制冷剂的区别、特性、应用
90年代中期，空调和制冷工业因蒙特利尔议定书要求淘汰CFC族物质而发生了巨大改变。许多那时未听说过的制冷剂(R-134a和R-123)进入了老制冷剂如R-12和R-11的替代前沿。即将发生的另一个改变是HCFC族将被禁用 (R-22 到2010年将在美国被禁用)。人们也开始感觉到京都议定书生效后给HVAC行业带来的新的挑战。
尽管可获得许多种制冷剂，但只有几种被认真考虑。本章将看一看这些可能的选择。
11.1. 水 (R-718)
水用作吸收式制冷机中的制冷剂。它无毒、来源丰富、不可燃且ODP和 GWP为0。主要的缺点是吸收式制冷机的效率。现今的商用双效直燃（天燃气）吸收式制冷机的COP只有比1多一些。而离心机的COP为6.4以上。对于吸收机和电动离心机，考虑到气候改变的影响最好是比较TEWI值。两者的TEWI值将取决于发电效率。也有一种观点，也许吸收机的一次能源效率比较好，但如果电价低而油气价高时，客户的运行费用在用吸收机时却并不能节省，因此客户无法从一次能源效率获得好处。
在日本市场，吸收式制冷机是主流而离心机很少。但在北美，吸收式制冷机的运行费用是电驱动离心机的约2倍，使得吸收式制冷机很难销售。
预测：吸收式制冷机将继续在北美的一些特殊场合应用（如混合机房）。如果能源费率变化很大，吸收式制冷机就可能扮演一个更重要的角色。吸收式制冷机将越来越多地使用在余热利用场合，并在电热冷联供中占有一席之地。
11.2. 氨(R-717)
氨的性能优良，ODP值为零且GWP值很小。但因为着氨的健康和易燃问题，限制了其在工业上的应用，有一些在商业上使用。
预测：氨将继续在工业和商业中有一些应用。
11.3. 二氧化碳(R-744)
二氧化碳无毒、不可燃，且ODP等于零，GWP较低。但是其低临界点特性，使得它在典型的商用工况下的性能也很差。而且，工作压力也相当高（6MPA）。目前正在进行超临界工况使用的研究。另外，二氧化碳被成功地应用于复叠式制冷系统中。
预测：将来可能应用于汽车空调和复叠式制冷系统中。
11.4. 丙烷 (R-290) 和异丁烷 (R-600a)
丙烷和异丁烷毒性低、性能好、无ODP值且GWP值低。但它们易燃。北欧已经将它们用于冰箱中。可口可乐公司宣布将放弃HFC而考虑使用可燃制冷剂。但在美国，更加关注可燃性引起的安全问题。
有一些研究评价了可燃制冷剂冷却盐水再将盐水泵送到用冷点（类似于干式冷却）的效率。研究报告显示丙烷和异丁烷比传统的R22干式系统效率要低些，但应想到这是在冷却盐水。目前在世界上只有不到十处安装了大型可燃制冷剂制冷设备。
预测：可燃制冷剂最有可能继续用于家用和小型系统上。
11.5. R-134a
R-134a是A1类 (低毒性不可燃) 制冷剂，ODP值为零但GWP为1300。它的换热性能很好，是螺杆和离心压缩机的一种好的备选制冷剂。它在汽车空调上已被广泛接受。
R-134a在蒙特利尔议定书和京都议定书中都提及了。蒙特利尔议定书正在全面地排除ODP值大于0的常用制冷剂，议定书正在将ODP=0 如R-134a制冷剂推向市场。但京都议定书却将HFC族物质列入了限排目标气体清单。
R-134a是一种最好的解决方案。它的ODP值为0，因此在蒙特利尔议定书中没有规定其要淘汰。尽管HFC族是京都议定书的目标气体，但只有排放控制而没有淘汰日期。虽然 CFC族和HCFC族物质是臭氧消耗的主要贡献者 (占人为臭氧消耗的28%), HFC族、CFC族和HCFC族对气候改变的影响非常小 (占人为全球变暖的4%)。
所有新一代离心和螺杆制冷机都已经围绕R-134a 展开设计。
预测：在可预见的未来，R-134a将继续是大型空调工业的主要制冷剂。
11.6. R-22的替代
R-22是A1类 (低毒性不可燃) 制冷剂。它是世界上最受欢迎的制冷剂。 R-22也是一种HCFC物质而将被淘汰。在美国，R-22 已被限产并将在2010年完全淘汰，除了少量用于维修。R-22非常通用，它被用于超市冷冻、溜冰场、各种形式的压缩制冷机、单元屋顶机组和大部分家用空调中 。
R-22没有直接的替代物。不同制冷剂将替代R-22的不同应用需要。表8列出了R-22 的几种替代物及它们的相对性能。图28显示了替代制冷剂在54℃ 冷凝温度下的COP值。
图 28-R-22替代物的COP
表8-R-22替代物的相对性能
R-290 R-134a R-404A R-407C R-410A R507
制冷量 85% 67% 106% 95% 141% 109%
效率 99% 100% 93% 98% 100% 94%
吸气压力（绝压） 94% 59% 121% 91% 159% 125%
冷凝压力（绝压） 90% 68% 120% 115% 157% 122%
温度滑差 0 0 0.5℃ 4.4℃ 0.5℃ 0
离心机中使用的R-22已经大部分转移成R-134a。现在螺杆机也正向R-134a转移，所有新一代螺杆压缩机都将用R-134a为工质。R404A和R-507正用于替代冷冻装置中的R-22。
剩下的所有小型压缩机包括单元屋顶机组、小型风冷和水冷制冷机 (小于200冷吨)和整个家用空调 (数十亿美圆产值)怎么办呢？两种主要候选制冷剂是R407C和R-410A。丙烷 (R-290)能被用于家用市场，但北美地区对可燃性问题的关注将使其受到限制。
11.7. R-407C
R-407C是一种由HFC-32、HFC-125和 HFC-134a组成的非共沸混合物。其性质已被调配到很接近R-22但有4.4℃ 的温度滑差。 R-407C能方便地置换原有制冷系统的R22，虽然性能有些损失。很多时候只要将制冷系统的部件作一些细微的改变（如将冷凝器面积加大些），就可增强性能。
较大的温度滑差将R-407C限制在只能用于干式系统如屋顶机组和温度滑差不成问题的场合。R-407C常被看作是，将原有系统升级为HFC系统的一种顺便拿来的替代物。有限的几种新产品是基于R-407C开发的。
预测：R-407C将是原有R-22 系统的一种随便替代物，是新产品开发出来之前原有产品升级的一种过渡方案。
11.8. R-410A
R-410A是一种由HFC-32和HFC-125组成的非共沸混合物，温度滑差小 (小于0.5℃ )，且容积制冷量大 (1.5 cfm/ton)，工作压力比R-22高（为3MPA）。它不能随便置换原有R-22系统而必须进行全新设计。
在小系统中替代R-22而设计新产品时R-410A引起了人们的广泛兴趣。压缩机供应商已开始提供R410A的小压缩机(0.5~ 5冷吨)，这种压缩机已开始用于家用市场（开利推出了称为Pureon的R410A家用系统）。如果开发出大压缩机的话， R-410A 将扩展到商用产品。因为R-410A的工作压力高，所有二级部件（阀、视镜、过滤干燥器等）都需要重新设计，这将减缓R-410A 进入商用市场的步伐。
R-410A的一个问题是临界点低。如风冷设备用于高温环境时，性能将下降很多。R-410A用于水冷机组一般不会受影响，因为其冷凝温度低。
预测：由于更多的二级部件可以买到，新得家用和小型商用产品将使用R-410A。关于低临界点问题也将获得技术突破。
11.9. R-123的替代
ASHRAE标准34将R-123归入B1 类制冷剂 (毒性较高不可燃)。它是CFC-11的 HCFC替代物，即将被淘汰。在美国， R-123 已经被限产，并将在2020年产量减少到0.5%，在2020年到2030年之间只准用于维修。 R-123特别适合于负压离心式制冷机。
R-123没有清楚的替代物。本来R-601 (N-戊烷)或 R-601a (异戊烷)可能用于代替，但这两种物质非常易燃，在离心机中的充注量很大而极可能发生爆炸，而且，运行时的负压将漏入空气，极易在机组中聚集爆炸混和物，要替代R-123似乎不可能。
两种最接近的HFC物质是R245ca和 R-245fa (两者互为同分异构体-原子种数一样但排列不同)。起先人们集中于R-245ca的研究，但后来发现它易燃。而R-245fa 是一种B1类 制冷剂(毒性较高不可燃)，其工作压力比R-123要高些。R-123不需作为压力容器设计（常压容器），但R-245fa的冷凝器将是压力容器 (见图29)。R-245fa不能置换原有R-123制冷机，除非原制冷机符合压力容器规范。
图 29 低压制冷剂的蒸发压力
对制冷剂制造商而言，用于负压离心机的R-123是一个小市场。幸运的是，R-123可从制造其他更常用制冷剂的副产品中得到。而R-245fa是一种更加昂贵的制冷剂，从现实的角度讲，R-245fa需要扩展其应用范围（如发泡），来提高产量降低成本。
预测：R-123将用于副压离心制冷机，直到被蒙特利尔议定书淘汰。由于R-123的效率高，ODP和GWP值很低，大气存活时间短，一些人们如特灵公司正在积极争取将R-123从淘汰清单中拿掉。但由于可以有替代技术，又需要大部分蒙特利尔议定书成员投票同意，看起来比较困难。
12. 结论
制冷剂涉及到许多主要环境问题，因而使用何种制冷剂将是制造和采购空调和冷冻设备时决策的重大影响因素。至少，在比较系统和权衡其他技术问题时，或多或少会涉及到制冷剂选择问题。在很多应用中，制冷剂将对决策产生更大的影响。
尽管制冷剂对气候改变的直接影响才3%到4 % ，但制冷系统的能耗问题将使人们更加追求高效制冷系统的设计。 制冷剂满足其他所有标准但如果性能很差将对环境没有改善助益。
R-22的淘汰日期正在不断逼近，迫使人们又将目光投向制冷剂，空调从业人员应为决策者提供决策建议。同样，R-123的开始淘汰也将再次引起争论的热潮。