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数据中心浪潮起,制冷技术在变化

导读: 制冷剂市场和产品在过去的30年发生了巨大的变化,因为人们对一些制冷剂产品破坏环境的认识导致其逐步淘汰和更换。当然,这也对数据中心行业的发展产生重大影响,并面临着尽可能保持环境友好的挑战。

制冷剂市场和产品在过去的30年发生了巨大的变化,因为人们对一些制冷剂产品破坏环境的认识导致其逐步淘汰和更换。当然,这也对数据中心行业的发展产生重大影响,并面临着尽可能保持环境友好的挑战。

数据中心浪潮起,制冷技术在变化

氯氟烃(CFCs)在20世纪50年代被誉为是制冷剂的一个巨大技术飞跃,这些无毒和非易燃的制冷剂成为了当时采用的二氧化硫和甲基氯等制冷剂的完美替代品。20世纪70年代,人们对于环境问题有了更深入的了解,并确定氟氯化碳是导致臭氧层变薄的主要原因(其作用可以保护地球免受有害的紫外线辐射),这促进了“蒙特利尔议定书”的签定,该协议在20世纪90年代实施,并最终淘汰了氟氯化碳和氟氯烃等制冷剂。

为了取代氟氯化碳和氟氯烃,制冷行业厂商开发了另一族碳氟化合物:氢氟烃(HFCs)。同样,这种制冷剂也是无毒且不易燃的,并且具有臭氧零消耗的特性,这些产品如今广泛用于冷却行业。然而,随着人们对气候变化和温室气体排放的日益关注,这些制冷剂具有很高的全球变暖潜能值(GWP)。因此,加强进一步的监管以逐步减少这些产品的使用量,同时开发其他的替代品。

选择有限

碳氟化合物的问题在于选择有限。通常,全球变暖潜能值(GWP)较低的碳氟化合物的分子必须是不稳定的,并且能够在大气中快速分解。其结果是大多数全球变暖潜能值(GWP)较低的碳氟化合物也表现出一定程度的可燃性,虽然远低于高度易燃的碳氢化合物。

值得注意的是,非氟碳制冷剂已经广泛使用多年。氨水已经被用作制冷剂超过150年,并且在可以处理其毒性和可燃性的应用中仍然是一种极好的选择。同样,碳氢化合物(如丙烷和丁烷)已被广泛应用,即使它们是高度易燃。几乎所有在欧洲销售的家用冰箱和冷冻柜的制冷剂都含有碳氢化合物。随着制冷行业面临越来越高的运营压力,主要成分为二氧化碳的干冰也在大量使用。大多数大型超市的制冷设备中使用干冰。需要指出的主要一点是,大多数全球变暖潜能值(GWP)较低的替代品无法应用到现有设备中,这一事实对制冷行业构成了重大挑战。

为了控制和逐步减少氢氟碳化合物的使用,欧洲从2015年1月开始实施欧盟温室氟化气体法规,简称为F气体法规。这解决了两个方面的问题:首先,具有F气体配额上限和逐步下降过程。2015年的上限是根据2009-2012年的平均总销售额设定的,这形成了所谓的F气体配额。能够在2009-2012年期间展示其销售额的制冷企业然后按其比例从配额中获得分配。该配额基于二氧化碳当量吨而非实际吨数。因此,制冷企业可以销售的实际数量与该产品的全球变暖潜能值(GWP)相关联。基本上,制冷剂的全球变暖潜能值(GWP)越高,制冷企业的销售额越少。这意味着制冷行业迅速转向采用降低全球变暖潜能值(GWP)产品。

为逐步减少氢氟碳化合物的采用,其配额将随着时间的推移而减少。因此,2016年和2017年,配额减少了7%,但在2018年,配额减少了37%,这对氢氟碳化合物的价格和供应产生了巨大影响。逐步减少将持续到2030年,直到原来总数的21%。

其次,F气体法规的另一方面是面临一系列禁令,旨在快速减少高全球变暖潜能值(GWP)产品的使用,并随着时间的推移降低制冷剂的全球变暖潜能值(GWP)总量。这些在2020-2030年期间生效。

虽然F气体法规仅适用于欧洲,但世界其他国家现已同意并正在批准“基加利协定”,该协议基本上反映了F气体法规在全球实施,并逐步减少和禁止使用氢氟碳化合物。

那么将如何影响采用制冷剂的行业?制冷剂最大的消费者之一是零售业,而该行业领域选择的是R404A,也恰好是全球变暖潜能值(GWP)最高的产品之一略低于4000。因此,超市和零售商一直面临着全球升温潜能值替代品的巨大压力,在过去的几年里,大多数企业转向采用其他制冷剂-最值得关注的是广泛用于空调和冷水机组的R410A(GWP为2088)。

如前所述,全球变暖潜能值(GWP)最低的氟碳制冷剂属于氟丙烯的制冷剂家族,现在通常称为HFO(氢氟烯烃),例如R1234yf和R1234ze。

A2L类制冷剂

A2L类制冷剂家族全球变暖潜能值(GWP)很低,但具有低可燃性。这导致了出现了一种新的制冷剂A2L,以反映这些产品和被分类为A3的碳氢化合物之间的可燃性差异。可燃性特征的差异意味着在系统中可以安全使用的装药量存在差异。制冷剂安全标准EN:378允许用户基于占用和访问空间来计算特定制冷剂的安全装药量。

空调行业面临的最大挑战之一是他们选择的产品R410A与R134a是数据中心冷却系统中使用的主要制冷剂之一,并没有非易燃的替代品。这意味着空调行业所涉及的每个人的思维和行为都会发生变化。

在过去几年中,R32已成为R410A的替代品。具有讽刺意味的是,R32实际上是一种氢氟烃(HFC),但其全球变暖潜能值(GWP)为675(R410A为2088)。它是一种A2L制冷剂,因此在设计任何系统时都必须考虑其可燃性。现在越来越多的设备采用这种制冷剂。

制冷剂的未来应用将会受到监管法规的影响。制冷剂的全球变暖潜能值(GWP)将需要降至400以下,以确保遵守F气体法规。正如人们所看到的,这意味着大多数使用的制冷剂将或多或少地表现出可燃性,这反过来将要求制冷剂标准演变和发展以确保这些产品的安全使用。

不应忽视的是,制冷技术的发展也将发挥作用。蒸发冷却技术不需要使用制冷剂,并在许多应用案例中得到有效利用,特别适用于气候干燥地区的数据中心,因为在低湿度区域水分更容易蒸发。目前正在研究使用液氮的非压缩气体技术。也许今后还会开发一些其他技术,它们将是必需的技术,因为毫无疑问,随着时间的推移,当今世界需要越来越多的冷却应用。

因此,当人们谈论制冷剂和制冷时,可以说没有什么是不变的,只有变化是永恒的。

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