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    21世紀(jì)制冷空調(diào)行業(yè)綠色環(huán)保制冷劑的趨勢與展望

    21世紀(jì)制冷空調(diào)行業(yè)綠色環(huán)保制冷劑的趨勢與展望

    作者:CEO 時間:2022-07-07

    信息摘要:提要介紹了第20屆國際制冷大會和地球技術(shù)論壇中有關(guān)制冷劑替代物的簡況,討論了保護(hù)臭氧層和全球氣候變化對制冷空調(diào)行業(yè)所使用的制冷劑提出的要求與國際社會所采取的相應(yīng)對策,以及國際社會共同關(guān)注的問題,綜述了21世紀(jì)綠色環(huán)保制冷發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞臭氧層全球氣候變化制冷劑替代物AbstractGivesgene

    21世紀(jì)制冷空調(diào)行業(yè)綠色環(huán)保制冷劑的趨勢與展望

    (21世紀(jì)制冷空調(diào)行業(yè)綠色環(huán)保制冷劑的趨勢與展望)

      提要介紹了第20屆國際制冷大會和地球技術(shù)論壇中有關(guān)制冷劑替代物的簡況,討論了保護(hù)臭氧層和全球氣候變化對制冷空調(diào)行業(yè)所使用的制冷劑提出的要求與國際社會所采取的相應(yīng)對策,以及國際社會共同關(guān)注的問題,綜述了21世紀(jì)綠色環(huán)保制冷發(fā)展趨勢。

      

      關(guān)鍵詞臭氧層全球氣候變化制冷劑替代物

      AbstractGivesgeneralinformationformthe20thInternationalCongressofRefrigerationandtheEarthTechnologiesForumrespectively,discussestherequirementsfortherefrigerantsconsumedinrefrigerationandairconditioningindustriessetbythetwoglobalenvironmentissues-ozonedepletionandglobalclimatechange,strategiesadoptedbytheinternationalsocietyandsomeworldwideconcernsinthisfield,andsummarisesthetrendsofthegreenrefrigerantsinthenewcentury.

      Keywordsozonelayer,globalclimatechange,alternativerefrigerant

      臭氧層的破壞和全球氣候變化,是當(dāng)前世界所面臨的主要環(huán)境問題。由于制冷空調(diào)熱泵行業(yè)廣泛采用CFC與HCFC類物質(zhì)對臭氧層有破壞作用以及產(chǎn)生溫室效就,使全世界的這一行業(yè)面臨嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。CFC與HCFC的替代已成為當(dāng)前國際性的熱門話題。

      1最近兩次國際會議簡介

      國際制冷學(xué)會于1999年9月19~24日在澳大利亞悉尼召開的"第20屆國際制冷大會"和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署、美國環(huán)保局于1999年9月25~27日在美國華盛頓召開"地球技術(shù)訟壇",分別著重討論了全球性環(huán)保問題對制冷空調(diào)行業(yè)的制冷劑替代物對策等問題,現(xiàn)簡介如下。

      國際制冷學(xué)會從1908年創(chuàng)建以來舉行的19次國際制冷大會,每次都是對國際制冷空調(diào)界具有重大影響盛會。1999年舉行的第20屆國際制冷大會,又恰逢即將來臨的21世紀(jì),因此大會的主題確定為"進(jìn)入第3個千禧年的制冷界",近千名來自世界各國的學(xué)者、專家和企業(yè)代表與會,共商21世紀(jì)制冷空調(diào)行業(yè)的發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。我國由中國制冷學(xué)會組團(tuán)共有26位代表參會,發(fā)表了多篇論文。

      此次大會的內(nèi)容廣泛、全面,其中涉及制冷劑替代方面的,有大會報告2篇,題目分別為《制冷與環(huán)境--未來的問題與對策》和《作為制冷劑的HFCs應(yīng)用》;有專題報告6篇,分別為《制冷空調(diào)的制冷劑替代》、《碳?xì)浠衔镏评鋭┑木C述》、《下個世紀(jì)的熱泵系統(tǒng)》、《新制冷劑的材料相容性和油溶性》、《新制冷劑傳熱物性》和《新制冷劑強(qiáng)化管內(nèi)傳熱》;還舉辦了2次討論班,主題分別為制冷劑熱力學(xué)物性和碳?xì)浠衔锇踩?;交流學(xué)術(shù)論文有46篇,涉及CFC與HCFC的替代(包括替代、改型、汽車空調(diào)和混合物)、制冷劑/油(包括熱物性、粘度、溶解性)、CO2超臨界循環(huán)(包括系統(tǒng)、性能、應(yīng)用和設(shè)備)碳?xì)浠衔铮☉?yīng)用、成本、性能)。其中,筆者在會上作了題為《THR03--一種新的HCFC-22替代物》的學(xué)術(shù)報告,獲得分組會議主席和與會代表的好評,認(rèn)為是"一篇很有意義的論文"。

      在美國舉行的"地球技術(shù)論壇",前身是國際保護(hù)臭氧層技術(shù)會議,每年一次。從1998年以來改用現(xiàn)名,為的是全面探討全球性環(huán)保問題,包括全球氣候變化和保護(hù)臭氧層等。這次會議的重點(diǎn),更側(cè)重于全球氣候變化。與會的500多位代表來自世界各國,有世界環(huán)保組織和政府官員、學(xué)者、專家和企業(yè)代表。會上有4篇大會報告,美國白宮環(huán)境顧問委員會招待主任、美國環(huán)保局官員和荷蘭政府官員分別就"《京都協(xié)議》的對策"和"《蒙特利爾議定書》與《京都協(xié)議》的聯(lián)系"作了報告。會上有關(guān)制冷劑替代物方面的論文有25篇。其中涉及創(chuàng)新技術(shù)的3篇(包括筆者的《一種替代R502的新制冷劑--THR04》論文);涉及HFC制冷劑的6篇(包括方案、美國家電行業(yè)應(yīng)用研究、汽車空調(diào)等);涉及天然工質(zhì)的4篇(包括NH3的應(yīng)用、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的碳?xì)浠衔镯?xiàng)目、CO2汽車空調(diào));涉及未來技術(shù)的6篇(包括21世紀(jì)的空調(diào)制冷研究、美國供暖制冷空調(diào)工程師學(xué)會(ASHRAE)研究項(xiàng)目、汽車空調(diào)系統(tǒng)未來技術(shù)等)。

      221世紀(jì)綠色環(huán)保制冷劑的趨勢

      從這兩次國際會議和最近的相關(guān)論文看,為了適應(yīng)環(huán)保的需要,特別是為了適應(yīng)環(huán)保臭氧層的需要,近10年來,制冷空調(diào)行業(yè)已作了積極響應(yīng),采取了許多措施和行動。從目前情況分,替代工質(zhì)有許多種,大致歸納如圖1所示。潛在的替代物有合成的和天然的兩種。合成的替代物有HFC,天然的有,NH3,CO2,水,碳?xì)浠衔锏取?/p>

      表1世紀(jì)綠色環(huán)保制冷劑的趨勢。

      制冷用途

      原制冷劑

      制冷劑替代物

      家用和樓宇空調(diào)系統(tǒng)

      HCFC-22

      HFC混合制冷劑

      大型離心式冷水機(jī)組

      CFC-11

      HCFC-123

      CFC-12,R500

      HFC-134a

      HCFC-22

      HFC混合制冷劑

      低溫冷凍冷藏機(jī)組和冷庫

      CFC-12

      HFC-134a

      R502,HCFC-22

      HCFC-22,HFC或HCFC混合制冷劑

      NH3

      NH3

      冰箱冷柜、汽車空調(diào)

      CFC-12

      HFC-134a

      HC及其混合物制冷劑

      HCFC混合制冷劑

      由表1可見,CFC-12替代制冷劑的純合成工質(zhì)主要為HFC-134a,現(xiàn)已被認(rèn)可和接受使用。但在蒸發(fā)溫度低于-23。CFC時,由于將產(chǎn)生高的壓縮比,冷量受到限制,其使用將受影響。此外,油、制冷空調(diào)系統(tǒng)的能效、工作可靠性等還待進(jìn)一步解決。

      CFC-12替代制冷劑中的含HFC的混合物,如R401a和THR01(清華一號)等,一般可直接充注,便于當(dāng)前使用和今后的轉(zhuǎn)軌。但從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看,它們只是中近期過渡性替代物,2040年后被禁用。

      至于HCFC-22的替代制冷劑,尚沒有純的合成工質(zhì),均為HFC混合物,如R407c,R410a或THR03(清華三號)等。

      R502的替代物,也均為混合物,有的為HCFC混合物,如R408a和THR04(清華四號),有的為HFC混合物,如R404a和R507a等。

      CFC-11的替代物,主要為HCFC-123,也是一種過渡性工質(zhì)。

      3國際共同關(guān)注的幾個關(guān)于替代物的問題

      3.1如何正確協(xié)調(diào)《蒙特利爾議定書》(以下簡稱《蒙》)與《京都協(xié)議》(以下簡稱《京》)的要求。

      《蒙》與《京》兩個協(xié)議是有聯(lián)系的,均是為了保護(hù)環(huán)境的需要,但又有不同要求?!睹伞芬笙奁谥鸩教蕴瑿FC和HCFC等物質(zhì),是強(qiáng)制的;而《京》要求控制溫室氣體的排放,并不對溫室氣體的產(chǎn)生、使用采取強(qiáng)制性手段。

      制冷空調(diào)行業(yè)為了適應(yīng)CFC和HCFC類制冷劑的淘汰,紛紛轉(zhuǎn)軌使用HFC物質(zhì)。但現(xiàn)在《京》又將HFC物質(zhì)列入了溫室氣體清單中,要對它們的排放加以控制。顯然,后者的要求,對于制冷空調(diào)行業(yè)的近些年來為采限HFC所作的各種努力,確實(shí)產(chǎn)生了一些負(fù)面的影響,以致造成無所適從的感覺。

      為了正確協(xié)調(diào)《蒙》與《京》的要求,為了全面正確衡量制冷劑對全球氣候變化的影響,制冷空調(diào)行業(yè)界認(rèn)為,除了制冷劑的GWP值外,空調(diào)制冷系統(tǒng)會以另一種方式對全球變暖起作用。由于這些系統(tǒng)均需依靠電力或化石燃料的消耗來維持運(yùn)行,而煤、石油和天然氣燃料生產(chǎn)電力時都產(chǎn)生CO2,進(jìn)而也會影響全球變暖。因此提出了變暖影響總當(dāng)量TEWI指標(biāo),它考慮了這兩種主要方式,也就是制冷劑排放的直接效應(yīng)和能源利用引起的間接效應(yīng)。直接效應(yīng)取決于制冷劑的GWP值、氣體釋放量和考慮時間框架長度,間接效應(yīng)取決于這種空調(diào)制冷系統(tǒng)的效率以及能源來自何處。

      表2給出了不同制冷空調(diào)系統(tǒng)的TEWI值,這是基于500年時間框架,如果使用較長的時間框架,直接效應(yīng)就較小。

      從表2看出,對于整體式空調(diào)器、離心式冷水機(jī)組、熱泵等制冷空調(diào)系統(tǒng),間接效應(yīng)對TEWI的影響要比直接效應(yīng)在得多。

      表2主要制冷用途的變暖影響總當(dāng)量(TEWI)[16]

      制冷用途

      TEWI(以1000kgCO2為基準(zhǔn))

      HCFC,HFC為替代品TEWI的組成

      CFC基準(zhǔn)

      HCFC/HFC替代品

      直接效應(yīng)/%

      間接效應(yīng)/%

      零售業(yè)制冷

      

      

      37

      63

      汽車空調(diào)

      49

      7

      32

      68

      8.8kW(2.5rt)整體式空調(diào)器

      83

      93

      2

      98

      冰箱/冰柜

      25

      20

      1

      99

      8.8kW(2.5rt)熱泵

      368

      474

      0.5

      99.5

      1000kW(300rt)離心式冷水機(jī)組

      

      

      0.5

      99.5

      對于制冷空調(diào)系統(tǒng),間接效應(yīng)對TEWI的影響要比直接效應(yīng)大得多。

      對于空調(diào)制冷行業(yè)來說,為防止氣候變暖所需作出的努力主要是:

      ①提供高效節(jié)能設(shè)備,減少CO2排放量。

     ?、诒M可能減少制冷設(shè)備使用和銷毀時制冷劑的排放量或泄漏量,并采取有效的回收再生設(shè)備,加強(qiáng)制冷劑的回收利用。這些努力也就意味著考慮保護(hù)臭氧層的同時,要注意到防止氣候變暖的措施。在選擇制冷劑時,不僅要考慮它們的ODP值為零,而且還要求GWP值低,熱工性能好,具有節(jié)能效果和充注量少。在21世紀(jì)內(nèi)要求促進(jìn)并推廣使用這類制冷劑并使相應(yīng)的空調(diào)制冷設(shè)備實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

      近來,對于離心式冷水機(jī)組中的CFC-11替代物HCFC-123,由于其GWP值很低(90),而且這類機(jī)組的泄漏率也很低(約1%),也就是說直接效應(yīng)也非常低,如表2所示,僅為0.5%,甚至可以低至0.2%,而且這類機(jī)組的效率也很高,即使用HCFC-123對全球氣候變化的影響是很小的,盡管其ODP不為零,但也很低(0.012)。因此有的專家認(rèn)為,雖然HCFC-123屬于HCFC類物質(zhì),但對其盲目淘汰并不合理。他們認(rèn)為若用HFC-134a替代HCFC-123,GWP值將提高13.3倍,而ODP僅減少了0.012%。綜合《蒙》與《京》的要求,他們認(rèn)為在淘汰HCFC物質(zhì)時,不應(yīng)"一刀切",與其淘汰HCFC-123,不如設(shè)法提高,此類機(jī)組的效率。否則反而會對全球氣候變化產(chǎn)生更為不利的影響。由推知,在HFC物質(zhì)中,HFC-152也就是一種很為理想的替代物,因?yàn)槠銰WP僅為140。我國開發(fā)采用的HFC-152a類混合物也應(yīng)是較為理想的替代物。

      3.2如何正確總結(jié)歷史經(jīng)驗(yàn)

      在21世紀(jì)即將來臨之際,國內(nèi)外制冷空調(diào)行業(yè)均在探索如何總結(jié)歷史經(jīng)驗(yàn),尋求正確、科學(xué)地解決由于環(huán)保要求提出的制冷劑替代問題,力爭少走彎路。

      從歷史上看,制冷劑的發(fā)展經(jīng)歷了3個階段。

      第一階段,從1830年至1930年,主要采用NH3,HC,CO2,空氣等作為制冷劑,有的有毒,有的可燃,有的效率很低,主要出安全代表性的考慮。盡管使用了100年之久,當(dāng)出現(xiàn)了CFC和HCFC制冷劑后,還是當(dāng)機(jī)立斷,實(shí)現(xiàn)了重大的第一次轉(zhuǎn)軌。

      第二階段,從1930年到1990年,主要用CFC和HCFC制冷劑。使用了60年后,發(fā)現(xiàn)這些制冷劑破壞臭氧層。出于環(huán)保的需要,不得不被迫實(shí)現(xiàn)第二次轉(zhuǎn)軌。

      第三階段,從1990年至今,進(jìn)入以HFC制冷劑為主的時期。

      目前,國外有些專家擔(dān)憂,會不會過了若干年后,又發(fā)現(xiàn)HFC制冷劑有什么新問題,特別是由于HFC制冷劑的GWP大都在1000以上,又重蹈第二階段經(jīng)歷了60年才發(fā)現(xiàn)釋放了大量破壞臭氧層氣體的錯誤。

      這個問題的實(shí)質(zhì),是對HFC與天然工質(zhì),特別是碳?xì)浠衔?,這兩類制冷劑的認(rèn)識。

      主張采用碳?xì)浠衔镒髦评鋭┑?,其主要觀點(diǎn)是:①HFC物質(zhì)的GWP太高,已被列入京都協(xié)議溫室氣體清單;②HFC物質(zhì)還可能有不可預(yù)測的后果,發(fā)現(xiàn)它們的問題,是否又得花上幾十年時間,會不會又遭遇另一次淘汰;③盡管碳?xì)浠衔锟扇?,但是隨技術(shù)發(fā)展和安全性度量的改進(jìn),已經(jīng)并會進(jìn)一步減少不安全傷害;④目前,歐洲已有約1500萬臺家用冰箱,僅德國每天生產(chǎn)幾千臺,在130L冰箱中只用20gR600a,而且其中有12gR600a能溶于油中,也就是說泄漏R600a數(shù)量是很少的,認(rèn)為注意到這一點(diǎn)是很重要的;⑤在承認(rèn)HFC制冷劑在啟動淘汰CFC計劃中的作用的同時,認(rèn)為碳?xì)浠衔飳⑹情L期方案,盡管開發(fā)新設(shè)備需要較長的時間,相信21世紀(jì)將是天然工質(zhì)的世紀(jì)。

      主張HFC制冷劑的,其主要觀點(diǎn)是:①根據(jù)計算和預(yù)測,HFC排放占整個溫室氣體排放的比例也很小,1997年約為1%,2030年預(yù)計也僅為2.4;②即便高GWP氣體,也只有當(dāng)制冷劑排放時,才構(gòu)成影響,因此只需采取措施,減少它們的泄漏排放,而不是淘汰或禁用;③不應(yīng)反GWP作為衡量影響全球氣候變化的唯一指標(biāo),應(yīng)以變暖影響總當(dāng)量TEWI為指標(biāo),全面綜合考慮。用TEWI這種指標(biāo)分析,除了汽車空調(diào)和商業(yè)制冷外,間接效應(yīng)占了主要分額,因此提高能效是關(guān)鍵;④對于制冷空調(diào),壽命一般均為15~20年。若考慮到整個壽命期的能量消耗引起的間接效應(yīng),對溫室效應(yīng)的影響將更為觀。此,美國最近提出了壽命期氣候性能LCCP(LifeCycleClimatePerformance)指標(biāo),全面考慮了壽命期內(nèi)人產(chǎn)品溫室氣體直接排放引起的影響和產(chǎn)品耗能伴隨而產(chǎn)生的間接效應(yīng),包括制冷劑和制冷空調(diào)設(shè)備生產(chǎn)過程的能耗。若用LCCP衡量和分析,直接效應(yīng)均很小,而且可通過提高能效為補(bǔ)償。例如對于家用空調(diào),直接效應(yīng)僅占5%左右,而且間接效應(yīng)隨著季節(jié)能效比(SEER)的提高而有較大的降低。對于離心式和螺桿式冷水機(jī)組,直接效應(yīng)僅為3%以內(nèi),而直燃、雙效溴化鋰--水吸收式冷水機(jī)組的LCCP平均比前兩種要高65%左右,也就是說如用這種吸收式冷水機(jī)組來替代HCFC-123機(jī)組,將引起更嚴(yán)重的環(huán)境影響。即使對于直接效應(yīng)影響較大的汽車空調(diào)來說,若以LCCP衡量,使用HFC-134a,HC和CO2制冷劑的機(jī)組,它們的LCCP值相差并不多,在134a時的LCCP值甚至比CO2還低;⑤認(rèn)為不能由于為了解決全球環(huán)境問題而無視對現(xiàn)場和當(dāng)?shù)丨h(huán)境的傷害;⑥為了解決天然工質(zhì)的可燃性和毒性等問題,勢必提高成本和費(fèi)用。據(jù)測算,典型的美國中央空機(jī)組(約10KW冷量,充注量為3kg),改用HC時,為達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn),成本將提高30%左右;⑦使用HC,同樣存在著不可預(yù)測后果的可能性,例如HC光霧反應(yīng)VOC值比HFC大幾百倍,有可能引發(fā)新的環(huán)境問題。總之,認(rèn)為HFC制冷劑是一種很好的替代物。若拒絕使用HFC,工業(yè)界面臨重大壓力,預(yù)計近20年內(nèi)將因沒有合適的制冷劑而面臨嚴(yán)重的威脅。

      目前,國際制冷空調(diào)行業(yè)的傾向是,在小型家用冰箱類制冷設(shè)備中,可使用HC,而對大型制冷空調(diào)設(shè)備,在沒有證據(jù)表明其安全性可靠時,拒絕使用HC作制冷劑。

      3.3如何正確對待替代物的多樣性

      從近10年替代物的發(fā)展看,無論從理論上或從實(shí)踐上,很難找到一種完全理想的替代物(ODP=0,低GWP值(100以下),高效,安全,與價格不貴的高潤滑性的油互溶等。為了替代一種原先使用的CFC或HCFC制冷劑(無論CFC-12,CFC-11,R502或HCFC-22),客觀上往往存在多種解。在許多替代物中,只有"更好",很難說"最好"。究竟如何選擇替代物,必須"因地制宜"。

      例如HCFC-22的主要替代物,就有HFC-134a,R407c,R410a,R290等等。就以R407c和R410a兩種替代物來看,也很難絕對地說哪一種"最好",因?yàn)樗鼈兏饔袃?yōu)缺點(diǎn)。R410a的優(yōu)點(diǎn)是亞共沸,傳熱性能好,壓損小,但其缺點(diǎn)是壓力太高,比原HCFC-22提高了1.5倍,容積制冷量又太大,約為HCFC-22的1.4~1.5倍,因此無法直接充灌,必須重新設(shè)計壓縮機(jī)和主要部件,提高成本。反之,R407c的優(yōu)點(diǎn)是可直接充灌(除換酯類油外),能效接近于HCFC-22,但其缺點(diǎn)是非共沸,成分的變化對性能和維修會產(chǎn)生影響。

      目前,國際上不同國家和地區(qū),對不同類型的設(shè)備,往往采用不同的替代物,例如日本,以及美國,對于家用空調(diào)器,傾向于R410a,對于大中型制冷空調(diào)傾向于R407c;而歐共體國家則均傾向于R407c。國外這種態(tài)熱,勢必會對我國制冷空調(diào)行業(yè)產(chǎn)生影響,特別是由于我國空調(diào)行業(yè)大都是90年代剛引進(jìn)的技術(shù)和生產(chǎn)線,情況與國外大不相同,而且實(shí)際上國外對這兩種替代物,還都認(rèn)為不夠理想,倘若盲目跟進(jìn),勢必造成不良后果。

      421世紀(jì)綠色環(huán)保制冷劑的展望

      4.1HFC類制冷劑的實(shí)用化

      目前,HFC類制冷劑還有許多問題尚待進(jìn)一步解決,如所有問題已解決的話,也就不會在發(fā)達(dá)國家中出現(xiàn)CFC-12和R502的黑市了。

      適用于HFC制冷劑的酯類油(POE),價格昂貴,潤滑性較差,特別是吸水性和水解性強(qiáng),凡POE油含水量大于500~1000×10-6的,多半要失敗。由于POE油是一種比制冷劑更好的溶劑,因此必須小心選擇所使用的材料、加工過程用的切削油和清洗液等流體,否則由于制冷劑/油的化學(xué)反應(yīng),會形成蠟狀物質(zhì),造成膨脹裝置的堵塞。今后的展望是進(jìn)一步開發(fā)高穩(wěn)定性的POE油;PVE油由于有優(yōu)良的潤滑性和弱水的水解性,也有待開發(fā)。

      改進(jìn)設(shè)備設(shè)計,提高能效是必然趨勢。能效的提高,可減輕或抵消由于HFC排放引起的溫室效應(yīng)。例如冰箱,美國從1972年到1993年,能耗已降低了60%,如2001年達(dá)到美國政府制定的能耗標(biāo)準(zhǔn),則將進(jìn)一步降低30%。按照這個標(biāo)準(zhǔn),570L冰箱的能耗,相當(dāng)于60W燈泡的耗電。單元式空調(diào),從1975年到1995年,季節(jié)能效比SEER已由7.0提高到10.8,即節(jié)能35%,期望到2006年,能耗還將進(jìn)一步下降20%。離心式冷水機(jī)組,從1978年到1998年,能耗由0.23Kw/kW(0.8kW/rt)降到0.17Kw/kW(0.6kW/rt)(平均數(shù)),好的設(shè)備由0.20Kw/kW(0.7kW/rt)降到0.14Kw/kW(0.48kW/rt)。通過采用多級和直接驅(qū)動等措施和優(yōu)化設(shè)計,期望2005年可以從0.14Kw/kW(0.48kW/rt)進(jìn)一步降到0.13Kw/kW(0.45kW/rt)。

      4.2天然制冷劑的推廣與實(shí)用化

      NH3是一種傳統(tǒng)工質(zhì),其優(yōu)點(diǎn)是ODP=0,GWP=0,價格低廉、能效高、傳熱性能好,且易檢漏、含水量余地大、管徑小,但其毒性需認(rèn)真對待,而100多年使用的歷史表明,NH3的安全記錄是好的,今后必須找到更好的安全辦法,如減少充灌量、采用螺桿式壓縮機(jī)、引入板式換熱器等等。然而,其油溶性、與某些材料不相容性、高的排氣溫度等問題也需合理解決。看來,NH3會有更大的空調(diào)市場份額。

      另一種傳統(tǒng)天然工質(zhì)是CO2,現(xiàn)已引起注意,其優(yōu)點(diǎn)是ODP=0,GWP值為1。主要問題是其臨界溫度低(31℃),因此能效低,而且它是一種高壓制冷劑,系統(tǒng)的壓力較現(xiàn)有的制冷劑高很多。CO2制冷劑可能應(yīng)用的領(lǐng)域有以下三個方面。第一是CO2超臨界循環(huán)的汽車空調(diào)。由于其壓比柢,使壓縮機(jī)效率高,高效換熱器(如沖壓微槽管)的采用也對提高其能效作出貢獻(xiàn)。由于高壓側(cè)CO2大的溫度變化,使進(jìn)口空氣溫度與CO2的排氣溫度可以非常接近(僅相差幾℃),這樣,可以減少高壓側(cè)不可逆?zhèn)鳠嵋鸬膿p失。為了減輕重量和縮小尺寸,換熱器頭部的優(yōu)化設(shè)計開發(fā)也已在進(jìn)行。此外CO2系統(tǒng)在熱泵方面的特殊優(yōu)越性,可以解決現(xiàn)代汽車冬天不能向車廂提供足夠熱量的缺陷。目前德國已有商用的CO2空調(diào)系統(tǒng)的公共汽車投入公交運(yùn)輸,空調(diào)器尺寸與HFC-134a相當(dāng)。第二是CO2熱泵熱水加熱器,由于CO2在高壓側(cè)具有較大變化(約80~100℃)的放熱過程,適用于加熱水。1998年和1999年報道,試驗(yàn)結(jié)果比采用電能或天然氣燃燒加熱,可節(jié)能75%,水溫可從8℃升高到60℃。第三是在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)中,CO2用作低壓級制冷劑,高壓級則用NH3或HFC-134a作制冷劑。目前歐洲已有20臺安裝于超市中,運(yùn)行情況表明技術(shù)上是可行的。這種系統(tǒng)還適用于低溫冷凍干燥。CO2的再次引入,在現(xiàn)代化技術(shù)條件下,似乎被認(rèn)為是制冷空調(diào)行業(yè)發(fā)展中許多有意義的領(lǐng)域之一。

      4.3新一代替代工質(zhì)的開發(fā)與實(shí)用化

      新的高效、綠色環(huán)保制冷劑,從熱力學(xué)角度說,必須具有高的臨界溫度和低的液相摩爾熱容。例如為了替代HCFC-22,新的替代物其臨界溫度必須高于100℃。目前已經(jīng)有人關(guān)注R161和R1311,它們的臨界溫度分別為102.2℃和120℃。它們均溶于礦物質(zhì)油,ODP為0,GWP值很低,前者為10,后者小于1。但它們均有一定的急性毒性,R161還有一定的可燃性,R1311的穩(wěn)定性也不夠理想。對于這兩種化合物,還需要進(jìn)行長期的理化試驗(yàn)和研究開發(fā)工作。

      HFC-245ca被認(rèn)為是CFC-11和HCFC-123的一種具有前景的替代物,它具有與CFC-11相近的飽和壓力,呈現(xiàn)出好的穩(wěn)定性及低的毒性,并且對漆包線的侵蝕比HCFC-123有所減輕,但有一定的可燃性。目前尚需進(jìn)行深入研究,確認(rèn)機(jī)組效率和著火的風(fēng)險性。HFC-245ca/338mccp(八氟丁烷)混合物也正在研究中。

      HFC-263fa目前正被考慮用作高溫?zé)岜弥蠬CFC-124的替代物,其運(yùn)行壓力比HCFC-124更接近于CFC-114,美國海軍正考慮將其作為一種很有潛力的長期替代物用于A冷水機(jī)組組中。近年來正在對其效率、設(shè)備改造要求、穩(wěn)定性、材料相容性及毒性等問題進(jìn)行研究。混合物HFC-236fa/134a/R600a也正在研究中。日本提出了用HFE-245(五氟甲基醚)作為HCFC-124的替代物,已進(jìn)行了8年研究,尚在進(jìn)一步研究。

      總之,為了適應(yīng)環(huán)保的要求,21世紀(jì)制冷空調(diào)行業(yè)的發(fā)展方向:綠色環(huán)保,高效節(jié)能,減少排放,加強(qiáng)回收,注重培訓(xùn),研究開發(fā)。

      5結(jié)束語

      5.1CFC與HCFC替代工作,是大勢所趨,時間緊迫。從我國情況看,當(dāng)前應(yīng)首先抓好CFC-12,CFC-11,R502等含CFC物質(zhì)的轉(zhuǎn)軌工作,而HCFC類物質(zhì)替代物是近來發(fā)達(dá)國家的研究開發(fā)重點(diǎn),發(fā)展迅速,我們應(yīng)積極跟蹤,及是掌握動向,進(jìn)行必要的研究工作以期開發(fā)出適合我國國情的替代物。

      5.2替代物發(fā)展呈現(xiàn)"百花齊放"格局。一方面是由于一些大公司市場競爭的產(chǎn)物,另一方面也反映了替代物自身各自存在優(yōu)缺點(diǎn)的狀況,而且看來在相當(dāng)長一段時間內(nèi)仍將出現(xiàn)共存局面。因此,因內(nèi)在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軌過程中,出現(xiàn)幾種方案也在所難免,不宜匆忙采取硬性的"統(tǒng)一"政策。

      5.3正確認(rèn)識混合制冷劑的作用,給予足夠重視和"地位"。事實(shí)上,不但HCFC-22和R502的替代物主要都是混合物,即使CFC-12的替代物中,混合物也占了相當(dāng)份額。究其原因,混合物可以充分發(fā)揮"優(yōu)勢互補(bǔ),取長補(bǔ)短"的作用,例如在發(fā)揮環(huán)保性能、熱工性能和使用性能好的易燃工質(zhì)(包括HC,HFC-32和HFC-152a)優(yōu)勢的同時,采用可抑制其易燃性的其他工質(zhì)構(gòu)成混合物,從整體上更易較好壞滿足和折衷諸多方面的要求,特別是有些混合物,可以更好地具有低GWP、高效、安全、直接充灌、降低轉(zhuǎn)軌成本等優(yōu)點(diǎn)。

      5.4一個企業(yè)以至整個行業(yè)在實(shí)現(xiàn)替代物的轉(zhuǎn)軌工作中,必須面臨一種選擇。應(yīng)該根據(jù)自身特點(diǎn)和條件,符合實(shí)際需要,全面權(quán)衡安全、環(huán)境、能效、投入等諸多方面,從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上作出折衷考慮,以達(dá)到優(yōu)化平衡,走有利于發(fā)展我國民族工業(yè)的路子。具體地說,在能采用過渡方案時,宜盡量采用,而不必盲目追求"一步到位",這樣一方面可以在投入盡量少的條件下,達(dá)到保護(hù)環(huán)境的需要,另一方面還可以爭取主動,避免盲目跟蹤,留有足夠的時間和余地,靜觀國際上替代物的發(fā)展趨向,以便作出合適的決策。

      5.5從空調(diào)制冷行業(yè)來看,要求在2040年實(shí)現(xiàn)HCFC-22的替代,注意開發(fā)HFC制冷劑的利用技術(shù),同時考慮保護(hù)臭氧層和氣候變暖的問題,應(yīng)該加強(qiáng)低GWP值,高效節(jié)能的新制冷劑和跟蹤、開發(fā)和利用,包括HCFC-123制冷劑替代物的評價和探索,提高能效和減少泄漏技術(shù)的開發(fā)和研究。

      5.6積極跟蹤,注意天然工質(zhì)的研究開發(fā)。

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