浅谈空调制冷剂的选择

目前环保问题成了全球的热门话题，臭氧层的不断破坏和气候的逐渐变暖，是当今地球人类所面临的两大亟待解决的环境问题。谈到臭氧层的破坏，人们立刻会想到空调制冷行业的氟里昂，曾经有一段时间，人们对氟里昂几乎达到谈虎色变的程度。谈到气候变暖，人们不觉想到两极冰山融化、雪山冰线缩小、海平面上升、暴雨洪水泛滥。
由于家用冰箱、空调及冷柜都用到氟里昂制冷剂，为人们普遍认知。因而制冷空调行业成了破坏臭氧层和制造温室效应的众矢之的。但人们很少知道，氟里昂大部分排放是由于化工工业生产过程造成的，空调制冷剂的泄漏只是一小部分。工业上如灭火、发泡等是一次性使用，大量的氟里昂物质排放到大气中，而空调制冷剂是密封在机组的循环系统中，只是存在机组泄漏的可能。
诚然，空调制冷行业是臭氧层破坏和制造温室效应的参与者。那么，摆在我们面前的是，冷媒替代技术的研发及使用，已成为当今制冷空调行业的研究课题。

一、氟里昂制冷剂
首先了解氟里昂的定义，氟里昂是饱和烃类（碳氢化合物）的卤族衍生物的总称，是本世纪三十年代随着化学工业的发展而出现的一类制冷剂，它的出现解决了制冷空调界对制冷剂的寻求。从氟里昂的定义可以看出，现在人们所说的非氟里昂的R134a、R410A及R407C等,其实都是氟里昂。
我们用于制冷行业的氟族制冷剂有R11（CFCL3）、R12（CF2CL2）、R22（CHF2CL）、R32（CH2F2）、R113（C2F3CL3）、R114（C2F4CL2）、R115（C2F5CL）、R123（C2HF3Cl2）、R125（CHF2CF3）、R134a（CH2FCF3）、R143a（CH3CF3）、R141b（CCL2FCH3）、R142b（H3C2F2CL）、R152(CH3CHF2)、R404A（44%的R125和52%的R143a及4%的R134a）、R407C（23%的R32和25%的R125及52%的R134a）、R410A（50%的R32和50%的R125）、R500（73.8%的R12和26.2%的R152）、R502（48.8%的R22和51.2%的R115）等。
氟里昂能够破坏臭氧层是因为制冷剂中有CL元素的存在，而且随着CL原子数量的增加，对臭氧层破坏能力增加，随着H元素含量的增加对臭氧层破坏能力降低；造成温室效应主要是因为制冷剂在缓慢氧化分解过程中，生成大量的温室气体，如CO2等。根据氟里昂制冷剂的分子结构，大致可以分为以下3类：
1.氯氟烃类：简称CFC，主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等，由于对臭氧层的破坏作用最大，被《蒙特利尔议定书》列为一类受控物质。此类物质目前已禁止使用，在制造聚氨酯海绵的过程中，R11已由R141b作为过渡性替代品。
2.氢氯氟烃：简称HCFC，主要包括R22、R123、R141b、R142b等，臭氧层破坏系数仅仅是R11的百分之几，因此，目前HCFC类物质被视为CFC类物质的最重要的过渡性替代物质。在《蒙特利尔议定书》中R22被限定2020年淘汰，R123被限定2030年，发展中国家可以推迟10年。
3.氢氟烃类：简称HFC，主要包括R134a，R125，R32，R407C，R410A、R152等，臭氧层破坏系数为0，但是气候变暖潜能值很高。在《蒙特利尔议定书》没有规定其使用期限，在联合国气候变化框架公约《京都议定书》中定性为温室气体。
我们目前所使用的所有制冷剂全部都是氟里昂制品，非氟里昂制冷剂到目前为止还没有研发出来。在新的制冷剂研发出来之前，我们所要解决的是空调机组选用那种制冷剂，对我们赖以生存的环境造成的破坏力相对小一些。我们应当明令禁止的应当是第1类产品，而不是第2类、第3类制冷剂。
二、国际及国内对环境保护的相关协议及法规
1.臭氧层保护方面
1985年3月22日于维也纳订立的《保护臭氧层维也纳公约》，人们开始意识到臭氧层的变化对人类健康和环境可能造成有害影响。1987年9月16日《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》订于蒙特利尔。1990年6月27日至29日，缔约国第二次会议在伦敦召开，对原《蒙特利尔议定书》进行调整和修正。1991年6月19日至21日，缔约国在内罗毕召开第三次会议，对《蒙特利尔议定书》进一步修正。经修正的《蒙特利尔议定书》于1992年8月20日生效。之后，缔约方又于1993年在哥本哈根、1999年在北京对《蒙特利尔议定书》进行修改。
2.减少温室气体排放方面
1992年5月9日在纽约制订的《联合国气候变化框架公约》，于1997年12月10日在日本京都召开的第三次缔约国会议上通过，《京都议定书》旨在促进用以限制或削减《蒙特利尔议定书》未予管制的温室气体的排放的政策和做法。《京都议定书》对发达国家减少排放温室气体的数量和时间进行了进一步的规范。在《京都议定书》中，包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氯（N2O）、氢氟碳化物 ( HFCS)、全氟化碳（PFCS）、六氟化硫（SF6）等6类温室气体被列为受控物质。
3.我国关于环保协议的执行方面
我国政府于1991年6月13日，对内罗毕修正的《蒙特利尔议定书》交存加入书，并于1992年8月20日对我国生效。我国于1993年国务院批准《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》，规定最迟于2010年淘汰全部CFC类物质。至今，我国政府尚未批准《哥本哈根修正案》及其后的几个议定修正案，在最新的《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》（2000年修正稿）中规定国家方案未涉及这类物质，同时也明确以HCFC类物质为过渡性替代物质的措施是正确的。
三、几种制冷剂的比较
目前，在空调制冷行业中，除了汽车空调行业外，其他领域的制冷设备如：家用冰箱、空调、食品冷冻冷藏柜、运输冷藏设备、速冻机、中央空调等基本上还是以过渡性冷媒R22为主要的产品。从国内的主要冷水机组生产厂商生产的产品来看，活塞式、涡旋式冷水机组普遍采用R22制冷剂；螺杆式冷水机组采用R22和R134a制冷剂，但从2001年螺杆式冷水机组总体销售量上来看，采用R22制冷剂的销售量占有相当大的比重；离心式冷水机组采用R22、R123和R134a制冷剂， R123、R134a产品的市场销售情况占总量的40％左右。
评价一种制冷剂的好坏，我认为应当综合考虑下列因素：
1.臭氧层破坏潜能值（Ozeme Depletion Potential），简称ODP值；
2.全球变暖潜能值（Global Warming Potential），简称GWP值；
3.理想循环状况下的制冷系数（Coefficient of Performance），简称COP值；
4.安全性；
5.经济性。
目前空调制冷行业普遍R22，其主要原因是R22在空调温区内具有优越的物理特性和制冷性能，而且性能稳定，技术成熟，价格低廉。HFC类物质由于对臭氧层无破坏作用，被认为是将来替代HCFC的首选物质。用来替代R22的主要物质有R134a、R407C及R410A，但是这些HFC类物质由于物理特性的限制，很多技术问题尚悬而未决，均不是R22最理想的替代物。
1.R22与R123的比较：
(1) R22与R123同属氢氯氟烃，但R22的臭氧层破坏力是R123的2.5倍，温室效应指数是R123的17倍;
(2) R123是低压制冷剂，工作时蒸发器为负压，冷凝器为0.04Mpa，停机时机内为－0.004Mpa，因此，即便机组泄漏也只存在外界空气进入机组的可能;
(3) R22临界压力比R123高1300kPa，机组内部提高，泄漏几率提高。
2.R22与R134a的比较：
(1) R134a的比容是R22的1.47倍，且蒸发潜热小，因此就同排气体积的压缩机而言，R134a机组的冷冻能力仅为R22机组的60%;
(2) R134a的热传导率比R22下降10%，因此换热器的换热面积增大;
(3) R134a的吸水性很强，是R22的20倍，因此对R134a机组系统中干燥器的要求较高，以避免系统的冰堵现象;
(4) R134a对铜的腐蚀性较强，使用过程中会发生“镀铜现象”因此系统中必须增加添加剂;
(5) R134a对橡胶类物质的膨润作用较强，在实际使用过程中，冷媒泄漏率高;
(6) R134a系统需要专用的压缩机及专用的脂类润滑油，脂类润滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高扩散性，在系统性能的稳定性上劣于R22系统所使用的矿物油;
(7)目前，HFC类冷媒及其专用脂类油的价格高于R22，设备的运行成本将上升;
3.R22与R407C的比较：
R407C在热工特性上与R22最为接近，除了在制冷性能、效率上略差以及上述HFC类物质所具有的技术问题之外，还由于这类物质属于非共沸混合物，其成分浓度随温度、压力的变化而变化，这对空调系统的生产、调试及维修都带来一定的困难，对系统热传导性能也会产生一定的影响。特别是当R407C泄漏时，系统制冷剂在一般情况下均需要全部置换，以保证各混合组分的比例，达到最佳制冷效果。 、
四、结束语
制冷剂的选择与设备生产厂商的技术及设计思路密切相关。与采用的压缩机型式、热力循环效率、制冷工况、对材料的腐蚀性、与润滑油的相溶性、以及经济性、安全性等有很大关系，可以理解为厂商的“个性”。