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(四)

4 21 世紀(jì)綠色環(huán)保制冷劑的展望

4.1 HFC 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(0.8 kW/rt) 降到 0.17 Kw/ kW(0.6kW/rt)( 平均數(shù) ) ，好的設(shè)備由 0.20Kw/ kW(0.7 kW/rt) 降到 0.14 Kw/ 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 0.14 Kw/ kW(0.48kW/rt) 進(jìn)一步降到 0.13 Kw/ 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 兼容性、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�起的損失。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?HCFC-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軍用冷水機(jī)組組中。近年來正在對其效率、設(shè)備改造要求、穩(wěn)定性、材料兼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)。

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