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 global

environmental problem became more and more attention. In this paper, writer

will state the development of environmentally friendly refrigerants direction and

trends 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CFCs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.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；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：

一、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CFCs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，已取得了一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；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。CO2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=0，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CO2热泵热水加热器，由于CO2在高压侧具有较大温度变化的放热过程，适用于加热水。