制冷技术与节能

制冷技术与节能

国民经济近30 年的高速发展，中国已经成为能源的生产和消费大国，目前总的能源消耗量超过了25 亿t 标准煤。在国民经济中，制冷空调行业已经成为支柱产业。家用冰箱、家用空调的普及；城市化进程带来的高楼大厦林立，使得制冷空调设备广泛应用；食品、水产品等加工冷冻使得食品冷链(冷库、冷藏车、超市冷冻设备等)广泛应用；汽车工业的发展和普及，汽车空调的大量使用，使我国即是制冷空调产品的生产大国，也是制冷空调设备的使用大国。中国拥有世界22%的人口，但人均自然资源占有量非常有限。经济水平的提高使人们对舒适的环境的需求越来越高，这都造成了能源的巨大消耗。到2007 年，我国建筑物能耗已占能源消耗总量约30%，在建筑能耗里，用于暖通空调的能耗占30%～50%，中国的能源形势日益严峻。能源形势日益严峻，因为能源消耗带来的环境问题也成了不容忽视的难题，臭氧层破坏和全球变暖使环境保护的呼声越来越高。《蒙特利尔议定书》和《京都议定书》的签订，制冷工业面临着巨大的挑战。为此，党和国家把节能减排的方针政策提到一个新的高度。对于制冷空调、热泵行业而言，开展自然工质或低环害的新型合成制冷剂替代工作，提高系统用能效率，发展节能技术，均具有十分重要意义。

1974 年，美国科学家莫里纳和罗兰德在《自然》杂志上发表论文指出氯氟烃类物质对大气臭氧层有破坏作用，自此臭氧层破坏问题受到全世界关注。近年来，在保护臭氧层和应对全球变暖方面，国际社会采取了很多措施。在落实旨在解决全球气候变暖的《京都议定书》上，欧盟做法与行动最认真。2006 年5 月17 日欧盟通过了EC842/2006 氟气体法规，规定“氟气体”包括HFCs、PFC(全氟化碳)等，严格控制氟气体的生产和使用，对含有氟气体的容器、产品和设备进行严格的密封、标记和报废时的回收等。法规中还规定，HFCs 应该只用在没有其他安全、技术可行、成本有效和环境更可接受的选择物存在的场合。这样像R134a、R410A 的空调、热泵系统，在产品制造和使用、进出口贸易方面会受到严格的限制。在汽车空调方面，欧盟同时在2006 年5 月17 日通过了2006/40/EC 指令，即从2011年开始控制，到2017 年完全淘汰GWP 值大于150的工质，这当然主要是针对R134a 的。此外，2007年底，世界各国首脑和环境保护人士召开了巴厘岛环境大会，就后《京都议定书》时代的环境保护问题进行了磋商。

另外，为了进一步保护臭氧层，2007 年9 月17 日，《蒙特利尔议定书》第19 次缔约方大会在加拿大蒙特利尔举行。根据近年来臭氧层破坏及恢

复的科学观测数据，缔约方同意加速淘汰氢氯氟烃(HCFCs)的生产与消费，并做出最新的决定：对于正在按议定书第5 条款运作的缔约方(注：指发展中国家)，其消费量与生产量分别选择2009 年与2010 年的平均水平作基准线，把2013 年的消费量与生产量冻结在此基准线上。到2015 年削减10%；到2020 年削减35%；到2025 年削减67.5%；直到2030～2040 年允许有年平均2.5%数量供维修用。而对于正在按议定书第2 条款运作的缔约方(注：指发达国家)则必须在2020 年完成生产量与消费量的加速淘汰，依据以下削减步骤：到2010 年削减75%；到2015 年削减90%；直到在2020～2030年期间允许有0.5%供维修用。

《蒙》与《京》两个协议是有联系的，均是为了保护环境的需要，但又有不同要求。《蒙》要求限期逐步淘汰CFC和HCFC等物质，是强制的；而《京》要求控制温室气体的排放，并不对温室气体的产生、使用采取强制性手段。制冷空调行业为了适应CFC和HCFC类制冷剂的淘汰，纷纷转轨使用HFC物质。但现在《京》又将HFC物质列入了温室气体清单中，要对它们的排放加以控制。显然，

后者的要求，对于制冷空调行业的近些年来为采限HFC所作的各种努力，确实产生了一些负面的影响，以致造成无所适从的感觉。

目前，国外有些专家担忧，会不会过了若干年后，又发现HFC制冷剂有什么新问题，特别是由于HFC制冷剂的GWP大都在1000以上，又重蹈第二阶段经历了60年才发现释放了大量破坏臭氧层气体的错误。这个问题的实质，是对HFC与天然工质，特别是碳氢化合物，这两类制冷剂的认识。

主张采用碳氢化合物作制冷剂的，其主要观点是：①HFC物质的GWP太高，已被列入京都协议温室气体清单；②HFC物质还可能有不可预测的后果，发现它们的问题，是否又得花上几十年时间，会不会又遭遇另一次淘汰；③尽管碳氢化合物可燃，但是随技术发展和安全性度量的改进，已经并会进一步减少不安全伤害；④目前，欧洲已有约1500万台家用冰箱，仅德国每天生产几千台，在130L冰箱中只用20gR600a，而且其中有12gR600a能溶于油中，也就是说泄漏

R600a数量是很少的，认为注意到这一点是很重要的；⑤在承认HFC制冷剂在启动淘汰CFC计划中的作用的同时，认为碳氢化合物将是长期方案，尽管开发新设备需要较长的时间，相信21世纪将是天然工质的世纪。

主张HFC制冷剂的，其主要观点是：①根据计算和预测，HFC排放占整个温室气体排放的比例也很小，1997年约为1%，2030年预计也仅为2.4 ；②即便高GWP气体，也只有当制冷剂排放时，才构成影响，因此只需采取措施，减少它们的泄漏排放，而不是淘汰或禁用；③不应反GWP作为衡量影响全球气候变化的唯一指标，应以变暖影响总当量TEWI为指标，全面综合考虑。④对于制冷空调，寿命一般均为15～20年。若考虑到整个寿命期的能量消耗引起的间接效应，对温室效应的影响将更为客观。⑤认为不能由于为了解决全球环境问题而无视对现场和当地环境的伤害；⑥为了解决天然工质的可燃性和毒性等问题，势必提高成本和费用。⑦使用HC，同样存在着不可预测后果的可能性，例如HC光雾反应VOC值比HFC大几百倍，有可能引发新的环境问题。总之，认为HFC制冷剂是一种很好的替代物。若拒绝使用HFC，工业界面临重大压力，预计近20年内将因没有合适的制冷剂而面临严重的威胁。

目前，国际制冷空调行业的倾向是，在小型家用冰箱类制冷设备中，可使用HC，而对大型制冷空调设备，在没有证据表明其安全性可靠时，拒绝使用HC作制冷剂。

21世纪绿色环保制冷剂的展望

4.1 HFC类制冷剂的实用化

目前，HFC类制冷剂还有许多问题尚待进一步解决。适用于HFC制冷剂的酯类油（POE），价格昂贵，润滑性较差，特别是吸水性和水解性强，凡POE 油含水量大于500～1000×10-6的，多半要失败。由于POE油是一种比制冷剂更好的溶剂，因此必须小心选择所使用的材料、加工过程用的切削油和清洗液等流体，否则由于制冷剂/油的化学反应，会形成蜡状物质，造成膨胀装置的堵塞。今后的展望是进一步开发高稳定性的POE油；PVE油由于有优良的润滑性和弱水的水解性，也有待开发。

4.2 天然制冷剂的推广与实用化

NH3是一种传统工质，其优点是ODP=0，GWP=0，价格低廉、能效高、传热性能好，且易检漏、含水量余地大、管径小，但其毒性需认真对待，而100

多年使用的历史表明，NH3的安全记录是好的，今后必须找到更好的安全办法，