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

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

　　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(wèn)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(duì)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(guó)際性的熱門話題。

　　1最近兩次國(guó)際會(huì)議簡(jiǎn)介

　　國(guó)際制冷學(xué)會(huì)于1999年9月19～24日在澳大利亞悉尼召開(kāi)的"第20屆國(guó)際制冷大會(huì)"和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署、美國(guó)環(huán)保局于1999年9月25～27日在美國(guó)華盛頓召開(kāi)"地球技術(shù)訟壇"，分別著重討論了全球性環(huán)保問(wèn)題對(duì)制冷空調(diào)行業(yè)的制冷劑替代物對(duì)策等問(wèn)題，現(xiàn)簡(jiǎn)介如下。

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

　　此次大會(huì)的內(nèi)容廣泛、全面，其中涉及制冷劑替代方面的，有大會(huì)報(bào)告2篇，題目分別為《制冷與環(huán)境--未來(lái)的問(wèn)題與對(duì)策》和《作為制冷劑的HFCs應(yīng)用》；有專題報(bào)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(gè)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裕唤涣鲗W(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(huì)上作了題為《THR03--一種新的HCFC-22替代物》的學(xué)術(shù)報(bào)告，獲得分組會(huì)議主席和與會(huì)代表的好評(píng)，認(rèn)為是"一篇很有意義的論文"。

　　在美國(guó)舉行的"地球技術(shù)論壇"，前身是國(guó)際保護(hù)臭氧層技術(shù)會(huì)議，每年一次。從1998年以來(lái)改用現(xiàn)名，為的是全面探討全球性環(huán)保問(wèn)題，包括全球氣候變化和保護(hù)臭氧層等。這次會(huì)議的重點(diǎn)，更側(cè)重于全球氣候變化。與會(huì)的500多位代表來(lái)自世界各國(guó)，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(huì)上有4篇大會(huì)報(bào)告，美國(guó)白宮環(huán)境顧問(wèn)委員會(huì)招待主任、美國(guó)環(huán)保局官員和荷蘭政府官員分別就"《京都協(xié)議》的對(duì)策"和"《蒙特利爾議定書(shū)》與《京都協(xié)議》的聯(lián)系"作了報(bào)告。會(huì)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(guó)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(guó)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(lái)技術(shù)的6篇（包括21世紀(jì)的空調(diào)制冷研究、美國(guó)供暖制冷空調(diào)工程師學(xué)會(huì)（ASHRAE）研究項(xiàng)目、汽車空調(diào)系統(tǒng)未來(lái)技術(shù)等）。

　　221世紀(jì)綠色環(huán)保制冷劑的趨勢(shì)

　　從這兩次國(guó)際會(huì)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(lái)，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(dòng)。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(shì)。

　　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(kù)

　　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(jiàn)，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(shí)，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(hào)）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(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，它們只是中近期過(guò)渡性替代物，2040年后被禁用。

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

　　3國(guó)際共同關(guān)注的幾個(gè)關(guān)于替代物的問(wèn)題

　　3．1如何正確協(xié)調(diào)《蒙特利爾議定書(shū)》（以下簡(jiǎn)稱《蒙》）與《京都協(xié)議》（以下簡(jiǎn)稱《京》）的要求。

　　《蒙》與《京》兩個(gè)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。《蒙》要求限期逐步淘汰CFC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(duì)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(duì)它們的排放加以控制。顯然，后者的要求，對(duì)于制冷空調(diào)行業(yè)的近些年來(lái)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(wú)所適從的感覺(jué)。

　　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(duì)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(huì)以另一種方式對(duì)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(lái)維持運(yùn)行，而煤、石油和天然氣燃料生產(chǎn)電力時(shí)都產(chǎn)生CO2，進(jìn)而也會(huì)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(shí)間框架長(zhǎng)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(lái)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(shí)間框架，如果使用較長(zhǎng)的時(shí)間框架，直接效應(yīng)就較小。

　　從表2看出，對(duì)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(duì)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(duì)于制冷空調(diào)系統(tǒng)，間接效應(yīng)對(duì)TEWI的影響要比直接效應(yīng)大得多。

　　對(duì)于空調(diào)制冷行業(yè)來(lái)說(shuō)，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。

　　②盡可能減少制冷設(shè)備使用和銷毀時(shí)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(shí)，要注意到防止氣候變暖的措施。在選擇制冷劑時(shí)，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(lái)，對(duì)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(shuō)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(duì)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(duì)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(shí)，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(huì)對(duì)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(guó)開(kāi)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(lái)臨之際，國(guó)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(wèn)題，力爭(zhēng)少走彎路。

　　從歷史上看，制冷劑的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)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(shí)期。

　　目前，國(guó)外有些專家擔(dān)憂，會(huì)不會(huì)過(guò)了若干年后，又發(fā)現(xiàn)HFC制冷劑有什么新問(wèn)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(cuò)誤。

　　這個(gè)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，是對(duì)HFC與天然工質(zhì)，特別是碳?xì)浠衔铮@兩類制冷劑的認(rèn)識(shí)。

　　主張采用碳?xì)浠衔镒髦评鋭┑模渲饕^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(cè)的后果，發(fā)現(xiàn)它們的問(wèn)題，是否又得花上幾十年時(shí)間，會(huì)不會(huì)又遭遇另一次淘汰；③盡管碳?xì)浠衔锟扇迹请S技術(shù)發(fā)展和安全性度量的改進(jìn)，已經(jīng)并會(huì)進(jìn)一步減少不安全傷害；④目前，歐洲已有約1500萬(wàn)臺(tái)家用冰箱，僅德國(guó)每天生產(chǎn)幾千臺(tái)，在130L冰箱中只用20gR600a，而且其中有12gR600a能溶于油中，也就是說(shuō)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(dòng)淘汰CFC計(jì)劃中的作用的同時(shí)，認(rèn)為碳?xì)浠衔飳⑹情L(zhǎng)期方案，盡管開(kāi)發(fā)新設(shè)備需要較長(zhǎng)的時(shí)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(jì)算和預(yù)測(cè)，HFC排放占整個(gè)溫室氣體排放的比例也很小，1997年約為1%，2030年預(yù)計(jì)也僅為2.4；②即便高GWP氣體，也只有當(dāng)制冷劑排放時(shí)，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(duì)于制冷空調(diào)，壽命一般均為15～20年。若考慮到整個(gè)壽命期的能量消耗引起的間接效應(yīng)，對(duì)溫室效應(yīng)的影響將更為觀。此，美國(guó)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(guò)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(guò)提高能效為補(bǔ)償。例如對(duì)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(duì)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(shuō)如用這種吸收式冷水機(jī)組來(lái)替代HCFC-123機(jī)組，將引起更嚴(yán)重的環(huán)境影響。即使對(duì)于直接效應(yīng)影響較大的汽車空調(diào)來(lái)說(shuō)，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(shí)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(wèn)題而無(wú)視對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)題，勢(shì)必提高成本和費(fèi)用。據(jù)測(cè)算，典型的美國(guó)中央空機(jī)組（約10KW冷量，充注量為3kg），改用HC時(shí)，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(cè)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(wèn)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(jì)近20年內(nèi)將因沒(méi)有合適的制冷劑而面臨嚴(yán)重的威脅。

　　目前，國(guó)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(duì)大型制冷空調(diào)設(shè)備，在沒(méi)有證據(jù)表明其安全性可靠時(shí)，拒絕使用HC作制冷劑。

　　3．3如何正確對(duì)待替代物的多樣性

　　從近10年替代物的發(fā)展看，無(wú)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(jià)格不貴的高潤(rùn)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(wú)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(shuō)"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(lái)看，也很難絕對(duì)地說(shuō)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(wú)法直接充灌，必須重新設(shè)計(jì)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(duì)性能和維修會(huì)產(chǎn)生影響。

　　目前，國(guó)際上不同國(guó)家和地區(qū)，對(duì)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(guó)，對(duì)于家用空調(diào)器，傾向于R410a，對(duì)于大中型制冷空調(diào)傾向于R407c；而歐共體國(guó)家則均傾向于R407c。國(guó)外這種態(tài)熱，勢(shì)必會(huì)對(duì)我國(guó)制冷空調(diào)行業(yè)產(chǎn)生影響，特別是由于我國(guó)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(guó)外大不相同，而且實(shí)際上國(guó)外對(duì)這兩種替代物，還都認(rèn)為不夠理想，倘若盲目跟進(jìn)，勢(shì)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(wèn)題尚待進(jìn)一步解決，如所有問(wèn)題已解決的話，也就不會(huì)在發(fā)達(dá)國(guó)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(jià)格昂貴，潤(rùn)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(guò)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(huì)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(kāi)發(fā)高穩(wěn)定性的POE油；PVE油由于有優(yōu)良的潤(rùn)滑性和弱水的水解性，也有待開(kāi)發(fā)。

　　改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)，提高能效是必然趨勢(shì)。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(guó)從1972年到1993年，能耗已降低了60%，如2001年達(dá)到美國(guó)政府制定的能耗標(biāo)準(zhǔn)，則將進(jìn)一步降低30%。按照這個(gè)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(guò)采用多級(jí)和直接驅(qū)動(dòng)等措施和優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jià)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(duì)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(wèn)題也需合理解決。看來(lái)，NH3會(huì)有更大的空調(diào)市場(chǎng)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(wèn)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(gè)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(duì)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(jì)開(kāi)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(guó)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(guò)程，適用于加熱水。1998年和1999年報(bào)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(jí)制冷劑，高壓級(jí)則用NH3或HFC-134a作制冷劑。目前歐洲已有20臺(tái)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(kāi)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(shuō)，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(duì)于這兩種化合物，還需要進(jìn)行長(zhǎng)期的理化試驗(yàn)和研究開(kāi)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(duì)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(xiǎn)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(guó)海軍正考慮將其作為一種很有潛力的長(zhǎng)期替代物用于A冷水機(jī)組組中。近年來(lái)正在對(duì)其效率、設(shè)備改造要求、穩(wěn)定性、材料相容性及毒性等問(wèn)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(kāi)發(fā)。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　5．1CFC與HCFC替代工作，是大勢(shì)所趨，時(shí)間緊迫。從我國(guó)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(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)，發(fā)展迅速，我們應(yīng)積極跟蹤，及是掌握動(dòng)向，進(jìn)行必要的研究工作以期開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)國(guó)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(lái)在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)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(guò)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(shí)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(shì)互補(bǔ)，取長(zhǎng)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(shì)的同時(shí)，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(gè)企業(yè)以至整個(gè)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(guó)民族工業(yè)的路子。具體地說(shuō)，在能采用過(guò)渡方案時(shí)，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(zhēng)取主動(dòng)，避免盲目跟蹤，留有足夠的時(shí)間和余地，靜觀國(guó)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(lái)看，要求在2040年實(shí)現(xiàn)HCFC-22的替代，注意開(kāi)發(fā)HFC制冷劑的利用技術(shù)，同時(shí)考慮保護(hù)臭氧層和氣候變暖的問(wèn)題，應(yīng)該加強(qiáng)低GWP值，高效節(jié)能的新制冷劑和跟蹤、開(kāi)發(fā)和利用，包括HCFC-123制冷劑替代物的評(píng)價(jià)和探索，提高能效和減少泄漏技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究。

　　5．6積極跟蹤，注意天然工質(zhì)的研究開(kāi)發(fā)。

　　參考文獻(xiàn)

　　1JohnTMcMullan.Refrigerationandtheenvironment-issuesandstrategiesforthefuture.TwentiethIntCongressofRefrigeration,Sydney,Australia,19-24,Sept,1999.

　　2DavidADiddion.TheapplicationofHFCsasrefrigerants.TwentiethIntCongressofRefrigeration,Sydney,Australia,19-24,Sept,1999.

　　3FSteimle.Alternativerefrigerantsforrefrigerationandairconditioning.TwentiethIntCongressofRefrigeration,Sydney,Australia,19-24,19-24,Sept,1999.

　　4EricGranryd.Hydrocarbonsasrefrigerants-anoverview.TwentiethIntCongressofRefrigeration,Sydney,Australia,19-24,19-24,Sept,1999.

　　5IStrommen,AMBredesen,TEikeviketal.Heatpumpingsystemsforthenextcentury.TwentiethIntCongressofRefrigeration,Sydney,Australia,19-24,19-24,Sept,1999.

　　6KimGChristensen.UseofCO2asprimaryandsecondaryrefrigerantinsupermarketapplications.TwentiethIntCongressofRefrigeration,Sydney,Australia,19-24,19-24,Sept,1999.

　　7PerGLundqvist.R-22retrofit:oneproblem-manysolutions.TwentiethIntCongressofRefrigeration,Sydney,Australia,19-24,19-24,Sept,1999.

　　8MarcBarreau,JeromeBlanc.PresentEuropeanenvironmentally-friendlyCFC&HCFCsubstitutesforrefrigerationanairconditioningapplications.TwentiethIntCongressofRefrigeration,Sydney,Australia,19-24,19-24,Sept,1999.

　　9JamesMCalm.Emissionsandenvironmentalimpactsfromair-conditioningandrefrigerationsystem.JointIPPCC/TEAPExpertMeeting,Petten,TheNetherlands,26-28,May,1999.

　　10JamesMCalm.Emissionsandenvironmentalimpactfromchiller.ProcsoftheEarthTechnologiesForum,Washington,DC,USA,27-29,Sept,1999:197-206.

　　11DaveJBateman.Refrigerationandairconditioningwithreducedenvironmentalimpact.ProcsoftheEarthTechnologiesForum,WashingtonDC,USA,27-29,Sept,1999:224-234.

　　12KennethEHickman.HVAC&Rresearchforthe21stcentury.ProcsoftheEarthtechnologiesForum,Washington,DC,USA,27-29,Sept,1999:242-245.

　　13KenMonnier.CompressorsandR-410a.ProcsoftheEarthTechnologiesForum,Washington,DC,USA,27-29,Sept,1999:207-215

　　14RichardCawley.HFCoptionsforresidentialcommercialequipment.ProcsoftheEarthTechnologiesForum,Washington,DC,USA,27-29,Sept,1999:216-223.

　　15JohnDieckmann,HillelMagid.GlobalcomparativeanalysisofHFCandalternativetechnologiesforrefrigeration,airconditioning,foam,solvent,aerosolpropellant,andfireprotectionapplications.FinalReporttotheallianceforResponsibleAtmosphericPolicy,23Aug,1999.

　　16FisherSK,PDFairchild,PJHughes.GlobalwarmingimplicationsofreplacingCFCs.ASHRAEJ,1992,34(4).