制冷劑的區別、特性、應用
90年代中期，空調和制冷工業因蒙特利爾議定書要求淘汰CFC族物質而發生了巨大改變。許多那時未聽說過的制冷劑(R-134a和R-123)進入了老制冷劑如R-12和R-11的替代前沿。即將發生的另一個改變是HCFC族將被禁用 (R-22 到2010年將在美國被禁用)。人們也開始感覺到京都議定書生效后給HVAC行業帶來的新的挑戰。
盡管可獲得許多種制冷劑，但只有幾種被認真考慮。本章將看一看這些可能的選擇。
11.1. 水 (R-718)
水用作吸收式制冷機中的制冷劑。它無毒、來源豐富、不可燃且ODP和 GWP為0。主要的缺點是吸收式制冷機的效率。現今的商用雙效直燃（天燃氣）吸收式制冷機的COP只有比1多一些。而離心機的COP為6.4以上。對于吸收機和電動離心機，考慮到氣候改變的影響最好是比較TEWI值。兩者的TEWI值將取決于發電效率。也有一種觀點，也許吸收機的一次能源效率比較好，但如果電價低而油氣價高時，客戶的運行費用在用吸收機時卻并不能節省，因此客戶無法從一次能源效率獲得好處。
在日本市場，吸收式制冷機是主流而離心機很少。但在北美，吸收式制冷機的運行費用是電驅動離心機的約2倍，使得吸收式制冷機很難銷售。
預測：吸收式制冷機將繼續在北美的一些特殊場合應用（如混合機房）。如果能源費率變化很大，吸收式制冷機就可能扮演一個更重要的角色。吸收式制冷機將越來越多地使用在余熱利用場合，并在電熱冷聯供中占有一席之地。
11.2. 氨(R-717)
氨的性能優良，ODP值為零且GWP值很小。但因為著氨的健康和易燃問題，限制了其在工業上的應用，有一些在商業上使用。
預測：氨將繼續在工業和商業中有一些應用。
11.3. 二氧化碳(R-744)
二氧化碳無毒、不可燃，且ODP等于零，GWP較低。但是其低臨界點特性，使得它在典型的商用工況下的性能也很差。而且，工作壓力也相當高（6MPA）。目前正在進行超臨界工況使用的研究。另外，二氧化碳被成功地應用于復疊式制冷系統中。
預測：將來可能應用于汽車空調和復疊式制冷系統中。
11.4. 丙烷 (R-290) 和異丁烷 (R-600a)
丙烷和異丁烷毒性低、性能好、無ODP值且GWP值低。但它們易燃。北歐已經將它們用于冰箱中。可口可樂公司宣布將放棄HFC而考慮使用可燃制冷劑。但在美國，更加關注可燃性引起的安全問題。
有一些研究評價了可燃制冷劑冷卻鹽水再將鹽水泵送到用冷點（類似于干式冷卻）的效率。研究報告顯示丙烷和異丁烷比傳統的R22干式系統效率要低些，但應想到這是在冷卻鹽水。目前在世界上只有不到十處安裝了大型可燃制冷劑制冷設備。
預測：可燃制冷劑最有可能繼續用于家用和小型系統上。
11.5. R-134a
R-134a是A1類 (低毒性不可燃) 制冷劑，ODP值為零但GWP為1300。它的換熱性能很好，是螺桿和離心壓縮機的一種好的備選制冷劑。它在汽車空調上已被廣泛接受。
R-134a在蒙特利爾議定書和京都議定書中都提及了。蒙特利爾議定書正在全面地排除ODP值大于0的常用制冷劑，議定書正在將ODP=0 如R-134a制冷劑推向市場。但京都議定書卻將HFC族物質列入了限排目標氣體清單。
R-134a是一種最好的解決方案。它的ODP值為0，因此在蒙特利爾議定書中沒有規定其要淘汰。盡管HFC族是京都議定書的目標氣體，但只有排放控制而沒有淘汰日期。雖然 CFC族和HCFC族物質是臭氧消耗的主要貢獻者 (占人為臭氧消耗的28%), HFC族、CFC族和HCFC族對氣候改變的影響非常小 (占人為全球變暖的4%)。
所有新一代離心和螺桿制冷機都已經圍繞R-134a 展開設計。
預測：在可預見的未來，R-134a將繼續是大型空調工業的主要制冷劑。
11.6. R-22的替代
R-22是A1類 (低毒性不可燃) 制冷劑。它是世界上最受歡迎的制冷劑。 R-22也是一種HCFC物質而將被淘汰。在美國，R-22 已被限產并將在2010年完全淘汰，除了少量用于維修。R-22非常通用，它被用于超市冷凍、溜冰場、各種形式的壓縮制冷機、單元屋頂機組和大部分家用空調中 。
R-22沒有直接的替代物。不同制冷劑將替代R-22的不同應用需要。表8列出了R-22 的幾種替代物及它們的相對性能。圖28顯示了替代制冷劑在54℃ 冷凝溫度下的COP值。
圖 28-R-22替代物的COP
表8-R-22替代物的相對性能
R-290 R-134a R-404A R-407C R-410A R507
制冷量 85% 67% 106% 95% 141% 109%
效率 99% 100% 93% 98% 100% 94%
吸氣壓力（絕壓） 94% 59% 121% 91% 159% 125%
冷凝壓力（絕壓） 90% 68% 120% 115% 157% 122%
溫度滑差 0 0 0.5℃ 4.4℃ 0.5℃ 0
離心機中使用的R-22已經大部分轉移成R-134a。現在螺桿機也正向R-134a轉移，所有新一代螺桿壓縮機都將用R-134a為工質。R404A和R-507正用于替代冷凍裝置中的R-22。
剩下的所有小型壓縮機包括單元屋頂機組、小型風冷和水冷制冷機 (小于200冷噸)和整個家用空調 (數十億美圓產值)怎么辦呢？兩種主要候選制冷劑是R407C和R-410A。丙烷 (R-290)能被用于家用市場，但北美地區對可燃性問題的關注將使其受到限制。
11.7. R-407C
R-407C是一種由HFC-32、HFC-125和 HFC-134a組成的非共沸混合物。其性質已被調配到很接近R-22但有4.4℃ 的溫度滑差。 R-407C能方便地置換原有制冷系統的R22，雖然性能有些損失。很多時候只要將制冷系統的部件作一些細微的改變（如將冷凝器面積加大些），就可增強性能。
較大的溫度滑差將R-407C限制在只能用于干式系統如屋頂機組和溫度滑差不成問題的場合。R-407C常被看作是，將原有系統升級為HFC系統的一種順便拿來的替代物。有限的幾種新產品是基于R-407C開發的。
預測：R-407C將是原有R-22 系統的一種隨便替代物，是新產品開發出來之前原有產品升級的一種過渡方案。
11.8. R-410A
R-410A是一種由HFC-32和HFC-125組成的非共沸混合物，溫度滑差小 (小于0.5℃ )，且容積制冷量大 (1.5 cfm/ton)，工作壓力比R-22高（為3MPA）。它不能隨便置換原有R-22系統而必須進行全新設計。
在小系統中替代R-22而設計新產品時R-410A引起了人們的廣泛興趣。壓縮機供應商已開始提供R410A的小壓縮機(0.5~ 5冷噸)，這種壓縮機已開始用于家用市場（開利推出了稱為Pureon的R410A家用系統）。如果開發出大壓縮機的話， R-410A 將擴展到商用產品。因為R-410A的工作壓力高，所有二級部件（閥、視鏡、過濾干燥器等）都需要重新設計，這將減緩R-410A 進入商用市場的步伐。
R-410A的一個問題是臨界點低。如風冷設備用于高溫環境時，性能將下降很多。R-410A用于水冷機組一般不會受影響，因為其冷凝溫度低。
預測：由于更多的二級部件可以買到，新得家用和小型商用產品將使用R-410A。關于低臨界點問題也將獲得技術突破。
11.9. R-123的替代
ASHRAE標準34將R-123歸入B1 類制冷劑 (毒性較高不可燃)。它是CFC-11的 HCFC替代物，即將被淘汰。在美國， R-123 已經被限產，并將在2020年產量減少到0.5%，在2020年到2030年之間只準用于維修。 R-123特別適合于負壓離心式制冷機。
R-123沒有清楚的替代物。本來R-601 (N-戊烷)或 R-601a (異戊烷)可能用于代替，但這兩種物質非常易燃，在離心機中的充注量很大而極可能發生爆炸，而且，運行時的負壓將漏入空氣，極易在機組中聚集爆炸混和物，要替代R-123似乎不可能。
兩種最接近的HFC物質是R245ca和 R-245fa (兩者互為同分異構體-原子種數一樣但排列不同)。起先人們集中于R-245ca的研究，但后來發現它易燃。而R-245fa 是一種B1類 制冷劑(毒性較高不可燃)，其工作壓力比R-123要高些。R-123不需作為壓力容器設計（常壓容器），但R-245fa的冷凝器將是壓力容器 (見圖29)。R-245fa不能置換原有R-123制冷機，除非原制冷機符合壓力容器規范。
圖 29 低壓制冷劑的蒸發壓力
對制冷劑制造商而言，用于負壓離心機的R-123是一個小市場。幸運的是，R-123可從制造其他更常用制冷劑的副產品中得到。而R-245fa是一種更加昂貴的制冷劑，從現實的角度講，R-245fa需要擴展其應用范圍（如發泡），來提高產量降低成本。
預測：R-123將用于副壓離心制冷機，直到被蒙特利爾議定書淘汰。由于R-123的效率高，ODP和GWP值很低，大氣存活時間短，一些人們如特靈公司正在積極爭取將R-123從淘汰清單中拿掉。但由于可以有替代技術，又需要大部分蒙特利爾議定書成員投票同意，看起來比較困難。
12. 結論
制冷劑涉及到許多主要環境問題，因而使用何種制冷劑將是制造和采購空調和冷凍設備時決策的重大影響因素。至少，在比較系統和權衡其他技術問題時，或多或少會涉及到制冷劑選擇問題。在很多應用中，制冷劑將對決策產生更大的影響。
盡管制冷劑對氣候改變的直接影響才3%到4 % ，但制冷系統的能耗問題將使人們更加追求高效制冷系統的設計。 制冷劑滿足其他所有標準但如果性能很差將對環境沒有改善助益。
R-22的淘汰日期正在不斷逼近，迫使人們又將目光投向制冷劑，空調從業人員應為決策者提供決策建議。同樣，R-123的開始淘汰也將再次引起爭論的熱潮。