3.1.4 制冷剂的发展历程在线视频

下面 我们来看看

制冷剂的发展历程和我们面临的挑战

制冷剂的发展历程 就是制冷技术的发展历程

制冷剂在人工制冷技术的发展初期

主要采用天然制冷剂

如CO2 NH3 SO2

到了20世纪20年代

一些碳氢化合物 也被用作制冷剂使用

如 丙烷 一氯甲烷 异丁烷等

在1928年 研发出R12制冷剂后

陆续研发出R22 R32 R134a等

氟利昂族制冷剂 推动了制冷技术真正的革新

人类开始从采用天然制冷剂

步入了采用合成制冷剂时代

从此

企业可制造出各种容量的制冷设备产品

服务于 各种商用与民用建筑以及工艺过程

1974年

加利福尼亚大学的Rowland教授

发现了含氯（Cl）氟利昂制冷剂

破坏我们赖以生存的O3层

随后 于1987年

联合国环境规划署（UNEP）就组织制定了

《关于淘汰臭氧层消耗物质（ODS）的蒙特利尔议定书》

提出了ODS的淘汰计划

其中 含氯制冷剂CFC首当其冲

必须尽快淘汰

这就是 著名的CFC问题

反映物质破坏臭氧能力强弱的指标

就是 前面我们介绍的ODP

在臭氧层破坏问题逐步得到控制以后

温室效应

便成为了保护地球环境最为重要的问题

研究表明

除CO2等温室气体外

含氟（F）制冷剂

也是导致地球温度升高的重要原因之一

故 在1997年国际社会制定了《京都议定书》

要求世界各国 要逐步淘汰高GWP的

HCFC以及HFC等物质

并要求逐渐减少化石燃料的消耗

虽然

制冷空调是创造人类美好生活的伟大发明

但制冷剂对环境的破坏

却给制冷空调产业带来了巨大挑战

我们要去寻找零ODP 低GWP的制冷剂

用我们的智慧去创造美好的生活

保护我们的地球

氯氟烃等ODS物质

为何能破坏地球环境的保护罩 臭氧层呢

首先 我们来看看地球周围的大气层结构

厚厚的大气层包裹着地球

是地球的保护层

其主要是氮气（占78.1%）

氧气（占20.9%）

还有少量的CO2 惰性气体和水蒸气

大气层的空气密度 随高度增大而减小

越高空气越稀薄

整个大气层沿高度的分布分别为

对流层 平流层 中间层 暖层和散逸层

O3层 距地面20~25km

是平流层中O3浓度最高的层次

实际上

O3的浓度非常稀薄

若把臭氧层的臭氧校订到标准情况

仅仅只有3mm厚

它主要是由于氧分子

受太阳光的紫外线的光化作用形成的

使氧分子变成了O3分子

O3层 是地球环境的保护层

紫外辐射在高空被臭氧吸收

对大气有增温的作用

同时保护了地球上的生物

免受远紫外辐射的伤害

透过的少量紫外辐射

有利用杀菌

对生物大有裨益

到达地球臭氧层的

具有高ODP的CFC和HCFC物质

受太阳光紫外线照射 发生光分解反应

释放出Cl原子

Cl原子与臭氧O3反应

生成ClO 和 O2

而 ClO与O原子反应 又释放出Cl2

发生这一系列的连锁反应

从而连续不断地分解 破坏臭氧层

这个现象 最早在南极被发现

所以叫做南极的 “臭氧空洞”

图中的左侧 示出了臭氧层被破坏的过程

右侧 是臭氧层已经被破坏的状态

没有了臭氧层

太空中的紫外线 直接照射到地球表面

导致很多生物的物种消失

皮肤癌的病人增多

另一方面

地球表面或大气中产生的热量

以红外辐射方式向宇宙进行散热

从而冷却地球表面或大气层

但是

大气中的CO2和氯氟烃

特别是 高GWP的含F制冷剂分子

其C-F键具有强烈的吸收红外线的能力

吸收红外辐射的大气温度升高

就像在地球外面罩上了一个非常大的塑料薄膜罩一样

太空中的短波辐射 能够直接进入地球

而地面产生的长波辐射 则不能进入太空

导致地球的温度逐渐逐渐升高

这就是地球的 温室效应

关于著名的CFC破坏臭氧层问题

最早是由大气化学家

加利福尼亚大学M.J.Molina（马里奥・莫林）

和F.S.Rowland（舍伍德・罗兰德）教授

于1974年发现的

这是一个重大发现

因此

他们与荷兰的P.Crutzen（保罗・克拉兹）教授

共同分享了1995年的诺贝尔化学奖

以表彰他们 在平流层臭氧化学研究领域

所做出的卓越贡献

特别是提出了平流层O3受人类活动的影响问题

并进行了深入研究

让我们来看看 过去和现在

常用的制冷剂的ODP和GWP的大小

需要说明的是

ODP 是以臭氧消耗潜值最大的R11为基准1

GWP 是以R744 即CO2为基准1定义的

故 ODP的数值在0~1之间

而 GWP则为0~∞

从图中 可以看出

R11 R12 R113 R114 R115五种CFC制冷剂

ODP和GWP都非常高

对环境破坏最为严重

属于蒙特利尔协议确定的首批淘汰物质

R22 R123等HCFC物质

由于仍然含有氯原子

故 ODP仍大于0

无论GWP高低

都必须进行淘汰

第三 由于HFC物质中不含有氯原子

故 ODP=0

但由于含有氟原子

其 GWP值都较大

根据

《蒙特利尔议定书》“基加利修正案”的规定

也将从2019年开始逐步进行淘汰

因此

我们急需寻找0 ODP 低GWP制冷剂

以确保我们制冷空调产业 能够健康

可持续发展

淘汰高GWP物质 是我们艰巨的任务

另外

虽然CO2的GWP 只等于1

但我们人类社会排放CO2的产量巨大

因此

制冷剂替代与CO2减排

是关系到世界能源与环境的重大任务

基于此

联合国环境规划署 自1997年提出的

《京都议定书》开始

到2009年的《哥本哈根议定书》

再到2015年的《巴黎协定》

逐步升级 高GWP物质的淘汰计划

和CO2的减排力度

由于《蒙特利尔议定书》的执行效果很好

故 在制冷剂方面

已将《巴黎协定》中关于制冷剂的部分

纳入《蒙特利尔议定书》管理体制

并在2016年提出了

《蒙特利尔议定书》“基加利修正案”

要求全球从2019年开始（推进）

高GWP的HFC的淘汰进程

逐步淘汰R134a R410A R407C R404A等物质

为在本世纪末 防止全球升温贡献0.5℃

这里

我再想对《巴黎协定》减排任务

做进一步的说明

《巴黎协定》的主要目标是

在本世纪末

将全球平均气温上升幅度

控制在工业化前水平以上2℃以内

争取控制在1.5℃以内

具体而言

2050年全球的CO2排放总量 应不高于150亿吨

然而

我国2015年的CO2排放总量

已超过100亿吨 约40亿吨标煤

按照《巴黎协定》的减排要求

到2050年的时候 我国CO2排放总量仅能在35亿吨/年

换句话说

仅有14亿吨标煤/年的用能限额

其中

建筑用能只有3-4亿吨/年标煤

一方面 我们要不断创造人民的美好生活

同时 还需要应对气候和能源问题的挑战

我们应该怎么做呢

我们建环人必须做到

第一 进行能源革命

彻底改变能源结构

发展可再生能源和核能

第二 发展绿色建筑技术 高效利用能源

创造美好生活

到2050年

还有30年

时间非常紧迫

这个任务

就是赋予你们这一代年轻人的历史使命

光荣 而艰巨

那么

制冷剂 今后应向哪个方向发展呢

在《蒙特利尔议定书》的约束下

高ODP的CFC制冷剂已经被淘汰

目前

ODP较低的HCFC制冷剂 仍有使用

但已经绝大部分被ODP=0的HFC物质替代

但这些制冷剂的温室气体减排不明显

因此 需进行二次替代

将被0零ODP 低GWP的天然制冷剂

或者是合成制冷剂 是未来的一个发展方向

这些制冷剂 主要包括

CO2 NH3 R32 R290

以及HFO （Hydrofluoroolefins）等物质

HFO是碳 氢 氟组成的烯烃

因其在大气中的寿命一般很短

故其对地球的环境危害性较小

R1234yf R1234ze等制冷剂

就是典型的HFO系列物质

但 其现在的价格非常昂贵

这幅图 给出了目前使用的

和未来具有替代可能性的制冷剂

的典型特点和使用要求

从图中 可以看出

从下到上 这些制冷剂的压力逐渐逐渐提高

也对产品的研发带来了挑战

最后 我们给出了

在《蒙特利尔议定书》“基加利修订案”实施以后

各种制冷空调产品

可能采用的制冷剂的发展方向

从表中 可以看出

未来R32 R290 HFO和CO2 NH3等制冷剂

是最有可能成为相应产品的制冷剂的

建设生态文明

创造美好生活 是我们一直追求的目标

建筑冷热源设备面临着《巴黎协议》

和《蒙特利尔议定书》任务的挑战

这个任务 就落在了你们这代人的身上

相信你们一定能够在这个战役中 取得辉煌的战果

关于制冷工质一讲中的“制冷剂”部分

就讲到这里

谢谢大家