洁净与空调技术ＣＣ＆ＡＣ２００６年第４期
河南理工大学
杨运良☆
涂中强
摘
要
从环保，经济性和使用安全性角度分析了各自的特点和局限性。指出环境不友好的过渡性替代物的应用会走
技术改造的弯路，造成巨大的经济损失。并指明：只要采取适当措施就可以使用环境性能经济性能都很好的碳氢类物质作为现在的和未来的制冷剂。未来的制冷剂将不会使用氟利昂。
关键词
碳氢制冷剂
制冷工质替代
可燃性
二氧化碳
氟利昂
ＲｅｐｌａｃｅｍｅｎｔＯｆＣＦＣｓ，ＨＣＦＣｓ：ＲｅｖｉｅｗａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔ
ＢｙＹＡＮＧＹｕｎｌｉｎｇ★ａｎｄＴＵＺｈｏｎｇｑｉａｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＦｒｏｍｔｈｅｐｏｉｎｔｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｅｃｏｎｏｍｉｃａｎｄｓａｆｅｔｙ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅ
ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｓａｒｅａｎａｌｙｓｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｉｓｔｈａｔ，ｉｔ
ｗｉｌｌｃａｕｓｅａｇｒｅａｔｅｃｏｎｏｍｉｃｗａｓｔｅｔｏｕｓｅｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ－ｈａｇａｒｄｏｕｓｔｒａｎｓｉ－ｔｉｏｎａｌｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｓ．ＴｈｅＨｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｃａｎｂｅｗｅｌｌｕｓｅｄG ｗｈｅｎｐｒｏｐｅｒｃａｒｅｉｓｔａｋｅｎ．Ｆｒｅｏｎｗｉｌｌｎｏｔｂｅｕｓｅｄａｓｒｅｆｒｉｇ－ｅｒａｎｔｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
ＨｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓＲｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅＦｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙＣａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅＦｒｅｏｎ
★
ＨｅｎａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｉｎａ
汽车空调不制冷的原因☆杨运良，男，１９６３年１１月生，大本，教授，
研究生导师
４５４１５０河南焦作市河南理工大学安全科学工程学院
（０３９１）３９８０６４２收稿日期：２００６－０４－２５
修回日期：２００６－０５－２３
１引言
由于ＣＦＣｓ，ＨＣＦＣｓ类制冷工质以其无毒，不可燃，无刺激性，适中的压力，较高的制冷系数等优点，以前被广泛使用。近几年来，全球气候变暖，和气候异常等环境问题日益严重，科学家们开始关注人类赖以生存的大气环境。科学研究发现：ＣＦＣｓ，ＨＣＦＣｓ类物质，对大气环境的破坏性很大，是环境不友好物质。
ＣＦＣｓ，ＨＣＦＣｓ类物质对环境的危害性表现在两方面：
（１）具有很高的ＯＤＰ（臭氧层消耗潜值）。早在１９７４年，美国加利福尼亚大学的莫莱耐博士和罗兰特教授就指出，当扩散到大气层中时，在紫外线的作用下一个氟氯烃分子经连锁反应可以破坏成千上万个臭氧分子，从而导致臭氧层出现“空洞”。这一现象已被英国南极考察队和卫星观测所证实。臭氧层是地球防紫外线的“保护伞”。紫外线能破坏生物的生命遗传物质ＤＮＡ，可导致基因链的断裂和物种变异。据ＵＮＥＰ（联合国环境规划署）提供的资料，臭氧每减少１％，紫外线辐射量约增加２％。其直接后果是：
（ａ）使皮肤癌，白内障的发病率增加，破坏人体的免疫系
统；
（ｂ）使农作物减产，不利于海洋生物的生长与繁殖；
（ｃ）加速聚合物的老化等。
（２）具有很高的ＧＷＰ（全球气候变暖潜值）。温室效应是由于距地球１５ｋｍ的平流层中的气体吸收了来自地表的长波辐射以及来自太阳，地球，海洋的短波辐射造成的。这些气体就像一层热毯子，使地表温度上升从而导致全球气候
变暖效应。ＧＷＰ通常以二氧化碳（ＣＯ２＝１）为参照物。而
ＣＦＣｓ，ＨＣＦＣｓ制冷工质的ＧＷＰ值很高；比如ＣＦＣ１２的ＧＷＰ为４５００，ＨＣＦＣ２２的ＧＷＰ值为５１０。由此可见若继续
使用这类物质，将严重加剧全球气候变暖速度。而全球气候变暖会导致（ａ）海平面上升，地球上的许多岛屿城市将被淹没。（ｂ）使全球生态重新分布，造成不可预料的后果。
自１９８７年９月《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》在加拿大签约生效后，ＣＦＣｓ，ＨＣＦＣｓ类制冷工质的替代研究在全球范围内广泛开展。在京都协议以前以保护臭氧层为主题，由于氟利昂的优良性能，人们将注意力集中在不含ＯＤＰ为零的ＨＦＣｓ类物质上。京都协议后，替代研究的目标由单纯保护臭氧层转向在保护臭氧层的同时兼顾减小温室效应。ＨＦＣｓ类制冷工质虽然没有臭氧破坏能力，但其较高的ＧＷＰ是公众难以接受的。
值得注意的是，虽然这些物质的使用对环境有严重的负效应；但是尚缺乏行之有效的解决措施；因此目前在世界范围内使用的制冷剂还或多或少地含有氟利昂类物质。出于对保护环境的考虑，有必要对当前使用的主流制冷剂进行较全面的分析，指出其自身的优点和局限性。基于此
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洁净与空调技术ＣＣ＆ＡＣ２００６年第４期
来洞悉未来制冷剂的发展方向。
２当前ＣＦＣｓ，ＨＣＦＣｓ类制冷剂的限用时间
自《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》正式规定逐步消减ＣＦＣｓ，ＨＣＦＣｓ类物质的生产与消费以来，为了加快淘汰步伐，逐步限用的时间表也在不断地提前。到１９９５年１２月在维也纳召开的《蒙特利尔议定书》缔约国第七次会议为止，国际上对ＣＦＣｓ，ＨＣＦＣｓ类物质限制日程表要点见表１。
以上时间表还可能再提前。
３ＣＦＣｓ，ＨＣＦＣｓ类制冷剂替代的几种主流物质
由于此前的大量设计和广泛的使用，目前还存在着大量的使用ＣＦＣｓ，ＨＣＦＣｓ类制冷工质的设备。为了实现这些设备的价值和降低生产成本；人们采用对这些设备进行改造以使用替代制冷工质的方案。当前研究的替代制冷剂可分为两类：
（１）自然工质，即用自然界业已存在的物质作为制冷剂。使用这些制冷剂的优点有（ａ）对臭氧层无消耗且温室效应潜能值很小。（ｂ）与常用的制冷剂材料及矿物润滑油相容。（ｃ）性能系数ＣＯＰ值高（ｄ）不需要二次改造制造成本低。主要有Ｒ２９０（丙烷），Ｒ６００ａ（异丁烷）和ＣＯ２等。
（２）人工合成工质相对于自然工质来说的，主要有Ｒ１３４ａ和Ｒ４１０ａ。
３．１Ｒ１３４ａ
Ｒ１３４ａ属ＨＦＣｓ类物质，被用作替代广泛应用于汽车空调和家用空调的工质ＣＦＣ１２。在美国和日本ＣＦＣ１２几乎被其替代。我国于２００２年１月１日起禁止新车装ＣＦＣ１２空调系统，随后又明确规定汽车上用使用Ｒ１３４ａ制冷剂的空调系统进行替代，并已完成其技术改造工作［４］。在大中型冷水机组中，由于其操作压力较Ｒ４１０Ａ低，以获得广泛使用。在家用冰箱中替代ＣＦＣ１２后，制冷量下降，能耗比增加；热工性能和安全性符合ＧＢ８０５９．１－３－１９８７《家用制冷器具》的要求。
但使用Ｒ１３４ａ的制冷系统，用的酯类润滑油或聚二醇（ＰＡＧ）有极强的吸水性，易与水反应生成酸，腐蚀系统。压缩机，电动机线圈以及绝缘材料必须加强绝缘等级。虽然对压缩机进行改造，强化换热设备的传热其能耗比可以优于ＣＦＣ１２；但是ＧＷＰ值为４２０，温室效应厉害，考虑到保护环境，只能作为过渡性使用的制冷剂。
３．２Ｒ４１０Ａ
Ｒ４１０Ａ配方为Ｒ－３２／１２５（５０．０／５０．０），是一种非共沸混合制冷工质。其滑移温度仅为０．２℃，可称之为近共沸混合制冷剂，属ＨＦＣｓ类物质。在重新设计的窗式空调机，空调箱，地热水源型热泵和小型冷水机组中，它是首选的替代品，应用广泛。其制冷系数与Ｒ２２相近，蒸发压力、冷凝压力适中，容积制冷量在低温领域，更具优越性。但其ＧＷＰ值为２０００，温室效应过强，对环境不利。
３．３ＣＯ２
显然，这是一种自然制冷工质。作为制冷剂，在２０世纪二三十年代曾被使用过。但限于当时的技术水平，使用ＣＯ２的制冷系统，装置系数较低；设备很笨重，大多用于船上。而现在对其的研究集中在跨临界循环上。理论研究表明：若采用跨临界循环，有较满意系统效率，可以用于汽车空调。在采用回热，双级压缩，用膨胀机代替节流阀后，性能系数在常规的空调领域具有竞争力。但其系统与目前的常规系统有很大不同，还需要一定的时间进行研究和开发。虽其过高的系统压力，导致的可靠性安全性问题令人担忧；但由于没有环境负效应，从长远角度看，有开发潜力。
３．４Ｒ２９０（丙烷），Ｒ６００ａ（异丁烷）
Ｒ２９０（丙烷），Ｒ６００ａ（异丁烷）都属于自然工质，典型的ＨＣｓ类物质，不破坏环境，与传统的润滑油，干燥剂都相容。作为制冷剂，通常使用的是它们不同组分的混合物。研究表明，Ｒ－２９０／６００ａ（５０．０／５０．０），Ｒ－２９０／６００ａ（６０．０／４０．０）与Ｒ－１２有相近的热物理性能。虽然两者都易燃，但是由于其优良的环境友好性，良好的热物理性能和其高ＣＯＰ值，备受专家青睐。
由于其充填量小，在汽车空调系统中应用时爆炸机率很小，且如果操作规范，就可以杜绝爆炸的发生。目前已有２０万辆汽车的空调系统，使用ＨＣｓ类物质作制冷剂。在建筑空调系统中，采用ＨＣｓ类物
质作第一制冷剂在建筑物外围循环，以确保安全的措施，可以很好地解决安全问题。
４结语
从保护环境，节能，安全和经济性等角度可以看出：
ＣＦＣｓ类包括ＣＦＣ１１，ＣＦＣ１２，ＣＦＣ１１３，ＣＦＣ１１４，ＣＦＣ１１５等氟氯烃物质ＨＣＦＣｓ类包括ＨＣＦＣ２２，ＨＣＦＣ１４２ｂ，
ＨＣＦＣ１２３等
发达国家规定从１９９６年１月１日起完全停止生产与消费规定从１９９６年起冻结生产量，２００４年开始消减，至２０２０年完全停用
发展中国家人均消费量小于０．３ｋｇ的国家最后停用的日期为２０１０
年
从２０１６年起冻结生产量，２０４０年完全
停用
表１ＣＦＣｓ、ＨＣＦＣｓ类物质限制日程
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洁净与空调技术ＣＣ＆ＡＣ２００６年第４期
多，还没有相关的设计标准，因此，对地板送风系统的研究还存在许多困难之处。根据对不同类型送风末端的送风量、送风风速以及流场的对比，可看出，送风末端形式与性能对地板送风系统效果的影响不可忽视。改善办公室内工作人员的室内环境的满意程度，需要对各方面的影响因素进行研究分析，本文只是针对不同送风末端在空态下的送风量、风速、流场等对室内热舒适性以及空气品质的影响进行了分析探讨，没有涉及到送风末端其他因素的影响，这些还有待结合现场试验进行更深入的研究分析。
参考文献
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□
（上接第９页）
（１）在ＣＦＣｓ类，ＨＣＦＣｓ类和ＨＦＣｓ类氟利昂工质，对环境危害大。虽然，出于历史，经济性，和技术水平的原因；ＨＣＦＣｓ类和ＨＦＣｓ类物质，目前仍在使用，但也只能作为过渡性制冷剂，在不远的将来，都会被淘汰。因此本文认为：以后制冷剂将不会使用氟利昂。
（２）ＣＯ２，Ｒ６００ａ和Ｒ２９０等自然工质的研究，已广泛开展，并取得了突破性进展。ＣＯ２作制冷工质，在跨临界和超临界循环领域已有理论突破。虽然目前还处于试验阶段；但其没有环境破坏性，在低温领域性能优越以及在热水热泵，供暖方面与传统工质有明显优势，具有广阔的应用前景。Ｒ６００ａ和Ｒ２９０等ＨＣｓ类物质，无环境破环潜能，性能系数好，价格低只要适当地采取措施就能
解决其易燃性，是一类清洁，健康的制冷工质，目前技术比较成熟，已经有大量的应用。本文认为，在现阶段它完全可以做ＣＦＣｓ类，ＨＣＦＣｓ类的替代工质；且在将来，是一类较理想的制冷工质。
参考文献
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□
制冷剂ＣＦＣ１２ＨＣＦＣ２２Ｒ１３４ａＣＯ２
Ｒ４１０ＡＲ６００ａＲ２９０
类别
ＣＦＣｓ类
氟利昂
ＨＣＦＣｓ类
氟利昂
ＨＦＣｓ类
氟利昂
自然工质
ＨＦＣｓ氟利昂
ＨＣｓ自然工质ＨＣｓ自然工质
大气中存在的年限
１３０１２．０１４．０～１ａ～１ｂＤＯＰ值１．００．０７～００～０００ＧＷＰ值８５００１７８０１３２０１２０００８８ＣＯＰ（典型条件）
４．０１
４．０６
４．１３
ｂ
３．７７
３．８１
３．８３
经济性
较便宜
较便宜
贵
便宜
贵
便宜
便宜
ａ．由于混合工质的组分在大气中分离，表中没有给出混合工质的大气寿命；ｂ．未知。
表２
几种制冷剂的特性比较
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