浅论制冷系统未来的发展方向
慧聪空调制冷网讯—由德惠火灾案引发的思考
6月3日6时06分，位于吉林省德惠市米沙子镇的宝源丰禽业有限公司发生火灾，造成120人不幸遇难，70多名伤员住院，是近十年来我国死亡人数最多的一次火灾。至今关于冷库起火的原因尚未明确，无论是氨气泄漏爆炸引起大火，还是发生火灾引发氨气爆炸，面对如此惨重的事故我们深感痛惜，在此对遇难的同胞表示沉痛的哀悼！
事故发生后氨成为了民众舆论的众矢之的，大家一致将矛头指向氨的毒性和易燃易爆性，更有些人提出了禁用氨的言论，觉得氨的存在和使用威胁到了民众的人身安全。痛定思痛，我们回想整个事件，反思“氨”的安全性，难道真的只是因为氨有毒、易燃就成了此次灾难的罪魁祸首么？
在工业制冷中，氨系统已经被应用了70多年，技术相当成熟。氨具有优良的热力学性能和环境性能，消耗臭氧的潜能值ODP=0，温室效应潜能值GWP=0，是一种对环境友好的天然制冷剂，且价格低廉，在世界行业内被广泛采用，目前中国超过90%的大型冷库都采用氨制冷系统。
但是NH3的毒性、可燃性和刺鼻的气味，对眼、鼻、喉、肺及皮肤均有强烈刺激及中毒危险，空气中浓度超过15%时有造成火灾及爆炸的危险。基于上述缺点，国家对氨制冷系统的安全问题十分重视，从安全防护、环境保护等方面提出的相关要求越来越严格。尤其是近些年，我国的冷冻食品加工业和冷库建设发展十分迅速，为确保生产的有序进行，保障人民群众生命财产安全，与氨制冷系统相关的各种法律、规范制度逐步建立健全，如《中华人民共和国安全生产法》、《危险化学品安全管理条例》，在2010年1月发布的新《冷库设计规范》中，针对氨作为制冷剂的特殊性，以及制冷设备在运行过程中的复杂性和危险性，在系统的设计、设备的购置、安装等前期阶段，要求充分考虑系统的“优生”问题，做到安全、合理、可靠，消防和环保设施齐全。从机房、库房的选址、设备的选型及管道匹配入手，把各种安全工程技术方法考虑周全，符合规范，从本质上提高了氨制冷系统的安全性。总之一般情况只要操作得当、使用设备品质有保障、平常做好正常的维护和保养，氨制冷系统出现问题的可能性很小。
我们再次将镜头回放，宝源丰公司几百人聚集在两个大车间里，没有安全措施保障，特别是对防火、防泄漏无有效的制度和措施；工厂的设计、建筑材料的选择、建设，一直到投产验收，都存在严重的问题；企业管理混乱，消防通道、安全出口不畅通，人跑不出来。厂房尤其是房顶大量使用了未达标的保温材料，这种采购价低的材料，触火即燃。根据调查推断，应是厂房着火后的高温，让制冷管道内残存的液氨压力升高而导致爆裂。由此可见此次事故绝不是偶然，而是必然；不是天灾，而是本可以避免的人祸；不是氨的错，管理漏洞才是罪魁祸首！
类似的人为因素导致的氨事故屡有发生，如更早些年部分企业发生的“液爆”事故，因操作人员未按《安全操作规程指导》的要求进行，导致冷风机或是单冻机蒸发器进行融霜时，换热管内氨液未完全排空，又同时关闭了管道进出口截止阀，管内氨液因吸收外界冲霜水的热量，液体产生体积膨胀而导致了设备及管道的“液爆”，液爆大都在阀门处崩裂，造成了较严重的后果。
氨的事故确实发人深省，但是我们也应该看到，这次及类似事故的发生及造成如此大的损失不完全是因为氨这种物质，这背后隐藏的诸多管理漏洞或许才是更应该重视的东西。我们也不能因此而完全否定氨的使用，而是应该思考如何安全的利用这些资源。就像煤气的普及为千家万户带来了方便，但是近些年，煤气中毒、爆炸的事件还是时有发生……人们利用这些东西给自己的生活带来了便利和利益，但是却经常忽略对它们的保养和维护。安全应该是一个企业发展的基础，重视安全问题才能营造更多的效益。
此次事故同时也对整个中国制冷行业敲响了警钟，对未来制冷系统尤其是大型工商用制冷系统的走向提出了更高的要求。在哀悼逝者的同时，我们深深认识到，做为中国制冷行业民族品牌，冰轮在坚持追求经济利益的同时，更应自觉的承担对国家和社会的责任，提供安全可靠的系统解决方案，履行保护环境的义务。面对全球减少臭氧层的破坏及温室效应，保护人类生态环境的重任，如何寻求环保工质替代，以及更多的去思考未来整个制冷系统如何向安全、环保、节能的方向发展，成为我们责无旁贷的责任。
事故后一部分人将目光聚焦在氨制冷系统安全还是氟制冷系统更安全？在欧美国家，从上世纪五十年代末期就已经将氟利昂并联机组制冷系统应用于屠宰行业和大型工业用冷库，目前已经成为一项成熟技术，被广泛用于大型工业用制冷行业，该制冷系统和氨系统同样是集中供冷。氟并联系统在运行中不会因为个别压缩机的故障或维护需要而影响整个系统的正常运行。但从系统运行的角度看，尽管初期都能满足冷库的使用要求，但长期运转，由于氟与油不分离，油随工质进入系统管道和压力容器内，占据制冷换热所用空间，影响换热效果。另外由于系统的泄漏，长期运行系统制冷效果逐渐下降，能耗还是上升，因而不能满足冷库的使用要求，这也是国内外大型冷库不使用氟而多使用氨的原因。
同时氟利昂制冷系统面临的更重要的问题是工质的替代，其主导使用的R22工质，自1936年开始商业化生产使用，迄今为止，已经在很多系统中得到广泛应用，目前，还没有一种制冷剂能够像R22这样有如此巨大的产量和如此广泛的应用。但是该制冷剂不仅对臭氧层有明显的破坏作用，而且温室效应显著。根据《蒙特利尔协议》的规定，全球将在2030年全面禁止R22的使用。寻找R22替代工质，已成为国际制冷行业最迫切的任务。中国也是全球最大的氟利昂生产国和消费国，2010年氟利昂生产量占全球总量的66%；消费量占全球总量的42%，加速淘汰氟利昂的任务任重道远。
目前，欧美等国家R22的替代品开发主要是HCFCs替代物，如R134a，R407C、R410A、R404A、R507等，此类技术在全球已经大量商业化，但以上这些HFCs物质大多具有较高的GWP值，被列入《京都议定书》受控温室气体清单，对气候保护不利，使用受限，同时由于其热力学性能或多或少低于R22,目前看来只是过渡替代品，并不是绝对完美的替代品。
国内空调品牌也一直致力于空调新冷媒的研究，清华同方的《采用R32替代R22在小型商用空气源冷水／热泵中的应用示范项目》作为中国工商制冷行业的空调行业的唯一示范项目，在蒙特利尔举行的联合国环境规划署第60届多边基金执委会上获得批准，清华同方也成为中国空调行业首家实行制冷剂替代的厂家。
R32作为制冷剂具有较好的热力特性，其环保性能要远好于目前使用的R22以及R22的过渡替代品，尤其是对大气环境温室效应的影响方面。尽管它具有较高的排气温度和排气压力，不过从目前制冷技术来看，解决这一问题完全是可行的。R32无论是从热力性质、环保特性、相对安全性等方面，对于小型空调行业来说，都可以作为R22的良好替代工质。
然而，由于R32的微燃性，其替代R22最大的阻碍还是安全性问题。截至目前，还未看到R32类似安全方面的研究报道(如从事泄漏分析、风险概率事故树分析、微燃破坏性模拟等工作)，尤其是对于离心机、螺杆制冷压缩机等大型制冷系统，R32的微燃性也因制冷剂充注量大而转变为可燃性，R32不适用于大型制冷系统。
当前地球温室效应越来越严重的情况下，对于工业及商业用大型冷冻系统，亟待寻求并实现制冷剂的规模替代。制冷剂的发展趋势应符合三方面的要求：一是安全、二是环保、三是节能，这三项是决定性因素。同时为了预防新的合成制冷剂可能产生的未来环境问题，制冷剂替代的一个重要趋势是最好采用天然的制冷剂，对环境没有危害也节省能源。由此在对于工业及商业用大型冷冻系统的工质替代方面，我们重新将目光转向了氨（R717）及CO2（R744）等自然工质。
NH3的毒性、可燃性和刺鼻的气味，限制了它在一些公共场所、食品安全场所等需制冷区域的应用。要想充分利用氨优良的热力学性能而又避免其毒性的影响，就必须减少其充注量并增强安全性，避免氨的泄漏，这样才能扩大氨在制冷空调领域的应用范围。同时在氨冷库系统中，为了更进一步保障操作人员的人身安全及冷冻冷藏食品的安全，也要考虑氨工质远离冷间而只限定在特定的区域（制冷机房），基于这种设想，并从安全、环保、节能等多方面考虑，我们采用了另一种自然工质CO2，已形成了技术上完全成熟的NH3/CO2系统，包括NH3/CO2复叠制冷系统和CO2载冷系统。
CO2作为天然工质制冷剂(ODP=0，GWP=1)，具有天然环保、价格低廉、无毒、不可燃、无腐蚀、相变释放冷量大、单位容积制冷量高等突出特点，适用于多种润滑油及机械零部件材料，是全球制冷行业普遍关注的优质制冷剂。同时由于具有较好的输运性质，其在管道内的压力损失相对较小，相对于大多数传统载冷剂的传热性能较差，低温时压力损失较大，系统的制冷性能较低的特性，CO2又是很有优势的载冷剂，能很好地改善系统的制冷性能。
正是利用CO2做为载冷剂的这种优良特性，并基于氨工质远离冷间的设想，我们确立了采用间接冷却的研发理念，CO2与氨工质配合，形成了NH3/CO2复叠制冷系统和CO2载冷系统，运行效率及效果明显优于传统的氨冷库系统，主要表现在：
1、NH3工质应用在系统的高温级，限制在设备间内，不进入加工间等人员密集的区域，有效降低了NH3工质充注量，极大提高了系统维护的方便性及运行的安全性；
2、CO2作为传递冷量的中间介质具有安全、无毒，不可燃的特性，在库房蒸发器内蒸发，即便泄露对食品也无任何污染，保证了食品质量的安全；
3、发生人力不可抗拒的灾害时CO2系统的优势显现的更充分，其用于人员密集的场合即使库房蒸发器CO2大量泄漏，蒸发器内的液态CO2在常压下会瞬间变成粉末状的干冰，由于其无毒、不可燃，不会对人员造成致命伤害（即使大量泄漏有可能产生窒息，这是其他任何制冷剂都存在的问题），同时CO2又是天然灭火剂，发生火灾时能起到阻燃作用。
4、和常规制冷系统相比，CO2载冷系统是通过CO2的相变实现能量的转换，因此系统运行效率更高，节能效果明显；和NH3直接蒸发制冷系统相比，CO2载冷系统虽然多了一级换热，但CO2在末端蒸发器蒸发时没有油的影响，加之其本身优良的换热特性，换热效率远高于NH3直接蒸发制冷系统，因此其总的传热温差和其他常规制冷剂相当、甚至更小，因此CO2载冷系统在同样的温差条件下可以获得更大的冷量，使COP得以较大提升，这也是NH3系统所不能比拟的。
5、CO2是自然界存在的物质，天然环保、价格低廉、来源广泛；加之氨工质低廉的价格，使整个NH3/CO2系统具有较强的市场竞争力。
以上NH3/CO2复叠制冷系统和CO2载冷系统在国内已配合应用于多个大型工程，并已成功进行工业性运转。对于目前的大型冷库及食品加工厂，尤其是人员密集的加工车间，无论从安全、环保、能效各方面考虑，CO2系统都是无可替代的。
总之，应对全球气候变化、构建更为安全、环保的环境是世界范围各个行业的重要议题，也越来越得到我国重视，与传统冷媒相比，CO2与NH3这两种自然工质，通过优势互补，以其更为可靠的安全性能及节能环保的特性代表了制冷领域未来的发展方向，做为中国制冷行业自主品牌的传统企业，冰轮将始终保持高度的社会责任感，以保护人类安全及自然环境为已任，以成熟的NH3/CO2技术，以持续进步的高效解决方案不断推动中国制冷行业的发展！
