印度可持续冷却用天然制冷剂与第四代合成制冷剂混合物的环境评估

《RSC Sustainability》：Environmental assessment of natural and fourth-generation synthetic refrigerant blends for sustainable cooling in India

本研究评估了自然和第四代合成制冷剂的环境影响，提出丙烷与R1234yf的90:10混合物作为替代R32的方案，其热力学性能（COP提升15%）和碳减排效益（达22倍）显著，并通过政策框架建议加速印度自然制冷剂的应用。

　　本研究聚焦于印度制冷与空调行业在应对气候变化方面的关键角色，并探讨了使用天然制冷剂和第四代合成制冷剂混合物的环境影响。随着全球气温上升和极端天气事件的增加，印度作为快速发展的国家，其制冷需求预计将在未来几十年内显著增长。这种增长不仅对能源消耗产生巨大压力，也对全球变暖带来额外负担。因此，寻找低碳、低全球变暖潜能（GWP）的制冷剂替代方案，成为推动可持续制冷的关键任务之一。

制冷剂的选择直接影响温室气体（GHG）排放，尤其是制冷剂泄漏和废弃过程中的直接排放。而制冷系统的运行效率则决定了间接排放的水平，即因能源消耗产生的碳排放。基于此，本研究评估了多种制冷剂的环境和经济影响，包括天然制冷剂如丙烷（R290）和二氧化碳（R744），以及第四代合成制冷剂如R1234yf、R1234ze（Z）和R1234ze（E）等。其中，丙烷与R1234yf的90:10混合比例被证明是一种在住宅分体式空调系统中优于R32的替代方案。该混合制冷剂不仅在体积制冷能力（VCC）和性能系数（COP）方面比R32提高了15%，而且其GWP显著降低，仅为R1234yf的水平，从而大幅减少了碳排放。在环境影响评估中，该混合制冷剂的年二氧化碳当量排放量约为5.1吨，仅为R32的22分之一，显示了其在减少温室气体排放方面的巨大潜力。

研究还发现，尽管丙烷具有较高的燃烧风险，但通过与R1234yf的混合，可以有效降低其危险性。然而，混合比例需要谨慎调整，因为丙烷的闪点极低（-104°C），在稀释条件下仍可能引发安全问题。因此，对于某些应用场景，丙烷的混合物可能仍需额外的安全措施，以确保其使用符合现行标准。此外，该混合制冷剂在制冷系统中表现出良好的热力学兼容性，这使得其在实际应用中具有较高的可行性。

与丙烷-R1234yf混合物相比，二氧化碳-R1234yf混合物虽然在环境影响方面表现良好，但由于其临界温度较低（31.1°C），在传统制冷循环中无法有效工作。只有在跨临界循环中，二氧化碳才能发挥其优势。然而，这种循环的设备成本较高，且在实际应用中面临诸多挑战，例如需要特殊的压缩机和冷凝器设计，这使得其在经济性和技术可行性方面不如丙烷-R1234yf混合物。因此，从整体角度来看，丙烷-R1234yf混合物在环境和经济方面更为优越。

在评估不同混合比例的环境和经济影响时，研究团队发现，丙烷-R1234yf的90:10混合比例在各项指标上表现最佳。该混合物的体积制冷能力与纯R1234yf相近，但其性能系数显著提高，从而降低了能源消耗。同时，由于丙烷的GWP较低，混合物的总体环境影响也显著减少。这种平衡使得该混合制冷剂成为印度住宅分体式空调系统的理想选择。

从经济角度来看，丙烷-R1234yf混合物的初始成本较低，且在使用过程中能够显著减少资本支出和环境支出。与R32相比，该混合物的单位成本和环境成本均较低，这使其在印度市场更具竞争力。同时，该混合物的使用有助于减少制冷剂泄漏带来的额外排放，从而进一步降低整体的环境负担。

本研究还指出，印度的制冷行业在技术、环境和经济方面存在多个挑战。首先，制冷剂的高GWP值导致其在使用过程中对全球变暖产生显著影响。其次，制冷系统的高能耗和对电力的依赖，使得制冷行业成为印度能源消耗的重要组成部分。最后，现有制冷设备与新型制冷剂的兼容性问题，也阻碍了可持续制冷技术的广泛应用。因此，推动制冷剂的替代和优化制冷系统设计，成为印度实现可持续制冷的关键策略。

为了促进印度制冷行业的可持续发展，研究团队提出了一系列政策建议。这些政策包括在办公室和住宅空间中强制使用天然制冷剂，建立相应的法规框架以支持自然制冷剂和其混合物的推广，以及针对高气温城市加强制冷剂更换的优先级。此外，还建议加快与《蒙特利尔议定书》Kigali修正案的对接，以确保制冷剂的逐步淘汰和替代，从而减少HFCs的排放。同时，通过提高制冷系统的能效标准、提供经济激励措施、开展公众意识提升活动和加强技术人员培训，可以进一步推动印度在制冷领域的绿色转型。

研究结果表明，丙烷-R1234yf混合制冷剂在技术、环境和经济方面均优于传统制冷剂。它不仅能够有效降低温室气体排放，还能在保持制冷性能的同时，减少能源消耗和设备成本。这种制冷剂的推广将有助于印度实现其冷却行动计划（ICAP）的目标，即在2037–2038年之前将冷却相关能源需求减少11倍。此外，该混合制冷剂的使用还符合国际气候协议的要求，如Kigali修正案的HFCs削减目标，为印度在全球气候行动中提供了积极的贡献。

总体而言，本研究为印度的制冷行业提供了一个全面的分析框架，强调了自然制冷剂和低GWP混合制冷剂在实现可持续制冷方面的潜力。通过政策引导和技术支持，印度可以加速向低碳、高效制冷剂的过渡，从而在应对气候变化的同时，确保制冷需求的满足。未来的研究将进一步探讨这种混合制冷剂在长期应用中的性能表现，并探索更多可行的制冷剂组合，以推动印度制冷行业的绿色转型。