（上海交通大学制冷与低温工程研究所）

1.臭氧层的破坏和二氧化碳气体的温室效应成为现今全球环境问题的中心议题

90年代世界环境科学的研究热点转向了地球环境，也即臭氧层的破坏和二氧化碳气体的温室效应，可持续发展成为环境科学和国际政治的重要议题。

1985年3月，世界21个国家和欧共体签署了第一个国际性的保护臭氧层的条约——《保护臭氧层维也纳公约》，公约要求缔约国采取适当措施减少对臭氧层的破坏。1987年9月在加拿大蒙特利尔会议上通过了划时代的《关于臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，议定书及其修正案定义了CFC和哈龙等臭氧耗损物质为受控物质，破坏力较小的HCFC物质为过渡物质，它要求发达国家在96年1月1日前停止受控物质的使用，并逐渐削减过渡物质的使用量。同时它给予发展中国家一定的延缓期，在2010年最终淘汰受控物质的使用。

1992年在里约热内卢签署的《气候变化框架公约》规定，到2000年温室气体的排放量应控制在1990年的水平上。1995年在柏林召开的第一次缔约国大会确认，工业发达国家到2000年二氧化碳的排放量控制在1990年的水平上还很不够，同时还要求它们在2000年以后采取更严格的措施减少二氧化碳的排放量。1996年7月日内瓦召开的《气候变化框架公约》缔约国第二次大会敦促各缔约国政府采取具体行动，减少导致温室效应的各种气体的排放量，以防止地球气温上升，并呼吁各缔约国遵守公约的规定。1998年元月，美国总统克林顿宣布美国政府将拿出63亿美元的资金用于控制和减少二氧化碳气体的排放。

制冷技术与地球大气环境密切相关。由于常用制冷剂氟利昂对大气臭氧层的显著破坏作用，和日益扩大的臭氧空洞使氟利昂的替代研究成为化工界的一大议题，也成为制冷界的一大难题。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域的最为重要的研究课题。

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，否则会导致全球温室气体二氯化碳排放的增大。由此可见，CFCs替代和新型制冷技术的开发为全球环境保护的一大重心。此外如何更充分地利用能源，提高能源利用的效率以控制温室气体的排放，也已成为能源科学的中心议题。

2.氟利昂替代方案和制冷技术问题

近年来，各国根据关于保护臭氧层物质的蒙特利尔议定书，在制冷新工质研究上下了不少工夫。总的来说，在选择新工质时将从多方面考虑，如对臭氧层的破坏作用（ODP）、温室效应潜能（GWP）、毒性、可燃性、润滑油的兼容性等。例如在1993年10月美国华盛顿召开的国际CFC与哈龙替代物会议上提出的CFC12与R500的主要替代物HFC134a的ODP值为零，GWP值为0.3，毒性等于或低于CFC12，热工性能与CFC12相接近。

在选择制冷剂替代方案时，生产厂商往往从两种角度考虑。第一角度是一步到位，即选用被认为是最有前途的制冷剂。例如，德国绿色和平组织所推广的在国际上颇有影响力的方案是在冰箱中使用碳氢化合物——丙烷和异丁烷的混合物R290/R600（0.5/0.57），由该混合物替代CFC12，他们认为比HFC134a更好。德国人的口号是“为什么用R134a？为什么不用R290/R600？”。第二角度是采取两步走的办法，即第一步是按蒙特利尔议定书要求选择对臭氧层破坏性小，而现今技术比较成熟的制冷剂。典型的例子是R22（HCFC22），它只含有一个氯原子而且结构稳定；第二步是根据技术成熟条件，选用为大家所公认的制冷剂。针对民用制冷如家用冰箱，商用制冷如大型冰柜、空调等应用对象的不同，CFCs替代方式也有很大差异。

3.采用天然制冷剂的新型热驱动型制冷机发展方兴未艾

目前比较现实的环保型制冷技术主要有：吸收和吸附式两种制冷方式，它们都是热驱动制冷，系统中除泵外基本无运动部件。

3.1吸收式制冷机

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、以氨为制冷剂的氧-水吸收式制冷机。其主要特点是：1.利用热能为动力，能源利用的范围广。它可由余热、废热、加工过程排热等驱动，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机耗电量非常小，所需用电仅用于泵回路及控制回路的需要。2.整个机组除功率较小的泵外（溴化锂系统需屏蔽泵、氨-水系统需氨泵），无其它运动部件，运转安静。3.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，微量漏泄有氨臭，但能符合地球环境保护要求。4.制冷量调节范围广，在20%~ 100%的负荷内可进行无级调节。5.对外界条件变化的适应性强。其主要缺点是：1.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；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OT：以上工作；2.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；该类系统热效率较低。

3.2吸附式制冷机

近十几年来，国外陆续开展了对吸附式制冷机和热泵的研究工作。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、运行费用低、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，且能够用于振动、倾颠或旋转的场所。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式制冷系统。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。最近几年来不断有来自法国、德国、日本和意大利的报导，固体吸附式制冷的优点被不断证实。

吸附式制冷的循环类型有基本型（一个吸附器、间断工作）、连续型（两个吸附器交替工作）、连续回热型（两个吸附器交替运行，其中一台吸附器吸附时可通过流体将一部分显热和吸附热传给另一台吸附器实现回热，因此可节省一定热量）、热波型（其设想在吸附器中沿长度方向存在较大的温度梯度，可使热媒/冷媒流体在吸附器的进出口具有较大的温差，以更充分地回热）、对流热波型（假想在制冷剂回路中能用一台循环泵使制冷剂蒸汽在吸附床内强迫对流以改善吸附床传质性能）。目前真正成功的样机只有基本型、连续型和连续回热型，对热波型和对流热波型的研究主要是理论模拟性的。

吸附式制冷是一种具有很大前途的制冷方式，由于不采用氯氟化烃类制冷剂，作为一种环保制冷技术它受到了国际制冷学界与工业界的普遍关注，欧共体已出巨资展开研究，特别在活性碳-甲醇、活性碳-氨、分子筛-水、金属氢化物一氢等吸附制冷工作上开展研究。我国也在早几年中开展了研究工作，但局限于经费等因素未取得大的进展。

在市科委青年科技启明星计划等资助下，项目组已作出了较大努力，并已取得一定实效。研究成果已开始向产品化转化。主要应用目标有：1.固体吸附式制冷空调/热泵；2.活性碳纤维-甲醇吸附式冰箱；3.太阳能吸附式冰箱（含热水器/冰箱复合机）；4.汽车尾气余热利用吸附式汽车空调；5.渔船发动机余热驱动的船用制冷机。所研制的一台采用螺旋板式吸附器的连续回热活性碳-甲醇吸附式制冷机（采用12公斤活性碳）已获得了日制冰31.5公斤的突破，平均每公斤活性碳日制冰量为2.63公斤；在此实验样机基础上，又研制了吸附式空调/热泵，实现了每公斤吸附剂制冷功率150瓦的突破；此外采用活性碳纤维作为吸附剂，甲醇作为制冷剂的吸附式冰箱正在研制中，系统采用1公斤吸附剂，预期日制冰量为5公斤。

4.节能和环境保护成为制冷新技术发展的根本

制冷技术发展是与全球环境紧密相关的，CFCs替代和节能已成为现今制冷研究热点，在1994年召开的第19届国际制冷大会上，会议提出的主题便是“为了更加美好的生活！”。制冷技术的推广应用不可避免地带来了能源和环境问题，制冷工质是否有害于环境？各种制冷空调设备在运行中是否节能？这是制冷界必须回答和解决的问题。近年来由于能源利用造成的环境问题，使高效节能的热泵技术受到了能源和环境部门的重视，由热泵供热可大大节省能源，因此制冷/热泵两用机发展迅速。

有关CFCs和HCFCs的替代是一个复杂的问题，至今为止尚未有公认的说法，作为发展中的中国对之应采取十分慎重的态度，不可盲目发展。现今采用新型热力循环的溴化锂吸收式制冷/热泵和吸附式制冷/热泵技术都是环保型制冷方式，可由煤气或燃油驱动，可利用低温热源或废热和生产流程中的排热，在我国由于电力较紧张和大量的锅炉富余可作为重点支持发展。

在能源综合利用的应用领域吸附和吸收式制冷具有突出的优点。以燃煤或燃油发电设备为例，其能源利用率一般在40%以下，发电设备效率提高百分之一是极为不易的事，然而其余热均为数百度的高品位热源，将其用作吸收或吸附制冷/热泵的动力，可实现有效的制冷或输热，使能量利用总效率达到75%以上。

在全而深入贯彻21世纪议程和实施可持续发展战略的今天.有关热驱动型吸收或吸附制冷在低品位热源以及太阳能能源利用中的应用已不断受到全球能源科学领域的重视，使节能环保型新型制冷技术尽快走向市场，实施产业化是制冷科技工作者和工业界的共同责任。