隨著空調(diào)冷水機(jī)組應(yīng)用的日漸廣泛，制冷劑的用量也越來(lái)越大。現(xiàn)階段，在目前的世界主要國(guó)家中，大家對(duì)制冷劑的替代要求還是不一樣的，而且隨著世界外圍市場(chǎng)的開(kāi)拓，這些國(guó)家對(duì)替代的態(tài)度也還不明朗。所以弄清各個(gè)國(guó)家在這方面的要求對(duì)于國(guó)內(nèi)空調(diào)企業(yè)的出口會(huì)有較大的幫助，這里就介紹一下世界三大制冷主力市場(chǎng)在制冷劑替代方面的發(fā)展趨勢(shì)。日本：R410A成主流，美國(guó)：R22仍占主導(dǎo)，歐洲：R134A引起爭(zhēng)議，而中國(guó)則是一個(gè)長(zhǎng)期的改變過(guò)程，中級(jí)含氟制冷劑2015年在2010年基礎(chǔ)上削減10%，2020年削減35%，2025年削減67.5%，2030年實(shí)現(xiàn)正規(guī)使用下淘汰制。
下文通過(guò)介紹制冷劑的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及制冷劑的替代，總結(jié)出制冷劑未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。制冷技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)飛速發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛，無(wú)論是家用電冰箱、空調(diào)器，還是商用冷凍、冷藏及醫(yī)療、科研等領(lǐng)域無(wú)所不及。而制冷劑作為制冷設(shè)備的“血液”，我們有必要對(duì)其的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。
制冷劑發(fā)展歷史
制冷劑的發(fā)展歷史大致可分為三個(gè)階段。第一階段：早期的制冷劑(1830-1930年)，1834年帕金斯第一次開(kāi)發(fā)蒸汽壓縮制冷循環(huán)，其制冷劑為二乙醚(乙基醚)，后來(lái)又有CO2、SO2等作為制冷劑，然而它們多數(shù)是可燃的或有毒的，或者兩者兼有，甚至有很強(qiáng)的腐蝕性和不穩(wěn)定性，經(jīng)常發(fā)生事故。因此制冷劑的注意力轉(zhuǎn)向安全性能方面。第二階段：氟利昂階段。1931年梅杰雷從眾多碳?xì)浠衔镏羞x出R12，隨后一系列鹵代烴制冷劑相繼出現(xiàn)，這些物質(zhì)性能優(yōu)良、無(wú)毒、不燃，能適應(yīng)不同的溫度區(qū)域，顯著地改善了制冷劑的性能。幾種制冷劑在空調(diào)中變得很普遍，包括CFC11、CFC12、CFC113、CFC114和HCFC22。到1970年代中期，對(duì)臭氧層變薄的關(guān)注浮出水面。這導(dǎo)致了1987年蒙特利爾議定書(shū)的通過(guò)，議定書(shū)要求淘汰CFC和HCFC族。新的解決方案是開(kāi)發(fā)HFC族，來(lái)?yè)?dān)當(dāng)制冷劑的主要角色。HCFC族作為過(guò)渡方案繼續(xù)使用并將逐漸淘汰。第三階段：綠色環(huán)保類制冷劑。目前該階段的研究還不夠成熟，各種研究試驗(yàn)都在積極進(jìn)行中。
制冷劑使用現(xiàn)狀
目前使用較多的制冷劑是CFCs和HCFCs，其次是HFCs。
對(duì)于CFCs發(fā)達(dá)國(guó)家已于1996年1月1日起禁止生產(chǎn)和使用，但一些發(fā)展中國(guó)家仍然在使用。CFCs的禁用是因?yàn)镃FCs會(huì)在大氣中分裂并釋放出破壞臭氧層的氯原子。據(jù)UNEP(聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署)提供的資料，如果平流層的臭氧總量減少1%，預(yù)計(jì)到達(dá)地面的有害紫外線將增加2%。有害紫外線的增加，會(huì)產(chǎn)生以下一些危害：降低人的免疫力，使皮膚癌和白內(nèi)障患者增加，使傳染病的發(fā)病率增加;破壞生態(tài)系統(tǒng)，使植物的生長(zhǎng)和光合作用受到抑制，使農(nóng)作物減產(chǎn)。可能導(dǎo)致某些生物物種的突變，引起新的環(huán)境問(wèn)題。因此保護(hù)臭氧已經(jīng)引起了各國(guó)的高度重視，成為一項(xiàng)全球性的緊迫任務(wù)。
而HCFCs與HFCs同樣能夠破壞臭氧，兩者只不過(guò)是所含的氯原子多少不同而已。同時(shí)CFCs、HCFCs和HFCs制冷劑都被認(rèn)為是溫室氣體，它們對(duì)全球氣候變暖影響的大小，取決于它們吸收紅外能量的能力和它們?cè)诖髿庵醒永m(xù)的時(shí)間，可用GWP(全球變暖潛值)來(lái)度量它們對(duì)全球變暖作用的大小，其大小是相對(duì)于CO2的溫室效應(yīng)而言的，規(guī)定CO2的GWP值為1。
物質(zhì)對(duì)于臭氧層破壞能力的大小是以O(shè)DP(大氣臭氧層損耗潛能值)來(lái)衡量的，以CFC11為基準(zhǔn)，規(guī)定CFC11的ODP值為1。
溫室效應(yīng)將引起氣候變化，目前國(guó)際社會(huì)所討論的氣候變化問(wèn)題，主要是指溫室氣體增加產(chǎn)生的氣候變暖問(wèn)題。近年來(lái)，世界各國(guó)出現(xiàn)了幾百年來(lái)歷史上最熱的天氣，厄爾尼諾現(xiàn)象也頻繁發(fā)生，給各國(guó)造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失。人類對(duì)氣候變化，特別是氣候變暖，所導(dǎo)致的氣象災(zāi)害的適應(yīng)能力是相當(dāng)弱的，需要采取行動(dòng)防范。按現(xiàn)在的一些發(fā)展趨勢(shì)，科學(xué)家預(yù)測(cè)有可能出現(xiàn)的影響和危害有：海平面上升;影響農(nóng)業(yè)和自然生態(tài)系統(tǒng);加劇洪澇、干旱及其他氣象災(zāi)害;影響人類健康。
制冷劑的替代
目前使用的制冷劑對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大的破壞作用，促使著人們積極的尋求能夠保護(hù)環(huán)境的新型替代制冷劑。為了保護(hù)臭氧層和減小溫室效應(yīng)，必須要求制冷劑的OPD值和GWP值都要比較小。新型的替代制冷劑主要包括人工合成型和天然型兩大類，有單一工質(zhì)和混合工質(zhì)兩個(gè)方面，混合工質(zhì)又可分為共沸混和物、近共沸混和物和非共沸混和物三種。常用的替代物有R134a，R407c，R410a，氨，CO2，R600a等碳?xì)浠衔铩Ｊ袌?chǎng)上主要有兩大類：格林柯?tīng)柟菊J(rèn)可的只有R4l1A、R4l1B，并具有低可燃性，在替代R22時(shí)應(yīng)充分考慮可行性。清華系列環(huán)保制冷THR03b(R290/R22/R152a混合物)，THRO3b的環(huán)保性并不強(qiáng)，主要是COP指數(shù)比R22高一些，因此主要優(yōu)勢(shì)在節(jié)能上。由于人工合成制冷劑對(duì)環(huán)境的影響，人們開(kāi)始重新將目光轉(zhuǎn)向?qū)Φ厍蛏鷳B(tài)系統(tǒng)無(wú)害的水、氨、二氧化碳、空氣、碳烴化合物等自然工質(zhì)。其中CO2尤其受到重視，CO2制冷劑是一種安全無(wú)毒、不可燃的自然工質(zhì)，不破壞臭氧層，溫室效應(yīng)系數(shù)(GWP=1)，價(jià)格低廉，不需回收，可降低設(shè)備報(bào)廢處理成本。CO2的熱力性質(zhì)很好，單位容積制冷量為人工制冷劑的3～10倍。經(jīng)過(guò)汽車空調(diào)的實(shí)驗(yàn)，CO2系統(tǒng)的效率雖然比R12系統(tǒng)的效率低一些，但是CO2系統(tǒng)具有很大的提高潛力，未來(lái)可望達(dá)到與R12相當(dāng)?shù)男仕健?/p>
制冷劑發(fā)展趨勢(shì)
為了保護(hù)環(huán)境，減小溫室效應(yīng)，那么制冷劑的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)符合兩方面的要求：
一是環(huán)保。縱觀制冷劑的發(fā)展歷史，我們不難看出環(huán)保是其中的決定性因素。未來(lái)的制冷劑不論是天然的還是合成的，首先都應(yīng)是環(huán)保的，這樣才不會(huì)被淘汰。但是最好還是采用天然的制冷劑，對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害也節(jié)省能源。二是節(jié)能。隨著人們生活水平不斷提高，對(duì)空調(diào)設(shè)備的需求也會(huì)越來(lái)越大。而每年的用電高峰空調(diào)耗能也是很大的一項(xiàng)，而電能的產(chǎn)生又要消耗大量的礦石能源，帶來(lái)更嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。因此，我們除了改進(jìn)制冷技術(shù)外，還可以從制冷劑出發(fā)研究新型節(jié)能制冷劑，從而降低能耗。
據(jù)記者了解，在國(guó)際市場(chǎng)上，目前發(fā)達(dá)國(guó)家將含氟量為低級(jí)的制冷劑作為含氟量為低級(jí)的制冷劑的替代品。但是其只是過(guò)渡產(chǎn)品，并不是完美替代品，因?yàn)楹繛榈图?jí)的制冷劑雖對(duì)臭氧層破壞為零，但其造成的溫室效應(yīng)依然嚴(yán)重，未來(lái)無(wú)氟制冷劑將是發(fā)展趨勢(shì)。
自1987年生效的《蒙特利爾議定書(shū)》強(qiáng)制性逐步淘汰氟制冷劑以來(lái)，截至2010年底，發(fā)達(dá)國(guó)家在淘汰了含氟量為高級(jí)的制冷劑基礎(chǔ)上，又已將含氟量為中級(jí)的制冷劑淘汰。
按照締約國(guó)對(duì)《蒙特利爾議定書(shū)》的履約進(jìn)程，氟制冷劑的淘汰順序?yàn)椋汉繛楦呒?jí)的制冷劑(全氯氟烴)被含氟量為中級(jí)的制冷劑(氫氯氟烴)替代，含氟量為中級(jí)的制冷劑被含氟量為低級(jí)的制冷劑(氫氟烴)替代，含氟量為低級(jí)的制冷劑最終被無(wú)氟制冷劑替代。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，1997年，在發(fā)達(dá)國(guó)家率先淘汰了含氟量為高級(jí)的制冷劑之后，含氟量為中級(jí)的制冷劑其生產(chǎn)量和消費(fèi)量每年以超過(guò)20%的速度遞增。21世紀(jì)初，在蒙特利爾議定書(shū)多邊基金的資助下，中國(guó)建立了一大批含氟量為中級(jí)的制冷劑生產(chǎn)企業(yè)。并在2007年淘汰了含氟量為高級(jí)的制冷劑。但是很快含氟量為中級(jí)的制冷劑的致命傷——溫室效應(yīng)影響指數(shù)較高的問(wèn)題被發(fā)現(xiàn)。于是，含氟量為中級(jí)的制冷劑也進(jìn)入了被淘汰的行列。2007年9月，經(jīng)修正的《蒙特利爾議定書(shū)》明確2030年完成其淘汰。
世界各國(guó)近幾年已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)停止含氟制冷劑，歐盟已于2002年全面禁止使用，日本已于2004年開(kāi)始禁止使用，美國(guó)也于2010年起全面停止其生產(chǎn)和消費(fèi)，而中國(guó)才剛剛開(kāi)始。我國(guó)是目前全球最大的含氟量為中級(jí)的制冷劑生產(chǎn)和使用國(guó)，其產(chǎn)量占到全球的65%，使用量占到全球的40%。
根據(jù)《蒙特利爾議定書(shū)》的規(guī)定，2013年發(fā)展中國(guó)家含氟量為中級(jí)的制冷劑生產(chǎn)和使用分別凍結(jié)在2009和2010年兩年平均水平，2015年在這一凍結(jié)水平上削減10%，2020年削減35%，2025年削減67.5%，2030年實(shí)現(xiàn)除維修和特殊用途以外的完全淘汰。我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，要嚴(yán)格履約。
從制冷劑的發(fā)展反映了人類社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也體現(xiàn)了人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)。由此可見(jiàn)，制冷劑今后的發(fā)展一定是朝著環(huán)保，節(jié)能的方向。
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