【文章內(nèi)容簡介】 直接添加質(zhì)量比例正確的新制冷劑，同樣的過程重復四次，最后，原始充注量的一半進行了更換。表2是測得的制冷劑原始濃度和經(jīng)反復排放添加后的最終濃度。表 3 是經(jīng)反復排放添加后的系統(tǒng)性能損失結(jié)果. 杜邦公司用理論推算也得到了相似的結(jié)果（性能下降9%）?！　∥恢谩　　FC32/HFC125/HFC134a 質(zhì)量百分比 % 　　　原始比例　　　4次反復添加后的最終比例　貯液器入口　　　　　　貯液器出口　　　　　　蒸發(fā)器入口　　　　　　　蒸發(fā)器出口　　　　　　　冷凝器入口　　　　冷凝器出口　　　　　參數(shù)　　下降%（用R407C 濃度計算）　　　下降% （用真實濃度計算）　制冷量　　　　　　　COP　　　　　　　容積制冷量　　　　　. 音速 　　 音速對制冷系統(tǒng)設(shè)計來說是重要的，因為它決定了制冷劑流動的速度限制。趨近音速會產(chǎn)生激波，可能損壞設(shè)備。離心壓縮機入口制冷劑氣體速度如果接近音速(Mach=)是不合理的。溫度上升音速增加，而壓力升高音速下降。表1示出了常用制冷劑的音速?！∫羲儆懻?　 90年代中期， CFC 制冷劑被禁用，原來生產(chǎn)R12制冷機的廠家迅速轉(zhuǎn)換成R134a。一般感覺， R134a 是隨手拿來做R12 或R500的替代物的。但是R134a的音速比R12 高約8%。為真正優(yōu)化R134a機器的性能，應(yīng)修改制冷劑流道，特別是減小葉輪入口尺寸來增強性能 。　　物理性質(zhì)討論　　 沸點性質(zhì)可以顯示出兩種離心機常用制冷劑R123和R134a的差別。 R123的常壓沸點是 176。C，176。C以便制冷劑從液體變成氣體(即蒸發(fā)過程) ,制冷劑必須處于真空狀態(tài)，此即制冷機處于負壓的概念。 176。C，176。C，制冷劑必須處于正壓，將需要按壓力容器規(guī)范進行設(shè)計?！　?. 制冷劑化學性質(zhì)　　. 概述 　 盡管世界上物質(zhì)種數(shù)幾乎無限，但只有不到10種適合用作制冷劑。，已經(jīng)進行了許多努力。但到目前為止，尚無一種可以與其媲美。　　 以下簡要說明今天常用制冷劑的化學性質(zhì)。以便為討論開發(fā)新制冷劑時所面臨的挑戰(zhàn)提供基礎(chǔ)知識?！　? 無機化合物 　圖 10 制冷劑中F、Cl和H變化時的化學性質(zhì)變化的趨勢　　　　 氯或溴元素增多（向三角形左下角移動）會增加制冷劑的臭氧消耗潛值（ODP），氯元素增多也會使沸點升高。氟元素增多（向三角形右下角移動）會增加制冷劑的溫室效應(yīng)，溫室效應(yīng)取決于紅外線吸收能力（碳氟屏障）和大氣壽命，氟元素增多也會導致毒性下降。氫元素增多（向三角形頂角移動）會增加制冷劑的可燃性，也會縮短在大氣中的壽命，壽命縮短對減少溫室效應(yīng)有好處。CFC族制冷劑不含氫元素,大氣壽命最長但不可燃。烴類物質(zhì)(丙烷, 異丁烷)易燃但大氣壽命短?！　?混合物由兩種或多種化合物組成。利用有限的幾種制冷劑混合并通過仔細配比，可能得到新的制冷劑。新的制冷劑也需能夠使用原有技術(shù)(如R407C)，或通過優(yōu)化產(chǎn)生新技術(shù) (如R410A用于渦旋壓縮機)。　　. 共沸制冷劑 　　 共沸制冷劑是由兩種或多種制冷劑組成的混合物，在給定壓力下有均勻的氣相和液相組份。更簡單地說，制冷劑混合物在制冷循環(huán)過程中就象單組份制冷劑而不會發(fā)生分餾。共沸制冷劑無溫度滑差。 如R500和R502， ASHRAE標準34規(guī)定共沸制冷劑從 500開始編號。 　. 非共沸制冷劑 　 非共沸制冷劑是蒸發(fā)時體積組分和飽和溫度會發(fā)生變化 (即溫度滑差)的混合物。簡而言之，它們將分餾。ASHRAE標準34規(guī)定沸共沸制冷劑從 400開始編號。例如R407C和 R410A。該兩種制冷劑被認為是R22的優(yōu)先替代物。關(guān)于溫度滑差,見第15頁?！　　D 11 共沸制冷劑　　. 烴類物質(zhì) 　 烴類物質(zhì)只含碳和氫。烴類制冷劑例如R290 (丙烷)和R600a (異丁烷)。術(shù)語“烴”常被誤指為任何可燃制冷劑。烴類物質(zhì)用作制冷劑，易燃但性能好。它們能引起心臟反應(yīng)但作用很快消失，故總體毒性比較低。因為與對流層臭氧產(chǎn)生有關(guān)烴類物質(zhì)也被用作煙霧劑?！? 元素的不同化學性質(zhì) 　 下述內(nèi)容是各種元素對化學性質(zhì)的影響的總結(jié)：　　l 碳元素一般增加分子量，升高沸點?！ 氮元素一般容易起反應(yīng)，這會產(chǎn)生毒性和不穩(wěn)定問題。　l 硫元素一般增加毒性，減低穩(wěn)定性?！ 氟元素和碳結(jié)合會增加溫室效應(yīng)。　　l 氯元素會增強和冷凍油的溶解性，但也會增加臭氧消耗和毒性?！ 硅代替碳的物質(zhì)與水發(fā)生可逆反應(yīng)且熱力學性能不好?！?制冷劑的許多性質(zhì)都會對其使用性能產(chǎn)生影響。這些性質(zhì)也會對其用于哪種制冷系統(tǒng)特別是哪種壓縮機產(chǎn)生影響。多數(shù)商用制冷系統(tǒng)是吸收式或蒸氣壓縮式。吸收式制冷機用水作為制冷劑，溴化鋰作為吸收劑，也可用其他物質(zhì)如水和氨。以水為制冷劑的制冷機因其冷凍水溫度的限制（必須高于0℃ ），只能用于商用空調(diào)工況?！? 壓縮機 　 蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)利用壓縮機提升制冷劑焓值（壓力和溫度）。使用工況決定了要求的提升能力（常稱為壓比） (見圖 3換熱器性能)。風冷系統(tǒng)要求的壓比比水冷系統(tǒng)高，因為風冷系統(tǒng)的冷凝溫度更高。供冷溫度低的系統(tǒng)也要求比較大的壓比。制冷量(單位為冷噸)正比于制冷劑流量( 單位為cfm/ton). 　圖 12 –常用制冷劑的容積制冷量　　 分子量小的制冷劑一般用于壓比高流量小的場合。換句話說，用于正位移壓縮機很好。例子包括R2R410A和R134a。以R410A為例，圖 12顯示其分子量小。圖 13顯示 R410A易于獲得高壓比的能力。 cfm/ton的流量，非常適合用于正位移壓縮機?！　?分子量大的制冷劑要求大流量，提供的壓比比較小。示例包括R11和R123。圖13顯示這兩種制冷劑特別適合于離心壓縮機。兩種制冷劑的每冷噸流量約為17 cfm/ton ?！　?R134a常用同時用于正位移壓縮機和離心壓縮機。盡管它可用于任何種類的正位移壓縮機,但還是多用于螺桿壓縮機，因為螺桿壓縮機的流量稍偏大。 R134a的每冷噸流量約為3 cfm/ton?！　　　　D 13 – 制冷劑焓差和流量　　　　. 管路和壓力損失 　　 地球被同溫層中的臭氧層包裹，保護生命免遭太陽紫外線(UVB)的輻射。地球表面UVB水平的升高可能導致皮膚癌和其他不利健康的影響。植物、水中其他生命也會受影響 ?！?到最后，CFC族和HCFC族物質(zhì)的一個關(guān)鍵優(yōu)點它們的穩(wěn)定性，卻象希臘神話中的“阿克琉斯腳跟” 成了致命缺陷。 CFC族和 HCFC族物質(zhì)分子穩(wěn)定，和其他物質(zhì)不易起反應(yīng)，因此大氣壽命長。長的壽命使得CFC族和HCFC族物質(zhì)能夠上升到同溫層，在同溫層被紫外線照射分解，產(chǎn)生游離氯原子?！?臭氧卻非常活潑，其一旦與游離氯原子接觸，就會因游離氯原子的催化作用而分解成氧。臭氧分解后氯原子又會和其他臭氧分子反應(yīng)。一個氯原子能夠破壞幾千個臭氧分子。結(jié)果是臭氧層變薄。　 其它化學制品也會對臭氧消耗作出貢獻，這些物質(zhì)包括：哈龍、四氯化碳、氯仿、氫溴氟碳 (HBFCs)和甲基溴?！　　　?大氣中的HCFC族物質(zhì)約有83%源于制冷劑排放。 到1996年為止, 人為臭氧消耗作用中制冷劑占28% 的責任。在21世紀，制冷劑的責任將占到人為臭氧消耗的24%。制冷劑已是并仍將是臭氧消耗的主要因素?！　? 為何是在南極出現(xiàn)空洞? 　 實際上在北極也已經(jīng)觀察到臭氧層變薄。臭氧層事件與南極聯(lián)系在一起，是因為南極獨特氣候、化學和物理條件加上氯和溴的存在。南極有很冷的極地同溫云層(PSC)，云層中包含水和硝酸晶體。當太陽在南半球的春天照射極地同溫云層時，水和硝酸晶體提供了臭氧分解的場所。　　 1987年，關(guān)于臭氧層消耗物質(zhì)的蒙特利爾議定書獲得通過(UNEP 1987)。該協(xié)議將在下章詳細討論。協(xié)議的成果是CFC族、HCFC族和其他幾種臭氧消耗物質(zhì)被淘汰。　　. 臭氧消耗展望 　CFC族、HCFC族和其他臭氧消耗物質(zhì)在低層大氣中的濃度在1994年達到峰值，現(xiàn)在正慢慢下降。新近的證據(jù)顯示同溫層中的濃度可能也已達到最高值。期望在21世紀中葉臭氧層恢復到工業(yè)化前的水平?！D15基于全球遵守蒙特利爾議定書的臭氧消耗物質(zhì)量（換算成Cl）　　4. 蒙特利爾議定書　　. 背景 　　 1980年代中期，有壓倒性的證據(jù)表明地球上保護生命的臭氧層正在變薄，而且是因為人造化學制品和臭氧起反應(yīng)的結(jié)果。1985年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署 (UNEP)和世界氣象組織(WMO)聯(lián)合舉行維也納會議通過了蒙特利爾議定書的框架協(xié)議。1987年, 關(guān)于臭氧層消耗物質(zhì)的蒙特利爾議定書 (UNEP 1987)獲得通過。這是一個里程碑，大多數(shù)國家坐到了一起，來識別一個問題并一致同意要找到解決辦法。　. 淘汰時限 　　 幾年來最初的議定書已經(jīng)修正過幾次，修正包括增加淘汰物質(zhì)、改變淘汰時限等。 并且,議定書的附件1 (適用于發(fā)達國家)和附件2 (適用于發(fā)展中國家)區(qū)分了不同的淘汰時限。下面兩個段落是關(guān)于最初要求和幾年來所作更改的一個總結(jié)。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署 (UNEP)每年都要開會討論進一步的更改，未來議定書仍然可能繼續(xù)更改?！f(xié)議附件1：發(fā)達國家的淘汰時限　　時間 詳情 　1987 蒙特利爾議定書: 到2000年要求CFC 減產(chǎn)50%。其他化合物也要受控。　　1990 倫敦修正案：到2000年要求CFC 100%的停產(chǎn)?！?992哥本哈根修正案：CFC提前到1996年完全停產(chǎn)。設(shè)定以1996年HCFC的消費量作為限量并在隨后幾年不可逆轉(zhuǎn)地淘汰： 　　. 2010年限量的35%　　. 2015年限量的10% 　　. % 　按照HCFC臭氧消耗潛值（ODP）% 來設(shè)定限量。 　　1995 %%。 　　1999 北京修正案: HCFC的生產(chǎn)限量被用于處理針對發(fā)展中國家的貿(mào)易問題?！f(xié)議附件2：發(fā)展中國家的淘汰時限　　1999年6月 CFC的消費量限制在1995年到1997年三年的平均水平，到2010年停止消費。　　2016年 在2015年凍結(jié)HCFC的消費量，到2040年停止消費?！? 美國對CFC族的淘汰方案 　 根據(jù)蒙特利爾議定書的要求美國作為發(fā)達國家已于1995年12月31日停止了CFC族制冷劑的生產(chǎn)。CFC族制冷劑（特別是R11和R12）的唯一來源是從原有設(shè)備再生。　　. 蒙特利爾議定書對HCFC族的淘汰要求　　 許多國家，包括美國在內(nèi)，都已經(jīng)修正了蒙特利爾議定書規(guī)定的淘汰時間表，他們或者是選擇加速高ODP值物質(zhì)的淘汰進程，或者是超越議定書的最低要求?！?這種多次改變淘汰時間表的做法已經(jīng)造成了很多混淆，人們搞不清哪個時間是正確的。對于一個國家而言要符合蒙特利爾議定書，他們必須滿足圖16中所示的最低要求。如果一個國家選擇超越議定書最低要求的方案，只要這個方案被政府機關(guān)批準，就成為該國的最低要求。　　. 美國的HCFC族淘汰方案 　 EPA 已經(jīng)加速淘汰R141b、R142b和R22。圖17顯示了R141b的淘汰計劃，R141b主要用作發(fā)泡劑，2003年以后禁止生產(chǎn)和進口。淘汰 R141b將滿足蒙特利爾議定書關(guān)于美國到2004年HCFC減少35%的要求。　圖 17 – EPA的R141b淘汰計劃　　　圖 18 – EPA的R142b和R22淘汰計劃　 圖19顯示美國所用的其他HCFC制冷劑的淘汰計劃。其他HCFC族物質(zhì)作為非制冷劑用，美國的淘汰時間是2015年。作為負壓離心機的過渡解決方案，HVAC工業(yè)對R123非常感興趣?！?EPA規(guī)定在2020年1月1日前，除非將任何HCFC族物質(zhì)作為制冷劑用于新生產(chǎn)設(shè)備，禁止生產(chǎn)和進口。 在2020年到2030之間，只允許少量(%)用于維修。　　. 如果達到限量美國要作什么？ 　　圖 20 – 美國HCFC用量和蒙特利爾議定書限量　　　. 美國規(guī)定的HCFC族配給體制 　 2001年7月， EPA發(fā)表了 40 CER文件的第82部分《保護同溫層臭氧HCFC生產(chǎn)、進口和出口控制配給體制規(guī)則》?！?配給規(guī)則對制造商、進口商和出口商起作用。從事這些業(yè)務(wù)的有關(guān)方面都將他們的活動向EPA報告，從而調(diào)節(jié)消費量。市面上實際上對這個程序很熟悉，因為對I類(CFC族)物質(zhì)就是這樣做的。 以下是配給規(guī)則的要點：　　l 正如I類(CFC族)物質(zhì)規(guī)則，II類(HCFC族)物質(zhì)分別規(guī)定消費（生產(chǎn)+進口出口）和生產(chǎn)的配給量。　　l EPA將給表列的每個公司分配生產(chǎn)和消費配額。EPA給所有公司的配額總和比蒙特利爾議定書給美國的限量小，保留了一些余量以便給那些配額比較低的后進入者一些調(diào)整余地?！ 根據(jù)每個公司1981991991996或1997年任何一年中的最高ODP加權(quán)生產(chǎn)量和消費水平，且這些公司加在一起的實際總量小于美國的總限量，來確定配額?！　 按照ODP權(quán)重，可以將配額從一種化學制品轉(zhuǎn)換為另一種。例如，10,000 kg的 R142b配額可以轉(zhuǎn)換成5,909 kg的R141b。配額的永久轉(zhuǎn)換也是可以的?！　 允許永久折抵配額。即，一個制造商可將R123配額轉(zhuǎn)換成R22?！ 當某種物質(zhì)的淘汰日期到達時（如2003年R141b淘汰），該種物質(zhì)的所有配額終止。　l 到2004年， EPA將給配額持有者100%的配額分配?！　 到2003年, EPA將終止所有配額持有者的R141b配額?！ 到2004年, 如果生產(chǎn)和消費水平超過蒙特利爾議定書的35%的減量要求， EPA將按比例調(diào)低每種物質(zhì)的配額。　l 到2010年, EPA將重新評估配額使用水平，以滿足蒙特利爾議定書減量65%的要求。　表4 – EPA規(guī)定生產(chǎn)配給量　公司　　　受控物質(zhì)　配給量(kg)　　聯(lián)合Allied (Honeywell)　　　HCFC22　　　36,094,556　　　HCFC124　3,227,0