冰水机冷媒的选择及前景

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内容提示：冷媒的选择是很简单的-或至少是较为简单的-直至1989年后期。过去离心式(涡轮)冰水机的冷媒选择是R-11、R-12、R-22及R-500。在特别的需要下，例如为适合低容量使用或因应热回收而运转在高冷凝温度状况下，则R-113或R-114会被使用。大部份的工程师大多未指明要求的冷媒或在审标时经建议修正为它种冷媒。他们通常只规定容量、操作规格及必要的配管、动力及控制特点。

延伸阅读：冰水机 冷媒

    摘要：冷媒的选择是很简单的-或至少是较为简单的-直至1989年后期。过去离心式(涡轮)冰水机的冷媒选择是R-11、R-12、R-22及R-500。在特别的需要下，例如为适合低容量使用或因应热回收而运转在高冷凝温度状况下，则R-113或R-114会被使用。大部份的工程师大多未指明要求的冷媒或在审标时经建议修正为它种冷媒。他们通常只规定容量、操作规格及必要的配管、动力及控制特点。
   
    关键词：冰水机 冷媒

    冷媒的选择是很简单的-或至少是较为简单的-直至1989年后期。过去离心式(涡轮)冰水机的冷媒选择是R-11、R-12、R-22及R-500。在特别的需要下，例如为适合低容量使用或因应热回收而运转在高冷凝温度状况下，则R-113或R-114会被使用。大部份的工程师大多未指明要求的冷媒或在审标时经建议修正为它种冷媒。他们通常只规定容量、操作规格及必要的配管、动力及控制特点。

    从前的选择

    R-11，一种氟氯碳化合物(CFC)，是一个经常被使用的冷媒，主要是因为它负压特性所带来的效率及冰水机的成本优势。大约每3个离心机中就有2个使用这种冷媒。目前使用的R-11冰水机仍多过所有其它离心机的总数，即使他们已于1994年在已开发国家停产。这个矛盾是由于R-11机组已大量的安装使用而机组设备之更新与机组冷媒转换(CFC CONVER- SION)缓慢所致。

    另一个最常用的选择是R-12，它能扩大离心机的范围至低容量，在不强调高效率时能有很好的成本优势。R-500被当成离心式冰水机的冷媒使用是因其能在50Hz马达转速时达到与R-12于60Hz电力的相似设计中得到相同容量。而后持续被使用于60Hz之设备，因其可以扩大容量范围。在欧洲、日本的一部分及亚洲其它地区的电力标准是50Hz；在大部分北美及日本其它地区的电力标准是60Hz。

    大部份的冰水机使用涡卷式、活塞式或螺旋式(均为容积式)压缩机，使用R-22为冷媒，它是一种高压的氢氟氯碳化合物(HCFC)。这种多功能冷媒同时独占使用于最大的冰水机-超过5MWt(1400 ton)-使用离心压缩机。有少数的系统-总数少于10%-使用R-717(氨)或吸收式(absorption- cycle)冰水机。吸收式冰水机多数利用水及溴化锂分别充当冷媒及吸收剂。

    目前的选择

    现今之离心式冰水机的选择，R-22使用在较小容量及非常大的容量，另外则是R-123及R-134a。使用R-123及R-134a的比例是类似于R-11及R-12的比例。几乎三分之二的新装置设备使用R-123(一种低压的HCFC)。

    其余的大部分设备使用R-134a (一种中压的氟碳氢化合物，HFC)。R-134a在其它用途的接受度是相当高的，且它很有可能取代R-22而成为最广泛使用的冷媒。

    军舰中老旧R-114冰水机的转换，尤其是潜水艇，使用R-236fa(一种中压的HFC)，但是没有制造商有使用它来做一般空调用之冰水机。

    虽然R-22在容积式冰水机中仍占绝大多数，但是情况已经改观。使用R-134a以及R-407C、R-410A(两者都是HFCs混合物)的设计已经被引入以取代R-22。少数的小型冰水机，特别是欧洲，使用R-404A(亦是HFCs混合物)。虽然R-407C的压力与温度特质类似于R-22，它的使用需要变更设计(例如去掉了满溢式蒸发器)以避免混合物分馏成份的转变。一些为R-407C所做的新设计利用它的温度滑落差之特性，使用Lorenz循环来增进效率。

    一个正在增加但是为数依然很少的小型冰水机使用R-717(氨)以及-虽然谈不上是经常-碳氢化合物例如R-290(丙烷)、R-600(正丁烷)、R-600a(异丁烷)或他们的混合物。在欧洲的接受度是较其它地区为高。

    吸收式冰水机，大部分使用水及溴化锂，其数目不到北美地区冰水机销售量的2%。这个比例没有包括可与冷气机匹敌的小型氨/水冰水机，但在该应用上其市场占有率少于0.2%。虽然在日本对离心式冰水机的兴趣有恢复的迹象，在那儿吸收式冰水机仍旧较离心式冰水机为普遍。此种地区性的偏好主要是由于能源资源、成本及建筑规定的不同所致。

    什么改变了？

    传统上是设备制造商，而不是系统设计工程师或是建筑物所有人，选择使用的冷媒。业主及工程师对该项选择只比对其它内部构造多一些的注意。大部份业主是根据成本、性能、本地制造商可供应及维修之选择、操作的偏好及感受的信赖度而做冰水机的选择。在适用的范围内，他们会排除一些冷媒，以避开当地特别许可的规定或是需要操作人员在场的特定的冷媒或设备。

    这个规则在1987年随着国际协议蒙特娄议定书(Montreal Protocol)之签定而改变了，这是历史上保护同温层中臭氧层的重要公约。随着后续的修订版本他们再次改变，尤其是在1990年及1992年，及稍后因气候变化而制订的京都议定书(Kyoto Protocol)。未来对这两项环境条约的修正实际上是受到科学发展及政治的影响；这些变化将会推动产生更多的管制措施。

    环境问题

    两项重大的议题，同温层臭氧耗竭及气候变化，都是全球共通的问题。

    臭氧层的破坏

    臭氧，氧的一种形态，吸收从太阳射入的紫外线(UV-B)可防止对人类、动物及植物造成伤害。 M.I. Mopna及F.S. Rowland在1974年的论文指出CFCs是氯的来源而其会破坏自然的臭氧形成及消灭的平衡。这份论文及后来的调查升高对同温层中臭氧层因为来自人造化合物的氯及溴而减少变薄的关切。从使用这些化学物质的预计成长率来看，这些研究显示了臭氧耗竭会更严重的可能性。

    蒙特娄公约要求有计划分阶段的管制这些破坏臭氧的物质。他们包括含有氯及溴的化学制品，他们被用作冷媒、溶剂、发泡剂、烟雾剂、灭火剂及作为其它的用途。

    气候变化

    预期全球温暖化之趋势已经有一段很长的历史。在1827年数学家J-B. Fourier指出大气中气体的角色是在决定大气及地面的温度。他将此种全球温度暖化的行为比喻成为"温室"。S. Arrhenius在1896年的论文警告从逐渐增加使用化石能源作为燃料而排放出来的二氧化碳将会增强自然界的温室效应。

    气候变化由于涉及的各种形成原因、自然的抵减及对此二者的敏感性及不确定性太多，所以臭氧的耗竭的现象更为复杂。不管如何，多数的科学家现在都同意，暖化正在发生当中而结果是愈来愈能够预测到更严重。

    不像臭氧的耗竭，一些地区将会因气候变化而受益。不幸的是，全球暖化将会造成疾病的蔓延及由于海平面的上升造成居住在海平面附近大量的人口冒着被洪水吞噬的危险。而且，快速的变化将会伤害大部分的农作物及其它植物。

    主要的科学家们，例如国家海洋及大气管理机构(National Oceanic and Atmospheric Administration) (NOAA)的J.D. Mahlman认为到2001年时，我们已确定将产生2倍-及也许是4倍-大气中的二氧化碳。而它是最主要值得关切的温室气体。

    另一位NOAA科学家-D.L. Albritton，早已是臭氧问题的先锋，提出一个独到的见解。他建议历史学家可以将同温层臭氧耗竭的反应当成是必要的见习，以为更困难的气候变化问题作准备。

    环境问题的争辨范围从否认、或详述气候变化的益处以至灭亡命运的警示皆示。在其最近的评估中，气候变化政府间的专门小组(Intergovernmental Panel on Cpm- ate Change)(IPCC)报告结论中表示，气候变化已经开始有明显证据。

    目前的HFCs对造成整个温室气体的排放并无太大的贡献。就算是以等同二氧化碳计算，它也低于2%，以全球暖化指数(GWP)而言。因冷媒所造成的部分更小。但是，整体HFC的影响，是以全球为基础，比京都议定书所提及的其它气体影响的成长更为快速。

    其它

    从臭氧耗竭及气候变迁得到的一项课题是化学物质的排放在问题被确认或证实之前就已累积。

    有愈来愈多对持续的化学污染物(persistent chemical pollutants) (PCPs)的累积及其对生态系统的冲击的关切。该问题在某方面是威胁到有限的适于饮用之水的供给。

    另一受到关切的问题是农业上密集的施肥、燃料的燃烧及豆科植物广泛的栽培而累积大量的氮。一部分的解决方法将要求改善所有能源使用效率，包含冰水机的运作。

    空气污染，受到使用石化燃料的使用，例如提供电力给冷冻系统，及资源的利用似乎成为令人担忧的事，但还是会持续的发生。他们将会随着世界人口的增加-现今已超过60亿-及经济及工业的发展而提高。

    我们不能正确地预测未来的问题，但是我们应该预期到一些事情将会发生。因此，在得知他们或他们的分解产物将会随着时间累积而破坏环境，我们必须采取适当的步骤以避免长期破坏自然的化学物质的排放。

    冷媒

    虽然冷媒会造成所提及的环境问题，他们的角色所影响的相对地不大。一项与同样的化学物质用于其它用途的区别是冷媒并不需要被释出以产生作用。实际上，避免释出冷媒能改善系统效率及降低成本。冷媒这个问题不是在于系统内部的冷媒而是在于他们的释出。

原文网址：http://www.pipcn.com/research/200606/8551.htm

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