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1、制冷剂与环保制冷剂与环保摘要: 随着臭氧层的不断破坏和和全球气候的逐渐变暖，制冷剂作 为引起这一全球性环境问题的主要原因之一,越来越受到人们的关注。 本文从制冷剂的发展和种类开始着手，浅谈环保制冷剂的发展方向和趋势。 Abstract: With the continuous destruction of the ozone layer and the gradual warming of global climate, the refrigerant as one of the main reasons which caused globalenvironmental problem bec
2、ame more and more attention. In this paper, writerwill state the development of environmentally friendly refrigerants direction andtrends from the development and types of refrigerant started. 关键词：臭氧、环保、制冷剂、发展、趋势 随着生活水平的提高，人们对生活质量有了新的要求，以往一再 追求经济给环境带来的一系列沉重压力以及环境对人类的报复，使人 们逐渐意识到经济发展与环境保护和谐发展的重要性，环保问
3、题逐渐 成为了全球瞩目的热门话题，而这其中温室效应所带来的臭氧层破坏 和全球气候变暖，更是人们关注的焦点。通过近20年的研究发现氟里 昂对全球环境有着严重的影响,直接影响人类的生存条件,这已引起了国 际上的极大关注。在这样的背景下，制冷技术中制冷剂面临着新的革 新，本文从制冷剂的起源出发，谈谈新形势下，制冷剂和环境保护的 关系以及环保制冷剂的发展和趋势制冷剂的发展主要经历了三个阶段：第一阶段：从 1830 年到 1930 年，主要采用 NH3、CO2、H2O 等作为制冷剂，它们有的有毒，有的可燃，有的效率低，用了约 100 年的时间。第二阶段：从 1930 年到 1990 年，主要采用 CFC
4、s 和 HCFCs 制 冷剂，无毒，无气味，不易燃烧，化学性质稳定，生产成本低，但 CFCs 会在大气中分裂并释放出破坏臭氧层的氯原子第三阶段：随着人类为了保护自己的生存环境，防止臭氧层破坏 和减小温室效应呼声越来越高，制冷剂进入的更新替代的年代，从 1990年至今，进入了以HFCs （含氟烃）为主的时期制冷剂对环境的影响主要表现在使平流层中臭氧浓度遭到破坏， 而臭氧层的破坏随之带来的将是1. 大气层紫外线穿透量增大,影响人类健康,一定程度上能降低人类 免疫反应系统性能,增加皮肤癌、眼白内障发病率。2. 影响植物和海洋生物的生态环境。紫外线过量照射 ,不利于细胞 的分裂和繁殖,减少鱼类产量。3
5、. 腐蚀聚合物,加速聚合物的老化。 常用的制冷剂按化学组成可分四类，即无机化合物、氟利昂（卤代烃）、碳氢化合物（烃类）、混合制冷剂。无机化合物的制冷剂有 水、氨、二氧化碳、二氧化硫等，其中氨是常用的一种制冷剂。卤代 烃是饱和碳氢化合物的氟、氯、澳的衍生物的总称。目前用作制冷剂 的主要是甲烷、乙烷、丙烷和环丁烷系的衍生物。现有的CFCs类物质品种繁多，性能优良，应用范围较广，因此寻 找合适替代CFCs的环保型制冷剂还存在着一定困难。在当前环境条件 下，环保型制冷剂应满足以下几个条件ODP值为0或尽可能低；GWP 值较低，满足环保要求；具有良好的热力学性能；具有较高的性能系 数，满足高效节能的条件
6、；化学性质稳定，且具有一定的热稳定性； 具有良好的安全性能。满足上述条件的环保型制冷剂，目前来看主要 有以下三类：、HCFCs类纯工质和由HCFCs与HFCs组成的混和工质这类物质常见的有R22、R123a和R401a等。它们的大气寿命较 短，ODP值也较小，但对臭氧层仍有一定的破坏，故只能作为一种过 渡性物质。但对于发展中国家来说，由于科研和经济方面的原因，在 短期内采用此类物质还是比较理想的选择。这类物质在制冷行业中的 应用，目前已相当成熟，并且已形成了较大的经济规模。二HFCs类纯工质和由几种HFCs组成的混合工质这类制冷工质中不含氯元素，因此对臭氧层没有破坏，且它们的 热力性质与CFC
7、s十分相近，具有良好的热力学性能，因此可以作为长 期的替代工质，但它们有一个致命的缺点，即GWP值较高。在HFCs 纯工质中目前发展最快的是R134a，在发达国家，R134a已经被大批 量的生产，而且被广泛的应用于空调及离心式冷水机组中，已取得了 定的经济效益和社会效益。目前对HFCs混合工质的开发也取得了很 大的发展，如：采用共沸工质HFC134a/HFC152a代替R12作为电冰 箱制冷剂的研究就取得了可喜的成绩。因此我们有理由相信HFCs类纯 工质和由HFCs所组成的混合工质作为环保性制冷剂将有着广阔的发展 前景，估计将来它们在环保型制冷剂中能占有一席之地。三、采用天然物质作为制冷剂 因
8、为这类物质取自自然，因而对自然界生态没有破坏，它们的 ODP 值为 0，也不必担心它们的温室效应。这类物质大体上可分为两 类：一类是HCs类物质，如丙烷、环丙烷等.另一类是各种天然无机物， 如水，NH3，空气,CO2等，下面将一些自然工质的性质作一讨论分 析。氨制冷剂该制冷剂是一种传统工质，已被广泛使用了多年，且至今仍是许 多国家大型工业系统中的首选工质。它的优点在于： ODP=0,GWP=0， 易于获得，价格低廉；能效高、传热性能好，具有较好的热力学性质 和热物理性质，属于中温制冷剂；在常温和普通低温范围内压比比较 适中，适应范围广，相变潜热大；易检漏。但其缺点是少量与空气混合后，有害人体；
9、与润滑油、铜及其合金 不相容；排气压力较高。在氟里昂时代快要过去的时候，氨制冷剂已 成为很多场合的优先选择。但为了更好地使用氨制冷剂，必须认真地 解决好以下问题：1. 要推广新型的蒸汽压缩式制冷机的设计、制造和应用技术，开 发新型的封闭式氨制冷专用电动机。2. 因为氨与油不相溶，所以溶油性问题是氨制冷系统的重要问题 之一。目前已发明和开发了氨制冷机专用润滑油，该油可以溶解于氨 液中，并且具有在高温环境下长期工作的化学稳定性，这样就有效地 避免了氨制冷剂自身的缺陷。3. 对于氨系统，材料选择、加工制造、使用维护和状态检测等都 要注意应力裂缝的腐蚀，以保证系统的可靠性。4. 研制良好的密封装置，减
10、少氨的泄漏，同时进行严格的试压试 漏检测。5. 优化系统构成，布置好工艺流程，针对不同的使用对象，灵活 机动地进行机器设备、控制系统、安全保护装置等的配置。综合看来， NH3 制冷剂将会有更广阔的使用前景，会占据更大的市场份额。二氧化碳制冷剂 二氧化碳在二十世纪初曾经广泛地应用于空调及船舶的制冷系统 中，直到二十世纪中期，在船舶制冷系统中仍占统治地位。C02的缺 点是在工作温度下的压力特别高，这样就使得在当时的技术条件下， 设备非常庞大笨重。自从出现了热力学性能优越的CFCs制冷剂，CO2 基本上退出了制冷界。但近几年来，随着人们环保意识的不断增强， 更由于 CFCs、HCFCs 对大气臭氧层
11、的破坏作用以及温室效应，人们 不得不重新考虑在更广泛的范围内使用自然工质HCs，但是HCs的缺 点是易燃烧，在这种情况下，CO2因其ODP=O, GWP较小，以及自 身良好的热物理性能越来越受到人们的青睐。与CFCs相比，CO2有 其自身的优缺点：容易获取，不燃烧，无毒，压力接近于最佳经济水 平；相对于常用工质压力比大为减少；能完全适应各种润滑油和常用 机器零部件；运动粘度低，压缩比较低，单位容积制冷量大；来源广 泛，价格低廉，维护简单，无需循环利用；无毒、不可燃，对常用材 料没有腐蚀性。但是由于 CO2 具有高的临界压力和低的临界温度，所 以采用 CO2 的制冷设备通常要在超临界区运行，在超
12、临界区域，没有 相变，压力和温度是相互独立的参数，这与传统的冷凝器不同，同时 也为我们改善系统的运行状况提供了条件。目前二氧化碳主要应用于 以下三个方面：1. 应用在汽车空调系统中。在该系统中二氧化碳的跨临界循环，充分利用了二氧化碳饱和压力高，良好的热力性能及单位容积制冷量 较大等优点，使系统具有性能好，结构紧凑以及良好的环保性能等优 点。当然也有系统的工作压力较高等缺点，但通过对系统循环参数及 各部件之间的优化设计，可以解决上述缺点，确保系统性能的稳定可 靠。2. 热泵中的应用。主要用C02热泵热水加热器，由于C02在高压 侧具有较大温度变化的放热过程，适用于加热水。3. 在复叠式制冷系统中
13、的应用。在该制冷系统中， C02 用作低压 级制冷剂+高压级则用NH3或R134a作制冷剂。目前欧洲已将此系统 安装于超市中，据调查表明运行情况在技术上是可行的。 C02 的再次 引入，在现代化技术条件下，注定将在环保性制冷剂中占据重要地位。总的来说，环保型制冷剂的发展方向是很多的，但总的方向是向 无氯纯天然方向发展。HCFC及HCFCs与HFCs组成的混和工质可作 为暂时的过渡性替代工质，HFCs可作为长期的环保性制冷工质，最终 的制冷剂将是各种天然的物质。伴随着新的制冷剂，新型的制冷循环 的不断出现，制冷工业将出现一次新的彻底的革命。自然工质作为制 冷剂，其应用前景、经济效益及社会效益是明
14、显的，它的广泛存在， 对环境的无害性，良好的热力性质及低成本、高效率都是它们成为替 代物的有利因素。另外，与现有设备和材料的相容性好也是其优点之 一。从目前来看，推广应用自然工质的关键是解决好安全问题，只要 尽早建立合理完善、统一协调的安全标准和相关规定，并在实际应用 中遵守正确的操作维护章程，自然工质将是未来制冷行业中很有前途 的制冷剂之一。参考文献1 郭庆堂等编实用制冷工程设计手册中国建筑工业出版 社.19942 贺俊杰制冷技术机械工业出版社.20073 汪训昌.论 HCFC 制冷剂在我国制冷空调行业发展中的历史地 位2003.64 吴业正、韩宝琦等制冷原理及设备第二版.西安交通大学出版社.19975 曹德胜重视氨制冷剂在制冷空调上的应用.制冷学报.1996
