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(三)

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(chēng)《蒙》）與《京都協(xié)議》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《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(lèi)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）

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(xiāo)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(zhuān)家認(rèn)為，雖然 HCFC-123 屬于 HCFC 類(lèi)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(lèi)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?GWP 僅為 140。我國(guó)開(kāi)發(fā)采用的 HFC-152a 類(lèi)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(zhuān)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�合物，這兩類(lèi)制冷劑的認(rèn)識(shí)。

主張采用碳?xì)浠�合物作制冷劑的，其主要觀點(diǎn)是：① HFC 物質(zhì)的 GWP 太高，已被列入京都協(xié)議溫室氣體清單；② HFC 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�合物可燃，但是隨技術(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�合物將是長(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(chē)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（Life Cycle Climate Performance）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?xún)?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(chē)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) V℃ 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(lèi)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 R134a ， 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(lèi)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(lèi)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。

我們決意為制冷產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)更多優(yōu)質(zhì)冷凍材料。