漫谈冷媒的 “前世今生” 看懂四代冷媒进化史

2023-06-25 行业资讯丨美思编辑部

冷媒的发展史

人类古时利用阴凉的洞穴或者天然冰雪来降低食物储藏温度,以免食物腐坏。

中国湖北随州擂鼓墩曾侯乙墓出土的战国时期的“青铜冰鉴”是中国古代的“冰箱”,用作冰酒之用。

直至1834年,曾是金匠学徒的美国发明家、机械工程师、物理学家雅可比‧帕金斯偶然下发现当某些液体蒸发时,会产生一种冷却效应,从而诞生了制冷的原理。帕金斯于同年8月14日获得了第一项蒸气压缩制冷循环专利,并在他所设计的蒸汽压缩制冷设备中使用二乙醚(乙基醚)作为制冷剂。二氧化碳(CO2) 和氨(NH3)分别在1866年和1873年首次被用作制冷剂。

1902年,现代空调系统发明者威利斯·开利给纽约布鲁克林印刷出版公司安装了自己设计的调节空气温度和湿度的设备,开启了空气调节系统(即“空调”)广泛应用的新纪元。

1923年,瑞典工程师布莱顿和孟德斯发明了第一台用电动机带动压缩机工作的冰箱。

1930年,托马斯·米基利与查尔斯·凯特灵一起,发现了一个性能优良的制冷剂——二氯二氟甲烷。二氯二氟甲烷是氯氟碳化合物(CFC)的一员,米基利将这类化合物称为“氟利昂”(Freon),此后CFC很快替代了当时一些有毒或有爆炸性的制冷剂,成为最主要的制冷物质。

到20世纪70年代,氯氟烃在世界各地普遍存在,被用作冰箱和空调的冷却剂、气溶胶喷雾罐和工业清洗剂。

1974年,科学家马里奥·莫利纳(Mario Molina)和舍伍德·罗兰德(F. Sherwood Rowland)发表了一篇论文,从理论上阐述了氯氟烃可能破坏地球平流层的臭氧。1985年,英国南极勘测局证实了臭氧层上的一个空洞,并认为了这与氯氟烃有关。

冷媒淘汰进程

CFCs氟制冷剂具有较高的臭氧消耗潜能(ODP)和全球变暖潜能(GWP),会直接造成臭氧层破坏、大气污染等问题,严重影响生态环境。由此,1987年,28个国家代表共同决议并制定了国际公约《蒙特利尔议定书》,进而推动全球氟制冷剂的更迭换代,以实现可持续性发展。


2016年10月,《蒙特利尔议定书》所有缔约方达成了旨在管控HFCs的《基加利修正案》。根据《基加利修正案》的管控目标,截止2050年,全球HFCs消费量将减少85%左右。履行《基加利修正案》可避免全球温度上升0.4℃。

2021年4月16日中法德领导人视频峰会上,中国国家主席习近平宣布“中国将力争于2030年前实现二氧化碳排放达到峰值,2060年前实现碳中和”。

2021年6月17日,中国常驻联合国代表团向联合国秘书长交存了中国政府接受《〈关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书〉基加利修正案》,将氢氟碳化物(HFCs)纳入管控范围。该修正案已于2021年9月15日对我国正式生效。

根据《基加利修正案》的要求,包括中国在内的第一组发展中国家,应在2024年对氢氟碳化物(HFCs)的生产和消费进行冻结,2029年开始执行第一步削减10%的计划,2045年削减80%。当前我国制冷剂市场正处于三代对二代制冷剂产品的更替期;二代制冷剂配额持续削减中,三代制冷剂进入配额基准期,产能扩张已基本结束。

全球各国对蒙特利尔条约的实施计划表

四代冷媒的成分及安全性

含氟制冷剂主要消费行业包括家用/楼宇空调、冰箱冷柜、工商制冷、汽车空调、消防器材生产、发泡剂生产、气雾剂生产等领域。

国内新生产的空调除少部分仍采用R22外,主要采用第三代制冷剂R410a或R32,冰箱目前使用的制冷剂已基本转向碳氢制冷剂R600a。汽车空调已实现对R12的淘汰,转向使用三代制冷剂R134a, 欧美部分高端车型开始使用GWP值较低的第四代制冷剂HFO-1234yf。


不同的冷媒,其安全等级也是不同的,安全性主要包括毒性和可燃性。国家标准《制冷剂编号方法和安全性分类》GB/T 7778-2017将制冷剂的毒性分为A类(低慢性毒性)、B类(高慢性毒性),将可燃性分为第1类(无火焰传播)、第2L类(弱可然)、第2类(可然)、第3类(可燃易爆)。根据GB/T 7778-2017,制冷剂安全性细分为8类,分别为:A1、A2L、A2、A3、B1、B2L、B2、B3。其中,A1最安全,B3最危险。

各类冷媒的广泛应用提升了人们日常工作与生活的便利性与舒适性,与此同时,如何避免第三代、第四代冷媒燃烧爆炸或高压泄露也成为了关注的焦点,新型冷媒监测传感器、检测仪的应用势在必行。

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