1、制冷劑的研究進(jìn)展
總的看來，可以把制冷劑的發(fā)展歷程劃分為兩個階段，第一個階段是從自然物質(zhì)到人工合成的物質(zhì)；那么制冷劑發(fā)展的第二個階段將再回歸到自然物質(zhì)。
早期的制冷劑是自然界中容易獲得或制取的物質(zhì)，如乙醚、氨、CO₂等。但是這些早期的制冷劑最后都因為制冷設(shè)備龐大效率較低，所以在后來出現(xiàn)熱力性能較好的氟利昂制冷劑后，最后在20世紀(jì)50年代退出常規(guī)制冷系統(tǒng)。
1929年美國通用公司合成出R12，以后很快出現(xiàn)了R11、R22等稱為氟利昂的系列鹵代烴化合物，因其優(yōu)良的熱力學(xué)特性，無毒，不燃燒，極其穩(wěn)定等性質(zhì)，很快成為制冷劑的主角，被大量生產(chǎn)和使用，如家用冰箱、汽車空調(diào)、小型冷庫都用R12，至20世紀(jì)七十年代，包括制冷劑，發(fā)泡劑在內(nèi)的各種鹵代烴的年產(chǎn)量達(dá)到數(shù)百萬噸，并有繼續(xù)增加的趨勢。
但是，氟利昂是一種化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的人工合成物質(zhì)，當(dāng)它們揮發(fā)到大氣中以后很長時間不會被自然界分解，而一直擴(kuò)散到平流層，在大氣層11km至45km處的同溫層與臭氧層相遇，由于在平流層受到強(qiáng)烈太陽紫外線照射，含氯的氟利昂分子(稱為氯氟碳化合物，英文縮寫為CFC)便分解游離氯原子，而氯原子可以催化分解臭氧分子，在反應(yīng)中氯原子被不斷的放出，所以分解反應(yīng)不斷進(jìn)行，氯原子使臭氧層受到破壞、減薄直至消失。由于氟得昂被大量使用，導(dǎo)致近年來南極上空的臭氧空洞不斷擴(kuò)大；而且據(jù)報道在我國青藏高原上空也出現(xiàn)了臭氧空洞，因此對氟利昂制冷劑的替代勢在必行。
2、國際R22替代技術(shù)的情況
在成功地進(jìn)行了CFC的替代之后，人們更多地把注意力投向HCFC。而其中首當(dāng)其沖的無疑就是制冷空調(diào)行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的HCFC中的R22，，該制冷劑自1936年問世以來就以其優(yōu)越的綜合性能席卷了整個制冷界，并且在設(shè)計、制造、運(yùn)行、維修等方面積累了豐富的成功經(jīng)驗。
然而由于R22對臭氧層的耗損作用和較高的溫室效應(yīng)值，1992年的哥本哈根國際會議將其列入了逐步禁用范圍，1995年的維也納國際會議對其規(guī)定的禁用日程為，按照履約要求，我國應(yīng)在1999年7月1日將CFC類物質(zhì)的消耗量凍結(jié)在1995年至1997年的平均水平上，至2005年削減50%，2010年全部淘汰。
嚴(yán)格地說，目前還沒有找到任何一種單工質(zhì)的性能優(yōu)于R22的制冷劑。而目前R22的主要替代工質(zhì)包括HFCS類工質(zhì)和天然工質(zhì)。雖然對于HFCS類工質(zhì)的研究已比較成熟，由HFCS類工質(zhì)組成的非共沸混合物理論上可利用各組分沸點(diǎn)不同實(shí)現(xiàn)勞倫茲循環(huán)，提高制冷循環(huán)效率，但HFCS類工質(zhì)仍然存在一定的GWP值(全球變暖潛能值)，與R22使用的礦物油不相溶，需要使用與之相溶的合成油，并且與干燥劑、密封材料及其他材料的相溶性也需要進(jìn)一步研究，所以越來越多的人將目光投向了天然工質(zhì)。
天然制冷劑的最大優(yōu)點(diǎn)在于其GWP值及ODP(臭氧潛能值)值約為0，不會對環(huán)境造成危害，并具有優(yōu)良熱力性能及經(jīng)濟(jì)性，目前研究比較成熟的此類制冷劑包括了R407C，R32/134a，R410a，R134a，以及碳?xì)浠衔颮1270等等。
現(xiàn)在一些國家競相開展了對HCFC22替代技術(shù)的研究。經(jīng)過幾年的實(shí)驗和評估，R22比較成熟的HFCS替代物有如下幾種：
A、R407c：是眾多候選替代制冷劑中呼聲較高的R22替代物。這是由于R407c的熱力性質(zhì)與R22比較相似，它們的工作壓力和制冷量都比較接近。這使得替代簡單易行，原有R22機(jī)器設(shè)備改用R407c后除更換潤滑油，調(diào)整系統(tǒng)沖注量及節(jié)流元件外，對壓縮機(jī)和其余設(shè)備均可不做改動。但采用R407c后機(jī)器的制冷量和能效比比用R22時稍有下降，而R407c最大的缺陷可能是溫度滑移較大。據(jù)最新的資料預(yù)測，R407c在低制冷量范圍的(5-20KW)家用空調(diào)中和除螺桿式壓縮機(jī)之外的高制冷量范圍(20-350KW)容積式壓縮機(jī)的冷水機(jī)組中很有前途。
B、R32/134a：這種非共沸混合物在30/70%時具有最佳的熱力學(xué)性能。許多報告指出，經(jīng)系統(tǒng)沖注量、熱交換器的優(yōu)化后的空調(diào)設(shè)備采用這一混合工質(zhì)后的制冷量完全可與R22相當(dāng)，而能效比還可提高幾個百分點(diǎn)。其缺點(diǎn)是在某種條件下呈可燃性，雖然它在正常工作條件下是不可燃的。
C、R410a：其熱力性能十分接近單工質(zhì)，雖然它與R22的熱力性質(zhì)不很相似，但卻可能是R22最有前途的HFC類替代物。使用R410a的制冷系統(tǒng)需徹底改型，但改型后的機(jī)器變得更為緊湊。它的另一優(yōu)勢是液相的熱導(dǎo)率高，粘度低，使其具有優(yōu)于R22的傳輸特性。R410a在適當(dāng)?shù)膲毫Ψ秶鷥?nèi)經(jīng)優(yōu)化后有比R22更高的能效比，在相同的造價下整體效率可提高5%左右，足以彌補(bǔ)改型設(shè)計等所需費(fèi)用。故而它可作為R22的長期替代物，在普通空調(diào)如單元式或風(fēng)冷，水冷的整體式冷水機(jī)組(大容量除外)及冷量較大的住宅空調(diào)中有廣闊的應(yīng)用前景。
D、R134a：與R22相比，壓力、冷量都會降低，大多數(shù)的管道包括換熱器在內(nèi)都應(yīng)擴(kuò)大以減少壓力損失，壓縮機(jī)的排量也要增加。用它代替R22后系統(tǒng)的制冷量有大幅度的下降，能效比也略有下降。系統(tǒng)的改型費(fèi)用較高，因此對于小型住宅或商用空調(diào)不太可能用它，但對大型冷水機(jī)組尤其是用螺桿或離心式壓縮機(jī)時比較合適。