氯氟烴（CFCs）與空調(diào)制冷

1、氯氟烴（CFCs）與空調(diào)制冷                        提要本文介紹了關(guān)于氟利昂物質(zhì)的基礎(chǔ)知識及其環(huán)境效應(yīng)，著重闡述了氯氟烴類制冷劑替代技術(shù)的研究開發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展方向。1 氯氟烴物質(zhì)與氟利昂物質(zhì)在氯氟烴物質(zhì)（CFCs）已經(jīng)限制生產(chǎn)并即將禁止使用的今天，人們常誤把氯氟烴物質(zhì)完全贊同于氟利昂物質(zhì)。其實(shí)，氯氟烴物質(zhì)是屬于氟利昂物質(zhì)中的一種，由于這

2、種物質(zhì)嚴(yán)重破壞大氣臭氧層，故專門稱之為氯氟烴物質(zhì)，以區(qū)別于其他氟利昂物質(zhì)。氟利昂物質(zhì)是飽和碳?xì)浠衔铮柡蜔N）的鹵族衍生物的總稱，本世紀(jì)30年代開始用作制冷劑，它的出現(xiàn)解決了對制冷劑有各種要求的問題。根據(jù)飽和碳?xì)浠衔锸羌淄椋–H4）或乙烷（C2F6）的不同，氟利昂物質(zhì)分為甲烷族與乙烷族，如圖1和圖2所示，兩者均可排為以氫（H）、氯（Cl）、氟（F）三元素為頂點(diǎn)的三角形，其中甲烷或乙烷中的氫部分或全部被氯、氟置換；按照氫元素被鹵元素置換的情況，氟利昂物質(zhì)可分為六種：代碼種類公式大氣壓下沸點(diǎn) 臭氧耗減替能ODP（R11-1）全球變暖潛能GWP（CO2-1）受控物質(zhì)與否可燃否完成毒性試驗(yàn)R11CF

3、CCCl2F23.8211500是否是R12CFCCCl2F2-29.7914500是否是R22HCFCCH ClF2-40.760.05510（否）否是R32HFCCH2F2-56.610否否是R113CFCC2 Cl3F347.570.82100是否是R114CFCC2 Cl2F43.611.05500是否是R115CFCC2 ClF5-39.110.67400（否）否是R123HCFCC2 HCl2F327.610.0229（否）否1992/3R124HCFCC2 HClF4-12.000.02150否否1994/5R125HFCC2 HF5-48.500860否否1994/5R134a

4、HFCC2 H2F4-26.50420否否1992/3R141bHCFCC2 H3Cl2F32.000.08150（否）輕微1992/3R142bHCFCC2 H3ClF2-9.780.06540否輕微是R143aHFCC2 H3F3-47.7101600是輕微是R152aHFCC2 H4F2-25.00047否中等是R500CFC/CFCR12/r152a-33.500.743333是否是R502HCFC/HCFCR22/R115-45.440.334038是否是H1211哈龍CClF2Br3.0?是否是H1301哈龍CF3Br10.05800是否是H2402哈龍C2F4Br26.0?是否是

5、2 氯氟烴制冷系統(tǒng)的替代為了保護(hù)臭氧層，控制氯氟烴制冷劑的使用，人們從兩個途徑探索解決，即：尋求合宜的替代制冷劑和采用其他制冷方法。就其他制冷方式來說，有吸收式制冷、斯特林循環(huán)制冷、熱電制冷和磁制冷等。其中熱電制冷可用于小型制冷裝置、但由于半導(dǎo)體材料始終沒有突出進(jìn)展，故效率很低，且造價高。磁制冷機(jī)目前用于超低溫制冷，而常溫磁制冷尚處理研究階段，且不宜作為空調(diào)冷源。至于斯特林制冷機(jī)，雖然目前尚僅用于準(zhǔn)備間紅外一觀測的低溫冷卻，但被認(rèn)為是有發(fā)展前途的制冷循環(huán)。斯特林制冷機(jī)理論上是由兩個等溫過程和兩個等容過程組成的定容回?zé)釟怏w制冷循環(huán)。其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，理論效率高。但是為了防止?jié)櫥芊鈱べ|(zhì)的污染，

6、目前采用無潤滑密封，因此，提高制冷機(jī)的壽命和可靠性以及蓄冷器的研究均是非常重要的課題。這樣，只有吸收式制冷是當(dāng)前可以采用的、有前途的制冷機(jī)，目前正在開發(fā)研制的三效溴化鋰吸收式冷水機(jī)的性能系數(shù)可達(dá)1.5，頗具競爭能力。關(guān)于這方面的問題就不多作論述，下面僅就替代制冷劑進(jìn)行討論。替代制冷劑應(yīng)滿足以下三方面基本要求：對環(huán)境安全。最近國際專家會議討論認(rèn)為，要恢復(fù)環(huán)境安全，所選用的替代工質(zhì)的臭氧耗減潛能ODP值必須小于0.1，全球變暖潛能GWP值相對于CFC-12來說必須很小。具有良好的熱力性能。壓力適中，制冷效率（即理論制冷循環(huán)制冷系數(shù)與逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)之比）高，并且與潤滑油有良好的親合性。具有可行性

7、。除易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)、價格可被接受外，制冷劑的毒性必須符合職業(yè)衛(wèi)生要求，即人們每天8小時長期在含有替代物質(zhì)的空氣中工作，對身體無不良影響。關(guān)于可燃性問題，目前國外企圖降低安全使用標(biāo)準(zhǔn)，以擴(kuò)大替代物質(zhì)選擇的范圍。但是，至少要無火焰擴(kuò)散性，同時，使用時需采取一定措施，降低其燃燒極限。至于修訂安全標(biāo)準(zhǔn)和安全使用措施的研究實(shí)驗(yàn)工作正在進(jìn)行，沿需數(shù)年時間方可。對于空調(diào)用制冷機(jī)來說，主要是尋求CFC-11和CFC-12的替代物質(zhì)，以解決離心式冷水機(jī)、一些小型往復(fù)式制冷機(jī)和汽車空調(diào)問題。目前從三個方面尋求合宜的替代物質(zhì)，好使用已有的制冷劑、研制新的替代制冷劑和選擇適當(dāng)?shù)闹评鋭┙M成理想的非共沸混合工質(zhì)。2

8、1 使用已有的制冷劑HCFC-22（R22）破壞臭氧層的能力是CFC-12的1/20，對于空調(diào)用制冷來說可認(rèn)為是目前的主要替代工質(zhì)。除了由于工作壓力較高，不易用于汽車空調(diào)以外，目前國外已生產(chǎn)和使用CVFC-22封閉式和開啟式離心式冷水機(jī)，其能效比與CFC-11和CFC-12離心式冷水機(jī)相近，達(dá)5.0（W/W）以上，而且結(jié)構(gòu)緊湊，比其他同容量離心式冷水機(jī)約小30%。此外，在尋求氯氟烴替代物的今天，國際上特別是美國制冷界提出"重新估價制冷劑-氨"。1988年2月在美國普都大學(xué)召開的國際制冷學(xué)會分委員會的學(xué)術(shù)報告會上，國際制冷學(xué)會前主度G·Lorentzen先生發(fā)表題為

9、氨：出色的替代制冷劑的報告，要求注意發(fā)揚(yáng)氨的優(yōu)點(diǎn)。1989年美國伊利諾期大學(xué)W·F·Stoecker教授的發(fā)表題為氨制冷發(fā)展的好時機(jī)的演說，列舉氨的優(yōu)缺點(diǎn)，最后提出空調(diào)使用冰蓄冷式冷水機(jī)組。1989年3月在美國得克薩斯舉選擇國際氨制冷協(xié)會（IIAR）的會議上，S·M·Miner先生（顧問）發(fā)表講話，除論述了氯氟烴外，提出有必要悠美國政府、州以及地主政府限制氨制冷劑的法規(guī)。氨的優(yōu)點(diǎn)很多，人所共知。其缺點(diǎn)為一大三小，大缺點(diǎn)是少量與空氣混即有害人體。小缺點(diǎn)為潤滑油不溶合，易使電磁閥失靈；與銅及其金不上容；以及排氣溫度高。散發(fā)到大氣的氨與空氣中的水蒸氣、二氧化碳

10、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成重碳酸鹽，即NH3+H2O+CO2NH4HCO3不破壞臭氧層。同時，氨制冷機(jī)效率高，節(jié)省能量和材料。因此，揚(yáng)長避短，發(fā)展氨制冷機(jī)，值得重視。主要應(yīng)解決的問題有以下四方面：研制不泄漏的封閉式氨壓縮機(jī)。奧地利格拉茲公司已開發(fā)出半封閉往復(fù)式氨制冷機(jī)，目前正在進(jìn)行工況試驗(yàn)。發(fā)展緊湊型氨冷水機(jī)組和壓縮-冷凝機(jī)組。小型分散化。充實(shí)安全措施。                      

11、;       22 新的替代制冷劑根據(jù)上面提出的要求，對圖1、2的氟利昂物質(zhì)排隊(duì)以及從表1可看出，就長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來說，只有氫氟烴（HFC）不破壞臭氧層，可供使用；就近期來說除HCFC-22以外，選擇用于空調(diào)制冷系統(tǒng)的制冷劑只有HFC-32、HCFC-123、HCFC-124、HCFC-125、HFC-134a、HCFC-142b、HFC-143a和HFC-152a等八種，其余均屬正在開發(fā)的新工質(zhì)。這八種物質(zhì)的大氣壓力下的沸點(diǎn)在27.61至-51.61之間，可作為CFC-11和CFC-12的替代物質(zhì)。它們的蒸氣壓力方程如：ln(p/p0)=a1·X1/（1-X）+a2X+a3X1.89+a4X3式中X=1-T/T0；T0：臨界溫度，K；p0：臨界壓力，kPa；a1a4：系數(shù)，見表2。表2 制冷劑臨界溫度（K）臨界壓力（kPa）臨界密度（kg/m3）系數(shù)a1a2a3a4R32351.565830430-10.0522442.8440324.1086203.450397R123456.943674550-7.6009760.3655243.214724-4.99