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低碳经济下的新型制冷剂的研究与应用

摘要:通过课堂的学习，我们了解了普通的制冷剂大多都是氟利昂家族中的成

员，对地球的臭氧层有严重的破坏，为了构件低碳和谐社会，我们有必要研究出

新型的制冷剂，即第四代制冷剂,这篇文章分析了新型制冷剂研究与应用现状,提

出第四代制冷剂的发展方向。

关键词:低碳;全球气候变暖;第四代制冷剂

1制冷剂的发展历程

随着制冷空调行业的发展,制冷剂的发展经历了一个逐步完善的过程,从某种

意义上讲,制冷剂的发展历史中,蕴涵着替代制冷剂从无到有、从不完善到完善的

发展历史,替代制冷剂研究的着眼点也从小系统放眼到整个大环境。制冷剂发展

的每一个新阶段都意味着一定类型新替代制冷剂的提出。制冷剂研究主要可分为

以下四个阶段。

1.1初始阶段(以能用即可为选择标准)

制冷剂的历史可回溯到1834年美国人JacobPerkins发明的世界上第一台制

冷机中采用的制冷剂—乙醚。此后,1866年二氧化碳被用作制冷剂,1872年英籍

美国人Boyle又发明了以氨为制冷剂的压缩机。这个阶段制冷剂筛选的一条重要

准则是“易获得性”,只要沸点等物性合适就拿来试用,于是从橡胶馏化物开始,

乙醚、酒精、氨/水、粗汽油、二氧化硫、四氯化碳、氯甲烷等一些当时能得到

的流体都是曾经使用过的早期制冷剂,但几乎所有早期的制冷剂都或是可燃的、

或是有毒的、或是两者兼而有之,有些还有很强的腐蚀和不稳定性,有些压力过高,

事故经常发生。

1.2第二阶段(以安全与耐久性为选择标准)

随着制冷行业大力发展,人们急需寻找安全、稳定、性能良好且容易获得的

制冷剂,于是制冷剂发展进入了第二个阶段,卤代烃类制冷剂(CFcs和HCFCs)的发

现和开发是这个阶段的主要特点。美国杜邦公司1931年首先开发得到CFC

-12(R12,CF2Cl2),并将其工业化,我们常说的“氟里昂(Freon)”就是该公司过去长

期使用的商标名称。随后,一系列CFCs和HCFCs陆续出现,例如,R11于1932年、

R114于1933、Rll3于1934年、R22于1936年、R13于1945年、R14于1955

年相继问世。这些热力性能优良、无毒、不燃、能适应不同工作温度范围的制冷

剂改善了制冷机的性能,大大促进了制冷空调行业的发展。由于共沸或非共沸制

冷剂在某些性能方面优于单一制冷剂,人们又开始于50年代起使用共沸混合工质,

60年代起使用非共沸混合工质。至此,第一阶段使用的制冷剂中,除了氨在大型冷

库系统中仍占有相当地位外,“氟里昂”几乎己风靡于整个制冷领域,成为普冷范

围内一类主要的制冷工质。

1.3第三代制冷剂(以臭氧层保护为选择标准)

人们对所排放的各种CFC物质(包括CFC制冷剂)与臭氧层耗损之间关系的

发现,促进了关注平流层中臭氧层保护的第三代制冷剂的出现。维也纳公约与因

而产生的蒙特利尔议定书迫使人们放弃使用臭氧耗损物质(ODS)。但氟化物仍是

主要的关注点,同时强调HCFC还可短期(过渡)使用,HFC则可在更长时间内使用。

这些改变重新激发了对一些“天然制冷剂”尤其是氨、二氧化碳、碳氢化合物和

水的关注,并促使了吸收式及其他非同类(即那些不使用氟化学品的蒸气压缩系统)

制冷方法的拓展使用。一些制造商在1989年后期开始了第一批替代制冷剂的商

品化生产,并在10年之内引入了大多数臭氧耗损制冷剂的替代品。一些非第5条

款(大多数发达)国家,有时候也被称为第2条款国家,按照蒙特利尔议定书(1987)

的要求,到1996年在新生产设备中淘汰了CFC制冷剂。第5条款国家到2010年

也将如此做,某些发展中国家(如中国)将更早些。正如议定书所规定的那样“第5

条款”与“第2条款”国家的区别在于各国前期使用臭氧耗损物质的水平不同。

除非受其本国自身的管制条例所限制,蒙特利尔议定书允许现有设备继续使用和

维修时使用CFC制冷剂,直到这些设备退役报废。

1.4第四代制冷剂(以全球变暖效应为选择标准)

依照联合国气候变化框架公约(UNFCCC),《京都议定书》基于二氧化碳,甲

烷,氧化亚氮,HFC,PFC,SF6的计算当量值,对温室气体(GHG)制定了捆绑式指标。

此议定书并不试图解决《蒙特利尔议定书》所涉及的ODS