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文檔簡介

1/1制冷劑替代技術在冷水機組中的應用研究第一部分冷水機組制冷劑替代背景介紹 2第二部分制冷劑替代技術的發(fā)展歷程 4第三部分常用冷水機組制冷劑的類型和特點 6第四部分環(huán)境友好型制冷劑的研究進展 9第五部分HFCs制冷劑替代的技術路線 11第六部分CO2跨臨界循環(huán)在冷水機組中的應用 13第七部分氨制冷劑在冷水機組的應用及挑戰(zhàn) 15第八部分油分離器對制冷劑替代的影響分析 16第九部分制冷劑替代對冷水機組性能的影響 18第十部分制冷劑替代技術未來發(fā)展趨勢 20

第一部分冷水機組制冷劑替代背景介紹冷水機組是現(xiàn)代建筑和工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用的一種空調(diào)設備,主要用于調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度以及提供工藝冷卻水。然而,在過去幾十年里,傳統(tǒng)的制冷劑如氟利昂(CFCs)和氫氯氟烴(HCFCs)由于其對地球臭氧層的破壞作用以及較高的全球變暖潛值(GWP),受到了嚴格的環(huán)保法規(guī)限制,并逐漸被淘汰。為了滿足環(huán)保要求和降低能源消耗,各種新型制冷劑替代技術應運而生,并在冷水機組領域得到了廣泛的應用研究。

一、環(huán)境保護背景

1.臭氧層保護:氟利昂(CFCs)和氫氯氟烴(HCFCs)等傳統(tǒng)制冷劑在大氣中分解時會產(chǎn)生氯自由基,這些氯自由基會加速臭氧層的消耗。為了保護人類生存環(huán)境和減緩全球氣候變化,1987年簽訂了《蒙特利爾議定書》,其中規(guī)定了逐步淘汰CFCs和HCFCs的時間表。例如,中國自2013年起全面禁止生產(chǎn)CFC-11,從2015年起逐步減少HCFC-22的生產(chǎn)和消費量。

2.全球變暖潛值(GWP):除了對臭氧層的影響外,許多傳統(tǒng)制冷劑也具有很高的全球變暖潛值,即它們排放到大氣中后能夠吸收和存儲大量的熱量,導致溫室效應加劇。以R22為例,其GWP為1810,遠高于其他制冷劑。因此,選擇低GWP的制冷劑對于減少全球氣候變化至關重要。

二、能源效率需求

隨著社會對節(jié)能降耗的日益重視,提高冷水機組能效比成為了一個重要議題。采用新型制冷劑替代技術不僅可以減少對環(huán)境的負面影響,還能帶來更高的能效表現(xiàn)。此外,通過優(yōu)化系統(tǒng)設計和改進運行管理,可以進一步提高冷水機組的能源利用率,從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。

三、市場發(fā)展趨勢

隨著環(huán)保政策的推進和技術的進步,越來越多的冷水機組制造商開始研發(fā)和推廣使用新型制冷劑的產(chǎn)品。例如,無氟氣體(HFOs)、碳氫化合物(HCs)和氨(NH3)等被視為未來制冷劑替代的主要候選者。這些新型制冷劑不僅具有較低的GWP和良好的熱力學性能,還可在一定程度上降低冷水機組的噪聲和振動水平。

綜上所述,冷水機組制冷劑替代是響應環(huán)保法規(guī)要求、滿足能效提升目標以及順應市場需求的重要舉措。隨著新型制冷劑替代技術的不斷發(fā)展和完善,未來的冷水機組將更加綠色、高效和智能化,為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。第二部分制冷劑替代技術的發(fā)展歷程隨著環(huán)保意識的不斷提高和對環(huán)境影響的重視,制冷劑替代技術在冷水機組中的應用已經(jīng)成為業(yè)界關注的重點。本文將簡要介紹制冷劑替代技術的發(fā)展歷程。

###制冷劑替代技術的起源和發(fā)展

早期的空調(diào)系統(tǒng)主要使用氟利昂(如R22)作為制冷劑,但這種制冷劑對臭氧層具有破壞作用,并且溫室效應潛力較大。1987年,《蒙特利爾議定書》簽訂,要求逐步淘汰消耗臭氧層物質(zhì)的生產(chǎn)和使用。因此,制冷劑替代技術的研究開始受到廣泛關注。

在《蒙特利爾議定書》的影響下,研究人員開始尋找新的、對環(huán)境影響較小的制冷劑。一種早期的替代方案是使用碳氫化合物(如丙烷和丁烷),這些物質(zhì)的臭氧層破壞潛能為零,而且其溫室效應潛能相對較低。然而,由于碳氫化合物易燃易爆的特性,在實際應用中存在一定的安全隱患,限制了它們在大型冷水機組中的廣泛應用。

###HCFCs和HFCs的發(fā)展與限制

為了逐漸過渡到無氯制冷劑,研究人員開發(fā)出一系列混合物,如HCFCs(含氫氯氟烴)和HFCs(全氟碳化物)。其中,HCFC-22(R22)是一種廣泛使用的制冷劑,但它仍然含有部分氯原子,對臭氧層有一定的破壞作用。而HFCs則完全不含氯,不會對臭氧層造成損害。然而,HFCs的溫室效應潛能較高,被認為是全球變暖的一個重要因素。

鑒于HFCs的溫室效應問題,國際社會再次展開行動。2016年,《基加利修正案》在聯(lián)合國氣候變化框架公約第22次締約方大會(COP22)上通過,要求各締約國逐步減少HFCs的生產(chǎn)和使用。這一協(xié)議使得制冷劑替代技術的研究進一步加速。

###環(huán)保制冷劑的發(fā)展趨勢

面對日益嚴格的環(huán)保法規(guī)和可持續(xù)發(fā)展的需求,近年來研究人員不斷探索新型環(huán)保制冷劑。以下是一些備受矚目的替代方案:

1.**天然制冷劑**:包括氨(NH3)、二氧化碳(CO2)和某些碳氫化合物(如丙烯和異丁烷)。這些制冷劑具有良好的熱力學性能和低的溫室效應潛能。然而,氨有毒性并有火災危險;二氧化碳的工作壓力高,需要特殊設備;碳氫化合物依然存在可燃性和爆炸性的風險。

2.**低GWPHFOs**:氫氟烯烴(HFOs)是一種新型的制冷劑,其溫室效應潛能遠低于傳統(tǒng)HFCs。然而,一些HFOs可能對人類健康產(chǎn)生不利影響,例如導致內(nèi)分泌紊亂。此外,關于HFOs對大氣層長期影響的研究仍在進行中。

3.**磁制冷**:磁制冷技術利用磁場變化產(chǎn)生的熱量吸收和釋放來實現(xiàn)制冷。它不依賴于傳統(tǒng)制冷劑,而是采用鐵磁材料作為工作介質(zhì)。盡管目前磁制冷技術的能效比仍低于傳統(tǒng)制冷方式,但其潛在的環(huán)保優(yōu)勢使其成為未來研究的重要方向。

###結論

制冷劑替代技術的發(fā)展歷程表明,環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展是推動技術創(chuàng)新的關鍵動力。未來的冷水機組設計和制造需要更加注重環(huán)保性能,同時兼顧經(jīng)濟性和安全性。只有這樣,才能滿足全球范圍內(nèi)對于高效、可靠和可持續(xù)制冷系統(tǒng)的不斷增長的需求。第三部分常用冷水機組制冷劑的類型和特點制冷劑在冷水機組中起著至關重要的作用,不同的制冷劑類型具有不同的特點和性能。本文將介紹常用冷水機組制冷劑的類型及其特點。

一、氟利昂(Freon)

氟利昂是傳統(tǒng)的制冷劑,主要包括R22、R123、R134a等。其中,R22曾廣泛應用于冷水機組中,但由于其對臭氧層有破壞作用,被逐步淘汰;R123雖然不破壞臭氧層,但其溫室效應潛能值(GWP)較高;而R134a則是一種較為環(huán)保的制冷劑,因其低毒性和較低的GWP值而受到廣泛應用。

二、氨(Ammonia)

氨是一種天然制冷劑,具有較高的制冷系數(shù)和良好的熱傳導性。然而,氨具有毒性且易燃易爆,需要采取嚴格的安全措施來確保使用安全。

三、碳氫化合物(Hydrocarbons)

碳氫化合物如丙烷(Propane)和丁烷(Butane)等也是一種天然制冷劑。它們具有很低的GWP值,而且由于分子量小,制冷效率高。然而,碳氫化合物也具有易燃易爆的特性,需要采取嚴格的使用限制和安全措施。

四、混合制冷劑

混合制冷劑是由兩種或多種制冷劑按照一定比例混合而成的新型制冷劑。常用的混合制冷劑包括R407C和R410A等。這些混合制冷劑具有較高的熱力學性能和環(huán)境友好性,已成為替代傳統(tǒng)氟利昂的重要選擇之一。

五、無氟氣體(Fluorine-freeGases)

無氟氣體如二氧化碳(CO2)和氮氣(N2)等作為一種新型的制冷劑,正在得到越來越多的關注。它們不僅對環(huán)境沒有負面影響,而且具有良好的熱力學性能。特別是二氧化碳,作為一種跨臨界制冷劑,已經(jīng)成功應用于一些工業(yè)冷水機組中。

六、水(Water)

水作為最常見的自然物質(zhì),也是一種理想的制冷劑。它具有很高的比熱容和優(yōu)良的傳熱性能,適用于大型空調(diào)和冷卻系統(tǒng)。然而,由于水的冰點和沸點限制了其在低溫和高溫條件下的應用范圍,因此通常僅限于中溫領域。

總結起來,不同類型的制冷劑具有各自的優(yōu)缺點。在選擇制冷劑時,應根據(jù)具體的應用需求、環(huán)保要求以及經(jīng)濟效益等因素進行綜合考慮。隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴格和技術的發(fā)展,未來的冷水機組將越來越傾向于采用更加環(huán)保、高效和安全的制冷劑。第四部分環(huán)境友好型制冷劑的研究進展隨著環(huán)保法規(guī)和可持續(xù)發(fā)展目標的推動,制冷劑替代技術已經(jīng)成為冷水機組行業(yè)中的一個重要研究領域。環(huán)境友好型制冷劑的研究進展對于降低溫室氣體排放、保護臭氧層和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1.HFCs替代技術

氫氟碳化物(Hydrofluorocarbons,HFCs)由于其優(yōu)異的熱力學性能和安全性,在過去的幾十年中被廣泛應用在制冷空調(diào)行業(yè)中。然而,HFCs具有較高的全球變暖潛能值(GlobalWarmingPotential,GWP),對氣候變化的影響逐漸引起人們的關注。因此,開發(fā)低GWP的HFCs替代品成為了一個重要的研究方向。

近年來,一些新型的HFCs替代制冷劑如R-32、R-1234yf和R-1234ze等已經(jīng)被開發(fā)出來,并在某些應用場合得到了廣泛應用。這些新型制冷劑的GWP顯著低于傳統(tǒng)的HFCs,同時在安全性和熱力學性能上也表現(xiàn)出了良好的優(yōu)勢。

2.自然工質(zhì)制冷劑

自然工質(zhì)制冷劑包括氨(NH3)、二氧化碳(CO2)和烴類制冷劑等。這些制冷劑的優(yōu)點在于它們具有較低的GWP和ODP,同時也是一種可再生資源。然而,自然工質(zhì)制冷劑的應用面臨著技術和經(jīng)濟上的挑戰(zhàn),例如安全問題、設備復雜性、能效比等。

目前,研究人員正在積極尋找解決這些問題的方法,通過改進系統(tǒng)設計、優(yōu)化運行參數(shù)以及采用先進的控制策略來提高自然工質(zhì)制冷劑的使用效率和安全性。氨和二氧化碳已經(jīng)在工業(yè)制冷和熱泵等領域得到廣泛應用,而烴類制冷劑則在商業(yè)和家用空調(diào)領域逐步推廣。

3.混合制冷劑技術

混合制冷劑是由兩種或多種制冷劑按一定比例混合而成的制冷劑。這種技術的優(yōu)勢在于可以通過調(diào)整不同制冷劑的比例來獲得所需的熱力學性能和安全性。

近年來,混合制冷劑技術已經(jīng)取得了一定的研究成果。例如,R-407C和R-410A是兩種廣泛應用的混合制冷劑,它們分別用作R-22和R-502的替代品。此外,還有一些新的混合制冷劑如R-448A和R-449A等也被開發(fā)出來,用于替代高GWP的HFCs制冷劑。

4.未來發(fā)展展望

隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴格和技術的發(fā)展,環(huán)境友好型制冷劑將繼續(xù)成為冷水機組行業(yè)的一個重要研究方向。在未來,研發(fā)具有更低GWP、更高能效和更好安全性的新型制冷劑將成為一個主要的研究任務。

此外,回收和再利用制冷劑的技術也將得到進一步的關注和發(fā)展。這不僅可以減少制冷劑的排放,也有助于降低成本并提高經(jīng)濟效益。

總之,環(huán)境友好型制冷劑的研究進展為冷水機組行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的機遇和挑戰(zhàn)。未來需要繼續(xù)加強相關領域的技術研發(fā)和創(chuàng)新,以應對不斷變化的市場需求和環(huán)保要求。第五部分HFCs制冷劑替代的技術路線HFCs制冷劑替代的技術路線

隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴格和可持續(xù)發(fā)展目標的不斷推進,尋找一種高效、環(huán)保且經(jīng)濟可行的制冷劑替代技術成為了冷水機組領域的一個重要議題。當前市場上廣泛應用的HCFCs(氫氯氟烴)和CFCs(氯氟碳化物)等含氯制冷劑由于對臭氧層的破壞以及溫室效應的加劇而逐漸被淘汰。HFCs(氫氟碳化物)作為新一代制冷劑,在過去幾十年中得到了廣泛的應用。然而,近年來越來越多的研究表明,盡管HFCs不會直接破壞臭氧層,但其具有較高的全球變暖潛能值(GWP),因此也受到了嚴格的限制。

為了應對這一挑戰(zhàn),本論文將探討HFCs制冷劑替代的技術路線,并分析各種替代方案的優(yōu)缺點及其在冷水機組中的應用前景。

1.HFCs制冷劑替代技術路線概述

HFCs制冷劑替代技術主要分為以下幾種:

1.1環(huán)保型天然制冷劑

環(huán)保型天然制冷劑包括R744(CO2)、R290(丙烷)、R600a(異丁烷)等,這些制冷劑均具有較低的GWP值和良好的熱力學性能。然而,它們的安全性和使用條件也需特別關注。

1.2合成制冷劑

合成制冷劑如R32、R1234yf、R1234ze等,它們具有相對較低的GWP值,但由于其與礦物油不兼容性等問題,需要采用新型潤滑油或無油系統(tǒng)設計。

1.3混合制冷劑

混合制冷劑是通過不同制冷劑的組合來優(yōu)化整體性能的一種方式。例如,R410A是一種由R32和R125組成的混合制冷劑,具有較高的能效比和低GWP值。

2.HFCs制冷劑替代技術的優(yōu)勢與劣勢

2.1環(huán)保型天然制冷劑

優(yōu)勢:①具有極低的GWP值;②安全穩(wěn)定;③設備改造成本較低。

劣勢:①制冷劑氣態(tài)密度較大,導致系統(tǒng)管路壓力較高;②部分制冷劑易燃易爆,需注意安全性問題。

2.2合成制冷劑

優(yōu)勢:①低GWP值;②與傳統(tǒng)潤滑第六部分CO2跨臨界循環(huán)在冷水機組中的應用在現(xiàn)代工業(yè)和建筑環(huán)境中,冷水機組作為一種重要的空調(diào)系統(tǒng)設備,在制冷和制熱方面發(fā)揮著至關重要的作用。然而,傳統(tǒng)的制冷劑(如R22、R134a等)由于其對臭氧層的破壞和全球變暖的影響,已經(jīng)受到了嚴格的環(huán)保法規(guī)限制。因此,尋找替代性制冷劑成為當前研究的重點之一。其中,CO2跨臨界循環(huán)作為一種環(huán)保且高效的制冷技術,在冷水機組中的應用逐漸受到關注。

CO2跨臨界循環(huán)是一種基于超臨界流體工質(zhì)的制冷技術,其工作原理是將CO2氣體壓縮至超臨界狀態(tài),并通過蒸發(fā)器與冷卻水進行換熱,實現(xiàn)制冷或制熱的效果。相比于傳統(tǒng)的制冷劑,CO2具有較高的傳熱性能、較低的溫室效應潛能值以及較寬的工作溫度范圍,使得它在冷水機組中具有很大的應用潛力。

近年來,隨著科技的進步和環(huán)保要求的提高,CO2跨臨界循環(huán)在冷水機組中的應用研究也取得了顯著進展。許多研究表明,采用CO2跨臨界循環(huán)可以有效降低冷水機組的能耗和環(huán)境影響。例如,一項由日本東京大學的研究人員進行的實驗表明,在相同的制冷量下,采用CO2跨臨界循環(huán)的冷水機組比采用R134a的傳統(tǒng)冷水機組節(jié)能約20%。此外,另一項由中國科學院的研究人員進行的模擬研究表明,采用CO2跨臨界循環(huán)的冷水機組在全球變暖潛能值方面的表現(xiàn)也要優(yōu)于傳統(tǒng)冷水機組。

盡管CO2跨臨界循環(huán)在冷水機組中的應用具有諸多優(yōu)勢,但在實際應用過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先,由于CO2的工作壓力較高,因此需要使用更高級別的材料和部件來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。其次,CO2跨臨界循環(huán)的運行效率受環(huán)境溫度的影響較大,在低溫環(huán)境下可能會影響系統(tǒng)的性能。因此,如何優(yōu)化設計和控制策略,以適應不同的運行條件,是未來研究的關鍵問題。

綜上所述,CO2跨臨界循環(huán)作為一種環(huán)保且高效的制冷技術,在冷水機組中的應用具有很大的發(fā)展?jié)摿?。隨著技術的不斷進步和環(huán)保意識的不斷提高,我們有理由相信,CO2跨臨界循環(huán)將在未來的冷水機組領域得到更加廣泛的應用。第七部分氨制冷劑在冷水機組的應用及挑戰(zhàn)氨作為天然制冷劑,在冷水機組中的應用有著其獨特的優(yōu)點。氨的熱力學性質(zhì)使其在制冷循環(huán)中表現(xiàn)出良好的性能,例如高的比熱容、低的飽和蒸汽壓和較高的單位質(zhì)量冷量。此外,氨在自然環(huán)境中的存在年限較短,對臭氧層沒有破壞作用,并且溫室氣體排放系數(shù)較低,具有較好的環(huán)保性能。

然而,氨作為一種有毒有害物質(zhì),其安全問題也一直是業(yè)界關注的重點。氨的毒性較高,對人體有一定的危害,因此在使用過程中需要嚴格控制氨的泄漏風險。另外,氨的易燃性也使得在冷水機組的設計和運行過程中需要采取特殊的防火措施。

為了解決這些問題,一些研究者已經(jīng)開始探索采用新型的安全技術來提高氨制冷系統(tǒng)的安全性。其中一種方法是采用多級壓縮技術,通過降低單個壓縮機的工作壓力,從而降低系統(tǒng)內(nèi)的氨濃度,減少氨泄漏的風險。另一種方法是在制冷系統(tǒng)中引入惰性氣體,如氮氣或二氧化碳,以降低氨的濃度和燃燒的可能性。

此外,還有一些新的制冷劑替代技術也在不斷涌現(xiàn)。例如,氫氟碳化物(HFCs)是一種廣泛使用的合成制冷劑,但是由于其對全球變暖的影響較大,目前正在逐步被淘汰。新的替代技術包括烴類制冷劑(如丙烷和異丁烷)、碳氫化合物(如二甲醚)和某些新型合成制冷劑(如R1234ze和R1233zd),這些新型制冷劑的溫室氣體排放系數(shù)較低,且對臭氧層沒有破壞作用。

總的來說,雖然氨制冷劑在冷水機組的應用中存在著一定的挑戰(zhàn),但是隨著新技術的發(fā)展和應用,相信未來氨制冷劑仍然會在制冷領域發(fā)揮重要的作用。第八部分油分離器對制冷劑替代的影響分析隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴格和可持續(xù)發(fā)展意識的提高,制冷劑替代技術在冷水機組中的應用研究越來越受到重視。其中,油分離器對制冷劑替代的影響分析是不可忽視的一個方面。本文主要探討了油分離器與制冷劑替代之間的關系,并對其進行了深入分析。

一、油分離器的作用及分類

油分離器是冷水機組的重要組成部分之一,其主要功能是將壓縮機排出的混合氣體中的潤滑油分離出來,以減少潤滑油進入蒸發(fā)器和冷凝器對換熱效果的影響。根據(jù)工作原理的不同,油分離器可分為機械式、離心式、過濾式等多種類型。

二、油分離器對制冷劑替代的影響

1.對新型環(huán)保制冷劑的影響

隨著HCFCs(氫氯氟碳化物)和CFCs(氯氟碳化物)等傳統(tǒng)制冷劑的逐步淘汰,新型環(huán)保制冷劑如HFOs(氫氟烯烴)、HFCs(氫氟碳化物)和天然制冷劑(如氨、二氧化碳等)得到了廣泛應用。這些新型制冷劑的物理性質(zhì)與傳統(tǒng)制冷劑有所不同,對油分離器的設計和選型提出了新的挑戰(zhàn)。

例如,HFOs具有低粘度和低表面張力的特點,使得潤滑油在系統(tǒng)中的流動特性發(fā)生變化,可能導致油分離效果降低。此外,一些新型制冷劑可能與某些類型的潤滑油不兼容,需要選用專門的潤滑油以保證良好的潤滑性能和油分離效果。

2.對油分離器設計和選型的影響

為了適應新型環(huán)保制冷劑的需求,油分離器的設計和選型也需要進行相應的調(diào)整。首先,需要選擇能夠有效分離新型制冷劑和潤滑油的油分離器類型。其次,應根據(jù)新型制冷劑的物理性質(zhì)調(diào)整油分離器的結構參數(shù),如分離腔體尺寸、分離介質(zhì)等。最后,還需考慮潤滑油與新型制冷劑的相容性問題,選擇合適的潤滑油種類。

三、結論

綜上所述,油分離器對制冷劑替代具有重要的影響。在制冷劑替代過程中,除了關注新型制冷劑的環(huán)境性能和能效外,還應充分考慮油分離器的作用及其與新型制冷劑的相互影響。通過優(yōu)化油分離器的設計和選型,可以提高冷水機組的運行效率和可靠性,為實現(xiàn)制冷劑替代的目標提供有力保障。第九部分制冷劑替代對冷水機組性能的影響在制冷行業(yè)中,冷水機組是一種重要的設備,廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)、建筑空調(diào)等領域。隨著環(huán)保要求的不斷提高,制冷劑替代已成為業(yè)界關注的焦點。本文將針對制冷劑替代對冷水機組性能的影響進行探討。

首先,制冷劑的種類和性質(zhì)直接影響著冷水機組的能效比和工作穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的氟利昂類制冷劑如R22具有良好的熱力學性能和化學穩(wěn)定性,但其溫室氣體效應較高,已被逐步限制使用。目前,新型環(huán)保制冷劑如R134a、R410A等已逐漸成為主流選擇。這些新型制冷劑雖然具有較低的臭氧消耗潛能值(ODP)和全球變暖潛能值(GWP),但其熱力性能與R22存在差異,可能會影響冷水機組的工作效率和可靠性。

其次,制冷劑替代過程中,需要考慮冷水機組的設計和結構變化。不同類型的制冷劑具有不同的物理性質(zhì),例如沸點、凝固點、密度等,這將影響到冷水機組中的冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機等部件的設計和選型。因此,在進行制冷劑替代時,需要對冷水機組進行相應的技術改造或重新設計,以保證其正常運行和高效能。

第三,制冷劑替代還可能導致冷水機組的維護成本增加。新型環(huán)保制冷劑的價格通常高于傳統(tǒng)氟利昂類制冷劑,這將提高冷水機組的購置成本。同時,由于新型制冷劑的使

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