【文章內(nèi)容簡介】 制冷劑必將大有發(fā)展。 一直以來制冷劑的替代研究工作也是沿著環(huán)保的方向發(fā)展的，并且已經(jīng)對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用， 2021 年 9 月為紀(jì)念 “ 國際臭氧層日 ” ，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署和國際氣象組織在巴黎發(fā)表了由 37個國家 250名專家聯(lián)合作出的關(guān)于大氣臭氧層狀況的評估報告。報告指出，自從保護(hù)臭氧層的蒙特利爾協(xié)議得到 183 個國家簽署之后，各國做了很多努力，大氣臭氧層已出現(xiàn)了恢復(fù)的跡 象，但在今后幾十年中依然很脆弱。 1998 年以來的研究表明，破壞同溫層臭氧層的氣體水平幾乎已經(jīng)達(dá)到頂點(diǎn)，但是破壞對流層內(nèi)臭氧層的化學(xué)物質(zhì)總量正在以緩慢的速度下降。其表現(xiàn)形式是： 14 南極上空的臭氧層空洞近幾十年來一直在擴(kuò)大，但近年來速度已經(jīng)放慢低于上世紀(jì) 80 年代水平；北極上空的臭氧層空洞正在縮小，表明臭氧層正在恢復(fù)。 第二個是節(jié)能，隨著人們生活水平的提高制冷空調(diào)等設(shè)備越來越普及，同時其消耗的大量的能源也越來越引起人們的注意，今夏我國 18 個省市出現(xiàn)電力緊缺問題，中國電監(jiān)會的一項(xiàng)調(diào)查顯示，供需矛盾加劇造成今夏電力 吃緊，其中空調(diào)制冷負(fù)荷快速增長是不可忽視因素。今夏我國華東、華中、華南地區(qū)持續(xù)高溫，空調(diào)制冷負(fù)荷猛增。華東電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、華中電網(wǎng)空調(diào)制冷負(fù)荷比重已超過 30％，個別省電網(wǎng)甚至接近 40％。而電能的產(chǎn)生又要消耗大量的化石燃料，如煤、石油等，不但造成大量的不可再生能源的消耗，而且燃燒產(chǎn)物如 CO2 等還可引起溫室效應(yīng)等環(huán)境問題。因此除了改進(jìn)制冷技術(shù)外還可從制冷劑上下手，通過研制新型節(jié)能制冷劑降低制冷空調(diào)設(shè)備的能耗也是一個發(fā)展方向。綜上所述，制冷劑的發(fā)展是與環(huán)境保護(hù)和地球生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的，制冷劑的發(fā)展趨勢 體現(xiàn)了環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的要求。 第四章 制冷劑的發(fā)展前景 可以用作制冷劑的自然制冷劑有 5種：水、 CO NH碳?xì)浠衔锖涂諝?,丙烷 (R290)是碳?xì)浠衔锏囊环N。早在 19世紀(jì)，碳?xì)浠衔镆呀?jīng)作為一種制冷劑應(yīng)用于冰箱等家用制冷器具中，受當(dāng)時理論和技術(shù)所限，人們對其應(yīng)用和安全性缺乏應(yīng)有認(rèn)識，在一臺冰箱中充注多達(dá) 1kg 以上的碳?xì)浠衔?，使整個系統(tǒng)效率低，容易泄漏，造成火災(zāi)等安全事故，從而給人們留下了碳?xì)浠衔镏评湫实?、安全性差的印象?1974 年，人們發(fā)現(xiàn)含氯元素會對臭氧層產(chǎn)生破壞作用，其后，隨著 \蒙特利爾條約 \對 CFC 和 HCFC 物質(zhì)的禁用，碳?xì)浠衔镂镔|(zhì)替代制冷劑研究才在全球重新展開。 丙烷在空調(diào)中的應(yīng)用情況 ： 在世界上房間空調(diào) R22 制冷劑替代的通行做法是采用 R410A 或 R407C 兩種制冷劑，但這兩種物質(zhì)屬于 \京都議定書 \中受控排放的 HFCs 類溫室效應(yīng)氣體，另外，人工合成制冷劑雖然有比較好的熱力性能，但對自然環(huán)境有不同層次，不同方面的影響，解決了一方面環(huán)境問題，同時又產(chǎn)生了 15 新問題或無法解決其他方面問題，所以， R410A 不屬于完全理想的制冷劑。在家用空調(diào)替代物方面，歐洲國家和日本走在前列，目前 使用 R410A 和 R407C 等 HFCs 類制冷劑替代 R22，但歐洲有些企業(yè)已經(jīng)開始研發(fā)自然制冷劑制冷系統(tǒng)，自然制冷劑對環(huán)境影響最小，是長期替代的理想物質(zhì)。 同 R22 相比，丙烷對臭氧層破壞系數(shù)是 0，全球變暖系數(shù) GWP 值很低，基本可以忽略。但丙烷屬于可燃制冷劑，在一定條件下可以燃燒，甚至爆炸。丙烷與礦物油相溶，如果在空調(diào)中采用丙烷為替代制冷劑，空調(diào)壓縮機(jī)企業(yè)則可以使用現(xiàn)有 R22 壓縮機(jī)的生產(chǎn)線，只是壓縮機(jī)排量需要適當(dāng)增加，壓縮機(jī)生產(chǎn)成本較匹配 R22 的壓縮機(jī)略有增加。而 R410A 和 R407C壓縮機(jī)使用 POE 或 PVE 油， 其中 POE 油吸濕性強(qiáng)，生產(chǎn)中水分管理嚴(yán)格，一旦水分超標(biāo)，壓縮機(jī)極易出現(xiàn) \鍍銅 \現(xiàn)象，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。 中國在制冷空調(diào)制冷劑替代方面基本上是追隨日本和美國，由于對可燃制冷劑特性、法規(guī)不了解或不理解，國內(nèi)各空調(diào)器廠其本上都未進(jìn)行有關(guān)丙烷空調(diào)試驗(yàn)研究。世界上對丙烷在空調(diào)的應(yīng)用研究主要集中在美國、日本及歐洲國家。在北歐，丙烷主要應(yīng)用在以采暖熱泵系統(tǒng)方面，近期，意大利 DELONGHI/FaAA 和美國 LENNOX 等公司也對丙烷在家用空調(diào)上進(jìn)行了應(yīng)用研究。其中 DELONGHI/FaAA 公司在 2021 年 IKK展出了使用丙烷的移動空調(diào)（型號 PACF130EC0）。 通過實(shí)驗(yàn)測試，如果用 R22 空調(diào)系統(tǒng)直接換用丙烷制冷劑，空調(diào)系統(tǒng)的制冷量減少 10%，能效比提高 4%。 用 9kW 的熱泵系統(tǒng)對 R22 和丙烷進(jìn)行優(yōu)化對比試驗(yàn)，對壓縮機(jī)、膨脹閥以及充注量分別按制冷劑作相應(yīng)優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明，相同系統(tǒng)情況下，丙烷充注量是 R22 的 48%～ 49%，在同等過熱度不同測試工況下，丙烷比 R22 制冷量小 3%～ 6%，能效比低 2%～ 8%；額定制熱工況時，丙烷比 R22 能力和 COP 低 1%～ 6%，當(dāng)環(huán)境溫度高于－ 20℃ 時， R22 系統(tǒng)的 COP 值高于丙烷；當(dāng)環(huán)境溫度低于－ 20℃ 時，丙烷系統(tǒng)的 COP 值高于 R22 系統(tǒng)。 丙烷和 R22 替代物的成本比較 R410A 和 R407C 制冷劑目前售價大約為 80 元 /kg， R22 大約 23 元 /kg，而丙烷是液化石油氣的主要成分，如果有需求，石化行業(yè)都可以加工，現(xiàn)在石油價格持續(xù)上漲，以一罐 15kg 液化石油氣 75 元計(jì)算，每公斤液化石油氣 5元，按 95%丙烷含量，通過分離雜質(zhì)，提純丙烷，按 3 倍于材料成本作為售價計(jì)算，丙烷售價約為 元 /kg，在相同制冷系統(tǒng)中， R22 和 R410A 充注量相當(dāng)，而丙烷 充注量僅相 16 當(dāng)于 R22 的 50%，丙烷系統(tǒng)的成本比 R22 系統(tǒng)要低，比 R410A 系統(tǒng)低很多。 由于丙烷和礦物油相溶，因此匹配丙烷的壓縮機(jī)生產(chǎn)線兼容 R22 壓縮機(jī)生產(chǎn)線，壓縮機(jī)生產(chǎn)成本降低，在空調(diào)整機(jī)商檢房標(biāo)準(zhǔn)檢測機(jī)可共用。而 R410A、 R407C系統(tǒng)和 R22 系統(tǒng)使用不同的潤滑油，所以， R410A 空調(diào)系統(tǒng)使用的壓縮機(jī)需要新建生產(chǎn)線，并且需要在空調(diào)整機(jī)商檢房建不同的標(biāo)準(zhǔn)檢測機(jī)，來分別對應(yīng) POE 油、PVE 油和礦物油空調(diào)系統(tǒng)。 R410A 和 R407C 電控系統(tǒng)和 R22 完全一致，但丙烷空調(diào)電控系統(tǒng)需要考 慮將電器部件如繼電器、壓縮機(jī)過載保護(hù)器、主令開關(guān)、溫控器等部件改為密閉式，一些電控部件價格會偏高，所以丙烷系統(tǒng)的電控產(chǎn)品成本高于 R407C 和 R410A。 數(shù)據(jù)是基于 R22 的一種 12021Btu/h 熱泵分體空調(diào)成本采用相對值對比的結(jié)果。相比于 R410A 系統(tǒng)中的 R410A 沖注量，丙烷的沖注量只相當(dāng)其 50%，所匹配的壓縮機(jī)生產(chǎn)成本也較低，但電控成本較高。如果能在丙烷空調(diào)中采用鋁制換熱器、鋁制管路、鋁制閥門，丙烷空調(diào)系統(tǒng)的生產(chǎn)成本將大大降低。 各國對可燃制冷劑態(tài)度和安全法規(guī) ： 美國、日本等國的 很多廠商為研究替代空調(diào) CFC 類和 HCFC 類制冷劑做了很大的前期投入，在家用空調(diào)用制冷劑方面做了大量 R410A 和 R407C 等合成制冷制冷劑研究工作，從前期替代方面指導(dǎo)應(yīng)用到系列零部件開發(fā)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化，申請了大量相關(guān)專利，可以為空調(diào)制造商提供從前期預(yù)研、生產(chǎn)線改造，產(chǎn)品配套等一攬子解決方案，但出于自身利益考慮，這些企業(yè)不會主動向自然制冷劑轉(zhuǎn)換。另一方面，可燃制冷劑帶給人們心理陰影不容忽視，缺乏改造丙烷空調(diào)生產(chǎn)線、以及在空調(diào)中安全應(yīng)用等多方面經(jīng)驗(yàn)，所以丙烷在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究進(jìn)展緩慢。 世界各國對于 可燃制冷劑立場和態(tài)度有很大不同，在能否使用、使用場合以及最大允許充注量等問題上存在較大分歧。目前在冰箱等小型制冷系統(tǒng)中使用R600a 等碳?xì)浠衔镆鸦镜玫綒W盟各國認(rèn)可，一般規(guī)定每臺冰箱充注量應(yīng)小于150g（美國 UL250 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小于 50g）。由此可以推測，如果在家用空調(diào)中使用少于某個限定值的丙烷應(yīng)該是可以被大多 高等教育產(chǎn)業(yè)化 數(shù)國家接受的。 由于美國人比較注重安全，所以對可燃制冷劑的使用比較排斥。非洲國家出于對維修人員素質(zhì)低的考慮，暫時沒有采用可燃制冷劑的計(jì)劃。日本沒有限制可燃制冷劑的法規(guī)，但按照 常理，日本對可燃制冷劑的態(tài)度將取決于 ISO 和 IEC 的 17 安全指導(dǎo)。歐洲的法國考慮協(xié)調(diào)國家標(biāo)準(zhǔn)和 IEC 和 ISO 一致，英國、德國等歐洲國家出臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)允許使用可燃制冷劑，表 3 是英國對可燃制冷劑使用方面的規(guī)定。我國國家標(biāo)準(zhǔn) GB 92372021 則明確規(guī)定不允許在家用空調(diào)采用可燃制冷劑。 近幾年，我國的建筑節(jié)能技術(shù)取得了一些進(jìn)展，居住建筑要求節(jié)能 50%，采暖能耗較以前有所下降。而對于整個系統(tǒng)的可持續(xù)性評價還沒有具體量化的方法。因此，如何對暖通空調(diào)可持續(xù)發(fā)展程度做出評價是當(dāng)前暖通專業(yè)面臨的一個急需解決的重要問題 。 價值工程的特點(diǎn)決定了它可以作為定性評價暖通空調(diào)可持續(xù)發(fā)展的一種方法。價值工程與可持續(xù)發(fā)展的研究對象都是產(chǎn)品的整個生命周期，可持續(xù)發(fā)展要考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，價值工程致力于功能與成本的最佳匹配，從環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)來講，發(fā)展經(jīng)濟(jì)與保護(hù)環(huán)境是對立統(tǒng)一的關(guān)系，二者在發(fā)展中缺一不可。因而，環(huán)境保護(hù)作為價值分析的功能指標(biāo)是必然的，離開環(huán)境保護(hù)這一功能指標(biāo)，價值分析就違背了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略方針 —— 經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)相互協(xié)調(diào)，相互促進(jìn) 。 18 結(jié) 論 何種 制冷劑在未來擔(dān)任主角還不能確定。制冷劑的性能是必需滿足要求的，同時使用制冷劑的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)和減少使用制冷劑量的基本技術(shù)也是必不可少的。除了考慮環(huán)境的因素，即候選物質(zhì)和目前在用制冷劑基于全球變暖影響總當(dāng)量 TEWI、生命周期管理 LCA 和壽命期氣候性能 LCCP 評估的比較，以及考慮安全的因素，即公害和暴露的評估加上風(fēng)險、利益的分析，還要考慮市場大小、管理法規(guī)、國際關(guān)系和資金援助等政治和經(jīng)濟(jì)因素。此外，由于法律的遵守問題和建筑特性 (諸如隔熱良好的和密封的住房建筑 )引起的復(fù)雜問題，制冷劑的發(fā)展方向可能會變動。因此，要預(yù) 測制冷劑的未來是極其困難的。 19 參考文獻(xiàn) [1] 曹德勝 史林 《制冷劑使用手冊》 冶金工業(yè)出版社 [2] 鄭賢德 《制冷原理與裝置》 機(jī)械工業(yè)出版社 [3] 侯偉義 徐錦華《制冷劑的發(fā)展趨勢與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展》 機(jī)械制造與研究 [4] 韓瑋 《制冷劑的研究與發(fā)展概況》 核工程研究與設(shè)計(jì) [5] 王朋 《新型制冷劑的替代研究 與可持續(xù)發(fā)展》 日用電器 . 20 致 謝 三年 的 大學(xué) 生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。 三年 的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 我將盡我最大的努力，去打拼自己的事業(yè)。同時在工作中不斷的學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗(yàn)，更進(jìn)一步提升本身價值。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué) ，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者 。 內(nèi)部資料 ， 請勿外傳！ 9JWKf wvGt YM*Jgamp。 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