《变化的世界:制冷剂与环境挑战
由:加里·b·泽维尔| 2022年4月6日
像氯氟烃(CFCs)和氟氯烃(HCFCs)这样的人造制冷剂已经有一个多世纪的历史了开始取代冰人的工作．
尽管它们在传递热量方面表现出色，但我们现在知道，这些化合物的缺点大于优点。这些早期的制冷剂含有氯，我们后来发现氯对平流层臭氧——地球大气顶部的保护层——有相当大的损害。
1987年的《蒙特利尔议定书》提出了控制消耗臭氧物质消费的必要性，各签署国同意制定一项计划，逐步停止生产和进口这些物质。通过对原协议的五项修订和超过190个国家的参与，世界正在解决制冷和空调系统使用氯氟烃、氟氯烃和现在使用的氢氟碳化合物(氢氟碳化合物)对环境造成的破坏。
更安全的选择?
氢氟碳化合物(hfc)是美国环境保护局(EPA)允许使用的首批"替代制冷剂"。由于不含氯，人们认为这些制冷剂对环境的危害较小，因为它们不破坏平流层臭氧。然而，进一步的研究表明，氢氟碳化合物是温室气体问题和全球变暖的一个重要因素。制冷剂的GWP(全球变暖潜能值)是它与二氧化碳(CO2)作为温室气体。例如，R-134a制冷剂的全球升温潜能值约为1400，这意味着1磅R-134a释放到大气中相当于释放1400磅二氧化碳。
这导致了全球范围内限制高全球升温潜能值制冷剂生产的努力。目前EPA的规定规定，到2037年氢氟碳化合物的产量要减少85%。除了EPA的联邦规定外，个别州可能有更严格的高gwp制冷剂限制。
寻找更安全的制冷剂
将受影响的制冷剂替换为具有相同传热水平的产品并非易事。其他替代制冷剂可包括氢氟烯烃(HFOs)、碳氢化合物(hc)或氨(NH)等天然制冷剂3.(R-717)，水(H2O, R-718)和二氧化碳(CO2, r - 744)。虽然这些替代品不会破坏平流层臭氧，可能具有较低的全球变暖潜能值，但每种替代品都有一定的缺点:
- HFOs可能是轻度易燃的
- 碳氢化合物是高度易燃的
- 氨是剧毒和轻度易燃的
- 二氧化碳在极高的压力下工作
- 水虽然是吸收系统中一种令人满意的制冷剂，但不适合用于压缩制冷
Hydrofluoroolefins
HFOs，如R-454C (GWP 148)， R-513A (GWP 573)和R-1234yf (GWP <1)提供较低的GWP，但R-454C和R-1234yf都属于ASHRAE标准34安全等级A2L(低毒，轻度易燃)，因此在处理和处置时需要特别考虑。R-513A被分类为A1(低毒，无火焰传播)，与许多现有的高GWP制冷剂的分类相同。
碳氢化合物
HC制冷剂有容易识别的名称，如乙烷(R-170)，丙烷(R-290)和异丁烷(R-600a)。它们都被归类为A3制冷剂，这意味着低毒性但高可燃性。它们的全球升温潜能值都非常低，总体上通常小于5。这种低的全球变暖潜能值使它们在环境方面非常可接受，但它们的高可燃性使它们在储存、分发和移除时更加危险。
HC制冷剂系统必须经过专门设计，以处理易燃制冷剂，同时最小化火灾或爆炸的风险，安装和维修设备的技术人员必须接受安全操作的培训。与其他系统相比，设计用于碳氢化合物使用的设备的最大装药尺寸较小。目前，它们的使用仅限于小型设备，如冰箱、冰柜、制冰机和一些空调。许多HC制冷剂可以合法地排放到大气中，而不是回收它们，但所有的政府规定和安全协议必须严格遵守。
自然制冷剂
在某些情况下，天然制冷剂已经使用了一个多世纪，但它们并不适用于所有的应用。例如，水(R-718)是非常安全和廉价的，但在冷却过程所需的压力和温度下，不能作为压缩系统的主要制冷剂。然而，在吸收系统中，水是非常有效的制冷剂或吸收剂。
氨(R-717)广泛应用于工业制冷，如食品加工和冷库。它具有极高的传热率，相对便宜，在必要的压力和温度下工作良好。然而，它是剧毒和微易燃的，使其更危险的工作。R-717被分类为B2L:高毒性和低、低可燃性。
二氧化碳(R-744)在一些系统中作为压缩制冷剂重新出现，它在传热过程中工作良好。不幸的是，为了提供必要的冷却，R-744在极高的压力下工作，系统放电压力经常超过1000 psi。此外，R-744的临界点相当低，需要许多系统在临界点(超临界)以上运行。临界点是液体和蒸汽共存的点，两相之间没有区别。
制冷剂的世界正在发生变化。制冷剂和制冷系统的制造商一直在寻找更好的方法，在实现传热的同时尽可能减少对环境的破坏。这是一个值得实现的目标，它要求每一个建筑业主、经理和暖通空调- r技术人员接受适当的培训，以安全有效地处理这些变化。
