美国谷轮公司副总裁  Earl B. Muir
	引 言:本文主要讨论美国制冷剂替换的问题--以“蒙特利尔协议
”制定的规定为基础，旨在取消含氯制冷剂的使用，从而控制由于氯引起
的大气臭氧层减少的趋势；另外，将回顾大多数美国公司对全球气候变暖
所持的观点，并简要讨论正在研究和开发的以用于研制减缓全球变暖趋势
的产品；最后，本文总结了美国研究和开发的总体趋势。
	文中将以采用谷轮公司压缩机的产品为例，因为在这方面我们了
解较深。本文将不涉及白色家电用R-134a替代的问题以及大型离心冷水
机组中使用的低压工质替代，如R11、R12、R-123和目前使用的R-134a。
制冷剂应用现状
    关于淘汰氟氯化碳（CFC）制冷剂，我们今天走到了哪一步？很显然
，从1996年开始， R-12和R502就成为被停止生产的CFC制冷剂。因此，
采用这两种制冷剂的新产品已经不再设计。然而，还有许多正在使用的制
冷设备仍在采用市场上可以买到的被回收利用的R-12和R-502制冷剂用于
维修服务。例如许多公司，尤其是一些超级市场，就在回收利用被新型HF
C制冷系统所取代的旧的制冷设备中的CFC制冷剂。实际上，CFC制冷剂供
应量十分丰富，只要你愿意就能买到。正如后面将提到的，CFC制冷剂已
经向HFC和HCFC（R-22）制冷剂转变。目前，R-22仍然是美国主要的制冷
剂。大量的冷冻设备和几乎所有的空调设备仍在采用R-22制冷剂，后面我
将详细讨论这一点。
    在美国，几乎所有过去采用R-12的制冷设备，包括大多数白色家电、
汽车空调、冷水机组以及许多冷冻设备，都改为采用R-134a。其中绝大多
数设备都把R-134a作为它们的长期替代品，因此这些转换已经完成。
    在制冷方面，R-404A和R-507制冷剂的工作压力及性能与R-502十分
类似，因此被视为R-502的主要的长期替代品。多数情况下，采用R-502
的设备仅需更换润滑油以及进行一些小改动便可采用R-404A和R-507制
冷剂。许多公司的制冷剂已经向采用R-404A和R-507转换，并发现它们的
工作状况非常好，但是由于它们的价格及POE润滑油的价格过于昂贵，因
此一些人实际上已经放弃采用HFC类制冷剂，转而采用HCFC R-22制冷剂
。根据目前压缩机的销售状况，大约50%的制冷设备生产厂家使用R-22，
其余的50%使用R-404A或者R-507。
    空调设备生产厂家中采用R-22制冷剂的仍然占主导地位。然而很明
显，大多数空调，尤其是压缩机制冷量小于25冷吨设备的空调设备，将
用R-410A替代R-22。由于R-410A的临界温度比较低，一些人正在关注R
-134a的特殊应用，尤其是在需要较高冷凝温度的场合的应用。另一些
人则在关注R-407C，因为只需在设备上做一些小改动、更换润滑油就可
以在现有设备中使用R-407C。但无论采用R-410或R-134a都需要对R-22
系统进行大规模的重新设计，以降低系统成本和提高系统能效比。据我
所知，目前美国空调市场上只有不到5%的厂家使用HFC类制冷剂。
    除了替换CFC制冷剂，我们还通过减少制冷剂用量、减少泄漏和通
风来改进系统设计和系统特性，从而取得良好的环保效果。曾采取的具
体措施包括改善维护工作（重点为制冷剂的密封）、更好地培训技术人
员以及制定一系列禁止直接向大气层排放制冷剂的法规。为了减少泄漏
，我们设计了新的零部件，取消连接配件转而采用硬钎焊联接，消除管
道螺纹以及其他容易出现泄漏的联接方式。
    除此之外，我们还重新设计了系统，大大减少了系统对制冷剂的需
求量，并更易于维修人员接近系统部件以便进行维护。这对于超级市场
尤其重要，因为过去许多制冷剂的管路都埋在地下，发生泄露时无法维
修。为便于维护，这些管路现在都安装在表面，将压缩机机组尽可能地
靠近冷冻冷藏柜以避免铺设过长的管路以便人们能够接近管路并将制冷
剂取出。需要指出的是，当打开系统进行维护或在其使用寿命结束后将
其取出时，必须回收所有的制冷剂。这些改变极大地影响了制冷剂的用
量，但是在许多设备中，制冷剂的密封仍是有待解决的主要问题。
从CFCS向HFCS的转变
    回顾一下已经经历过制冷剂转换的冷冻行业，我们将发现一些普遍
存在的问题，其中大部分问题都与POE润滑油有关。首先，POE润滑油具
有很强的吸湿性和溶解性，因此在设备维护和安装过程中需要对其采取
不同的处理方式以控制系统中的水分含量。由于POE润滑油具有较强的
溶解性，可以溶解许多生产过程中遗留在系统中的污染物，因此许多生
产厂家不得不改变几个领域的工艺过程。虽然我们已经成功地实现了向
HFC制冷剂的转换，但HFC制冷剂和POE润滑油的价格远远高于被替换的
CFC、HCFC制冷剂以及矿物油的价格，所以制冷剂转换的速度比人们预
先想象的要慢。虽然使用新润滑油的部件，尤其是压缩机的故障率较高
，但总的来说，制冷剂的转换还是在进展当中。为了克服某些压缩机轴
承系统的某些金属接触面因缺少POE润滑油造成润滑的问题，我们需要
对压缩机进行一些改造，重新设计压缩机的某些部件，或开发可用于现
有产品的润滑油添加剂。今天，我们已经能够用HFC制冷剂替换大多数
运行系统中的CFC和HCFC制冷剂，并且无损系统的工作性能和可靠性。
    空调领域的情况则有明显差异。厂家仍沿用已用了多年的HCFC制
冷剂，并且刚刚开始向HFC制冷剂转变。如果我们关注一下空调市场，
特别是家用空调市场，就会发现R-410A将会是长期的替代品，几乎所
有厂家正在向这个方向发展，最主要的原因就在于采用R-410A可以获
得比其他HFC类制冷剂替代品更高的能效比。经验表明，相同的系统采
用R-410A获得的系统能效比要比采用R-22制冷剂的系统高10%，比采用
其他HFC制冷剂替代品的系统高15%。当然，采用R-410A制冷剂需要对系
统进行彻底的重新设计，并围绕R-410A的性能和工作压力进行系统优化
。但目前看来设计恰当的R-410A系统仍是成本最低的HFC类制冷剂系统
。由于制冷剂和润滑油的价格较高，而适用于R-410A部件的产量较低，
使用R-410A系统的成本仍高于R-22系统的成本，但低于R-407C和R-134
a系统。R-410A制冷剂的另一个显著优势是它可以采用更紧凑的热交换器
，尤其是在R-410A能充分发挥其优点的高能效比系统中。为了满足R-410
A工作压力较高的要求，压缩机需要更厚的壳体设计，所以现有的R-410A
系统的噪音水平极低，在市场上很受欢迎。由于R-410A系统工作压力较高
，所以人们主要关注其长期工作的可靠性和耐用性。然而，迄今为止R-41
0A产品包括压缩机，其故障率明显低于R-22系统，部分原因在于有更好的
R-410A系统维护人员。此外，到目前为止大部份R-410A产品都已经使用涡
旋压缩机，以便在高压状态下更好地运转。
    在小型商用市场（小于100冷吨的设备）中，大多数的生产厂家原本关
注R-407C或者R-134a；然而，随着有关R-410A系统的经验不断丰富以及适
用R410A零件的普及，特别是大马力压缩机的应用，人们正转向关注、采用
R-410A。我们认为R-410A将会是未来的主要制冷剂，同时使用涡旋压缩机
；在某些需要较高冷凝温度的场合，仍然会采用R-134a；当人们不愿意投
资重新设计现有的设备时，也依然会采用R-407C。但是，长远来看，R-41
0A将会以同样的原因成为主要制冷剂，正如其应用于家用空调系统中那样。
    对于大型系统，尤其是100冷吨或者以上的冷水机组，R-134a将是未
来的主要制冷剂。在螺杆压缩机市场上，人们可以得到体积相对较小、系
统紧凑、管路更粗、更易控制的压缩机。当然人们也关心在这些大型系统
中使用高压制冷剂的可能性，比如R-410A。结果发现在使用R-410A的设备
中，螺杆压缩机的轴承负荷过大、工作压力较高，因此厂家仍然把R-134a
作为主要的制冷剂。
行业的关注点
    在美国的空调市场上，当我们从HCFC制冷剂转向HFC制冷剂时，制冷
行业主要关注的问题是他们将要面对太多种类的制冷剂。过去，几乎所有
的空调应用都采用R-22。而现在，我们要关注R-134a、R-407C以及R-41
0A，每一种都有其截然不同的特性，为某种制冷剂设计的设备无法安全有
效地使用另一种制冷剂。而且我们仍然有一部分正在使用R-22制冷剂的系
统，并将用矿物油运行许多年，因此维护问题就十分重要。
    另一个大家普遍关心的问题是POE润滑油的使用，其溶解特性使制冷
设备产生生产问题，并且某些新润滑油含有添加剂。长期使用添加剂以及
POE润滑油的吸湿特性将会导致系统问题，比如节流孔、毛细管及膨胀阀
口的塞堵现象。
    显然，R-410A的高压特性是主要的关注点。它适用于为R-410A设计
的新设备，但是如果滥用在一些为低压制冷剂设计的系统中，比如现有的
R-22制冷剂系统，就会导致不安全隐患。在美国，只更换冷凝器而不更换
室内机及蒸发器换热盘管的现象十分普遍。更换了R-410A系统的冷凝器而
仍利用旧的R-22系统的室内机将会导致大问题，而且需要采取和今天完全
不同的解决方法。我们几乎没有为R-410A单独设计、开发和生产零部件，
这些都限制了系统设计者的选择余地。
    关于R-407C制冷剂人们主要关注的是：它是一种非共沸混和工质，在
不同工作条件下分馏。如果系统发生了制冷剂泄漏，制冷剂的成分就会发
生巨大变化从而影响其性能和运行特性。维护人员需要接受很好的培训以
改进他们的方法，从而正确地维护R-407C系统。
    下图概括了我们对空调系统淘汰HCFC制冷剂后的发展趋势的看法。图
中表明：在以后的10年中，家用空调制冷剂将从R-22转换为R-410A，小型
商用空调中R-22也将主要被R-410A所替代。使用螺杆压缩机的大型冷水机
组中的R-22将主要被R-134a替代。未来几年中，随着R-410A系统设备的普
及，它也将在这一领域发展壮大。
气候变化
    大气臭氧层的减少以及围绕“蒙特利尔协议”制定的一系列法规是已
经发生和正在发生的制冷剂替换的主要原因。但是，未来要关注的一个新
领域将会是全球变暖问题，美国迄今还没有这方面的规定。虽然美国国会
尚未通过“京都协议”，也还没有明确规定政府该如何执行“京都协议”
，但很显然这是我们行业主要关注的领域。“京都协议”列入了六种使全
球变暖的气体，因此，为了将对全球环境的影响降至最低点，规定交替使
用这六种气体。美国正在把“总的等效温室效应”，或称之为“TEWI”或
者“整体气候因素概念”视为评价空调和制冷设备对气候变化的总体影响
的一种方式。采用TEWI评价方式，目前的分析和测试表明：HFC类制冷剂
，尤其是R-410A制冷剂效率显著。因此在空调应用方面具有最好的TEWI
指标，即使与对温室效应没有或很少有直接影响的自然制冷剂相比也是如
此。但是在需要大量制冷剂以及制冷剂泄漏严重的制冷设备中并非如此，
比如大型台架系统的超级市场。但是，当用于分布式制冷系统或者自藏式
冷冻展示柜情况下，或者由于在使用碳氢化合物时出于安全运转考虑而使
用辅助制冷剂造成的额外性能损失，HFC的TEWI指标还很低。制冷剂的特
性，尤其是实际散入大气的制冷剂量，将直接导致全球变暖。显然，只要
制冷剂保存在系统内，就不会直接导致全球变暖，因此美国控制直接导致
全球变暖的重点是通过回收利用制冷剂、防止泄漏等措施密封制冷剂。另
一方面，间接导致全球变暖的因素，即通过能源消耗而产生的CO2，可以
简单的通过控制设备的能效比而加以控制。因此，美国解决全球变暖的重
点在于更好密封制冷剂以减少直接导致全球变暖的因素，同时提高能源的
利用效率以控制间接导致全球变暖的因素。    
易燃制冷剂
    在美国使用易燃制冷剂，法律责任是美国厂家关注的重点。当我们考
虑应该如何设计一种安全系统来利用易燃制冷剂时，设备的性能因为使用
了辅助制冷剂循环等措施而下降。结果我们发现，易燃制冷剂的TEWI指标
或者全球变暖效应比HFC制冷剂要高得多，因此无法采用。至今美国在低易
燃制冷剂方面，例如R-32上做的工作很少，仅在有限的程度内对它进行了
评估，所以我不能举出详细的数据，但人们对于低易燃指标仍然很关注。
日本对这些制冷剂的关注要比美国密切的多。到目前为止，我们认为即使
是从环境的观点来考虑，易燃制冷剂仍没有真正的应用优势。目前基本上
没有开发采用易燃制冷剂（比如碳氢化合物）的制冷系统。
总 结
    归纳美国制冷剂转换的方向：很明显，R-410A将是小于100冷吨的空
调系统的主要制冷剂。除了离心式冷冻装置，R-134a将会是大于100冷吨
的制冷系统的主要制冷剂。制冷系统的焦点主要在于消除泄漏、减少制冷
剂充注量，更多地使用采用HFC制冷剂的分布式和独立制冷系统。所有这
些方向都将引导空调和制冷行业越来越多地采用回转式压缩机，如涡旋压
缩机和螺杆压缩机。
其他技术
    在我们进行制冷剂替换的时候，为了控制间接导致全球变暖的因素，
能源利用效率已变得越来越重要。因此我们正在开发和考虑好几项新的高
科技，其中许多高新技术已经在日本得到应用，主要是容量调节，以便在
真实工作条件下更好地优化系统、降低能源消耗，如采用两级压缩机、变
速及其他变容量调节系统，如谷轮公司的数字涡旋压缩机等。除了容量调
节，喷汽增焓等复合循环正在受到密切关注，它可以作为在极其寒冷的环
境下提高制冷量、减少辅助电加热的途径。另外，使用强化控制或智能控
制，更好地优化流过盘管的气流、工作点及系统性能，以提高系统在所有
季节的工作效率，都必然是未来发展的一部分。
结 论
    本文概括了美国制冷业的现状。首先，美国正在把HFC制冷剂作为长
期的主要方向。为了成功地实现新的HFC制冷剂和其润滑油的应用，以及
正确处理我们将遇到的由多种制冷剂产生的复杂问题，对维护人员进行充
分和适当的培训尤为关键。其次，制冷剂的转换也加速了向回转式压缩机
技术的转换。在我们关注未来气候变化时，重点应该是制冷剂的密封以直
接减少制冷剂的泄漏，以及能源利用效率的提高以控制间接影响全球变暖
的趋势。■