朱瑜（南宁市港通建筑工程有限公司，广西南宁530022）
摘要：由于制冷、空调、热泵行业广泛采用的CFCs与HCFCs物质对臭氧层有破坏作用以及产生温室效应，使全世界的制冷、空调及热泵行业面临严重的挑战。CFCs与HCFCs的替代已成为当前国际性的热门话题。
关键词：臭氧层；全球气候变化；制冷剂替代物
臭氧层的破坏和全球气候变化，是当前世界所面临的主要环境问题。由于制冷空调热泵行业广泛采用CFC与HCFC类物质对臭氧层有破坏作用以及产生温室效就，使全世界的这一行业面临严重的挑战。CFC与HCFC的替代已成为当前国际性的热门话题。
1保护臭氧层提出的要求
国际社会对削减与禁用ODS的要求与趋势大致如下：（1）禁用期限不断提前。发达国家对于CFCs类物质的禁用期限，从原来的2000年12月提前到1995年12月；（2）禁用物质的种类不断扩大。从原先规定的CFCs和哈龙物质，逐步扩大到HCFCs物质、甲基氯仿和甲基溴等；（3）禁用物质冻结基准不断降低。1993年11月哥本哈根会议上原规定发达国家HCFCs物质1996年冻结基准为当年的HCFCs消费量加3.1%CFCs消费量。但在1995年12月维也纳会议改为1996年的HCFCs消费量加2.8%CFCs消费量；（4）有些地区、国家和组织的超前行为。例如瑞士、意大利规定2000年禁用HCFCs物质；瑞典、加拿大规定为2010年；欧共体规定为2015年。德国规定2000年禁用HCFC-22。美国规定2003年1月1日起禁用HCFC-141b（作发泡剂），2010年1月1日起不再生产使用HCFC-22的新制冷空调设备，并于2020年1月1日起完全禁用HCFC-22和HCFC-142b，不再制造使用HCFC-123和HCFC-124的新设备；（5）对于发展中国家，CFCs和HCFCs物质的削减和禁用时间表为：1999年7月1日将CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114和CFC-115冻结在1995~1997年的平均水平；2005年1月1日要求CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114和CFC-115从1995?1997三年平均水平的基础上削减50%；2007年1月1日要求CFCs类物质削减85%；2010年1月1日禁用CFCs类物质；2016年1月1日将HCFCs物质冻结在2015年平均水平；2040年1月1日禁用HCFCs物质。
221世纪绿色环保制冷剂的趋势
从这两次国际会议和最近的相关论文看，为了适应环保的需要，特别是为了适应环保臭氧层的需要，近10年来，制冷空调行业已作了积极响应，采取了许多措施和行动。从目前情况分，替代工质有许多种，大致归纳如图1所示。潜在的替代物有合成的和天然的两种。合成的替代物有HFC，天然的有，NH3，CO2，水，碳氢化合物等。
3国际共同关注的几个关于替代物的问题
3.1如何正确协调《蒙特利尔议定书》（以下简称《蒙》）与《京都协议》（以下简称《京》）的要求
为了正确协调《蒙》与《京》的要求，为了全面正确衡量制冷剂对全球气候变化的影响，制冷空调行业界认为，除了制冷剂的GWP值外，空调制冷系统会以另一种方式对全球变暖起作用。由于这些系统均需依靠电力或化石燃料的消耗来维持运行，而煤、石油和天然气燃料生产电力时都产生CO2，进而也会影响全球变暖。因此提出了变暖影响总当量TEWI指标，它考虑了这两种主要方式，也就是制冷剂排放的直接效应和能源利用引起的间接效应。直接效应取决于制冷剂的GWP值、气体释放量和考虑时间框架长度，间接效应取决于这种空调制冷系统的效率以及能源来自何处。
3.2如何正确总结历史经验
目前，国外有些专家担忧，会不会过了若干年后，又发现HFC制冷剂有什么新问题，特别是由于HFC制冷剂的GWP大都在1000以上，又重蹈第二阶段经历了60年才发现释放了大量破坏臭氧层气体的错误。
主张采用碳氢化合物作制冷剂的，其主要观点是：（1）HFC物质的GWP太高，已被列入京都协议温室气体清单；（2）HFC物质还可能有不可预测的后果，发现它们的问题，是否又得花上几十年时间，会不会又遭遇另一次淘汰；（3）尽管碳氢化合物可燃，但是随技术发展和安全性度量的改进，已经并会进一步减少不安全伤害；（4）目前，欧洲已有约1500万台家用冰箱，仅德国每天生产几千台，在130L冰箱中只用20gR600a，而且其中有12gR600a能溶于油中，也就是说泄漏R600a数量是很少的，认为注意到这一点是很重要的；（5）在承认HFC制冷剂在启动淘汰CFC计划中的作用的同时，认为碳氢化合物将是长期方案，尽管开发新设备需要较长的时间，相信21世纪将是天然工质的世纪。
目前，国际制冷空调行业的倾向是，在小型家用冰箱类制冷设备中，可使用HC，而对大型制冷空调设备，在没有证据表明其安全性可靠时，拒绝使用HC作制冷剂。
3.3如何正确对待替代物的多样性
目前，国际上不同国家和地区，对不同类型的设备，往往采用不同的替代物，例如日本，以及美国，对于家用空调器，倾向于R410a，对于大中型制冷空调倾向于R407c；而欧共体国家则均倾向于R407c。国外这种态热，势必会对我国制冷空调行业产生影响，特别是由于我国空调行业大都是20世纪90年代刚引进的技术和生产线，情况与国外大不相同，而且实际上国外对这两种替代物，还都认为不够理想，倘若盲目跟进，势必造成不良后果。
421世纪绿色环保制冷剂的展望
4.1HFC类制冷剂的实用化
改进设备设计，提高能效是必然趋势。能效的提高，可减轻或抵消由于HFC排放引起的温室效应。例如冰箱，美国从1972年到1993年，能耗已降低了60%，如2001年达到美国政府制定的能耗标准，则将进一步降低30%。按照这个标准，570L冰箱的能耗，相当于60W灯泡的耗电。单元式空调，从1975年到1995年，季节能效比SEER已由7.0提高到10.8，即节能35%，期望到2006年，能耗还将进一步下降20%。离心式冷水机组，从1978年到1998年，能耗由0.23Kw/kW（0.8kW/rt）降到0.17Kw/kW（0.6kW/rt）（平均数），好的设备由0.20Kw/kW（0.7kW/rt）降到0.14Kw/kW（0.48kW/rt）。通过采用多级和直接驱动等措施和优化设计，期望2005年可以从0.14Kw/kW（0.48kW/rt）进一步降到0.13Kw/kW（0.45kW/rt）。
4.2天然制冷剂的推广与实用化
NH3是一种传统工质，其优点是ODP=0，GWP=0，价格低廉、能效高、传热性能好，且易检漏、含水量余地大、管径小，但其毒性需认真对待，而100多年使用的历史表明，NH3的安全记录是好的，今后必须找到更好的安全办法，如减少充灌量、采用螺杆式压缩机、引入板式换热器等等。然而，其油溶性、与某些材料不相容性、高的排气温度等问题也需合理解决。看来，NH3会有更大的空调市场份额。
4.3新一代替代工质的开发与实用化
新的高效、绿色环保制冷剂，从热力学角度说，必须具有高的临界温度和低的液相摩尔热容。例如为了替代HCFC-22，新的替代物其临界温度必须高于100℃。目前已经有人关注R161和R1311，它们的临界温度分别为102.2℃和120℃。它们均溶于矿物质油，ODP为0，GWP值很低，前者为10，后者小于1。但它们均有一定的急性毒性，R161还有一定的可燃性，R1311的稳定性也不够理想。对于这两种化合物，还需要进行长期的理化试验和研究开发工作。
总之，为了适应环保的要求，21世纪制冷空调行业的发展方向：绿色环保，高效节能，减少排放，加强回收，注重培训，研究开发。
结束语
注意开发HFC制冷剂的利用技术，同时考虑保护臭氧层和气候变暖的问题，应该加强低GWP值、高效节能的新制冷剂的跟踪、开发和利用，包括HCFC-123制冷剂替代物的评价和探索，提高能效和减少泄漏技术的开发和研究。积极跟踪，注意天然工质的研究开发。