制冷技术与能源环境

内容提与制冷行内容提与制冷行业相关的环境问•臭氧层破全球变制冷工都与蒸气压缩式制冷的氟里昂类的工质密切相关（冰箱空调•解决的途制冷工氟里昂（卤代烷），例制冷工氟里昂（卤代烷），例如：R11，R12，R22，R134a，R32，R161饱和碳氢化合物（烷烃），例如C4H10（R600）无机化合物，例如混合物制冷工质共沸混合制冷工质，例如(50/50)）非共沸混合制冷工质，例如(44/52/4)），基于R161的混合制冷工质氟里昂制氟里昂制冷工氟里昂的定义：饱和烃类（碳氢化合物）的卤族（氟、氯）称。作为制冷剂的氟里昂主要是甲烷和乙烷的卤代物氟里昂制冷工质的类型：（按化学组成分类烷烃的氯、氟完全衍生物，即氯氟烃类烷烃的氯、氟不完全衍生物类烷烃的氟不完全衍生物类，HFCs，R134a（CH2FCF3）、（CH3CH2F制冷、空调、冷冻、冷藏领域的主要制冷剂是R22和R502（R22/R115）内容提内容提与制冷行业相关的环境问臭氧层破全球变都与蒸气压缩式制冷的氟里昂类的工质密切相关（空调）••解决的途臭氧层破臭氧层破由制冷行业引发的最重要的环境问题是指一些人合成制冷剂的排放对臭氧层的破坏••1974年Molina和Rowland提出了人造氯化物的放会破坏臭氧层的理论。后来，一项全球范围的臭氧层臭氧层空间位大气层由地表向外，可区分为对流层(0~20km)、平流层(20~50km)、中间层~100km)、电离层和磁气层m以上)等五个气层，其中%的气体集中於m高度以内，此部分的大气厚度与地球直径相比较还是非常薄的。大部分的臭氧则聚集於平流层中，吸收来自太阳的紫外线能量，致使平流层中高度愈高，温度愈高，所以平流层不会有垂直方向的扩散，而只有水平方向的流动臭氧浓臭氧层的臭氧层的产生及作产生在数亿年以前，地球上的大气中没有臭氧层，地球的表面受到来自太阳的紫外线强烈照射，地面上没有生物存在，仅有少数生物生存在水中，因为水能吸收紫外线，水中绿色植物不断地吸收大气中的二氧化碳，释放出氧气，扩散到空气中，而其中一部分的氧气在大气层的上层，受到紫外线的作用，依下式所示的反应式，氧气变成了臭氧而产生了臭氧层。O2+hν→2OO2+O→O3作用臭氧层对地球上的生命相当重要，因它能滤除紫外线，地球上生物才能登上陆地，展开另一种灿烂多姿的地表生活。据科学研究，臭氧减少10%，紫外线可能增加%，同时皮肤癌患者可能增加30%。臭氧洞被定义为臭臭氧洞被定义为臭氧的浓度小于D.U.，也即臭400D.U.。南极臭氧洞的面积柱浓度法：从地面到高空垂直柱中臭氧层的总厚度来反映大气中臭氧含量的方法，采用多布森单位（DobsonUnit）来表示1臭氧层如何被臭氧层如何被破1974年Molina和Rowland提出含氯的卤代烃在大气平流层会被阳光分解理论。该分解过程中游离出来的氯自由基将加速臭氧的分解Cl·自由基消耗臭氧的连锁循环过程如下CFXClY+hv→CFXClY-1+ClCl+O3→ClO+O2O2+hv→2OClO+O→Cl自由基与反应的速度比N与的反应快6倍。反应过程中释放的氯可以在平流层中存在好几年，因此一个自由基能够消耗1万个就不足为怪了。一般情况下CFCs放出一个氯自由基，但是剩下的基团可以通过与氧气等的后续反应，使CFCs中的全部氯都以破坏臭氧层的活动形态放出。与此类似，臭氧的消耗应反还可以通过溴原子来进行，这些溴原子是从卤代烷灭火剂即哈龙中释放出来的。虽然哈龙对臭氧的破坏能力比CFCs要高，但由于大气中哈龙的浓度要远低于s，整体而言，哈龙对臭氧的破坏要比CFCs小。在我国使用哈龙12和哈龙1301的数量很大，就其破坏臭氧层的能力而言是CFCs的3，其破坏作用不可忽视。罪魁祸罪魁祸含氯和含溴的简单卤代ODS与Substance）：消耗臭氧层物质，主要来源ODS与Substance）：消耗臭氧层物质，主要来源：制冷剂、泡剂、气溶胶、溶剂清洗剂、灭火剂ODP（OzoneDepletionPotential）：臭氧层消耗潜能、臭氧破坏潜能、臭氧破坏常见工质的工工11内容提内容提与制冷行业相关的环境问臭氧层破全球变都与蒸气压缩式制冷的氟里昂类的工质密切相关（空调）••解决的途全球全球变全球变暖的主要原因是温室效应。来自太阳的辐射的频谱和分布情况常接近于来自一个温度为5800K的黑体的辐射，峰值出现在波长为500nm的可见光区。当太阳辐射到达地球时，约有30%的能量被反射回了宇宙空间，剩下的大部分都会通过大气层抵达地球表面。它们会使地球变热，然后地球又成了一个巨大的黑体。这个黑体辐射频谱的峰值出现在红外区。而红外线将被大气中的水蒸气、二氧化碳和其他的红外线吸收物吸收，而无法穿过大气层。结果热量滞留了下来，地球表面的温度也就越来越高了。•温室温室效应加剧全球气候变趋全球气候变趋势：98、20019597、909991GWP与GWP（GlobalarmingPotential）：全球变暖GWP与GWP（GlobalarmingPotential）：全球变暖潜能，用于衡量某物质对于造全球变暖效应的能力强度。人为规定C的＝，其他物质的P为与比较的相对值。P越大，导致全球变暖效应的能力越强。制冷剂方面，有时也采用R1作为参考气体，其值计为HWP。同种物质的P为P的3500倍。（ltagt）：总等效温室效应，包括直接温室效应（温室气体的排放、泄漏及系统维修和报废时进入大气，造成影响）和间接温室效应（使用这些温室气体的装置因能耗（电能、燃烧化石燃料等）引起的二氧化碳排放导致的温室效应）。可见，是综合指标，对制冷剂而言，包括了制冷剂常见工质的GWP工工有那么严有那么严重吗全球变暖是好事，它可以使各个物种得以繁衍。但随着地球上人类的增多，大气中二氧化碳和其它温室气体的浓度不断上升，导致所吸收的红外辐射不断增加，并最终引起大气温度的上升及远期的气候改变。••另一种观点，全球变暖的主要根据来自对地球大气环境的计算机模拟而不是来自实验和观察。虽然这些计算比较深入，但是它们也会有一些局限。它们只能达到在各种假设前提下的一定精度。此外，模拟的结果只能作为较浅显的数据被接受，还需要进一步验证。实际上，大部分证据都是比较含糊的。那么，对地球变暖一直存在不同的观点。各种说①不能肯定地各种说①不能肯定地说，冰山融化、飓风是随机事件、是气候变化的证据还是自然循环的正常现象••②在不同的地球温度的测量方法之间也存在争论。表面测量指出地球的温度在不断升高，但过去二十年内的卫星监测却没有反映出这么大的变化期间还做过轨道修正)。•③学术界还有这样的观点：即使确实有温度变化存在，但它并非是由温室效应所引起，而是有其他的原因。例如太阳黑子变化和太阳活动的增强。•④即使是那些证明大气中二氧化碳浓度上升的证据，现在也经受着严•⑤假设二氧化碳的浓度和大气的温度都是在上升，这也并不能说明是二氧化碳致使大气温度的变化，反之亦然。1979年1月至19991979年1月至1999年4月星和地表温度测量的比•图中地表温度的测量是在遍布全球的陆基观测站中进行的，并利用表层水温来代表大洋的温度。这样获得的测量数据的精确性遭到了抨击，理由有很多：热岛效应、测量点无法覆盖全面、恶劣的数据记录条件、海洋表面温度的测量并没有取样表面的空气，而是取了停船所在点下方1~20m深的水温。卫星测量使用了微波成像技术来记录大气中氧分子的微波发射情况，并将这些记录转化为大气温度的垂直分布图。因为卫星会以固定的周期环绕地球飞行，所以它的覆盖面非常完整。对于对流层和平流层有不同的温度分布图，但它们在过去的二十年中表现出的变化都很小。热气球测量的结果与卫星测量是吻合的。而且卫星监测表明，大气的温度结构要比数学模型中所作的假设复杂的多。困要从一段短期的趋势中去预测地球这样一个非常复杂、紊乱和非线性系统的长期变化目前还比较困难。不管这些科学争论是否有意义，但是确实出现了大规模的民众意愿促使各国政府采取种种措施去减少温室气体的排放。就此而言，重点是在二氧化碳上，但现在覆盖面却被扩展到了甲烷和制冷剂上，制冷工业也困要从一段短期的趋势中去预测地球这样一个非常复杂、紊乱和非线性系统的长期变化目前还比较困难。不管这些科学争论是否有意义，但是确实出现了大规模的民众意愿促使各国政府采取种种措施去减少温室气体的排放。就此而言，重点是在二氧化碳上，但现在覆盖面却被扩展到了甲烷和制冷剂上，制冷工业也就自然受到了影响••这些引起争议的政策来自于这样一种说法：全球变暖的后果过于危险，以至就算当前我们虽然没有充分的证据也要不惜一切的去阻止它内容提内容提与制冷行业相关的环境问臭氧层破全球变都与蒸气压缩式制冷的氟里昂类的工质密切相关（空调）••解决的途解决途解决途••••政策制氟利昂的替代技政国际制冷学会在198年召开了第政国际制冷学会在198年召开了第16届国际制冷会议，在巴黎的圆桌会议上讨论了CF的排放及它们对环境的影响等主题。与会者当时的感觉是假如CFC对平流层中的臭氧产生了影响，那么这种影响的进程也是非常缓慢的，不需要制定强硬的规则来限制CFC的排放。他们认为有足够的时间来对这一问题进行深入研究。在圆桌会议上，臭氧层遭到破坏的问题受到了广泛的关注，但是温室效应仅仅被一笔带过的赞助下签署了《保护臭氧层维也纳公约。由于认识到这个问题的全球性，24个工业国（包括欧洲经济共同体）于1987年9月16日签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定》，限制使用对臭氧层有破坏作用的物质，所有CFC和哈龙的主生产和消费国都在这个协议上签了字政政对于哈龙12，130和240，在2年前维持6年的消费水平，少于个碳原子的CFC被定义为过渡物质，对于某些发展中国家（他们的消费不足/年人），给予了特殊的考虑。紧接着蒙特利尔会议，又在海牙（1988）、赫尔辛基（1989）、伦（199）、内罗毕（199）、哥本哈根（199）、北京等地举行了会议。因为这个问题的严重性和紧迫性变得越来越清楚了（是全世界努力研究的结果），更多的国家联合起来了，制定了逐步禁用更多物质的时刻表。政在1992政在1992年11月有100个国家参加的哥本哈根会议上，对蒙特利尔协议的进行了HCFC来说，对每年消耗量的ODP最大值制定了有关规定，该值是以下两项之和：1.1989年中有1~3个碳原子的HCFC的消耗量从以上的论述中可以看出对臭氧层有破坏性的物质所导致的威胁已经把人类命运联系在了一起，而不管各国之间是否存在着巨大的差异。许多国际合作性质的工业和研究活动也已经开展了。在所有的工业国家中，德国在计划逐步取消有害物质的日程表的道路上比其他国家速度要更快一些。包括中国等发展中国家对于遵守这个日程表也作出了相应的承诺。解决途解决途••••政策制氟利昂的替代技氟里昂替由氟里昂替由于常用制冷剂氟里昂对大气臭氧层的显著破坏作用和日益扩大的空洞使氟利昂的替代研究成为环境保护的重要议题，也成为制冷技术的一大难题。••在制冷剂的选择上既要考虑其环境友好性，又必须考虑制冷的能耗，则会导致全球温室气体二氧化碳排放的增大•寻求无公害、性能优异的制冷剂和研制新型制冷方式已是制冷技术领的最为重要的研究课题氟里昂替目氟里昂替目前关于氟利昂替代物的研究主要有两个方向的做法••一种是直接选用符合各项条件的最有前途的制冷剂，比较有影响力的案是德国绿色和平组织所推广的在冰箱中使用碳氢化合物，即丙烷和异丁烷的混合物R290/R600。他们认为以该混合物替代R12（CFC）比使用（HFC）效果要好。•另一种方法是逐步实现制冷剂的替代，可以先按蒙特利尔议定书要求择对臭氧层破坏性小、而现今技术已经比较成熟的制冷剂，如（HCFC22），只含有一个氯原子且结构稳定。同时加快新工质研究，待其技术发展成熟之后，进行全面替代。氟里昂替氟里昂替氟利昂的替代工质大致上可以分成三类••第一类是人工合成的替代工质，主要是HFCs（例如R161）ODP=0(即臭氧层衰减指数为)，但大部分HCs温室效应值较高(GWP值)，属于温室气体，不过其排放比例很小，1997年约为1，2030年预计也仅为2.4%。通过改进机械设备设计、提高能效以减少泄漏排放量，积极开发适用于HFC类制冷剂、高稳定性且成本低廉的润滑油等，HFCs将是很好的环保替代制冷剂•氟里昂替氟利昂的替代氟里昂替氟利昂的替代工质大致上可以分成三类••第二类是纯天然工质替代物，包括碳氢化合物CHx和CO2等NH3也属于天然工质制冷剂•此类替代物ODP=0，且GWP值很小；但碳氢化合物易燃，安全性差必须加强安全预防措施；CO2对压比要求高，需采用涡轮膨胀机等，•近十年对天然工质的研究正逐步深入，具有很大的发展前景氟里昂替氟氟里昂替氟利昂的替代工质大致上可以分成三类••第三类替代物是绿色环保混和物。此类工质种类众多，多为多元混合物•这是由于混合物可以充分发挥“优势互补”的作用，如在发挥环保性能解决途解决途••••政策制氟利昂的替代技环保型制冷技环保型制冷技术的发目前比较现实的环保型制冷技术主要有：吸收制冷和吸制冷式两种制冷方式，它们都是热驱动制冷••此外，还有采用热能驱动的热声制冷等•共同特点是以热能作为驱动源所采用工质具有良好的环保特性吸收式制•冷吸收式制•冷凝器节流阀蒸发器发生器溶液节流阀吸收器溶液6•发生器－吸收器组为热化学压缩吸收制冷工质吸收制冷工质对选吸收式制冷机的工质，通常采用两种不同沸点的物质组成的二元溶以低沸点（或易挥发）组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂。两种组分••为使吸收式制冷机具有良好的性能，工质必须具有良好的性质：其中冷剂的性质要求与压缩蒸气制冷循环相同，而吸收剂则必须具有强收制冷剂的能力，此能力越强系统中所需要的吸收剂循环量就越少，可以节省发生器加热量，同时减少吸收器冷却负荷和液泵功率等。•对于工质对的选择，“易于吸收”和“易于发生”是一对矛盾，需要仔吸收制冷工质吸收制冷工质对选吸收式制冷的工质对按制冷剂的不同可以大致分为•（1）以水为制冷剂的工质：因水的冻结点为0℃，只能适用于工温度在0℃以上的吸收式制冷机，其中以水-溴化锂（H2O-LiBr）的用最为广泛（）以氨作为制冷剂的工质对收氨的性质，适用于工作温度在0℃以下的吸收式制冷机。由于氨与水沸点相差不大，在发生器中发生出的氨蒸气中含有一定数量的水蒸气，需要采取精馏措施，提高氨蒸气纯度，因而系统比较复杂。吸收制冷吸收制冷工质对选吸收式制冷的工质对按制冷剂的不同可以大致分为•（3）以醇为制冷剂的工质对：甲醇类工质具有化学性质稳定，热物性好，对金属无腐蚀等优点。但是其溶液密度小，蒸气压力高，在气相中混有吸收剂，可燃，粘度大，工作范围窄。乙醇类工质性能较甲醇差，但发生温度低，适用于太阳能吸收式制冷机。醇类工质具有在0℃以下的蒸发温度，吸收能力强，不需要精馏，但工作中易发生结晶现象。（4）以氟利昂为制冷剂的工质对：适用于工作温度在℃以下的太阳能吸收式制冷机。在高发生温度，低冷凝温度下采用F（三甲替甲酰胺）有利。相反条件下采用E（四甘醇二甲醚）为临被淘汰吸收制冷现目前吸收式制冷机的主导产品是以溴化锂溶液为吸收剂、以水为制冷剂的吸收制冷现目前吸收式制冷机的主导产品是以溴化锂溶液为吸收剂、以水为制冷剂的溴化锂吸收式制冷机(含热泵)，和以水为吸收剂、以氨为制冷剂的氨-水吸收式制冷机。••其主要特点是利用热能为动力，能源利用的范围广。它可由余热、废热、加工过程排等驱动，因而具有节能特性，能适合环保需要；以热能为动力的吸收式制冷耗电量非常小，所需用电量仅用于泵回路及控制回路的需要整个机组除功率较小的泵外，无其它运动部件，运转安静以溴化锂水溶液为工质，无毒、无臭，满足环保要求，制冷机在真空系统下运行，无爆炸危险，安全可靠；以氨水溶液为工质的系统在正压下工作，微量泄漏有氨臭，但能符合地球环境保护要求。制冷量调节范围广，在%的负荷内可进行无级调节，对运行条件变化的适应性强。吸收制冷现•其主吸收制冷现•其主要缺点是对溴化锂系统来说，溴化锂水溶液对普通碳钢有较强的腐蚀性不仅影响到机组的寿命，而且影响到机组的性能与正常运行；真空行对气密性要求高，即使渗入微量空气也会影响机器的性能；此外该类系统只能在0℃以上工作。对氨-水系统来说需专门的精馏设备；氨具有一定毒性和爆炸性该类系统热效率相对较吸附制•吸附（a吸附制•吸附（asortion）：当气体或蒸气与固体表面（固体外表面及内部孔隙的表面）接触时一部分的气体分子会被吸引并附着在固体表面上的现象。•物理吸附（physicaladsorption）：气体分子被固体表面吸附时是依•化学吸附（chemicaladsorptionchemisorption)：吸附是靠气体分子和固体表面分子间有电子交换或共用的化学结合力。•脱附（desorption）：吸附的反过程吸附制冷吸吸附制冷吸附式制冷机由吸附式压缩机和制冷部分组成••吸附式压缩机由几个被交替加热和冷却的吸附筒及各自的进排气阀门构成。为确保有稳定的连续流量，每一时刻至•制冷部分大多数都采用节流方案有任何运动部件，可以与吸附式压缩机的特长相一致。吸附制冷过加热与吸附制冷过加热与增加热与解冷却与减冷却与减吸附制冷机的特与蒸吸附制冷机的特与蒸汽压缩式制冷系统比，吸附式制冷具有结构简单、一次投资少行费用低、使用寿命长、无噪音、无环境污染、能有效利用低品位热源等一系列优点。••与吸收式制冷系统比，吸附式制冷不存在结晶问题和分馏问题，且能够•一个设计良好的固体吸附式制冷机系统，其价格效用比可优于蒸汽压缩•目前在固体吸附式制冷领域主要涉及三个方面的固体吸附式制冷方式：活性碳-甲醇／氨)、分子筛-水、金属氢化物-氢。•其缺点是效率相对较低，吸附剂体积、重量较大热声制热声机械热声制热声机械以热声效应为基本工作原理简单地说，热声效应就是热能与声能之间相互转换的现象•••从声学角度讲，热声效应是由于处于声场中的固体介质与振荡流体之间的相互作用，结果导致在距固体壁面一定范围内产生沿着（或者逆着）声传播方向的时均热流和时均功流•按能量转换方向的不同，热声效应可分为两类：一是用热能来产生声功，即由热能驱动的声振荡；二是用声能来产生热流，即由声能驱动的热量传输。对应于该两类热声效应，热声机械可分为热声发动机（器或者热声压缩机）和热声制冷机。••按照热声