调研，家用空调领域，R22已经基本被淘汰，R410A已经面临限额，R32当 下 应 用 最 多，R454B受美国推崇，但其作为HFOs类制冷剂的混合物，不被欧洲接受；R290的应用正在起步，R161暂未有应用。2、

12、家用空调领域潜在替代物分析-来自企业的反馈四、技术路线分析2023年6月12日，生态环境部办公厅和工业和信息化部办公厅联合公布了中国消耗臭氧层物质替代品推荐名录，其中房间空调器推荐替代物有：R290、R161、R436C。表4 中国消耗臭氧层物质替代品推荐名录2、家用空调领域潜在替代物分析-政府的指导意见四、技术路线分析化学名称二氟甲烷，是一种卤代烃（化学式：CH2F2），不爆炸、无毒、可燃但可燃性较弱。在常温下为无色气体，在自身压力下为无色透明液体，易溶于油，难溶于水。R32：制冷剂R32摩尔质量52.02标准沸点（）-51.7临界温度（）78.1临界压力（MPa）5.78ODP0GWP67

13、5容积制冷量（kJ/m3）注：Te=7.2，TC=54.4，TSUP=11.1 K，TSUB=9 K 6213安全等级A2L（弱可燃）表5 R32物性参数表作为制冷剂应用时，R32系统充注量低于R410A系统，工作压力略高于R410A系统，排气温度也较高。如果采用相同排量压缩机，R32系统制冷量要较R410A系统提高12%左右，COP提高5%左右。R32在环保特性、热力学特性、可燃性、毒性和生产设备的匹配性方面均表现良好，现阶段采用R32工质作为家用空调器R410A的替代工质在短期内是可行的，不存在环保和技术经济性问题，目前，在家用空调器领域，R32制冷剂应用的已较为成熟，在中国、日本和韩国等

14、主要亚洲国家中都已经得到了大规模应用。3、潜在替代物成熟度分析及评价四、技术路线分析低可燃性（A2L）混合制冷剂，由质量分数68.9%的R32和31.1%的R1234yf混合而成。R454B：表6 R454B物性参数表与R410A和R32很相似，相同制冷量下的充注量小于R410A，大于R32，R454B制冷综合能效、制热综合能效较R410A略高；制冷剂灌注量较R410A减少13.4%；高频制冷情况下R454B系统排气温度较R410A更高；中低频制冷情况下，R454B系统排气温度较R410A略低；R454B系统制热排气温度较R410A系统均更高。R454B当前已经取得了一些应用，国内企业获得R4

15、54B新冷媒高效产品认证；合资企业考虑2023年起北美市场采用R454B替代R410A。R454B可作为R410A和R32的替代品。制冷剂R454B摩尔质量（g/mol）62.61标准沸点（）-50.9临界温度（）80.94临界压力（MPa）5.04ODP0GWP466容积制冷量（kJ/m3）注：Te=7.2，TC=54.4，TSUP=11.1 K，TSUB=9 K5356安全等级A2L（弱可燃）3、潜在替代物成熟度分析及评价四、技术路线分析化学名称丙烷，分子式为CH3CH2CH3，是一种可燃气体，燃烧下限为2.1%vol，燃烧上限为9.5%vol。R290：表7 R290物性参数表作为制冷剂

16、使用时，R290充注量约为R410A的40%55%，凝固点低，蒸发潜热更大，使得单位时间内降温速度更快；等熵压缩比做功小，使压缩机工作更轻松，延长压缩机的使用寿命；分子量小，流动性好，输送压力更低，减小了压缩机的负载。使用R290制冷剂，节能率可达1535%。R290是国际社会公认最具有替代HFCs潜力的制冷剂，目前已经成了制冷剂的研究热点之一。当下国内家用空调器生产企业已经开始了R290的应用。制冷剂R290摩尔质量（g/mol）44标准沸点（）-42.2临界温度（）96.7临界压力（MPa）4.25ODP0GWP3容积制冷量（kJ/m3）注：Te=7.2，TC=54.4，TSUP=11.1

17、K，TSUB=9 K3424安全等级A3（可燃）3、潜在替代物成熟度分析及评价四、技术路线分析即空气，具有安全、环保、无污染的优点，其ODP值为0，GWP值小于1，对臭氧层没有危害，对全球变暖影响较小，是长期替代HCFCs和HFCs的良好选择。R729：表8 R729物性参数表 空气制冷利用的是逆布雷顿循环，其制冷机可以运行三种配置，分别为闭式、半开式和开式，空气循环可以是半开放式配置，即不再需要低温热交换器，该循环消除了蒸气压缩系统中蒸发器结霜的可能性。航空空调、-80低温冷冻应用，但在家用空调领域仍处于探索阶段，有许多技术难题尚未克服。制冷剂R729摩尔质量（g/mol）29临界温度（）-

18、140.36临界压力（MPa）3.85ODP0GWP1安全等级A1（不可燃）3、潜在替代物成熟度分析及评价四、技术路线分析R161的GWP值为12，是一种绿色环保制冷剂。可燃，与R290同属A3类制冷剂，燃烧下限为3.8%vol，高于R290近一倍。R161当下缺乏慢性毒性数据，尚未获得ASHRAE编码，成为其大规模商业化应用最大的障碍。目前，R161仍处于开发阶段，没有大规模生产，并且当下研究报道较少，因此技术成熟度较低，但作为我国自主研发的制冷剂，具备一定的潜力，未来可以加大对其研究。R161：表9 R161物性参数表由95%R290+5%R600a，ODP为0，GWP小于3，密度为R22

19、的40%左右，单位质量制冷量大。当下有公司称其在替代R22制冷剂时，可无需对系统进行改动直接充注替代R22。但当下尚未有对R436C制冷剂的研究报道，其较低的GWP值使得其环保方面不存在限制，但作为两种碳氢化合物的组合，其可燃性、安全性方面可能存在较大的局限，研究较少，成熟度仍待考究。制冷剂R161摩尔质量（g/mol）48.06标准沸点（）-37.55临界温度（）102.15临界压力（MPa）5.091ODP0GWP12安全等级A3（可燃）R436C：3、潜在替代物成熟度分析及评价四、技术路线分析1.排气温度过高；2.排气压力较大；3.压缩机功耗较高；4.微可燃性（A2L）；5.GWP值较高

20、（675）。R32技术难点R454B技术难点1.排气温度较高；2.制冷量、制冷COP略低；3.微可燃性（A2L）；4.GWP值较高（466）。1.研制专用压缩机，通过吸气带液、补气带液、压缩机喷液冷却降低排气温度及压力，降低功耗；2.准二级压缩、变容二级压缩技术；3.改进、优化二级压缩系统流程；4.只能作为过渡期制冷剂使用。解决方案1.调整制冷剂充注量；2.优化系统流程；3.采用高效换热器；4.只能作为过渡期制冷剂使用。解决方案4、潜在替代物关键技术难点四、技术路线分析解决方案解决方案解决方案1.减少压缩功、回收膨胀功；2.开发气体轴承、磁轴承及其高速压缩机；3.设计紧凑、耐压、高效的换热器。

21、1.安全性方面与R290类似，通过降低充注量、采用整体式和间接式系统；2.慢性毒性数据等需未来进一步研究。1.组成成份为质量分数95%的R290与5%的R600a，从成分来看，其性能及安全性与R290相似，故解决方案与R290类似。R161技术难点R436C技术难点R729技术难点1.性能系数较低；2.无相变，制冷/热量较少；3.噪音及震动。1.可燃性（A3）；2.缺乏慢性毒性数据；3.ASHRAE编码尚未获取。1.可燃性（A3）。4、潜在替代物关键技术难点四、技术路线分析1.提高压缩机频率；2.采用整体式系统，如整体式空调、新风换气一体机；采用间接式系统，通过传热介质将冷量/热量送入室内；3

22、.研发微通道换热器降低充注量，优化换热器流路和形式、系统构成等以提高微通道换热器性能；4.研发R290专用压缩机；5.阀件、润滑油、电控等R290系统专用零部件的研发；6.阀件控制阻止停机后制冷剂进入室内、研究开发小型、轻便、高灵敏度探测器。解决方案R290技术难点1.单位容积制冷量小；2.可燃性（A3）导致的泄漏风险、燃爆风险；3.微通道蒸发器技术不成熟；4.缺少专用压缩机研发，当下R290压缩机未形成系统化、型号不齐全；5.润滑油、阀件等专用零部件的匹配；6.防止泄漏以及泄漏后侦测手段的技术突破。4、潜在替代物关键技术难点汇报提纲二、产业现状介绍三、政策法规解析四、技术路线分析五、课题总结

23、展望一、课题背景概述五、课题总结展望为理清我国家用空调领域制冷剂替代面临的问题，指明家用空调器新一代制冷剂的技术研究方向，本课题通过调研得到了国内家用空调器行业现状及制冷剂使用现状，给出了基加利修正案下制冷剂替代解析，探究了中国家用空调领域制冷剂替代的技术路线，对家用空调领域具有替代潜力的新一代制冷剂进行了各自的技术难点分析。主要研究成果与结论如下：01020304当下国内家用空调领域制冷剂使用现状是R22基本被淘汰，R410A份额正在逐步削减；R32占据约50%市场份额，随着R410A使用量减少，R32份额还在增加；R290的应用正在起步，但当下占据的市场份额较少，主要产品为除湿机和移动空调

24、。家用空调领域中短期替代物为R32与R454B，但其约在2029年-2034年将面临GWP值超限而受到限制，中长期为R290、R729、R161、R436C，但R729成熟度较低且存在技术突破的不确定性，而 R161、R436C研究较少，R290最具潜力。分体机当下R290虽然有一定的应用，但基本是在之前系统基础上适应性改造而来，对R290专用部件的研发较少，且安全性提升的技术方案无实质性突破，随着基加利修正案实施，非A5国家在2029-2034年就需R290占据一定份额以满足法案要求，R290专用技术与部件研发迫在眉睫。R290当下面临的最大限制为安全性问题，解决安全性问题“主动防御技术优先

25、、被动防御补充”,也就是说要先创新产品型式或结构，从根本上杜绝泄漏、提升安全性，再考虑缩减充注量、泄漏探测及快速扩散等；并且专用零部件的研发也需要从当下的“能用”转化为“好用”。五、课题总结展望 制订和修订可燃制冷剂的生产、运输、安装和维修的行业标准，并有效实施；完善我国现行制冷剂全生命周期应用标准。建立可燃制冷剂回收、再生利用、处置等全过程规范化管理体系；根据已发布的标准，建议相关部门对企业进行宣贯指导，帮助企业完成技术难题攻克，共同完成制冷剂替代目标。制订房间空调器安装位置与建筑设计规划相结合的行业标准，将房间空调系统与建筑本身形成一个相辅相成的整体。出台环保制冷剂应用的财政补贴支持。加大环保制冷剂的应用技术研究。建立空调绿色高效化与建筑低能耗化的联动机制，即产品研发与用户需求间的协同。政策支撑：行业标准：政府、行业、高校携手，共同推进绿色制冷剂替代工作进展，迈向低碳制冷时代！欢迎赐教！谢谢大家！北京工业大学 制冷与低温工程系2024.01.13