CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
3.3 Lựa chọn giải pháp công nghệ sử dụng chất thay thế cho HCFC-22
3.3.2 Phân tích mức độ đáp ứng tiêu chí của các chất có tiềm năng thay thế
thế HCFC-22
Theo tiêu chí mơi chất lạnh thay thế phải là chất khơng có tiềm năng phá hủy tầng ô-dôn, các môi chất lạnh có tiềm năng thay thế cho HCFC-22 trong điều hòa khơng khí gia dụng được đề cập ở trên đều đáp ứng tiêu chí khơng phá hủy tầng ơ-dơn. Các chất có tiềm năng thay thế HCFC-22 có mức độ đáp ứng các tiêu chí khơng giống nhau.
i. R-134a
Nhiệt độ tới hạn của R-134a cao nên R-134a là mơi chất lạnh thích hợp sử dụng tại khu vực có nhiệt độ mơi trường cao. So với các mơi chất lạnh có tiềm năng thay thế cho HCFC-22 khác, R-134a có tiềm năng nóng lên tồn cầu được xếp loại cao (GWP = 1.430). Xét về mặt công nghệ ứng dụng, cho tới nay R-134a chưa được sử dụng cho điều hịa khơng khí gia dụng, chỉ được sử dụng trong điều hịa khơng khí ơ tơ. Ngồi ra, theo tiêu chí tài trợ của Quỹ Đa phương thi hành Nghị định thư Montreal, Quỹ này khơng khuyến khích tài trợ cho chuyển đổi công nghệ sang công nghệ sử dụng môi chất lạnh có tiềm năng nóng lên tồn cầu cao. Vì vậy, đối với nước đang phát triển như Việt Nam, việc lựa chọn R-134a khơng mang tính khả thi.
ii. R-407C
R-407C có các đặc tính hoạt động tương đương với HCFC-22. R- 407C có áp suất nén tương đương HCFC-22 nên việc thu hồi và nạp bổ sung R-407C trong quá trình bảo dưỡng sẽ được thực hiện tương tự như khi thực hiện đối với HCFC-22. Tuy nhiên, khi so sánh với các môi chất lạnh khác có tiềm năng thay thế cho HCFC-22, R- 407C có tiềm năng nóng lên tồn cầu được xếp loại cao (GWP = 1.774). R-407C có sự trượt nhiệt độ đáng kể (xem [39]). Ngồi ra, khi xét đến tiêu chí tài trợ của Quỹ Đa phương thi hành Nghị định thư Montreal khơng khuyến khích tài trợ cho chuyển đổi công nghệ
44
sang công nghệ sử dụng môi chất lạnh có tiềm năng nóng lên tồn cầu cao, việc lựa chọn R-407C cần phải được cân nhắc cẩn thận. iii. R-410A
R-410A đã được sử dụng làm môi chất lạnh trong điều hịa khơng khí gia dụng tại các nước Châu Âu, Hoa Kỳ thay cho HCFC-22. Điều hịa khơng khí sử dụng R-410A làm môi chất lạnh cũng đã được bán tại thị trường Việt Nam những năm gần đây. Xét về các mặt công nghệ, hiệu suất, tính sẵn có của mơi chất lạnh trên thị trường và độ an toàn, R-410A đáp ứng được các tiêu chí để trở thành môi chất lạnh thay thế cho HCFC-22 trong điều hịa khơng khí gia dụng. Xét đến việc thu hồi môi chất lạnh này quá trình bảo dưỡng, R-410A là mơi chất lạnh có áp suất nén cao, trong dải 20 – 22 kg/cm2 nên địi hỏi phải có dụng cụ thu hồi chun dụng và thao tác cẩn thận hơn so với HCFC-22.
Hiện nay đã có một số mơi chất lạnh mới có tính hiệu quả hơn, thân thiện với mơi trường hơn so với R-410A như R-32, R-290. R-32 có cơng suất làm lạnh gấp 1,6 lần so với R-410A, có lượng môi chất lạnh nạp nhỏ hơn 20%, hệ số tải nhiệt cao hơn, hiệu suất năng lượng cao hơn R-410A 8 %, dung tích hệ thống nhỏ hơn 18 % (xem [28]). Hơn nữa, R-410A là chất có tiềm năng nóng lên tồn cầu cao (GWP = 2.100) nên việc lựa chọn R-410A làm môi chất lạnh thay thế cho HCFC-22 tại thời điểm đã có các công nghệ thay thế khác, với môi chất lạnh có chỉ số tiềm năng nóng lên tồn cầu thấp hơn R-410A là lựa chọn bất lợi đối với doanh nghiệp khi cạnh tranh trên thị trường và trong vấn đề vận động, đề nghị nhận tài trợ về tài chính từ Quỹ Đa phương để giảm bớt gánh nặng tài chính cho doanh nghiệp của Việt Nam khi chuyển đổi công nghệ. Quỹ Đa phương khơng khuyến khích cung cấp hỗ trợ tài chính chuyển đổi sang sử dụng R-410A. Thái Lan và Indonesia là những ví dụ về việc chuyển đổi sang R-410A sau đó phải chuyển sang sử dụng R-
45
32 để đạt được sự chấp thuận về hỗ trợ tài chính từ Quỹ Đa phương. Để tận dụng nguồn tài chính hỗ trợ từ bên ngồi, Việt Nam không nên chuyển đổi HCFC-22 sang sử dụng R-407C và R-410A trong điều hịa khơng khí gia dụng.
iv. R-32
R-32 có GWP = 675, nhỏ hơn nhiều so với HCFC-22. Hiệu suất năng lượng của R-32 lớn hơn của R-22 khoảng 10 %. R-32 có tỷ trọng bằng khoảng 81% so với HCFC-22 nên lượng môi chất lạnh nạp trong hệ thống nhỏ hơn HCFC-22. Phân tử lượng là yếu tố quan trọng do nó ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ trọng hơi nước và hiện tượng giảm áp suất môi chất lạnh. Môi chất lạnh có phân tử lượng cao hơn dễ bị thất thoát và khiến cho hệ thống làm lạnh kém hiệu quả hơn so với mơi chất lạnh có phân tử lượng thấp hơn (xem [52]). R-32 có phân tử lượng chỉ bằng 60% so với HCFC-22 nên đáp ứng được tiêu chuẩn về đặc tính hoạt động đối với chất thay thế cho HCFC-22. R-32 là môi chất lạnh có áp suất nén cao, trong dải 20 – 22 kg/cm2; do vậy, việc thu hồi môi chất lạnh này q trình bảo dưỡng địi hỏi phải có dụng cụ thu hồi chuyên dụng và thao tác cẩn thận hơn so với HCFC-22. Điều hịa khơng khí sử dụng môi chất lạnh này đã được bán tại thị trường các nước Châu Âu, Ấn Độ, Úc, Nhật Bản và Việt Nam từ năm 2014. Môi chất lạnh R-32 cũng đã được thương mại hóa và nhập khẩu nhằm mục đích phục vụ hoạt động bảo trì cho các điều hịa khơng khí sử dụng R-32 tại Việt Nam. Công ty Daikin Nhật Bản đã tuyên bố hết thời hạn giữ bản quyền sáng chế đối với R-32, cho phép các nhà sản xuất khác được tự do sản xuất R-32 (xem [54]). Do vậy, giá của R-32 trong tương lai gần sẽ rẻ đi rất nhiều. Bên cạnh đó, Daikin cho phép các nhà sản xuất điều hịa khơng khí được tự do sử dụng công nghệ của Daikin để sản xuất điều hịa khơng khí sử dụng đơn chất R-32 làm mơi chất
46
lạnh. Do đó, sản xuất điều hịa khơng khí sử dụng R-32 có tính khả thi cao.
v. R-161
R-161 có GWP = 12, nhỏ hơn rất nhiều lần so với HCFC-22. R-161 có các đặc tính về động lực nhiệt tương tự như của HCFC-22. R- 161 có tỷ trọng chỉ bằng 54 % tỷ trọng của HCFC-22 nên lượng môi chất lạnh nạp trong hệ thống sẽ ít hơn. R-161 có phân tử lượng nhỏ hơn, bằng 56 % so với HCFC-22 nên sẽ hạn chế được sự thất thốt mơi chất lạnh so với HCFC-22 (xem [52]). R-262 có áp suất nén 15 kg/cm2, tương đương với HCFC-22 nên điều kiện hoạt động thu hồi môi chất lạnh này tương tự như đối với HCFC-22. Tuy nhiên, môi chất này được xếp loại có khả năng cháy và tính độc hại của môi chất này cần phải được nghiên cứu hơn nữa. Ngoài ra, dưới các điều kiện áp suất và nhiệt độ tăng cao, R-161 có thể thối biến và tạo thành axit, gây nên hiện tượng ăn mòn. Việc lựa chọn R-161 làm môi chất lạnh trong điều hịa khơng khí gia dụng cần được xem xét kỹ.
vi. R-290
R-290 là mơi chất lạnh có nguồn gốc tự nhiên, có GWP = 3,3, rất nhỏ so với HCFC-22. R-290 có các đặc tính hoạt động gần với HCFC-22, có hiệu suất năng lượng cao hơn HCFC-22. Lượng nạp môi chất lạnh của R-290 trong điều hòa khơng khí chỉ gần bằng một nửa so với HCFC-22. R-290 có phân tử lượng bằng 51 % so với HCFC-22 nên có đặc tính hoạt động hiệu quả hơn HCFC-22 (xem [52]). R-290 có áp suất nén 15 kg/cm2, tương đương với HCFC-22 nên điều kiện hoạt động thu hồi môi chất lạnh này tương tự như đối với HCFC-22. Điều hịa khơng khí sử dụng R-290 làm môi chất lạnh đã được giới thiệu ra thị trường tiêu thụ. Môi chất lạnh R-290 đã được thương mại hóa và xuất hiện tại thị trường Việt Nam. Tuy nhiên, R-290 được xếp loại là chất dễ cháy; vì vậy, khi
47
lựa chọn R-290 làm chất thay thế cho HCFC-22 trong điều hịa khơng khí gia dụng cần phải tính đến các yếu tố đảm bảo an toàn khi sử dụng.
vii. R-744
R-744 là chất có tiềm năng nóng lên tồn cầu thấp (GWP = 1). Khi lựa chọn R-744 làm môi chất lạnh thay thế cho HCFC-22, hiệu suất của hệ thống sử dụng R-744 cần phải được cải thiện thông qua quá trình nén đa cấp, bổ sung bộ chia tách dầu, sử dụng bộ phun và dãn nở môi chất lạnh, bộ trao đổi nhiệt trung gian và bộ trao đổi nhiệt dòng ngược (xem [48]). Việc bổ sung này làm gia tăng chi phí đối với hệ thống sử dụng R-744, khiến cho tính cạnh tranh trên thị trường giảm. Ngoài ra hiện nay nguồn cung các bộ phận cải tiến, phụ trợ trên bị hạn chế nên R-744 không được lựa chọn là môi chất lạnh thay thế cho HCFC-22 trong điều hịa khơng khí gia dụng. viii. R-446A/R-447A
R-446A và R-447A có tiềm năng nóng lên tồn cầu ở mức vừa phải (GWP = 480 và 600), có hiệu suất hoạt động và đặc tính hoạt động tương đương với R-410A và có thể thay thế được cho HCFC-22 trong điều hịa khơng khí gia dụng, nhưng hiện nay những chất này mới đang được thử nghiệm sử dụng cho máy điều hịa khơng khí và mẫu điều hịa khơng khí thế hệ đầu tiên được thiết kế để chạy thử nghiệm hệ thống làm lạnh bằng hai môi chất lạnh này; do vậy, R- 446A và R-447A không được xét đến là môi chất lạnh thay thế cho HCFC-22 trong những năm tới.
ix. R-717
R-717 là môi chất lạnh có hiệu suất làm lạnh vượt trội so với các môi chất lạnh khác và chất này cũng là chất thân thiện với môi trường (ODP = 0; GWP = 0). Tuy nhiên, R-717 là chất có độc tính, dễ cháy nổ và có tính ăn mịn cao nên khơng thích hợp để sử dụng làm mơi chất lạnh cho điều hịa khơng khí được sử dụng trong một
48
khoảng không gian dân dụng nhỏ như trong phòng ngủ, phòng khách của các hộ gia đình.
Bảng so sánh dưới đây mơ tả chi tiết các đặc tính của một số chất có tiềm năng thay thế cho HCFC-22 trong điều hịa khơng khí gia dụng.
Bảng 3.3: Đặc tính của các chất có tiềm năng thay thế cho HCFC-22 trong điều hịa khơng khí gia dụng
Đặc tính Đơn vị R-22 R-161 R-290 R-407C R-32 R-410A Phân tử lượng g/mol 86,47 48,06 44,1 86,2 52,03 72,58 Nhiệt độ sôi tiêu chuẩn 0C -40,8 -37,6 -42,1 -43,8 -51,7 -51,6 Nhiệt độ tới hạn 0C 96,1 102,2 96,7 87,3 78,25 72,5 Nhiệt ẩn hóa hơi KJ/kg 233,7 421,3 379,4 245,1 298,9 226,7 Áp suất tới hạn MPa 4,99 5,09 4,25 4,63 5,808 4,95 Áp suất nén Kg/cm2 14-15 14-15 14-15 14 20-22 20-22 Tỷ trọng trạng thái lỏng Kg/m3 1.190 644 493 1.136 965 1.054
Tiềm năng phá hủy ô-dôn - 0,055 0 0 0 0 0
Tiềm năng nóng lên tồn
cầu - 1.810 12 3,3 1.774 675 2.100
Nhiệt dung riêng của chất lỏng
KJ/
(Kg*C) 0,31 - 2,75 1,51 2,35 1,78 Giới hạn cháy thấp theo
khối lượng Kg/m
3
- 0,075 0,038 - 0,307 -
Giới hạn cháy thấp theo
dung lượng % - 3,8 2,1 - 14,4 -
Tốc độ cháy Cm/s - 38,3 46 - 6,7 -
Nhiệt lượng cháy MJ/kg - 26,6 50,3 - 9,4 -
Xếp loại an toàn A1 A3 A3 A1 A2L A1
49
Bảng 3.4: Xếp loại an tồn của các mơi chất lạnh theo tiêu chuẩn của ASHRAE
Dễ cháy A3 B3
Khả năng cháy thấp A2 B2
A2L B2L
Không cháy A1 B1
Độc tính thấp Độc tính cao
Bảng 3.5: Phân loại tính cháy của một số môi chất lạnh theo tiêu chuẩn ASHRAE
Nguồn: (xem [5], [14])
Dựa trên phân tích mức độ đáp ứng tiêu chí của các chất ở trên, R-290 và R-32 là các chất có tiềm năng thay thế khả thi cho HCFC-22. Tuy nhiên, khi lựa chọn giữa hai môi chất lạnh R-290 và R-32, cần phải chú ý đến tính an tồn do hai môi chất lạnh này được xếp loại dễ cháy (A1) và có khả năng cháy thấp (A2L).
50
Hình 3.1: Biểu đồ miêu tả khả năng cháy nổ của các môi chất lạnh Nguồn: (xem [5], [28])
R-290
30g trong hộp 1m3, phát nổ bởi tia lửa điện
51 R-32
320g trong hộp 1m3, bắt lửa bởi ngọn lửa hở
Hình 3.3: Thử nghiệm cháy nổ của môi chất lạnh R-32 tại cơ sở thí nghiệm Nguồn: (xem [5])
Điều hịa khơng khí gia dụng được lắp đặt trong phạm vi không gian nhỏ nên vấn đề an toàn, cháy nổ phải được xem xét kỹ. Theo xếp loại của ASHRAE, R-290 được xếp loại dễ cháy, R-32 được xếp loại có khả năng cháy thấp.
Thực nghiệm do Daikin thực hiện về khả năng bắt cháy của R-290 và R- 32 cho thấy, với liều lượng bằng một phần mười R-32 nhưng R-290 dễ bị phát nổ bởi nguồn nhiệt nhỏ như tia lửa điện. Trong khi đó, R-32 được thử nghiệm với ngọn lửa hở, cho trực tiếp tiếp xúc với R-32 rò rỉ nhưng khả năng bắt cháy và cháy thấp.
Tuy nhiên, theo báo cáo của Manuel Caballero Alarcón (2014), mặc dù R- 290 là môi chất lạnh dễ cháy nhưng khó để phát sinh ra tia lửa ở hệ thống điều hịa khơng khí gia dụng sử dụng R-290 làm môi chất lạnh (xem [29]). Do vậy, khả năng cháy nổ của điều hịa khơng khí gia dụng sử dụng R-290 chỉ bằng 1/10 so với rủi ro về cháy nổ của tủ lạnh gia dụng sử dụng R-290 làm môi chất lạnh.
Hiện nay một số mơi chất lạnh có tiềm năng thay thế cho HCFC-22 đã được bán tại thị trường Việt Nam. Các môi chất lạnh thay thế cho HCFC-22 và giá thành của những môi chất lạnh này được thể hiện ở bảng dưới đây.
52
Bảng 3.6: Giá bán trung bình mơi chất lạnh tiềm năng thay thế cho R-22 Môi chất lạnh R-22 R-134a R-410A R-407C R-32 R-290 Giá thành (VND/Kg) 87.000 263.000 169.000 205.000 670.000 430.000
Nguồn: (xem [9])
Bảng 3.7: Phân loại các đặc trưng của môi chất lạnh
Đặc trưng Chỉ tiêu Ý nghĩa Điểm
số
ODP 0 Chất thay thế bắt buộc phải khơng có
thuộc tính phá hủy tầng ô-dôn
3 Về mặt công nghệ - Công nghệ đã được chứng minh và áp dụng - Công nghệ được áp dụng và đã được kiểm nghiệm trên thực tế
Sản phẩm được sản xuất và giới
thiệu ra thị trường 3
- Quyền tiếp cận công nghệ sử dụng chất thay thế để sản xuất
Giảm chi phí đầu tư ban đầu khi chuyển đổi cơng nghệ
Mơi chất lạnh có sẵn
- Đã được thương mại hóa Mơi chất lạnh sẵn có để đáp ứng nhu cầu sản xuất và bảo dưỡng máy điều
hịa khơng khí 3
- Nguồn cung ổn định Đảm bảo hoạt động sản xuất và bảo dưỡng không bị ảnh hưởng
GWP (hệ số x 2)
0 Khơng có thuộc tính làm nóng lên
toàn cầu 6
˂ 750
Ngưỡng chấp nhận được theo luật F- gas của EU đối với ĐHKK treo tường trong nhà
4
53
Đặc trưng Chỉ tiêu Ý nghĩa Điểm
số
theo luật F-gas của EU từ năm 2025 Đặc tính hoạt động
Nhiệt độ tới