當(dāng)前的制冷技術(shù)已經(jīng)幾乎滲透到各個(gè)生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)研究領(lǐng)域，并在改善人類的生活質(zhì)量方面發(fā)揮著巨大作用�？梢哉f(shuō)，現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)步離開(kāi)了制冷技術(shù)發(fā)展是不可想象的。為了讓空調(diào)企業(yè)的技術(shù)人員及時(shí)了解空調(diào)制冷技術(shù)的最新進(jìn)展，本文以近期間有關(guān)空調(diào)制冷技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)為基礎(chǔ)，對(duì)其中的主要內(nèi)容進(jìn)行綜合報(bào)道，以供大家參考。



　　1、制冷劑的研究進(jìn)展



　　總的看來(lái)，可以把制冷劑的發(fā)展歷程劃分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是從自然物質(zhì)到人工合成的物質(zhì)；那么制冷劑發(fā)展的第二個(gè)階段將再回歸到自然物質(zhì)。



　　早期的制冷劑是自然界中容易獲得或制取的物質(zhì)，如乙醚、氨、CO2等。但是這些早期的制冷劑最后都因?yàn)橹评湓O(shè)備龐大效率較低，所以在后來(lái)出現(xiàn)熱力性能較好的氟利昂制冷劑后，最后在20世紀(jì)50年代退出常規(guī)制冷系統(tǒng)。



　　1929 年美國(guó)通用公司合成出R12，以后很快出現(xiàn)了R11、R22等稱為氟利昂的系列鹵代烴化合物，因其優(yōu)良的熱力學(xué)特性，無(wú)毒，不燃燒，極其穩(wěn)定等性質(zhì)，很快成為制冷劑的主角，被大量生產(chǎn)和使用，如家用冰箱、汽車空調(diào)、小型冷庫(kù)都用R12，至20世紀(jì)七十年代，包括制冷劑，發(fā)泡劑在內(nèi)的各種鹵代烴的年產(chǎn)量達(dá)到數(shù)百萬(wàn)噸，并有繼續(xù)增加的趨勢(shì)。



　　但是，氟利昂是一種化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的人工合成物質(zhì)，當(dāng)它們揮發(fā)到大氣中以后很長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)被自然界分解，而一直擴(kuò)散到平流層，在大氣層11km至45km處的同溫層與臭氧層相遇，由于在平流層受到強(qiáng)烈太陽(yáng)紫外線照射，含氯的氟利昂分子(稱為氯氟碳化合物，英文縮寫為CFC)便分解游離氯原子，而氯原子可以催化分解臭氧分子，在反應(yīng)中氯原子被不斷的放出，所以分解反應(yīng)不斷進(jìn)行，氯原子使臭氧層受到破壞、減薄直至消失。由于氟得昂被大量使用，導(dǎo)致近年來(lái)南極上空的臭氧空洞不斷擴(kuò)大；而且據(jù)報(bào)道在我國(guó)青藏高原上空也出現(xiàn)了臭氧空洞，因此對(duì)氟利昂制冷劑的替代勢(shì)在必行。



　　2、國(guó)際R22替代技術(shù)的情況



　　在成功地進(jìn)行了CFC的替代之后,人們更多地把注意力投向HCFC。而其中首當(dāng)其沖的無(wú)疑就是制冷空調(diào)行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的HCFC中的R22，,該制冷劑自1936年問(wèn)世以來(lái)就以其優(yōu)越的綜合性能席卷了整個(gè)制冷界,并且在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、維修等方面積累了豐富的成功經(jīng)驗(yàn)。



　　然而由于R22對(duì)臭氧層的耗損作用和較高的溫室效應(yīng)值，1992年的哥本哈根國(guó)際會(huì)議將其列入了逐步禁用范圍，1995年的維也納國(guó)際會(huì)議對(duì)其規(guī)定的禁用日程為，按照履約要求，我國(guó)應(yīng)在1999年7月 1日將CFC類物質(zhì)的消耗量?jī)鼋Y(jié)在1995年至1997年的平均水平上，至2005年削減50%，2010年全部淘汰。



　　嚴(yán)格地說(shuō)，目前還沒(méi)有找到任何一種單工質(zhì)的性能優(yōu)于R22的制冷劑。而目前R22的主要替代工質(zhì)包括HFCS類工質(zhì)和天然工質(zhì)。雖然對(duì)于HFCS類工質(zhì)的研究已比較成熟，由HFCS類工質(zhì)組成的非共沸混合物理論上可利用各組分沸點(diǎn)不同實(shí)現(xiàn)勞倫茲循環(huán)，提高制冷循環(huán)效率，但HFCS類工質(zhì)仍然存在一定的GWP值 (全球變暖潛能值)，與R22使用的礦物油不相溶，需要使用與之相溶的合成油，并且與干燥劑、密封材料及其他材料的相溶性也需要進(jìn)一步研究，所以越來(lái)越多的人將目光投向了天然工質(zhì)。天然制冷劑的最大優(yōu)點(diǎn)在于其GWP值及ODP(臭氧潛能值)值約為0，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，并具有優(yōu)良熱力性能及經(jīng)濟(jì)性，目前研究比較成熟的此類制冷劑包括了R407C，R32/134a,R410a,R134a，以及碳?xì)浠�合物R1270等等。



　　現(xiàn)在一些國(guó)家競(jìng)相開(kāi)展了對(duì)HCFC22替代技術(shù)的研究。經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)驗(yàn)和評(píng)估，R22比較成熟的HFCS替代物有如下幾種：



　　A、 R407c：是眾多候選替代制冷劑中呼聲較高的R22替代物。這是由于R407c的熱力性質(zhì)與R22比較相似，它們的工作壓力和制冷量都比較接近。這使得替代簡(jiǎn)單易行，原有R22機(jī)器設(shè)備改用R407c后除更換潤(rùn)滑油，調(diào)整系統(tǒng)沖注量及節(jié)流元件外，對(duì)壓縮機(jī)和其余設(shè)備均可不做改動(dòng)。但采用R407c后機(jī)器的制冷量和能效比比用R22時(shí)稍有下降，而R407c最大的缺陷可能是溫度滑移較大。據(jù)最新的資料預(yù)測(cè)，R407c在低制冷量范圍的(5-20KW)家用空調(diào)中和除螺桿式壓縮機(jī)之外的高制冷量范圍(20-350KW)容積式壓縮機(jī)的冷水機(jī)組中很有前途。



　　B、R32/134a：這種非共沸混合物在30/70%時(shí)具有最佳的熱力學(xué)性能。許多報(bào)告指出，經(jīng)系統(tǒng)沖注量、熱交換器的優(yōu)化后的空調(diào)設(shè)備采用這一混合工質(zhì)后的制冷量完全可與 R22相當(dāng)，而能效比還可提高幾個(gè)百分點(diǎn)。其缺點(diǎn)是在某種條件下呈可燃性，雖然它在正常工作條件下是不可燃的。



　　C、 R410a：其熱力性能十分接近單工質(zhì)，雖然它與R22的熱力性質(zhì)不很相似，但卻可能是R22最有前途的HFC類替代物。使用R410a的制冷系統(tǒng)需徹底改型，但改型后的機(jī)器變得更為緊湊。它的另一優(yōu)勢(shì)是液相的熱導(dǎo)率高，粘度低，使其具有優(yōu)于R22的傳輸特性。R410a在適當(dāng)?shù)膲毫Ψ秶鷥?nèi)經(jīng)優(yōu)化后有比 R22更高的能效比，在相同的造價(jià)下整體效率可提高5%左右，足以彌補(bǔ)改型設(shè)計(jì)等所需費(fèi)用。故而它可作為R22的長(zhǎng)期替代物，在普通空調(diào)如單元式或風(fēng)冷，水冷的整體式冷水機(jī)組(大容量除外)及冷量較大的住宅空調(diào)中有廣闊的應(yīng)用前景。



　　D、R134a：與R22相比，壓力、冷量都會(huì)降低，大多數(shù)的管道包括換熱器在內(nèi)都應(yīng)擴(kuò)大以減少壓力損失，壓縮機(jī)的排量也要增加。用它代替R22后系統(tǒng)的制冷量有大幅度的下降，能效比也略有下降。系統(tǒng)的改型費(fèi)用較高,因此對(duì)于小型住宅或商用空調(diào)不太可能用它，但對(duì)大型冷水機(jī)組尤其是用螺桿或離心式壓縮機(jī)時(shí)比較合適。



　　E、 R1270：通過(guò)對(duì)R1270與R22的熱物理性質(zhì)和熱力循環(huán)性進(jìn)行比較，碳?xì)浠�合物R1270的環(huán)境接受性能好，主要的熱物理性質(zhì)與R22相似，其氣化潛熱比R22和R290都要高，傳熱效率高，并且R1270的可燃可爆性也可以通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程和制冷裝置中安全措施的完善而得到克服。與R22系統(tǒng)潤(rùn)滑油及其它部件均能兼容，并且與R22容積制冷量相差不大，不需要壓縮機(jī)進(jìn)行改型。具有高制冷量，高循環(huán)性能系數(shù)，充注量大大減少的優(yōu)點(diǎn)，總體考慮可是一種性能優(yōu)良的制冷劑。



　　3、天然制冷劑



　　HFC替代物雖然解決了臭氧層的消耗問(wèn)題，但其較高的GWP 值仍然是困擾人們的一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。如果從環(huán)境的可接受性考慮，天然制冷劑無(wú)疑是解決問(wèn)題最徹底而又最完滿的途徑。以挪威的勞倫曾 (G.Lorentzen)教授為代表的提倡天然制冷劑的流派投向了“取之于自然,還之與自然”的天然制冷劑。



　　國(guó)際制冷學(xué)會(huì)(IIR)從1994年起舉辦兩年一度的專題討論天然工質(zhì)的國(guó)際會(huì)議，交流探討在此領(lǐng)域中的新發(fā)現(xiàn)和成果。目前在天然制冷劑中以氨、丙烷與其他烴的混合物及CO2制冷技術(shù)最有可能成為R22的長(zhǎng)期替代物。



　　(1) R717：是具有120多年使用經(jīng)驗(yàn)的一種廉價(jià)天然制冷劑，其熱力性能優(yōu)良，其容積制冷量和能效比均可優(yōu)于R22；然而R717的排氣溫度很高，它與某些材料與原有潤(rùn)滑油的不相溶性令人顧慮。但是新的潤(rùn)滑油及其他新技術(shù)的出現(xiàn)，為氨的擴(kuò)大應(yīng)用提供了可能性，目前已有使用氨的整裝式冷水機(jī)組面市，制冷技術(shù)人員還在繼續(xù)不斷地努力。



　　(2) R290：也是一種在化工生產(chǎn)中已長(zhǎng)期使用的非常廉價(jià)的天然制冷劑。丙烷的熱力性質(zhì)與R22非常接近，因而有可能成為R22的直接沖灌式制冷劑。與R22相比，丙烷的能效比較高，排氣溫度低，容積制冷量也較小。其弱點(diǎn)是具有可燃性。近年來(lái)使用丙烷的呼聲在增長(zhǎng)，也已制定出有關(guān)的安全使用規(guī)程。



　　(3)CO2：由于CO2的高密度和低粘度，CO2的流動(dòng)損失小，傳熱效果好。通過(guò)強(qiáng)化傳熱可以彌補(bǔ)它循環(huán)不高的缺點(diǎn)，增加回?zé)崞骰蛘卟捎脙杉?jí)壓縮即可達(dá)到與常規(guī)制冷劑相似的效率，而不設(shè)膨脹機(jī)，這也是各公司開(kāi)發(fā)CO2小型制冷或者汽車空調(diào)的研究方向。



　　CO2 制冷技術(shù)已經(jīng)跨進(jìn)實(shí)際應(yīng)用的門檻。日本幾大公司開(kāi)發(fā)的CO2熱泵熱水器已上市多年，年產(chǎn)已達(dá)十萬(wàn)臺(tái)。



　　日本冷凍空調(diào)空調(diào)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)JRA-4050-2004 家電熱泵熱水機(jī)(二氧化碳冷媒)對(duì)這類產(chǎn)品的性能、安裝等有嚴(yán)格的規(guī)定。實(shí)際上熱水器稍加改裝，即可變?yōu)橛袩峄厥盏募矣每照{(diào)，所以將CO2用于家用空調(diào)也只有一步之遙。在汽車空調(diào)方面，可以說(shuō)國(guó)際上各大汽車公司都進(jìn)行了CO2汽車空調(diào)的研制，并能過(guò)專門協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)，國(guó)際汽車工程學(xué)會(huì)不斷發(fā)布有關(guān)報(bào)告。歐盟正在講座相關(guān)CO2汽車空調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備在2008-2010年將歐洲的汽車空調(diào)全部改為CO2系統(tǒng)。R134a汽車空調(diào)只是過(guò)渡性的，一旦時(shí)機(jī)成熟，向CO2系統(tǒng)轉(zhuǎn)變已是定局。而這個(gè)“時(shí)機(jī)”不僅是技術(shù)性的，而且是政策性、商業(yè)性的。



　　4、熱聲制冷



　　除了在制冷劑方面的進(jìn)展，在新的制冷理論及實(shí)踐方面也有許多進(jìn)展，如熱聲制冷技術(shù)的研究和運(yùn)用。



　　熱聲制冷是21世紀(jì)以來(lái)發(fā)展的一種新的制冷技術(shù)，與傳統(tǒng)的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)相比，熱聲熱機(jī)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：無(wú)需使用污染環(huán)境的制冷劑，而是使用惰性氣體或其混合物作為工質(zhì)，因此不會(huì)導(dǎo)致使用的CFCS或HFCS臭氧層的破壞和溫室效應(yīng)而危害環(huán)境；其基本機(jī)構(gòu)是非常簡(jiǎn)單和可靠，無(wú)需貴重材料，成本上具有很大的優(yōu)勢(shì)；它們無(wú)需振蕩的活塞和油密封或潤(rùn)滑，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件的特點(diǎn)使得其壽命大大延長(zhǎng)。熱聲制冷技術(shù)幾乎克服了傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的缺點(diǎn)，可成為下一代制冷新技術(shù)的發(fā)展方向。



　　所有的熱聲產(chǎn)品的工作原理都基于所謂的熱聲效應(yīng)，熱聲效應(yīng)機(jī)理可以簡(jiǎn)單的描述為在聲波稠密時(shí)加入熱量，在聲波稀疏時(shí)排出熱量，則聲波得到加強(qiáng)；反之聲波稠密時(shí)排出熱量，在聲波稀疏時(shí)吸入熱量，則聲波得到削弱。當(dāng)然，實(shí)際的熱聲理論遠(yuǎn)比這復(fù)雜的多。



　　當(dāng)然，熱聲制冷的設(shè)計(jì)水平及制造工藝也在不斷的提高。目前，美國(guó)在熱聲領(lǐng)域內(nèi)的投入最大，研究機(jī)構(gòu)最多，取得了許多突破性的進(jìn)展。



　　如上世紀(jì)90年代早期，美國(guó)海軍研究生院(NPS)的Garrett教授開(kāi)發(fā)的熱聲制冷機(jī)；2000年左右，開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)；還有在美國(guó) LOS Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LANL)，SWIFT教授領(lǐng)導(dǎo)著世界著名的熱聲研究組，他們主要研發(fā)的熱聲