成果報告書詳細
管理番号20120000000073
タイトル平成19年度~平成22年度成果報告書 ノンフロン型省エネ冷凍空調システム開発/実用的な性能評価、安全基準の構築/『ノンフロン型省エネ冷凍空調システム開発』の実用的な運転モード及び評価手法ならびに安全基準の構築
公開日2012/5/10
報告書年度2007 - 2010
委託先名独立行政法人 産業技術総合研究所
プロジェクト番号P05029
部署名環境部
和文要約 本報告では、温室効果が高いとされる冷凍空調機器の冷媒の大気排出がもたらす地球環境問題を解決することを目的として、温室効果の小さい次世代冷媒への転換を促進のための安全性評価を実施した結果について報告する。次世代冷媒の実用化と固定型冷凍空調機器への実装に向けた安全性や持続可能性に関する課題としては、(1) 次世代冷媒を使用する冷凍空調機器のLCCP評価(2) 次世代冷媒の燃焼特性評価(3) 次世代冷媒の有害性評価(4) 次世代冷媒の暴露特性に基づく安全性評価結果が列挙できるため、これらの項目についてリスクトレードオフの観点から評価研究を実施する。今報告では、次世代冷媒としてHFC-1234yfと、これを一成分とする混合冷媒を主な候補として取り扱う。
 第1章では、冷媒や冷凍空調機器の開発の歴史から冷媒を巡る状況の変遷、及び冷媒の大気排出によって発生した二つの大きな環境問題であるオゾン層破壊と地球温暖化について述べる。また、これらの環境問題の解決のために、次世代冷媒について求められる要件や、その安全性・持続可能性の観点からの開発の方向性について概観する。 第2章では、次世代冷媒に関する有害性(毒性)の評価結果についての既存報告について総括的に調査する。これは、次世代冷媒の有害性評価について、これまでに実施された動物実験等の試験結果の詳細が公表されておらず、その有害性については詳細を十分に把握出来ていないため、必要不可欠な情報収集である。この章では、従来から冷媒として用いられてきたフルオロカーボン類の有害性の情報について、動物実験等のデータも含めて包括的に文献情報を調査する。また、次世代冷媒の大気中での分解生成物の有害性についても同様に文献調査結果を基に検討する。
 第3章では、次世代冷媒を搭載する冷凍空調機器のLCCP評価結果について詳述する。次世代冷媒を選択するにあたって、地球温暖化と冷媒のGWP値との関連性を見極めるための非常に重要な知見を与える。そこで、本報告においては、次世代冷媒の選択に資するための、冷媒の排出による温室効果ガスの直接的な排出と、冷凍空調機器の使用に伴う電力使用由来の、間接的な温室効果ガス排出の定量評価を、4,000世帯に及ぶ家庭用エアコンの二度にわたる使用実態調査結果を用いて実施する。
 第4章では、次世代冷媒の候補となる数種類の候補冷媒の燃焼特性評価結果について述べる。特に米国冷凍空調学会や冷媒に関する国際規格が定める燃焼性に関する冷媒分類においては、燃焼速度(Burning Velocity)と燃焼限界(Flammability Limit)の評価が特に重要である。そこで、この2つの燃焼特性の評価方法と、候補冷媒の持つ燃焼特性の評価結果について、最新の実験結果を示す。
さらには、冷媒の不燃化や安全な取扱を可能とする程度の可燃性を持つ新規混合冷媒の開発に資するデータを提供する。
 第5章では、次世代冷媒となるHFC-1234yfの暴露特性についての研究結果を示す。HFC-1234yfは大気中での寿命が短いため、従来冷媒に比較して大気中での化学反応における分解生成物を比較的短時間に生成する。この分解生成物においても、トリフルオロ酢酸(TFA)については、水系生態系への強い影響が懸念される。そこで本報告においては、大気化学的な反応を含めた移流・拡散の数値シミュレーションによるHFC-1234yfの大気排出にかかる暴露特性評価を実施する。 第6章では、次世代冷媒が大量に閉鎖空間に漏洩した場合における暴露評価を、流体力学的な手法を用いて実施する。次世代冷媒の閉鎖空間内における暴露評価では、特に高濃度での漏洩においては急性毒性や心感作性、さらには燃焼限界の許容値を上回る濃度での暴露が評価対象となりうる。そこで、閉鎖空間を対象とした次世代冷媒の大量漏洩に伴う有害性、及び燃焼性に対する仮想的なリスク評価を試みる。また、いくつかのパラメータの設定のみで構成可能となる冷媒の漏洩シナリオと漏洩濃度の予測手法も提案する。 第7章では、第2章から第6章までの結果を総括し、次世代冷媒に求められる条件や選定の過程についての考え方を整理する。特に冷媒の代替を意識したLCCP評価を用いることにより、次世代冷媒のGWPとLCCP評価による温室効果ガス排出総量との関係を明確にし、次世代冷媒の候補とその選定にあたっての今後の課題を述べる。
英文要約This report describes details of safety and sustainability assessments on refrigerants of the next generation to promote exploration of the alternatives whose global-warming impact is small enough, and to solve the problems that are attributed to emissions of the conventional refrigerants with high global-warming impact.
Chapter 1 reviews history of refrigerants, refrigerators, and air conditioners, situation around refrigerants and refrigerating technologies. This chapter points out requirements for refrigeration of the next generation, and future directions of their research and development.
Chapter 2 examines information on toxicity of conventional and new refrigerants based on investigations of reports that have been published previously. This chapter prepares information on refrigerants, including the newly developed one, based on comprehensive investigation of many published references, covering results of animal testing to determine permitted concentration and safety categorization.
Chapter 3 carries out LCCP assessments on refrigerants of the next generation to quantify emissions of global-warming gases (GHG) from an air conditioner using the new refrigerants. The present assessments separate emissions of GHGs into "direct" and "indirect" contributions, which are the emissions of refrigerants and carbon dioxide into the atmosphere.
Chapter 4 examines flammability of refrigerants of the next generation. Both burning velocity and lower/higher flammability limits are necessary to categorize flammability of refrigerants in standards specified by American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) and International Standard Organization (ISO). This chapter shows recent results of experiments on the two flammability characteristics of new refrigerants, including mixed ones.
Chapter 5 assesses concentration of the new refrigerant, HFC-1234yf, emitted into the atmosphere during lifetime of equipment which uses the new refrigerants. Several degradation byproducts are produced because of very short lifetime of this refrigerant into the atmosphere. This chapter predicts advection-diffusion phenomena of HFC-1234yf with atmospheric chemical reactions to compute concentration of HFC-1234yf into the atmosphere under an adequately assumed emission scenario.
Chapter 6 investigates exposure assessments of HFC-1234yf, which is leaked into a closed space based on computational fluid dynamics. HFC-1234yf could be toxic if large amount of it leaks into a space without sufficient ventilation, as well as arising concern about its flammability. This chapter evaluates time development of HFC-1234yf concentration in a three-dimensional closed space if the refrigerant leaks there. Toxicity and flammability assessments are attempted virtually based on these three-dimensional concentrations of the leaked refrigerant.
Chapter 7 summarizes comprehensive results on safety and sustainability assessments of refrigerants of the next generation described from Chapter 2 to 6. The relation between total amount of emitted green-house gases from an air conditioner and the global-warming potential (GWP) of refrigerants are assessed quantitatively based on the LCCP analyses. This chapter also demonstrates several candidates of the new refrigerants and issues to be addressed and to be solved in the near future.
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