引言
欧盟新修订的 F- 气体法规已于2015年初正式实施。F- 气体淘汰将进一步推动天然制冷剂在工业和建筑空调系统中的使用。2016年1月1日，欧盟降低了7%的 F- 气体配额总量。行业专家看到，建筑空调系统使用天然制冷剂具备较高的生态潜力和经济潜力。
欧盟计划到2020年达到 20% 的温室气体减排目标。因此，F- 气体是一个重要的杠杆。F- 气体包括氟化烃，该类物质作为制冷剂用于建筑空调系统和工业制冷。新修订的 F-气体法规以2009年至2012 年欧洲平均水平为基础，通过6个阶段，到2030年达到减少 79% 全欧洲危害气候的 F- 气体总量。第1阶段 7% 的减排于2016年1月1日起正式启动。以这种方式实施一个受控的 F- 气体短缺的方案作为淘汰战略的一部分，这将使得对环境造成危害的制冷剂的价格逐步升高，从而间接地推动了天然制冷剂的使用。天然制冷剂具备生态和经济双重优势，天然制冷剂系统目前已经在建筑空调系统中获得了巨大需求。
1 天然制冷剂是可持续的
逐步禁止 F- 气体使用的原因之一是其对全球变暖的巨大影响。为量化一类制冷剂及其对全球变暖的影响，引入全球变暖潜能值（GWP）作为一个客观的测量参数。天然制冷剂CO2的GWP值是1。相反的，在F-气体中，R22的GWP值是1 700，广泛使用的 R404a 制冷剂的GWP值是3 922。CFC作为曾广泛使用的制冷剂，其GWP值超过10 000。欧盟立法机构目前进行 F- 气体法规的修订：自 2020年起，固定式系统将不能使用GWP值大于2 500的制冷剂 。
另一个确定一类物质可持续性的参数是ODP。ODP（臭氧破坏潜值）表明了一类物质破坏臭氧层的程度。在新系统中，ODP值大于零的制冷剂将不再允许使用。任何天然制冷剂都不会对臭氧层造成危害，也就是说他们的ODP值是零，尽管 R22 破坏臭氧层，但它仍在很多现有系统中使用，因此应尽快被替代。
2 限制合成制冷剂泄漏需要系统密闭
为最大限度地降低 F- 气体对环境的影响，2007年第1版 F- 气体法规明确了制冷剂最大泄漏量限定值。根据系统的规模，合成制冷剂的泄漏率最高不能超过 1%～3%。
自 F- 气体法规修订之后，系统运营商必须面对延伸的运营商义务，包括确保他们服务的系统无泄漏。未来几年里，一旦泄漏率限定值不能满足要求，法规将通过逐步禁止某些制冷剂的使用而变得更严格。由此，系统设计和工程人员在设计合成制冷剂系统时将更倾向于全封闭解决方案。截至今日，我们更加需要具备高安全标准的系统，特别是设计使用对健康有危害的或具有爆炸性的制冷剂。
3 能效，得分！
就制冷系统对全球变暖的影响，合成制冷剂泄漏对环境危害的影响仅占 20%，其他 80% 来自制冷行业所需的能源。因此，使用天然制冷剂的系统在获得生态和经济利益的同时，他们也具备出色的热力学性能。与同冷量的氢氟烃（HCFC）系统相比，NH3/CO2复叠系统的节能高达 35%。
4 经济利益可观
详细分析表明，从经济角度看，天然制冷剂系统通常也是最佳选择。当计算投资回报期时，在生命周期内所有发生的费用都应考虑在内。这些费用包括初投资和所有之后发生的费用，换言之，也就是系统设计和安装费用以及之后有关能源、维护和维修的花费。天然制冷剂在这方面具有可信赖的价值。尽管相对于合成制冷剂来说，天然制冷剂系统需要更高的安全标准，但他们的高能效可以降低运行成本，同时，使用周期延长，通常系统正常运行时间可达 25 年，甚至更长。因此纵观整个生命周期经济效益，天然制冷剂系统具有更高的成本优势。
5 最优评价系统
充分发挥天然制冷剂系统的优势，有一点非常重要，必须予以考虑。一个制冷系统的能耗不仅受到制冷剂本身的影响，还与系统能效等级评价有关。举例而言，带有快速滑动控制的螺杆压缩机在低部分负荷阶段运行可以造成超过最佳运行压力的更高压力水平，从而导致整个系统的能效下降。综合知识让设计者和运营商在此方面实现最大的潜在节能效果。
6 趋势：氨用于建筑空调系统
目前，天然制冷剂系统在很多领域的应用逐步增加。氨不再仅用于冷量超过 500 kW 的工业制冷；这意味着它也进入了合成制冷剂为主导的领域，如建筑空调系统。在德国，很多大型展馆采用氨冷水机组用于空调。银行、保险公司和办公楼等建筑也更多地在空调系统中使用天然制冷剂。另外，天然制冷剂扩展到更多需要高安全标准的领域，这是一个趋势：风险分析显示天然制冷剂系统的潜在风险并不比合成制冷剂高，因此氨制冷系统也可用于机场空调系统。应用案例包括杜塞尔多夫机场改造工程和伦敦希思罗机场5号航站楼、苏黎世机场。
7 碳氢制冷剂的发展
在建筑空调系统中利用天然制冷剂的趋势也包括使用碳氢制冷剂，如丙烷、丁烷和丁烯。丙烷的热力学特性与合成制冷剂 R22 类似。一些亚洲国家已经在中央空调系统中以丙烷替代 R22 ，相关数据显示节能效果达到10%～30%，系统改造幅度最小。
8 结论：天然制冷剂是最佳方案
在 F- 气体法规的推动下，系统设计师和运行商越来越多地关注天然制冷剂制冷系统的应用，由此反映出建筑空调系统越来越多地使用了天然制冷剂。除了不断提升的环保意识，经济优势也是天然制冷剂广泛应用的原因之一。天然制冷剂在全球市场的份额正不断增加。
附：3 类主要天然制冷剂简介
1）氨（NH3）：氨作为制冷剂成功用于工业制冷设备已经超过 100 年的历史。它是一种无色气体，在压力作用下可以液化，并有一种刺鼻气味的臭气。在制冷剂技术中，氨命名为R717。 氨 的ODP值为零，GWP值为零。氨的效率较高，其对全球变暖的间接影响也很低。氨是可燃的。但是，其燃烧所需能量是天然气的50倍，在无明火的情况下，氨不会燃烧。基于氨与大气湿度的密切关系，它被认为是 “极难燃烧”。氨有毒性，但它具有一个特点，在空气中密度低于3 mg/m3浓度时，氨的刺鼻味道是一种警告。这就意味着氨在空气中的浓度可以远低于危害健康的水平（>1 750 mg/m3）。另外，氨比空气轻，可以很快上升。
2）二氧化碳（CO2）：二氧化碳在制冷技术中的命名是 R744，其使用历史可以追溯至 19 世纪中期。它是无色气体，可在压力作用下液化，具有些许酸性的臭味和味道。二氧化碳的ODP值是零，GWP值是 1。它不可燃，具有化学惰性，比空气重。二氧化碳在高浓度时具有麻醉和窒息作用。二氧化碳在自然界广泛存在。
3）碳氢 ：使用丙烷（R290，C3H8）、丙烯（R1270，C3H6）或异丁烷（R600a，C4H10）等碳氢制冷剂的制冷系统已经在全球安全运行了很多年。碳氢是一类无色、近似无味的气体，可在压力作用下液化，ODP值是零，GWP值是 3。基于他们卓越的热力学特性，碳氢是一种高效的制冷剂。但是，碳氢是可燃的，目前设备安全性高，制冷剂泄漏率接近零。碳氢在全球范围内属于低成本，这主要是由于它们理想的制冷剂特性，被广泛用于制冷剂充灌量低的小型设备中。
表 1 制冷剂的ODP和GWP值
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