标题：暖通空调CAD编程思路初探[CAD专题]
作者：滕亮
杭州市建筑设计院
提 要：指出了暖通空调CAD应用软件普遍存在的一些问题，并结合实际的设计和编程经验，提出了一些切实可行的方法和思路。
关键词：计算机辅助设计 编程 暖通空调
1 暖通CAD应用软件存在的问题
AutoCAD应用图形软件是现今微机上应用最广的 CAD支撑软件，大多数设计应用软件都是以 AutoCAD作为基础平台进行开发的。
建筑设计行业中的计算机绘图及分析，国内已经进行了10多年的研究。作为建筑设计行业的一个分支，暖通空调设计中也涌现了许多应用软件，有的软件甚至已经多次改进、升版。有关专家和技术人员为此倾注了无数的心血，也取得了大量的成果。
然而，笔者根据调查发现有一个现象值得注意：当设计单位购买了某个应用软件以后，一开始设计人员往往表现出浓厚的兴趣，争相学习、安装、调试。但经过两三个月的使用，该软件又很容易被束之高阁，人们重新回到最基本的AutoCAD上来。
笔者认为应用软件喧宾夺主是产生这一现象的根本原因。应用软件应该是为设计服务的，如果应用软件在使用时打乱了设计人员的思路和习惯，则该软件不可避免地会被摒弃。设计人员在最初拿到一个软件时，一般都按假想的工程，依照软件规定的顺序进行绘图。但当运用到正式的工程上时，问题就出现了，总结起来主要有以下3点：
① 软件要求输入信息的顺序不对
软件编制人员要求输入信息的顺序往往是根据编程的需要，而不是根据设计的思路。例如，按暖通空调的设计思路，全空气系统的风管布置往往先考虑消除冷热负荷的均匀程度，然后才考虑风管最合理的走向。而某些软件在编程时，为了满足能自动生成风管系统图的要求，在绘图一开始就要求输入当前层层高，风管尺寸、位置、标高、走向、上下位置变化情况等数据。而这些数据在设计初期往往是一些待定量，设计人员很可能由于各工种配合协调或其它原因对此作调整。这样，牵一发而动全局，几乎前功尽弃。当然，软件开发人员的本意是一步到位，省时省力，殊不知设计过程实际是一个不断补充和修正的过程。过早、过多地要求输入某些数据，会使设计人员陷入一个尴尬的境地：明知无用，还是要输入，否则无法进行下一步的工作；输入以后，随时可能更改，然后从头开始，岂非白费功夫!
② 软件绘制图元的方式不对
一般软件的主要绘图形式是选单加图块。例如，空调设备、风机水泵均采用图块，甚至风管配件亦采用图块，让设计人员去选择。而实际上，空调设备品种繁多，一个软件无法包含成百上千的不同型号的设备。于是，有的软件退而求其次，以示意性的方块代替，这在实际的设计中又毫无价值。现在的民用建筑空间狭小，因此我院要求暖通设计中设备必须按实际尺寸绘制，以判断安装的可行性，简单的方块是无法出图的。而诸如风管弯头、三通、四通之类的配件，如果做成图块，就需要设计人员先确定是何种配件，然后去挑选，不仅使用不便，还容易造成其他方面的麻烦。譬如，有的设计人员习惯采用多义线(polyline)绘图，为的是直观，但图块的线型变化以及拉伸移位都十分繁琐，不注意就容易出错。又如，设计人员绘图习惯各不相同，有的喜欢画多义线，而有的则喜欢画单线，出图时再利用颜色控制画笔粗细。一般软件往往无法全面照顾设计人员的各种习惯。
③ 软件自动生成的图形问题较多
自动生成空调水管系统图，一直是当前暖通空调应用软件中的焦点问题之一。目前，不少暖通空调软件已推出自动生成空调水管系统图的功能。然而，众所周知，暖通空调设计中，空调水管系统图一般按45°轴测图绘制。如果完全按实际情况绘制，前后重叠现象不可避免。手画时，有经验的设计师往往采用平移，局部虚化，省略等方法，以确保系统图的清晰明了。而计算机绘图时，必然完全按实际情况绘制，其结果可想而知。自动成图的另一个急需解决的问题是自动统计设备表。目前各类软件推出的往往是材料表而没有设备表。实际上，没有足够的图块和合适的控制程序，就不可能实现设备表的自动统计!
以上3点，是目前暖通空调设计软件中容易出现的一些缺憾。这不能简单地归结为软件编程人员经验不足，或是设计人员习惯不好。事实上，计算机绘图与手工绘图相比，其最根本的优势在于可以最大限度地利用以前已经完成的工作(包括自己的成果和他人的贡献)。无论是最初图形块的制作，还是目前集成化设计系统的探索，其实质都是源于这条基本思路的。因此，暖通空调应用软件的编制也应着眼于此，而不应为了追求所谓的自动化而要求设计人员不合时宜地输入额外的数据。应用软件应该是一个记性很好的学徒，而不应该是一位自成一派的监工。
2 暖通CAD应用软件编制思路与体会
我院暖通空调专业在 1993年已开始应用计算机进行辅助设计，当时主要是利用最基本的 AutoCAD平台进行绘图。在应用过程中，我们发现单就计算机绘图而言，并非有想像中那么快。诚然，计算机绘图可以采用“COPY(复制)”，“MIRROR(镜像)”，“ARRAY(阵列)”等命令以减少重复劳动，也可以利用已完成的图，稍作修改而成为另一张图。然而，计算机绘图有其本身的麻烦之处。为此笔者针对这些弊端，提出了一些相应的对策，总结起来，主要有以下几点：
2.1 计算机绘图，不如在图板上绘图直观。在图板上设计人员可以纵观全局，一览无遗；计算机绘图由于显示器所限，只能局部放大才能看清。这样，设计人员容易疲劳，也容易出错，又不易检查。从硬件方面来看，采用大屏幕显示器收效并不明显，且成本很高，只有从软件着手。若拥有一套标准设计软件，细部均为自动计算处理，则可大大降低设计人员的劳动强度和出错的可能。我们编制软件的目的之一也就是为了减少设计中的诸如设备表计算不正确之类的低级错误。例如在我们编写的软件中，在绘制空调机和风机盘管时，会根据所选的设备型号自动生成水管管径、风管常用尺寸，从而避免了设计人员可能出现的笔误。
2.2 计算机绘图，要熟记各种命令和计算机反馈提示。这点对初学者会有一定障碍，尤其看懂计算机的各种反馈提示，是提高操作水平和增强处理问题能力的关键。一般应用软件采用中文提示，就是考虑了这个因素。但在中文环境下，运行速度和显示速度明显降低，这也成为有些设计人员不愿采用应用软件的一个原因。随着“奔腾”处理器的出现和推广，这个矛盾已在一定程度上有所缓解。但由于基本绘图命令最快的输入法仍为英文键盘输入，因此定制ACAD.PGP文件和编制最基本的ACAD.LSP文件，以确定最适合于自己的缩编输入法已成为每个设计人员的基本要求。在编制过程中，应注意尽量减少单词长度，尽量减少输入次数，甚至考虑不同字母在键盘上的距离。例如，用“CC”命令去代替普遍采用的“COPY”或“CP”命令，用“ZZ”命令去代替普遍采用的“ZOOM”+“P”命令，均可以节省输入时间，“ZZ”命令则还可连续回车，实现迅速连续返回原视图。
2.3 计算机绘图，标注问题多。无论手工绘图还是计算机绘图，标注工作量都很大。标注包括图名，设备编号，设备名称，系统编号，风管水管大小及定位尺寸，标高等等。事实上，问题最多的是定位尺寸标注，最麻烦是风管、水管尺寸大小标注。我们通过定制样板图的办法，解决了定位尺寸标注的各种困难。使用后，效果十分明显，再未发生因不同建筑师的不同绘图习惯而产生的定位尺寸标注困难；风管大小尺寸标注，亦通过画风管时输入的数据或按标准风管自动计算自动标注；水管管径标注是难点所在，因为按一般绘图习惯，先考虑水管系统布置，确定同程、异程走向，然后再进行计算。在绘制水管时，还无法确定水管管径，只能后加。同时，暖通空调专业的图纸一般为风管水管合画于同一张图上，水管管径尺寸标注间隙小，不定因素多，因此我们仅利用计算机校核水系统，而不做自动标注，否则，自动标注水管管径所节省的时间会加倍地用于调整其位置。至于设备及系统编号的标注，则通过设备自动统计而得以解决。
2.4 计算机绘图，真正利用已完成的工作难度大。也许是暖通空调专业特点所决定的，真正可以二次完全利用的图纸几乎没有，利用一些设备的图块，仅占实际绘图工作量的很小部分。例如施工图双线风管部分，三通、四通、弯头、变径、天方地圆的连接，如果硬画，剪切工作十分繁琐。我们采用标准风量支风管自动生成，主风管输入数据后自动生成，同时保留三通、四通、弯头、变径、天方地圆在主次风管连接处的局部自动生成功能，以适应不同类型三通、四通等的绘制。我们需要做的仅仅是选取风管，配件的绘制由软件自动完成。同时，我们还考虑到设计人员的不同习惯，无论用细线还是多义线绘制，均能够实现上述功能。
2.5 计算机绘图，必须实现设备统计的自动化。如前所述，当我们绘制各种设备时，都等于在向计算机输入该设备的信息，因此我们可以将这些信息储存起来，最后统计汇总，在这过程中并不需要输入多余的信息。由于每个设计人员习惯选用的设备不同，这一功能的通用性较差，但对于每位设计人员个人而言，作用十分明显。笔者在使用过程中，感觉大大减轻了工作量。因为，它除了可以实现自动统计设备表以外，还可以起到在平面图上自动标注设备序号和系统编号的作用。据笔者统计，使用该功能后，在统计设备和图纸设备标注方面，至少可以减少80%的工作量，而且不会出错。
2.6 计算机绘图，人们最关心的往往是能否自动绘制水管系统图。我们认为，在大型复杂工程中采用一步到位的方法目前来讲是行不通的。因此，我们采用的方法是按楼层自动生成空调水管系统图，然后竖向叠加，自动标注管径，半自动标注标高。自动标注管径是自动生成系统图最基本的要求；而标高在绘制平面图时往往尚未确定，此时无法输入，后加则更不可取，因为既然已经知道标高，直接加在系统图上岂非更加直观!加在平面图上，再去分析高低关系，工作量更大，也容易出错。况且标高数量相对于管径要少得多，同时标高本身也很容易变动，故可采用直接加在系统图上的办法。提出半自动标注标高的概念，是因为设计高层建筑时，相同层高的标准层可能较多，标注标高时也可一气呵成。在绘制空调水系统图的过程中，笔者发现：当该工程采用水平分布系统时，自动生成水系统的功能收效明显；当该工程采用垂直分布系统时，自动生成水系统的功能反而成了累赘。因为垂直水系统的立管前后遮挡太多，根本无法分辨，修改起来也十分困难，不如一开始就人工绘制。笔者虽编写了一些诸如根据不同水管前后关系进行自动打断的补丁程序，但仍无法从根本上改变其不足。
2.7 利用计算机软件绘图，人机对话方式有待进一步探索。例如，在画双线风管时，我们发现，与其采用风管配件图形块，不如采用风管配件当场制作。因为插入图形块，难免要进行交互式问答。风管配件当场制作仅需点取目标，即可生成。这里有一个用户界面的设计问题。一般判断一个计算机软件的优劣，用户界面是否友好是最重要的指标之一。因此众多软件开发者均十分注重用户界面的形式，却容易忽视这样一个事实：CAD应用软件与其它类型的应用软件的不同之处在于它是基于AutoCAD软件的二次软件，设计人员通常对AutoCAD都较为熟悉，但并非每个设计人员都有熟练使用其它软件的经验，因此用户界面是否与AutoCAD融为一体才是关键。有的CAD应用软件用户界面十分新颖独特，但并不一定为广大用户接受。相反，越接近基本的AutoCAD软件，使用户不觉得有一个新的应用软件插了进来，不觉得需要重新学习，就越受欢迎。一段段混于AutoCAD各项命令之中的绘图工具，常常会让用户误认为是AutoCAD本身命令而加以掌握，从而起到意想不到的效果。
3 结束语
笔者通过在几年的工程设计中的应用和改进，积累了一些编程经验，在此提出了一些并不成熟的观点。计算机绘图，就
AutoCAD本身而言，计算机仅起到代替笔的作用，计算机的许多潜力要靠进一步编程去挖掘。目前，有关专家提出了开发暖通一体化软件的思路。实质上，这应该是建筑设计一体化软件的一个分支。相信在不久的将来，设计人员的劳动强度会大大减轻，设计人员的水平会得以充分发挥。
------摘自《暖通空调》
返回导读
标题：21世纪制冷空调行业绿色环保制冷剂的趋势与展望[综合]
作者：（清华大学热能工程系
北京100084）朱明善
本文介绍了最近召开第20届国际制冷大会和地球技术论坛中有关制冷剂替代物的简况。本文还讨论了全球性环境问题—保护臭氧层和全球气候变化对制冷空调行业所使用的制冷剂提出的要求与国际社会所采取的相应对策，以及国际社会共同关注的问题，综述了21世纪绿色环保制冷剂发展的趋势及其展望。
关键词：臭氧层，全球气候变化，制冷剂替代物
臭氧层的破坏和全球气候变化，是当前全球所面临的主要环境问题。由于制冷、空调、热泵行业广泛采取的CFC与HCFC类物质对臭氧层有破坏作用以及产生温室效应，使全界的制冷、空调与热泵行业面临严重的挑战。CFC与HCFC的替代已成为当前国际性的热门话题。
（一）国际会议的简介
国际制冷学会于1999.9.19-24在澳大利亚悉尼召开的“第20届国际制冷大会”着重讨论了全球性环保问题对制冷空调行业制冷剂替代物的对策等问题，现简介如下。
国际制冷学会从1908年创建以来，已连续举行了19次国际制冷大会，每次都是国际制冷空调界具有重大影响的盛会。今年举行的第20届国际制冷大会，又恰逢即将来临的21世纪，因此本次大会的主题确定为“进入第三个千禧年的制冷界”，约近千名来自世界各国的学者、专家和企业代表与会，共商21世纪制冷空调行业的发展趋势和面临的挑战与机遇。我国由中国制冷学会组团共有26位代表参会，发表了多篇论文。
此次大会的内容广泛、全国，其中涉及制冷剂替代方面的，有大会报告2篇，题目分别为“制冷与环境－未来的问题与对策”和“作为制冷剂的HFCS应用”；有专题报告6篇，分别为“制冷空调的制冷剂替代”、“碳氢化合物制冷剂的综述”、“下个世纪的热泵系统”、“新制冷剂的材料相容性和油溶性”、“新制冷剂传热物性”和“碳氢化合物安全性”；交流的学术论文有46篇，涉及CFCS和HCFCS的替代（包括替代、改型、汽车空调和混合物）、制冷剂/油（包括热物性、粘度、溶解性）、CO2超临界循环（包括系统、性能、应用和设备）、碳氢化合物（应用、成本、性能）。其中，我在会上作了题为“清华三号，一种新的HCFC－22替代物”的学术报告，获得分组会议主席和与会代表的好评，认为是“一篇很有意义的论文”。“”
按惯例，此次大会还举行了颁奖仪式，对于近年来为制冷空调行业作出杰出贡献的专家、学者和青年科学工作者给予奖励。此次，获得青年科学工作者奖的有6名，分别在深冷物理、热物理、深冷技术、系统、低温生物和冷链等领域作出了贡献。其中有2位是我国青年学者。一位是李进博士，师从王补宣院士和朱明善教授，1998年在清华大学获得博士学位后，现任长虹集团空调事业部研究所所长，他获得的是卡诺奖，在我国是首次。另一位是浙江大学的邱利民副教授，获得了林德奖。他们的获奖，不仅是他们个人的光荣，而且也为我国争了光,扩大了我国的国际影响。
（二）21世纪绿色环保制冷剂的趋势
从这次国际会议及其相关论文来看，21世纪绿色环保制冷剂为了适应环保的需要，特别是为了适应保护臭氧层的需要，近十年来，制冷空调行业已作了积极响应，采取了许多措施和行动。从目前情况分，替代工质有许多种，大致归纳如图1所示。潜在的替代物有合成的和天然的两种。合成的替代物有HFCS，天然的有NH3、C02、水、碳氢化合物等。
表1列出了21世纪绿色环保制冷剂的趋势。
由表1可见，CFC－12的纯合成工质主要为HFC－134a，现已被认可和接受使用。但在蒸发温度低于－23℃时，由于将产生高的压缩比，冷量受到限制，其使用将受影响
。此外，油、制冷空调系统的能效、工作可靠性等还有待进一步解决。
CFC－12的含HCFCS混合物，如R401A和THR01（清华一号）等，一般可直接充注，使用和转轨较为方便实用，但从长远观点，它们只是中近期过渡性替代物，2040年后将被禁用。
至于HCFC－22，尚没有纯的合成工质，均为HFCS混合物，如R407C、R410A或THR03（清华三号）等。
R502的替代物，也均为混合物，有的为HCFC混合物，如R408A和THR04（清华四号），有的为HFC混合物，如R404A和R507A等。
CFC－11的替代物，主要为HCFC－123，也是一种过渡性工质。
表1 21世纪绿色环保制冷剂的趋势
|
制冷用途
|
原制冷剂
|
制冷剂替代物
|
|
家用和楼宇空调系统
|
HCFC－22
|
HFC混合制冷剂
|
|
大型离心式冷水机组
|
CFC－11
CFC－12，R500
HCFC－22
|
HCFC－123
HFC－134a
HFC混合制冷剂
|
|
低温冷冻藏机组和冷库
|
CFC－12
R502，HCFC－22
NH3
|
HFC－134a
HFC或HCFC混合制冷剂， HCFC－22
NH3
|
|
冰箱冷柜，汽车空调
|
CFC－12
|
HFC－134a
HCS及其混合物制冷剂
HCFC混合剂冷剂
|
（三）关于替代物共同关注的几个问题
目前，在使用、开发替代物时，国际上共同关注的问题主要有以下三方面。
第一，如何正确协调《蒙特利尔议定书》（以下简称《蒙》）与《京都协议》（以与简称的《京》的要求）？
《蒙》与《京》两个协议，是有联系的，均为了保护环境的需要。但又有不同要求。《蒙》要求限期逐步淘汰CFCS和HCFCS等物质，是强制的；而《京》要求控制温室气体的排放，并不对温室气体的产生、使用采取强制性手段。
制冷空调行业为了适应淘汰CFCS和HCFCS类制冷剂，纷纷转轨使用HFCS物质。但现在《京》又将HFCS物质列入了温室气体清单中，要对它们的排放加以控制。显然，后者的要求，对于制冷空调行业近些年来为采取HFCS所作的各种努力，确实产生了一些负面影响，以致造成无所适从的感觉。
为了正确协调《蒙》与《京》的要求，制冷空调行业界认为，为了全面正确衡量制冷剂对全球气候变化的影响，除了制泠剂的GWP值外，空调制冷系统会以另一种方式对全球变暖起作用。由于这些系统均需依靠来自电力或化石燃料的消耗来维持运行，而煤、石油和天然气燃料生产电力时都产生CO2，进而也会影响全球变暖的作用。
因此提出了变暖影响总当量TEWI的指标，它考虑了这两种主要方式，也就是制冷剂排放的直接效应和能源利用引起的间接效应。直接效应取决于制冷剂的GWP值，气体释放量和考虑的时间框架长度，间接效应取决于这种空调制冷系统的效率以及能源来自何处。
表2 给出了不同制冷空调系统的TEWI值，这是基于500年的时间框架，如果使用较长的时间框架，直接效应就较小。
表2 主要制冷用途的变暖影响总当量（TEWI）
|
制冷用途
|
变暖影响总当量(TEWI)
(1000千克二氧化碳)
|
HCFC、HFC替代品
TEWI的组成
|
|
CFC基准
|
HCFC/HFC
替代品
|
直接效应
（％）
|
间接效应
（％）
|
|
零售业制冷
|
116,000
|
28,000
|
37
|
63
|
|
汽车空调
|
49
|
7
|
32
|
68
|
|
2.5冷吨整体式空调器
|
83
|
93
|
2
|
98
|
|
冰箱/冰柜
|
25
|
20
|
1
|
99
|
|
2.5冷吨热泵
|
368
|
474
|
0.5
|
99.5
|
|
300冷吨离心式冷水机组
|
19,000
|
15,000
|
0.5
|
99.5
|
|
*基于500年的时间框架
资料来源:Fisher.et.al..ASHRAE期刊,1992年4月
|
从表2看出，对于整体式空调器，离心式冷水机组，热泵等制冷空调系统，间接效应对TEWI的影响要比直接效应大得多。
（1）提供高效节能设备，减少CO2排放量。
（2）尽可能减少制冷设备使用和销毁时制冷剂的排放量或泄漏量，并采取有效的回收再生设备，加强制冷剂的回收利用。这些努力也就意味着考虑保护臭氧层的活动时，要注意到防止气候变暖的措施。在选择制冷剂时，不仅要考虑它们的ODP值为零，而且还要求GWP值低，热工性能好，具有节能效果和充注量少。在21世纪内要求促进并推广使用这类制冷剂并使之相应的空调制冷设备实现商业化。
近来，对于离心式冷水机组中的CFC－11替代物HCFC－123，由于其GWP值很低（90），而且这类机组的泄漏率也很低（约1%），也就是说间接效应也非常之低，如表所示，仅为0.5%,甚至可以低至0.2%,而且这类机组的效率也很高,即使用HCFC-123对全球气候变化的影响是很小的,尽管其ODP不为零,但也很低(0.012)。因此有的专家认为虽然HCFC-123属于HCFC类物质,对其盲目淘汰并不合理。他们认为若用HFC-134a替代HCFC-123,GWP值将提高13-19%,而ODP仅增加了0.012%。综合《蒙》与《京》的要求，他们认为在淘汰HCFCS物质时，不应“一刀切”，与其淘汰HCFC－123，不如设法提高此类机组的效率，否则反而会对全球气候变化产生更为不利的影响。在HFCS物质中HFC－152也应是一种很为理想的替代物，困为其GWP仅为140。我国开发采用的HFC－152a类混合物也应是较为理想的替代物。
第二、如何正确总结历史经验？
在21世纪即将来临之际，国内外制冷空调行业均在探索如何总结历史经验，寻求正确、科学地解决由于环保要求提出的制冷剂替代问题，力争少走弯路。
从历史上看，制冷的发展经历了三个阶段。
第一阶段，从1830年到1930年，主要采取NH3、HCS、CO2、空气等作为制冷剂，有的有毒，有的可燃，有的效率很低，主要出于安全性的考虑，尽管使用了一百年之久，当出现了CFCS和HCFCS制冷剂后，还是当机立断，实现了重大的第一次转轨。
第二阶段，从1930年到1990年，主要采用CFCS和HCFCS制冷剂。使用了60年后，发现这些制冷剂破坏臭氧层。出于环保的需要，不得不被迫实现第二次转轨。
第三阶段，从1990年至今，进入以HFCS制冷剂为主的时期。
目前，国外有些专家担忧，会不会过了若干年后，又发现HFCS制冷有什么新的问题，特别是由于HFCS制冷剂的GWP大都在1000以上，又重蹈第二阶段经历了60年之后才发现释放了大量破坏臭氧层气体的错误。
这个问题的实质，是对HFCS与天然工质，特别是碳氢化合物，这两类制冷剂的认识。
主张采用碳氢化合物做制冷剂的，其主要观点是：1.HFCS物质的GWP太高，已被列入京都协议温室气体清单；2.HFCS物质还可能有不可预测的后果，发现它们的问题，是否又得化上几十年时间，会不会又遭遇另一次淘汰；3.尽管碳氢化合物可燃，但是随技术发展和安全性度量的改进，已经并进一步减少了不安全伤害，将变得被公众所接受，并且认为GWP的问题关系到全球性环保问题，此只有局域性伤害的可燃性更重要；4.目前，欧洲已有约1500万台家用冰箱，仅德国每天生产几千台，在130千冰箱中只有20gR600a，而且其中有12gR600a能溶于油中，也就是说泄漏的R600a数量是很少的，认为注意到这一点是很重要的；5.在承认HFCS制冷剂在启动淘汰CFCS计划中的作用的同时，认为碳氢化合物将是长期方案，尽管开发新的设备需要较长的时间，相信21世纪将是天然工质的世纪。
主张HFCS制冷剂的，其主要观点是：1.根据计算和预测，HFCS排放占整个温室体排放的比例也很小，1997年约为1%,2030年预计也仅为2.4%；2.即便高GWP气体，也只有当制冷剂排放时，才构成影响，因此只要采取措施，减少它们的泄漏排放，而不是淘汰或禁用；3.不应把GWP作为衡量影响全体气候变化的唯一指标，应以变暖影响总当量TEWI为指标，全面综合考虑。用TEWI这种指标分析，除了汽车空调和商业制冷外，间接效应占了主要份额，因此提高能效是主要的关键；4.对于制冷空调，寿命一般均为15－20年。若考虑到整个寿命期气候性能（Life
Cycle Climate Performance,LCCP）为指标，全面考虑了寿命期内从产品温室气体直接排放引起的影响和产品耗能伴随而产生的间接效应，包括制冷剂和制冷空调设备生产过程的能耗。若用LCCP衡量和分析，直接效应均很小，而且可通过提高能耗来补偿。例如对于家用空调，直接效应仅占5%左右，而且间接效应随着季节能效比（SEER）的提高而有较大的降低。对于离心式和螺杆式冷水机组，直接效应仅为3%以内，而直燃、双效溴化锂－水吸收式冷水机组的LCCP，平均比前两种要高65%左右，也就是说如用这种吸收式冷水机组来替代HCFC－123机组，将引起更严重的环境影响
。即使对于直接效应影响较大的汽车空调说，若以LCCP衡量，HFC-134a、HC和CO2制冷剂的机组，它们的LCCP值相差并不多，在北美由于在较热的气候条件下行驶的更多，采取HFC－134a时的LCCP值甚至比CO2的还低；5.认为不能由于为了要解决全球环境问题而无视对现场和当地环境的伤害；6.为了解决天然工质的可燃性和毒性等问题，势必提高成本和费用，据测算，典型的美国中央空调机组（~10kW冷量，充注量为3kg），改用HC时，为达到安全标准，成本将提高30%左右；7.使用HC，同样存在着不可预测后果的可能性，例如HC的光雾反应VOC值为HFC大几百倍会不会引发新的环境问题。总之，认为HFC制冷剂是一种很好的替代物。若拒绝使用HFC，工业界将面临重大压力，预计近20年内将因没有合适的制冷剂而面临严重的威胁。
目前，国际制冷空调行业的倾向是，在小型的家用冰箱类，可使用HC，而对大、中型制冷空调设备，在没有证据表明其安全性的可靠时，拒绝使用HC作制冷剂。
第三、如何正确对待替代物的多样性？
从近十年替代物的发展看，无论从理论上或从实践上，很难到一种完全理想的替代物（ODP＝0，低GWP值，数值在100以下，高效，安全，与价格不贵的高润滑性的油互溶等）。为了替代一种原先使用的CFC或HCFC制冷剂（无论CFC－12、11、R502或HCFC－22），客观上往往存在多种解。在许多替代物中，只有“更好”，很难说“最好”。究竟如何选择替代物，必须“因地制宜”
例如HCFC－22的主要替代物，就有HFC－134a，R407c，R410A，R290等等。就以R407c和R410A两种替代物来看，也很难绝对地说明哪一种“最好”，因为它们均各有优缺点。R410A的优点是亚共沸，传热性能好，压损小，但其缺点是压力太高，比原HCFC－22提高了1.5倍,容积制冷量又太大,约为HCFC-22的1.4-1.5倍因此无法直接充灌,必须重新设计压缩机和主要部件,提高成本。反之,R407c的优点是可直接充灌(除换脂类油外),能效接近于HCFC-22,但其缺点是非其沸,成分的变化对性能和维修会产生影响。
目前，国际上不同国家和地区，以及不同类型的设备。往往采用不同的替代物，例如日本，包括美国，对于家用空调器，倾向于R410A，而大中型冷空调倾向于R407c；而欧共体则均倾向于R407c。国外这种态势，势必会对我国制冷空调行业产生影响，特别是我国空调行业大都是九十年代刚引进的技术和生产线，情况与国外大不相同。而且实际上国外对这两种替代物，还都认为不够理想。倘若盲目跟进，势必造成不良后果。
（四）、21世纪绿色环保制冷剂的展望
1.HFC类制冷剂的实用化
目前，HFC类制冷还有许多问题尚待进一步解决，如所有问题已解决的话，也就不会在发达国家中出现CFC－12和R502的黑市了。
适用于HFC制冷剂的脂类油（POE），价格昂贵，润滑性较差，特别吸水性和水解性强，凡POE油含水量大500－1000ppm的，多半要失败。由于POE油是一种比制冷剂更的溶剂，因此必须小心选择所使用的材料、加工过程用的切屑油和清洗液等流体，否则由于与制冷剂/油的化学反应，会形成腊状物质，造成膨胀装置的堵塞。今后的展望是进一步开发高稳定性的POE油；PVE油由于有优良的润滑性和弱的水解性，也有待开发。
改进设备设计，提高能效是必然趋势。通过能效的提高，可减轻或抵消由于HFC排放引起的温室效应。例如冰箱，美国从1972年到1993年，能耗已降低了60%，如2001年达到美国政府制定的能耗标准，则将进一步降低30%。按照这个标准，570升冰箱的能耗，相当于60W灯泡的耗电。单元式空调，从1975年到1995年，季节能效比SEER已由7.0提高到10.8,即节能35%,期望2006年,能耗还将还进一步下降20%.离心式冰水机组,从1978年到1998年,能耗由0.8kW/ton
降到0.6(平均数),好的设备由0.7降到0.48。通过采用多级和直接驱动等措施和优化设计，期望2005年可以从0.48进一步降到0.45kW/ton。
2.天然制冷推广与实用化
NH3是一种传统工质，其优点是ODP＝0，GWP＝0，价格廉，能效高，传热性能好，且易检漏，含水量余地大，管径小，但其毒性需认真对待，而一百年多年使用的历史表明，NH3的安全性记录是好的，今后必须找到更好的安全办法，如减少充灌量，采用螺杆式压缩机，引入板式换热器等等。然而，其油溶性、与某些材料不容性、高的排气温度等问题也需合理解决。看来，NH3会有更大的空调市场份额。
另一种传统天然工质是CO2，现已引起注意，其优点也是ODP＝0，GWP值为1。主要问题是其临界温度低（31℃），因此能效低，而且它是一种高压制冷剂，系统的压力较现有的制冷剂高很多。CO2制冷剂可能应用的领域有以下三个方面。第一是CO2超临界循环的汽车空调。由于其压比低，使压缩机效率高，高效换热器（如冲压唯槽管）的采用也对提高其能效作出贡献。由于高压侧CO2大的温度变化，使进口空气温度与CO2的排气温度可以非常接近（仅相差几度），这样，可以减少高压侧不可逆传热引起了损失。为了减轻重量和缩小尺寸，换热器头部的优化设计也已开发。此外CO2系统在热泵方面的特殊优超性，可以解决现代汽车冬天不能向车厢提供足够热量的缺陷。目前德国已有商用的CO2空调系统的公共汽车投入公交运输，空调器尺寸与HFC－134a相当。第二是CO2热泵热水加热器，由于CO2在高压侧具有较大温度变化（约80℃－100℃）的放热过程，适合用于热水的加热。1998年和1999年有报道，试验结果比采用电能或天然气燃烧加热，可节能75%，水温可从8℃升高60℃。第三者是在复叠式制冷系统中，CO2用作低压级制冷剂，高压级用NH3或HFC－134a作制冷剂。目前欧洲已有20台安装于超市中，运行性况表明技术上是可行的。这种系统还适用于低温冷冻干燥。CO2的再次引入，在现代化技术条件下，似乎被认为是制冷空调行业发展中许多有意义的领域之一。
3.新一代替代工质的开发与实用化
为了寻求新的高效、绿色环保制冷剂，从热力这角度说，它必须具有高的临界温度和低的液相摩尔热容，例如为了替代HCFC－22，新的替代物其临温度必须高于100℃目前已经有人关注R161和R1311，它们的临界温度分别为102.2℃和120℃。它们均溶于矿物油，ODP为零，GWP值很低,前者为10，后者小于1。但它们均有一定的急性毒性，R161还有一定的可燃性，R1311的稳定性也不够理想。对于这两种化合物，还需要进行长期的理化试验和研究开发工作。
HFC－245ca被认为是替代CFC－11和HCFC－123和一种具有前景的替代物，它具有与CFC－11相近的饱和压力，呈现出好的稳定性及低的毒性，并且对漆包线的侵蚀液比HCFC－123有所减轻，但有一定的可燃性。目前还尚需进行深入研究，确认机组效率和着火的风险性。HFC－245ca/338mccp混合物也正在研究中。
HFC－236fa目前正被考虑用作高温热泵中HCFC－124的替代物，其运行压力比HCFC－124更接近于CFC－114，在美国海军正考虑用于军用冷水机组中作为一种很有潜力的长期替代物。近年来正在对其效率、设备改造要求、稳定性、材料相容性及毒性等问题时行研究。混合物HFC－236fa/134a/R600a也正研究中。日本提出了用HFE－245作为HCFC－124的替代，已进行了8年研究，尚在进一步研究。
总之，为了适应环保的要求，21世纪制冷空调行业的发展方向是：绿色环保，高效节能，减少排放，加强回收，注重培训研究开发。
（五）、结束语
1.CFC与HCFC替代工作，是大势所趋，时间紧迫。从我国情况看，当前应首先抓好CFC－12、CFC－11、R502等含CFC物质的转轨工作，而HCFC类物质替代物是近来发达国家的研究开发重点，发展迅速，我们应积极跟踪，及时掌握动向，进行必要的研究工作，以其开发出适合我国国情的替代物。
2.替代物发展呈现“百花齐放”格局。一方面是由于一些大公司市场竞争的产物，另一方面也反映了替代物自身各自存在优缺点的状况，而且看来在相当长一段时间内仍将出现共存局面。因此，国内在实现转轨过程中，出现几种方案也在所难免，不宜匆忙采取硬性的“统一”政策。
3.正确认识混合制冷剂的作用，给予足够的重视和“地位”。事实上，不但HCFC－22和R502的替代物主要都是混合物，即使CFC－12的替代物中，混合物也占了相当份额。究其原因，混合物可以充分发挥“优势互补，取长补短”的作用，例如在发挥环保性能、热工性能和使用性能好的易燃工质（包括碳氢化合物，HFC－32和HFC－152a）优势的同时，采用可抑制其易燃性的其它工质构成混合物，从整体上更易较好地满足的折衷诸多方面的要求，特别是有些混合物，可以更好地具有低GWP、高效、安全、直接充灌、降低转轨成本等优点。
4.一个企业以至整个行业在实现替代物的转轨工作中，必然面临一种选择。应该根据自身的特点和条件，符合实际需要，全面权衡安全、环境、能效，投入等诸多方面，从技术与经济上作出折衷考虑，以达优化平衡，走有利于发展我国民族工业的路子，具体地说，在能采用过渡方案时，宜尽量采用，而不必盲目追求“一步到位”，这样一方面可以在尽量少投入的条件下，达到保护环境的需要，而且另一方面还可以争取主动，避免盲目跟踪，留有足够的时间和余地，静观国际上替代物的发展趋向，以便作出合适的决策。
5.从空调制冷行业来看，要求在2040年前实现HCFC－22的替代，注意开发HFC制冷剂的利用技术，同时考虑保护臭氧层和气候变暖的问题，应该加强低GWP值、高效节能的新制冷剂的跟踪、开发和利用，包括HCFC－124制冷剂替代物的评价和探索，提高能效和减少泄漏技术的开发和研究。
6.积极跟踪，注意天然工质的研究开发。
|
