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    理想制冷剂的选择

    雷竞技app下载官方版raybet雷竞技app     2020-06-29

    1氟利昂的出现

      在各种媒体文章与课本中,一提到氟利昂,总是会同时出现臭氧层空洞的身影。笔者还在中学读书的那个年代,臭氧层空洞受到的关注度远比现在要火爆得多。那么,氟利昂到底是什么?为什么现在受到的关注变少了?

      其实,氟利昂本是美国杜邦公司的注册商标名字(商标的拥有者现为Chemours公司),被用作某些卤代烃的统称,常温下都是无色、无味或略有气味、无毒或低毒、化学性质稳定的气体或液体。

      在上个世纪的二十年代,制冷技术已经普遍应用,但制冷剂仍存在着安全性与耐久性的问题。在杜邦公司与通用汽车公司发起的一个合作研究项目中,Midgley等人寻找到了一种稳定无毒、熔沸点合适的制冷剂,这就是大名鼎鼎的氟利昂。到了1930年,通用汽车公司与杜邦公司成立了Kinetic公司,开始量产氟利昂,也正是从这时起,氟利昂开始大量积累到大气层中。

    2氟利昂的危机

      臭氧层空洞危机的出现曾经给了制冷与空调行业最巨大的一次搅动。直到20世纪70年代,人们才首次意识到氟利昂的使用会消耗保护地球免于大部分有害紫外线的臭氧层,紧接着到了80年代,科学家首次在南极上空的臭氧层中发现了一个空洞,过量的紫外线已经威胁着南极海洋中的动植物生存。

      那臭氧层的破坏为什么会和氟利昂扯上关系呢?解释起来很简单,前面说过氟利昂是某些卤代烃的统称,卤代烃即卤族元素(包括氟、氯等)取代烃类物质中的氢原子所得到的物质。由于化学性质稳定,这类物质进入大气层后,几乎全部会升浮到臭氧层中,在紫外线照射作用下,才会剥离出氯自由基,反复破坏臭氧分子,使臭氧层厚度减薄或出现臭氧层空洞。

      在此,值得一提的有两件事。一是人们常常都一想到氟利昂就觉得是非环保,是破坏臭氧的凶手。其实不然,卤族元素中主要是氯会破坏臭氧层,而氟不会。科学家给出了一种指标用来定量衡量对大气臭氧层的消耗程度,即ODP值。含氟不含氯的氟利昂,其ODP值等于0,也就是百分之百不消耗臭氧。二是也有阴谋论认为氟利昂消耗臭氧层是源于杜邦公司与其他公司的斗争所捏造夸大的,认为臭氧层空洞之所以最先发生在两级正是太阳风的原因,臭氧层空洞也只是属于周期性现象。臭氧空洞出现的原因的确有很多种,但最根本、最主要的原因还是氟利昂对其的消耗,70年代首次发现此现象的三位科学家也因此获得了诺贝尔奖,而阴谋论的来源主要还是《科学美国人》这类非严肃性的科普杂志。希望同学们以后能记住一点,科学研究的成果只有经过同行评议后发表在专业期刊上,才是可靠的有价值的论据来源。这个信息爆炸的时代,是最好的时代,也是最坏的时代,是智慧的年代,也是愚蠢的年代。你可以在互联网上很方便地汲取想要的各种知识,你也会发现互联网上充斥着各种为吸引眼球或为了各自利益所编造或夸大的各种谎言。转基因安全性,基站辐射危害性,PX毒性程度这些社会热点问题,同学们都可以尝试着去了解各方的观点,多做一些相关资料检索,培养自己独立判断的能力。

    3.氟利昂的更新换代

      根据氟利昂中氢原子被卤族元素的取代情况,可以将氟利昂分为三类,分别是

      CFCs:烃类中的全部氢被氯、氟取代

      HCFCs:烃类中的部分氢被氯、氟取代

      HFCs:烃类中的氢部分被氟取代

      其中,CFCs因为含有氯,对臭氧层的破坏最为严重,自1987年《蒙特利尔国际议定书》及其修订案执行以来,其淘汰进程已基本结束。而HCFCs由于其有的氢对氯破坏臭氧作用的抑制,其ODP值要比CFCs低很多,如制冷剂R-22(HCFCs)的ODP值只有制冷剂R-12(CFCs)ODP值的5%左右,虽然其破坏臭氧的作用有减缓,但目前全球也进入了HCFCs的加速淘汰阶段,不过现阶段仍在普遍使用中,如中央空调的大型制冷机组使用的制冷剂。HFCs由于不含氯,对臭氧层无害,但由于其温室效应潜能值很大,1997年的《京都议定书》已将HFCs定位需限制排放的温室气体范围。

      所以,ODS(消耗臭氧层物质)的更新换代计划所要做的就可以简单概括为:(1)用HCFCs逐步代替CFCs,(2)用HFCs逐步代替HCFCS和CFCs。

      值得我们欣喜的是,基于NASA(美国宇航局)的观测数据。1998年以前,臭氧空洞一直在增大,1998年以后,臭氧空洞面积已经反应出趋于稳定或改善的趋势。

    4.理想制冷剂的选择

      制冷剂的选择是一个复杂的问题,在实际应用中,不会仅仅考虑其对臭氧的破坏作用,考虑的因素包括但不限于全球变暖潜值,沸点,压力,安全性,稳定性,腐蚀性,可燃气粘滞度,水溶性,理论循环制冷系数,气化潜热、导热系数、压缩机压缩过程等等,往往没有十全十美的选择,只能在限定范围内寻找一个最优解。例如在国家标准GB-T7778中就引入了美国LEED标准中对制冷剂环境影响的评估公式,综合考虑了全球变暖潜值、臭氧消耗潜值、制冷剂年泄漏率、寿命终止时的制冷剂损耗率、充注量、设备寿命等。再比如制冷剂A比制冷剂B的全球变暖潜值要低,但A的制冷效率也低于B。这就意味着为了获得相同的制冷量,A需要比B更多的电能,也就意味着A的选择导致了更多的二氧化碳排放。所以A与B哪个环境更友好,需要更周全的权衡评估。

      历史在曲折中发展,甚至偶尔会有一些反复。比如R123这款制冷剂,本身属于HCFCs,在《蒙特利尔国际议定书》中的限制范围中,欧盟已经禁止使用,部分发展中国家可以延缓到2040年。但其作为全球最大的冷水机组制造商选用的制冷剂之一,本身毒性小,不易燃,能效比仅次于另外两种环境不友好的制冷剂。所以最近也有一些国际评估指出,R123由于其臭氧消耗指数很低、全球变暖潜值很低、大气寿命极短,故对环境的全面影响很小。

      所以,鉴于缺乏完美制冷剂的替代方案,未来制冷剂的选择一定会确保对所有因素作整体考虑和综合评估,而不是单独一个个分开处理。

    
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