冰水机冷媒的选择及前景

2008年11月22 00:00:00 来源:中国制冷空调技术网

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。

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。

冷冻提供了不可或缺的社会利益。一些是使气候酷烈的地区变得适合人居,使得食物能够被储藏及运输,使得医疗品及药物能够被生产及储藏,以及避免疾病的散布。冷冻同时使得许多重要的生产过程变成可能,增加工人的生产力,及提供舒适的生活。

冷媒是冷冻系统最重要的构成成份。由冷媒的蒸发所移走的热量就是制冷的能力。将冷媒与空 气或其它被冷却的物质隔离需要某种热交换器-蒸发器-以隔离冷媒。

其它在冷冻系统回路中件只是使冷媒能够不断循环。一个压缩机(或是一个吸-放回路及一个溶液帮浦)可提升冷媒的压力,以使得热量得以在较高温的温度排放出来。一个冷凝器液化冷媒而使得它能再次沸腾或蒸发。一个减压的设计,如膨胀阀或限流孔,控制流量以分离系统回路的高压端及低压端。

冷冻系统剩下的其它部件则分别在不同的负载量及热量排放情况下控制运转,将热从产生的地方传输至蒸发器,传输冷凝器热量至排放装置,供应能源以驱动系统,或是改进系统的安全、耐用性及可靠度。

几乎任何的流体,通常借着阶段性的变化,都能被当成冷媒使用。实际上的差别是在于稳定性、安全性、效果及兼容性。

* 冷冻有其它的方法例如使用magnetocaloric或thermoacoustic过程或利用Seeback效应。这些方法未来有发展的空间,但是现今并不实用,除非在特别的应用上,如magnetocaloric系统的温度必须趋近绝对0度。这里的讨论提出Joule-Thomsom效应,因为其效果及多用途是最常被使用的。

冷媒历史

第一个百年中所使用的冷媒是由在几近典型的机器中对熟悉的液体创新努力使用来主宰-"不论是什么只要能用即可"。目标是提供冷冻用途,以及后来的,持久性。几乎所有早期的冷媒都是可燃的、有毒的或兼有二者,且有一些同时是有剧烈作用的。意外事件是常常发生的。就此观之,丙烷当时因此被当成无味的安全冷媒出售。

第二代的冷媒是源自1928年为寻求较为安全的冷媒、能够广泛的被使用于家用冰箱而来的。T.Midgley,Jr.及他的同事A.L.Henne及 R.R.McNary由物质组成表及特性表中找寻适当的候选者,其特性必需是稳定的,既没有毒也不可燃,并且有着他们需要的沸点。

这个结果使得他们的注意力转移至先前的尚未使用的有机氟化物,但是由于数据的不足迫使他们转向其它的方法。Midgley转向元素周期表中去寻求。他快速地舍弃那些挥发性不足的元素。他然后根据元素的低沸点的需求除去那些会产生不稳定及有毒的化合物及惰性气体的元素。他剩下8种元素可以选择:碳、氮、氧、硫、氢、氟、氯及溴。他们聚集在元素周期表相交的行与列上,氟是在接近中央的位置。

经过他人反复的筛检,使用较新的数据及技术,都得到相同关于Midgley元素适合的结果。很有趣的,所有在1928年以前所使用的冷媒就是由这8种元素中的7种元素所组成-除了氟以外。参考文献4至7详细描述了这个历史。

理想的冷媒

除要具备特定的热力特性外,一个理想的冷媒应是无毒的、不可燃的,及在系统内完全地稳定。它应是环保的-即使其分解后的产物-而且是丰富的或容易制造的。它应是具有润滑性的且与其它被用来制造及维修冷冻系统的材料是兼容的。它应是容易处理及侦测,并且不需要极端的压力,不论是高压或低压。

还有额外的评估标准,但是目前的冷媒没有一个是理想的,就算是只从部分标准来看。化学及热物理分析显示出在需求的分子组成及特性方面的不一致性,实质上已排除理想冷媒的可能存在或是可以被人工合成的可能性。

图2表示出有机卤化物的分子间之消长关系,特别是碳化合物与包含氯、氟及氢原子间之关系。增加氢的成分将会缩减其在大气中的寿命,但是却使物质具备可燃性。增加氟的成分将会减少可溶混性,至完全氟化时冷媒通常需要合成的润滑剂以回油。增加氯的成分通常会增加其毒性。然而,许多毒性的形式是如致命的、刺激心脏的、致癌的及导致遗传因子突变,以及麻醉的、影响生殖的及呼吸的效果等。一些毒性是本质上就实际存在的而其它的则是因为化学变化;氯的成份只许多决定性变量其中之一。

增加氟或氯的成份会增加在大气中的稳定性,将延长其大气存活寿命。就如图3所示,增加冷媒分子中氯的成分通常会提高臭氧破坏之能力(ozone depletion potential) (ODP)。

化合物中不包含溴或氯者,其ODPs值通常很接近于0。同样地,增加氟的成分通常会提升温室效应的潜能(GWP)。用氢来取代者通常会减少其大气的寿命。化合物有着较短的大气寿命者,将有很低的ODPs值,因为在到达同温层之前大部分的排放的物质将会被分解。他们亦将有很低的GWP值,因为他们在大气中的持续存在期间是相当短的。

选择标准

在认知没有理想的冷媒及不可能发现理想的冷媒后,使用者必须在它可利用的冷媒中加以运用。从它们其中来挑选是很令人有挫折感的,因为未来对这些冷媒的选择之接受度似乎是不确定的。而且,所知的选择标准需要检验多项因素。它们包含从环境的、安全的考量以至于效果及兼容性的议题均需加以衡量。

设备制造商对其产品中所使用的冷媒,通常会描述为其唯一 合乎逻辑的选择。化学品制造商及独立维修公司也都会致力于市场行销,但是他们对冷媒的选择并无太大影响。不令人意外的,矛盾、误导及有时不正确的信息会充塞于市场中。这个结果通常会在市场上造成一些恐惧的、不确定的及怀疑的(fear, uncertainty and doubt)(FUD)气氛。这些FUD因素包含:

根据环境保护管制(分阶段或禁用)的未来之可利用性,

效率,

毒性,

可燃性,及

未来成本的上升。

未来可利用性

R- 22及R-123都是蒙特娄公约及国家规定中计划要分阶段管制的而停用的。公约呼吁工业国家在2030年之前,开发中国家在2040年之前停止生产。它更进一步规定所有的HCFCs的ODP加权总值的减低步骤。国家对使用于新设备、生产或进口及-在极端的情形下-对所有的用途,规定相同或较早的期限。R- 22的期限通常较早,因它的ODP值较高。

HCFC 主要令人忧心的是在于他们作为发泡剂时会排放出R-141b及R-142b。这个应用原本就会排放出气体,且他们的ODPs分别为0.086及 0.043,以HCFCs而言,是偏高的。相对之下,冰水机使用的冷媒则排放的很少,且R-22及R-123的ODPs分别为0.034及0.012,是较为低的。

严密的分析显示R-123被当成冷媒使用对臭氧破坏的影响是很小的,最多也低于尖峰值的0.001%。进一步的研究显示它对环境的益处超过它对臭氧的影响并且证明重新考虑分阶段管制是合理的。

虽然暂缓或放松管制R-123有科学上修正的根据,但政治层面上是很难去预测的。公约中准许继续生产HCFC 30年(开发中国家则是40年)还是没有被重新考虑延长。现存的及新的R-123冰水机所需要的冷媒数量应该至少是要足够另外的数十年使用才是。注意到 R-11在已开发国家于1994年或更早的时期已经停产,但是维修存量仍然很高。设备洮汰及替换的冷媒回收再利用,这是蒙特娄公约所准许的,应该能提供较足够的数量更多且负担的起的成本。主要的关键是在于机组泄漏率之降低及维修的改善以降低所需冷媒补充的数量。

HFCs并不在蒙特娄公约规定的范围内,因为他们的ODPs值几乎是0。HFC的排放是被规定在京都议定书中,但是这个条约尚未实施而且看起来在开发中国家提出实施管制方法前将不会施行。

目前的京都议定书所订出之减低排放的目标,根据6种特定气体或族群的GWP加权计算值来做排量久管制,其中也包含了HFCs。HFCs是总数的一小部分,但却是增加最快速的一种成分。

没有其它的方法可以预测是否在未来将会有特定的生产上限。一些国家-特别是欧洲-正单方面的朝向制订一些使用HFC的限制及甚至是禁令。设备制造商已经避免使用R-236fa于新的设备,因为它有非常高的GWP值 9400 (相对于R-123及R-134a其分别为120及1600)。

图4对照主要单一化合物冷媒的ODPs值及GWPs值。它建议几点值得注意的事项。

首先,CFCs确保能管制臭氧耗竭及温室气体。

其次,只有2种冷媒表示出很低的(或接近0)ODP及GWP,那即是R-123及R-152a(一种HFC)。R-152a是相当容易点燃的,且因此只充当冷媒的混合成分之用(尤其是R-401及R-500中一系列的液体)。

第三,在臭氧破坏的管制之前若是已经施行对付全球温暖化的措施,一个非常不同的景像可能会出现。图左边的ODP显示出为何蒙特娄公约的制订者特别注重 CFCs,准许HCFCs当作中介的液体,并且认为HFCs是长期解决的答案。右边的GWP提出一个不同的结果,若是首先处理全球温暖化之议题。化合物大概将会被单独考量而不是考量化合物整体的组成分类。很有可能的R-123会在第2次的筛选之后仍然存在,因为就ODPs来说,只剩少数的选择及考量它们对整体环境的益处。在下面将进一步讨论他们。

在既定强制的管制条件下及寻求可能暂时免除管制R-123,以及得知一些组织已经寻求对HFCs更为严厉的管制,空调及冷冻产业需要对科学的决定做一个明确的范例。他们要求对所有环境议题的整体的评估,将有利及不利的影响都考虑进去。

效率

几乎任何挥发性的物质都能够被当成冷媒使用。另外,不同的流体,在修正其理想操作循环后来配合其流体之特性,均有可能得到相同的性能系数(COP)。然而,可达成的性能效果于个别液体在简单的循环中是有所差别的。这些差别在实际的设备上会更大。

在使用于离心机的冷媒中,R-123较其它选择在理论效率上有3-5%的优势。空调及冷冻机构(Air-Conditioning and Refrigeration Institute)(ARI)在1996年11月所做的研究发现R-123对最好的可利用设 备有9-20%的效率优势。然而,自从那时起R-123已较其它选择出现很大的效果改善,这个差别已经扩大。这并不表示R-123冰水机的效果总是超越其它选择,因为可利用的效率范围重迭。当强调最高的效率时,它代表R-123冰水机有明确的优势。

这个效果利益成为区分总等值温暖化效应(total equivalent warming impact) (TEWI)或是寿命循环暖化效应(pfe- cycle-warming impact)(LCWI)的要点,其指出以等值的二氧化碳排放量来表示的释出冷媒及较大的系统能源的综合暖化效果。

图5比较了用最好的冰水机按照冷媒分类的TEWIs值。它也包含了冷却塔及冷却水帮浦能源消耗。它是以参考文献4的计算方法及及较早的提及的研究资料为基础。使用的GWP值是从最近的国际评估资料中攫取出来。就如同所示,淘汰用于效率最好的冰水机中之R-123将会提高净全球暖化影响达14-20%。

毒性

R- 22、R-123、R-134a及最常见的冷媒有轻微或很轻微的急性毒性(当意外地短时间单次泄露出来)会对皮肤及呼吸系统造成伤害。他们之中没有一种是致癌的、妨碍生殖或成长的、影响基因的、妨碍呼吸的刺激物。R-717(氨)是例外。它对皮肤及眼睛是具有腐蚀性的。它同时也会刺激呼吸器官,但是它的刺鼻气味则会告知它的外泄。

所有那些引述的冷媒除了R-717(氨)及R-718(水)之外都是会刺激心脏的。而所有的冷媒都是会令人窒息的物质。

在那些提及的冷媒中,所有的冷媒均会对技术人员及其它靠近或与他们一起工作的人仅造成相当低的职业风险,通常是慢性(长期,反复的暴露)。R-123是较R-22及R-134a具有较高的毒性,就如表现在它的可容许暴露极限(permissible exposure pmits) (PEL)及它在ASHRAE Standard 34(Designation and Safety Classification of Refrigerants)的安全分类上。R-717(氨)的毒性更强,但是他们之中没有一种是在联邦规定或当地建筑法规(建筑、消防及机械设备)中被定为"剧毒"或甚至是"毒"的物质。

在有适当的设备及良好的系统设计并且遵照建议的使用规则下,所有的这些冷媒都能被安全地使用。ASHRAE Standard 15(Safety Code for Mechanical Refrigeration)及建筑物、消防及机械设备的法规皆明确指出所需之最低的安全标准。

单独的毒性指数并不描述相对的危险性。大部分此种指数及暴露极限都是以无单位之体积的浓度表示,ppm v/v (parts per milpon by volume),或以相等的质量体积(mass per unit volume)来表示。因为不同的低压或高压冷媒会因其挥发性、破裂或其它排放情形之不同,在同量之漏情形下,会造成在同一室温中不同的浓度集中情形。正常的沸点27.8°C(82.0°F)下,大部分的R-123将在地板上冷凝成液体且在空气中的浓度会很低。相反地,R-22或R-134a将有较高的启始浓度,但是他们会消散地更快。因为冷媒从漏洞溢出的推动力是压力,高压冷媒较低压冷媒从同样大小的漏洞逃离的冷媒量将较为多。

就未来观之,R-123是比R-11,就其在使用之评比上,亦是安全或更为安全的。R-134a是最不具毒性而已商业化的冷媒。但是若不当使用下他们全部都会有危险发生的可能,冷冻系统最容易发生危险的部分是在工作场所。冷媒暴露的致死率,除故意的滥用外,是比闪电致死的机率小上20倍。这个记录在目前使用冷媒泄漏侦测器及遵守现今的安全标准及法规后应得到更好的改善。

至于FUD争议中,R-22在毒性的测试中真的会使老鼠长出恶性肿瘤。至于R-123及R-134a二者-后者只在浓度非常高时-使老鼠在长期的暴露下于老年时长出良性(非恶性)肿瘤的机率增加。以进一步的组织及其它测试为基础的重复毒性评量得到的结论是这些结果并不相关且不会对人类造成不寻常的危险。声称在R-134a及R-227ea的人体实验中有一个自愿者濒临死亡及被急救的说法粗略地扭曲发生的事实。后续的调查发现反应是因为实施测试的方法所引起的,而不是因为化学作用而造成的。多次在对动物及人体之高浓度测试中,以及非故意的暴露测试中所进行的测试已证实了该项发现。

参考文献19、21及22提供了进一步的冷媒毒性信息。

可燃性

在所提到的冰水机冷媒中,除氨及碳氢化合物之外,没有一种是在一般用来辨别冷媒的安全性的测试中具有可燃性。氨的可燃性是中等的,且它不容易被点燃。R-123及R-236fa在商业上 被当作灭火剂使用。

除了水之外,所有提过的冷媒对加压冷媒中的压缩机润滑油在喷雾的状况时都能保证防火。对可燃或有低灭火能力的冷媒,此种评论是特别真实的。

未来的成本

对未来的冷媒成本简短的回答是他们不需要很高。整个系统成本或甚至是设备成本中冷媒的成本是很低的。降低冷媒成本的策略方法是减低补充的需要。主要的关键是对新设备于工厂或工地的泄漏测试,遵守制造商所提的预防维修方法的建议,技术人员的训练及快速地对泄漏做出反应。他们包含加添冷媒的需要、泄漏侦测装置的使用及排气装置PRURGE运转时间的增加。

冰水机大战

冰水机大战这个名词描述出现于1990年代的市场行销活动、或FUD运动,其因为必须对冷媒及设备做出选择。

每一个冰水机的应用都有其适用的特别目的,但是大部分则是适用于一般的状况。下列的评论对一些FUD行销做出响应。

低压的设计通常成本较低,特别是对有高效率的冰水机而言。他们需要排气装置以除去渗入的空气,但是在负压的运转可以降低冷媒的泄漏(空气流入而不是冷媒漏出)。机组排气(排放移除的空气)同时也释放冷媒已是过去的看法。这个论点不符合现今采用几乎零泄漏的冷凝式排气装置之使用,特别是那些透过活性炭或其它回收的容器装置。

高压冰水机通常较精简,有助于在拥挤的空间或狭窄的通路中进行更换。他们通常以较低效率设计提供较低的设备-不是操作-成本。

R- 22、R-123及R-134a都是可以接受的选择。虽然R-22的设计将会是下一批将遭到淘汰的,R-22的存量及回收再利用的数量应能满足目前及新的冰水机未来多年的需求。主张使用者将会面临短缺或因价格的提高而被把持是有点言过其实。至于对R-11、R-12及其它CFCs或混合物含有CFCs(如 R-500及R-502)之使用机组而言,重点在于减少系统之泄漏、改善维修习惯,及控制目前的冷媒存量,包含那些正在使用中的机组。这些方法对所有的冷媒来说都是必要的,不只是那些必须较早停产的冷媒。

R-717(氨)也是值得考虑的。在适当的应用中它是一种优良的冷媒。例如包括工业制程,如食品及饮料加工及仓储,及溜冰场的冷冻系统等。氨不适用在意外的泄漏会威胁到大众安全的场所。

吸收式冰水机通常是较大型及较昂贵的,但是当它由其它废热或低成本的热气或燃料驱动时却享有较低的操作成本。如考虑到电力时,他们也是减低尖峰时间电力需求的一种方法。吸收式冰水机的效率是比蒸汽压缩式还要来得低很多,其结果会造成在大部份地区及应用上,产生较高或很高的TEWI或LCWI。

此种现象,有一个老故事可以比喻,关于一个部分填充的玻璃瓶的窘境。哲学家争论它是半满或是半空的;工程师则认为玻璃瓶不需要这么大。冷媒一半的事实也可以用类似的方式表示。这个答案不是他们是一半正确或一半不正确,而是他们通常并未提出适当的问题。

未来冰水机的冷媒

在未来较新的设计中使用R-134a、R-407C、R-410A、其它的混合物或R-717(氨)将会取代R-22。R-134a将来仍旧将被使用,并且它在大容量,超过15MW(4300 ton)冰水机的特定市场中将位居支配的地位。

较为困难的是R-123的替代,因为其所有可能的替代品都必须在效果及安全中做出妥协。明确的解决方法则是将R-123从蒙特娄公约及国家规定分阶段的管制中免除。该项免除可以是在限制作为冰水机冷媒使用的生产规定的条件。科学上要免除R-123管制的理由是很充分的,因为R-123对同温层臭氧的冲击是微乎其微的,它在降低全球暖化的效益是很大的,并且它的大气寿命是在冷媒中是很短的其中之一。

R- 245fa在大容量,3-15MWt (850- 4300 ton)并且备有多级的压缩机时,其效率可趋近于R-123的效率。但它并不确定能成为商业化冷媒。该项利用将会依照其成为发泡剂的市场接受程度而定,以达到可供应的生产量。尽管如此,R-245fa是很有可能比其它的冷媒还昂贵,因为其生产过程的成本缘故。对设备制造商来说,决定性的因素很可能是是否能够长期取得的保证。

建议使用R-601(正戊烷)、R-601a (异戊烷)或是他们的混合物将是非常危险的。这些碳氢化合物是易燃的,且离心机需要使用很大的冷媒充填量,很容易导致爆炸。此外,在负压下的运转操作将使空气容易渗入,而在压缩过程时有产生爆炸的可能。而除了安全的议题外,碳氢化合物及R-717(氨)均不能赶上R-123在冰水机运作时的效率,就如参考文献4及9所示。

结论

目前大多担忧的是转换成新冷媒的选择是没有任何保证的。工程师、建筑物所有人及其它在决定冰水机规格时相关的人员应该回复到传统的冰水机决定条件,以其成本、效果、当地制造商的支持、维修项目及信赖度为基础。我们会预期有更严格 的环境保护规定,而同时采取所有可能的步骤以降低冷媒的泄漏并且提高冰水机组之效率。

FUD行销运动已经使得老旧、低效率、易泄漏、及容易故障的设备的汰换变得迟缓。这个结果不仅伤害环境、且增加成本及使得冰水机市场变的狭小。

另外在认知到理想冷媒并不存在或不可能被发现,所有相关的人员必须坚持科学上对接受性的决定而不是受市场操纵。如果没有如此,产业竞争将会倒回至较不安全的选择而会恶化气候的变化。在降低的效率及更多能源使用的结果,那些选择亦将使其它迫近的议题更加恶化,例如氮的累积对大气环境之影响。

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